CN102667336B - 用于在冶炼技术设备中回收能量的方法和基于热电偶的冶炼技术设备 - Google Patents

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Abstract

一种冶炼技术设备和一种用于在冶炼技术设备中通过利用设备部件和/或热的产品(1)的余热回收能量的方法。为了能够以在设备技术上简单的方式在良好的效率下回收能量，设置成，热流(dQ/dt)被允许从带有第一温度水平(T1)的设备部件和/或热的产品(1)流动至带有更低的第二温度水平(T2)的部位，其中，在这两个温度水平(T1,T2)之间的区域中布置有至少一个热电偶(2)，利用其在利用热流(dQ/dt)的情况下直接获得电能。

Description

用于在冶炼技术设备中回收能量的方法和基于热电偶的冶炼技术设备
技术领域
本发明涉及一种用于在包括连铸设备和/或炉和/或热轧带机组的冶炼技术设备中通过利用设备部件或产品的余热回收能量的方法。此外，本发明涉及一种冶炼技术设备。
背景技术
在冶炼厂范围中(也就是说在生产钢、铝和NE金属时)由工艺决定地积累大量废热，例如在熔炼生铁或直接还原的海绵铁时、在生产原钢(“精炼”，即在转炉过程中)时以及在复杂的介质处理(冷却水)中。冶金技术的产品还常常包含大量热。
尤其地，这适用于连铸设备和热轧带机组(Warmbandstrasse)，尤其在将板坯生产和加工成带材或卷圈(Coil)时，其中，在冷却铸坯(Gießstrang)以及板坯、钢坯(Knueppel)和/或卷圈时释放的热能积累。
在将钢从大约1570℃(液态)冷却到大约1200℃的中间温度时，在从连铸设备中流出时大约145 kWh/t的热能被从钢中提取。该热量大多未利用地流失到环境(空气和冷却水)处。
在热轧带设备中，至今为止板坯的余热在铸造之后被如此利用，使得板坯被直接轧制或者暖地或热地被置入炉中。由此，可节省许多加热能。对于热置入和直接置入的前提是在连铸设备和板坯炉地方附近。然而，这在较旧的设备中不总是存在。出于物流、表面检验、轧制程序规划等原因，仅仅产品的一部分被直接地或热地再加工。因此相应地，板坯通常在铸造之后在以空气流通的厂房中冷却并且在其继续运输之前被堆积。同样的适用于在卷圈中在卷绕之后存在的余热，其常常在卷圈库(Coillager)中在空气中冷却。
冶金设备的经济性很大程度上取决于其能量消耗。节省所应用的能量、但是还有余热的回收可改善设备的经济性。
在制钢的复杂的过程中余热量在不同的过程步骤中积累。其一方面特征在于其单位时间的焓(即在热流中)，另一方面在于温度，在该温度中该过程结束或能够可利用地捕获其能量。同时，为了利用能量，必须提供带有更小的温度的热沉。
在余热源处较大的带宽要求可改变规模的(skalierbar)设备，其可灵活地与积累的热量相匹配并且同时具有足够的效率以便还使其能够使用在更低的温度水平下的应用中。
在非常能够集中的工业分支(如金属工业、水泥工业或玻璃工业)中，越来愈多地执行通过将热转化成电能或利用过程热的余热利用。
还在制钢的领域中，从文件WO 2008/075870 A1中已知，在制造液态的铁时通过在流化床反应器(Wirbelbettreaktor)中的还原所积累的余热被导出用于产生高压蒸汽，然后例如通过其运行蒸汽涡轮用于产生电流。
在文件EP 0 044 957 B1中描述了一种用于再循环来自用于生产铸铁的化铁炉或相似的熔化装置的废气的潜在的和可感觉到的热的设备，为了获得以蒸汽和/或热水的形式的电能和/或热能。设备由带有燃烧器和两个以烟气流过的废热锅炉的热单元以及在产生电能时附加地以来自过热器的蒸汽供应的涡轮和交流发电机构成。
从文件DE 26 22 722 C3中已知一种用于紧接着上一轧制过程冷却热的钢锭的装置，在其中钢锭被竖立地(hochkant)放置在以平行的排布置的竖直的保持柱之间。由钢锭放射的热被布置在保持柱之间的带有冷却水流经的管束的冷却壁吸收并且用于产生蒸汽。
文件EP 0 027 787 B1描述了一用于在冷却腔中借助于利用鼓风机被带到与板坯表面直接接触的空气获得以连铸工艺铸造的板坯的可感觉到的热的设备。以该方式加热的空气然后在冷却腔之外用作加热介质，尤其用于在热力学的循环过程中所引导的循环介质。
文件EP 1 965 446 A1和文件WO 2005/104156 A2公开了热电的模块作为这样的以及其制造方法。
尽管在冶炼厂范围中积累大量热，但是其利用常常不值得。一方面该能量在许多情况中过低地调温，另一方面其利用也要求“冷侧”的存在，因为用于获得能量的每个循环过程指示热降(Wärmegefälle)(ΔT=T0-Tu)。对于存在的热流dQ/dt，可利用的功率P计算成P=ηdQ/dt，其中，η为整个过程的效率。
该效率通过理想循环过程的卡诺效率来限制，其计算成η=(1-(Tu/T0))。温度在此应以开氏温标应用。
过程温度T0越高，卡诺效率也越大。在此，循环过程的效率通常为卡诺效率的近似恒定的部分。如上述示例所示，可利用不同的设备(例如蒸发器、涡轮或中间冷却部(Rückkühlung))来构建用于获取能量的循环过程。在此，水用作导热的介质。
在冶炼技术设备中现有的用于回收热的解决方案即基于经典的循环过程，也就是说，介质的导热例如经由蒸汽涡轮来引导，蒸汽涡轮又驱动发电机。用于该目的的经典的介质是水，然而，在特殊情况中也可考虑低沸点的碳氢化合物(所谓的ORC-有机兰金循环)。
这样的解决方案的效率随设备的尺寸增大。这限制这样的解决方案的规模可变性。基于ORC的设备从一定的尺寸起且由此从一定的投资总额起才值得。与此相反，热电偶(Thermoelement)也可被应用在较小的热源中。所需的投资成本与安装的电功率几乎成比例。该效率几乎与尺寸无关。
在应用ORC方法时另外的缺点是附加地必要的传热介质以及其耐热性(根据现有技术大约320℃)。此外，该方案包含很大量的附加设备。
发明内容
本发明目的在于提出一种用于通过利用设备部件或热的产品的余热在熔炼技术设备中回收能量的方法和装置，利用该方法或装置能够达到足够的效率，其中，设备可以以简单的方式且最佳地匹配熔炼设备的存在的尺寸比例。在此，经济性的转换应是可能的。相应地，即应提出一种用于有效地回收连铸设备的冷却热以及在热轧带机组中存在的板坯和卷圈的余热的能量的方法和设备。
在方法方面，该目的通过本发明的解决方案特征在于，热流被允许从带有第一温度水平的设备部件或热的产品流动至带有更低的第二温度水平的部位，其中，在这两个温度水平之间的区域中布置有至少一个热电偶，利用其在利用热流的情况下直接获得电能。
优选地，应用带有至少一个掺杂的(dotiert)半导体对(Halbleiterpaarung)的这样的作为热电偶。此外，优选地使用这样的作为热电偶，其借助于PVD方法(物理蒸汽沉积)来制造。在此优选地，多个热电偶联结成热电发电机(TEG)。
在此优选地设置成，板坯首先在连铸设备中被铸造，并且在连铸设备之后板坯借助于分离装置、尤其气割机(Brennschneidmaschine)来裁剪(ablaengen)，其中，板坯在分离装置之前和/或之后利用隔热器件来防止散热。在该情况中，构造为隔热罩的隔热器件可被如此定位，使得在裁剪板坯时其位置与当前的板坯尺寸和/或实际情况相匹配。
裁剪的板坯然后可被运输到板坯库中，其中，运输经由至少部分地由热电发电机围绕的辊道实现。板坯在此可如此在连铸设备与板坯库之间在纵向或横向上被运输并被允许冷却，使得其达到或不低于预定的温度。
优选地，热电发电机或热电偶的该至少一个部段在至少一侧处冷却。该侧代表在能量回收过程中的热沉。
有利地，另一方法技术上的设计方案设置成，在热电偶的冷侧处的冷却热被用于其它需要热的过程。在此，冷却热优选地被用于干燥物品、海水脱盐、用于加热装置或用于化学过程。
具有带有第一温度水平的设备部件或热产品以及带有更低的第二温度水平的部位的冶炼技术设备(其包括连铸设备和/或炉和/或热轧带机组)特征在于，在带有第一温度水平的设备部件或产品与带有第二温度水平的部位之间的区域中布置有至少一个热电偶，其适合于在利用由于温度梯度而产生的热流的情况下直接产生电能。
优选地，热电偶具有至少一个掺杂的半导体对。它优选地具有硅晶片，其借助于PVD方法(物理气相沉积)来涂覆并且接下来机械地加工。优选地，多个热电偶联结成热电发电机(TEG)。
设备可以是或包括连铸设备和/或炉和/或热轧带机组。
在连铸设备中铸造期间已可在连铸滚子(Strangrolle)之间和/或旁边安装热电偶或热电发电机(TEG)。
在运输线路、尤其辊道(在其处未布置有热电偶)上运输产品时，运输线路可设有隔热器件。
备选地，运输线路、尤其辊道或所运输的产品为了产生电流可设有热电偶或热电发电机。
在炉中后加热或加热产品(例如板坯)时，热的燃烧空气通过废气通道漏出。在废气通道或/和管壁或通道壁之内设置有热发电机模块，以便将废热转化成电能。该系统也被与炉空气预热相结合。
设备可包括板坯库和/或卷圈库，其壁具有热电偶和/或隔热器件。在此，热电偶和/或隔热器件能够可移动地、尤其可摆动地或可平移移动地布置。此外在仓库中可布置空气循环器件、尤其至少一个鼓风机。
板坯库和/或卷圈库也可构造为热保持坑(Warmhaltegrube)。
此外优选地布置有冷却器件，以便冷却热电偶的至少一侧。
尽管与热力学的循环过程在其中进行的设备相比热电偶基于完全不同的工作原理，但是其效率也通过卡诺效率来限制。
自20世纪五十年代以来建立并应用传统的热电偶。其基于所谓的赛贝克效应，当两个电导体被带到相互接触并且以温度梯度加载时，技术上可利用该效应。在此建立电压。连续地施加的热流然后产生电能。
尽管热电偶长期以来已知，其在电力产生中尚未经历广泛应用。背景是其在传统的结构方式中相对小的效率以及成本集中的制造。
近来，热电偶的发展做出了重要的进步，其可更有吸引力地显现其技术上的应用性。最新一代的热电偶基于掺杂的半导体对来制造。生产过程被显著改善并且基于有效的方法，如其从计算机芯片的批量生产中已知。
应用借助于PVD方法(物理气相沉积)涂覆且接下来机械地加工的硅晶片。根据该方法制造的元件与至今位置市场上普遍的热电偶相比在最有利的制造价格下实现好很多的功率收益。
为了以技术上相关的尺度产生能量，将多个热电偶联结成热电发电机(TEG)。
以足够的可利用的效率为前提，热电偶提供对上述的尺寸问题的解决方案。热电偶可无问题地联结成大的单元，而这对效率没有负面的影响。待制造的设备由此以有利的方式可刚好与在相应的过程步骤中积累的待利用的热流相协调。
然而，基于蒸汽涡轮或通常兰金循环过程的根据现有技术的解决方案提供明显更小的灵活性。此外，出现导热的介质以及热回收设备的可移动的部件的问题。相反地，热电偶能够以直接的方式获得电能，而不需要附加设备。取消导热的介质原理上也提高效率，因为卡诺效率通常可以更高。
相应地，通过所提出的解决方案可能设计按照相应的应用精确地定制的设备，即，其使在熔炼设备中应用热电偶成为可能并且可完全带来其优点。能够有效地利用热流并将其传递到热电偶上。同样重要的是有效的中间冷却、尤其在利用(例如冷却循环的)已经存在的设备构件的情况下。根据具体的使用地，这样的设备在结构上可非常不同地来构建。对此，该结构能够以可改变规模的方式被实施。提供模块化的结构方式。
根据本发明的一优选的设计方案，铸坯或板坯在轧机方向上被运输或被运输到板坯库中且之后到卷圈库中，其中，在铸造和/或运输期间热被提取。在此，板坯或卷圈可以部分相叠地被放置在特别准备的且构造有TEG模块的储存位置上短时间或者数小时或数日，其中，在该运输时间段中余热被发出给铸坯和/或板坯并且/或者在存储时间段中被发出到TEG模块处用于产生电流。该设备区域特征在于热的连续提供和高的能量密度以及由此高的电流产生效率。
利用所提及的TEG元件直接产生电流。TEG元件就此而言特别合适，因为能量效率和生产技术近来相对于传统地制造的元件被显著改进。在此，完全可与传统的技术(例如ORC(有机兰金循环)，也就是说，带有低沸点的有机介质)相比，可获得的效率在熔炼设备中的在此相关的温度范围中为大约10%-15%。然而，TEG元件不强制需要外部的附加设备，因为电流直接在热源附近产生，也就是说，取消了涡轮、机械的发电机以及用于传热介质的管系(Verrohrung)。仅仅对于热电发电机的冷侧，代替空气可实现利用液态的介质的冷却。
同样可能的是，在铸造期间热已被从坯料中提取，并且该热被导出到TEG模块处用于产生电流。为此，TEG模块优选地设置在连铸滚子之间。
在按长度分离或切割板坯之后，尽可能快地将板坯从连铸设备中运输到板坯库中，或在卷绕后将卷圈运输到卷圈库中，并且在那里放置到构造有TEG模块的储存位置上。在其运输至板坯库或卷圈库期间也已可从板坯或卷圈中提取其余热的部分量，对此，引导至储存位置的运输器件可实施成隔热的或构造有TEG模块。板坯的运输可在纵向上以可逆的辊底式炉的形式或者在横向上以可逆的推进式炉(Stoßofen)或步进式炉(Hubbalkenofen)的形式实现。在运输速度较慢和运输路段较长时，该结构形式是带有用于能量回收或产生电流的TEG模块的板坯库的一部分。
有利地，板坯库或卷圈库可构造为高架，在其中板坯或卷圈例如利用堆垛机(Stapler)在侧向上被平地推入储存位置中。在此，板坯或卷圈放置在支承轨道上。壁、盖和底部结构加衬以TEG模块。备选地且特别有利地，TEG模块定位在承载的壁之前，由此在维护情况中存在可接近性和简单的可更换性。在另一实施形式中，板坯被翻倾并且竖立地支承在TEG模块之间，其中，板坯库构造有引导支柱(Führungsstrebe)和/或侧向的滚子，以便阻止板坯的翻倒。在这样的板坯库中，板坯仅放置在几个部位处，例如在滚子上。
为了板坯或卷圈以尽可能高的温度处于储存位置上，板坯或卷圈的相应的合理的/最佳的更换可在板坯库或卷圈库之内来执行。
为了能够执行无阻碍地将板坯或卷圈运输到这些储存位置中并从其中运出，在此优选地，布置在板坯或卷圈之上的TEG模块可摆动地或可移动地布置。备选地，储存位置设有可摆动的或可移动的热绝缘的带有或不带集成的TEG模块的隔离罩。
涡旋的空气流动在换热器区域中或在储存位置之内利用例如鼓风机或通风机的产生还缩短冷却时间。然而在此，必须考虑板坯或卷圈最大允许的冷却速度，以便不导致质量降低。
用于多个储存位置并排的布置的一典型的优选的实施形式以热保持坑的形式是可能的。板坯在纵向上放置在承载梁上。通过可移动的盖板，可在其下建立板坯堆或者板坯在冷却之后在这里被单个地取出。备选地，盖板对于每个储存位置也可单个地上摆。在底部处、在壁处且可选地还在盖处以及在板坯堆之间布置有TEG模块。代替经由强制的对流将能量导出到环境处，有目的地将能量发出到TEG模块处并产生电流。
在板坯运输时且在板坯储存时利用板坯热回收系统的典型的优选的方法步骤如下进行：
a)铸造板坯。
b)在连铸设备后面并且在使用隔热部的情况下在气割机的区域之前和之中将板坯分离到所要求的长度(可选地还在板坯库的区域中)。在此根据燃烧器的位置隔热罩在气割机的区域中被逐步地上摆且又被降下，以便使在连铸设备与气割设备之间的区域中和在气割设备之内的热损失最小化。在辊道滚子之间在可能的区域中同样可安装有隔热盒。
c)在设有TEG模块的用于回收能量的辊道上例如以铸造速度或者可选地在隔热的辊道上以优选地提高的运输速度将板坯运输到板坯库中。
d)以铸造速度或可选地以提高的运输速度将板坯驶到取下或转移位置上。
在步骤c)和d)中的运输优选地在时间上如此来控制，使得不低于用于存入的例如800℃的板坯的必要的最小温度。
e)如果取下位置设有隔热罩，则其被翻开。
f)将板坯快速运输到换热器位置上。优选地，板坯被堆叠或运输到以TEG模块围绕的位置(例如坑)中。在堆叠板坯时，仅仅短暂地打开热回收空间用于填充以板坯。
g)板坯在实施有TEG模块的位置上缓慢冷却，在其中热能被捕获。
h)在规定的时间结束或者板坯堆温度在限定的参考部位处达到之后，板坯堆又被松开。
优选地，过程模型监视和控制冷却过程，其中，尤其从所测量的或计算的坯料或板坯温度出发，根据环境条件来计算板坯的冷却。板坯在用于散发热量的储存位置中停留越长，能量的利用越好。因此，单个板坯例如在5个小时中失去600℃。如果板坯吨位大于从所有TEG模块位置的总和中得到的通过量，过程模型相应地缩短存储时间。
同时，过程模型以合理的方式将TEG模块位置的应用与存储系统或运输系统相结合，以便例如将板坯或卷圈分类地停放或放置在仓库中并且在需要时又选择性地取出用于再加工。用于控制其它工艺流程(对冷却介质的泵吸、产品速度等)的过程模型相似地来设置，然而不详细说明。
单侧地冷却TEG模块。优选地应用水作为用于TEG模块的冷却介质。然而，也可根据边界条件使用矿物的或合成的热油或气体(空气、氮气、烟气等)。
根据冷却介质的温度水平，有利地其也可被用于其它过程，如干燥设备、远程加热(Fernheizung)、化学过程、海水脱盐等并且因此可提高热回收装置的效率。那么消除在冷却塔处的浪费或散热。
所说明的技术不仅仅限制在带有厚板坯或薄板坯及其卷圈的传统的热轧带设备或CSP设备上，而且也可以以相同的方式应用在块钢(Blockstahl)、钢坯、载体钢或圆钢制造等中。在非铁-热设备(Nichteisen-Warmanlage)(带设备(Bandanlage)等)中该技术也可以是有利的。
TEG模块可被单独用于或合适于回收能量且有利地与其它能量回收技术(其优选地实施有ORC设备或Kalina设备(循环过程))相结合。例如，在高温时运行TEG模块，其利用大约300℃的冷却介质(例如热油)来冷却。接下来，在ORC设备或Kalina设备处该能量(或热的冷却介质)进一步被用于产生电流。也可考虑相反的布置方案，从而首先高温废热例如被ORC设备吸收并且例如ORC设备的冷凝器换热器将低温热发出到TEG模块处。
两个装置(用于运行ORC设备的换热器和热电发电机)也可在地方上相继布置。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例。其中：
图1示意性地以透视图显示了两个钢坯，其热能通过热电发电机被转化成电能，
图2显示了带有热电发电机(TEG单元)的连铸设备的侧视图，
图3a以前视图并且
图3b以侧视图显示了在设备的部段滚子(Segmentrolle)之间带有TEG模块的连铸设备的坯料部段(Strangsegment)的区段，
图4a以前视图并且
图4b以侧视图显示了在连铸设备的区域中带有TEG模块的备选的实施形式，
图5以俯视图显示了在板坯储存位置的区域中带有TEG模块的板坯库，
图6以侧视图显示了带有TEG模块的辊道，
图7以侧视图显示了带有固定的和可摆动的上TEG模块的板坯储存位置，
图8a以俯视图并且
图8b以侧视图显示了TEG模块在热保持腔中的布置方案，
图9以侧视图显示了TEG模块在在热保持腔的区域中的备选的布置方案，
图10a以前视图并且
图10b以侧视图显示了带有TEG模块的板坯高架仓库，
图11a以俯视图并且
图11b以前视图显示了带有TEG模块的竖立板坯库，
图12以俯视图显示了在卷圈储存位置的区域中带有TEG模块的卷圈库，
图13a以前视图并且
图13b以侧视图显示了带有TEG模块的卷圈高架仓库以及
图14示意性地显示了过程模型。
具体实施方式
从大量可能的应用中在图1中示例性地观察一装置，即，其使所铸造的圆形钢坯的废热在倒转冷却床(Wendekühlbett)上可利用。
在冶炼厂范围中，废热量在许多过程步骤中积累，例如在转化器、电炉、连铸设备、校正部(Adjustage)中的熔化或铸造运行中，但是也在变形(热轧机组、卷取机(Haspel))或带处理(退火作业线(Gluehlinie))中
以钢铁厂为特征的热源(例如电弧炉(EAF)、步进式炉或推进式炉)(其为了其冷却必须也总是被联接到热沉处(例如到闭合的冷却水循环处))产生至今未利用的热降。其是在冷却的钢铁厂和冶炼厂过程中总是存在的至今未利用的废热流，其在此且根据本发明通过使用热电发电机(TEG)产生可利用的能量。通过将热电发电机安装到热源与热沉之间，由于不同的温度水平产生电能。
热源不仅通过可利用的热流dQ/dt而且通过过程温度T0相区别。理想地，热电发电机尽可能靠近热源放置，以便获得尽可能高的卡诺效率。
热电发电机在钢铁厂中可能的应用在于利用所铸造的半成品(如钢坯1)的废热。其具有较高的过程温度T1。
直接在浇铸之后钢坯1例如在倒转冷却床上冷却。在此，在正常情况中其热能未利用地被辐射到环境中。在此通过辐射发出的热流dQ/dt对于技术上的辐射器(Strahler)来说计算成
dQ/dt=σεA T1 4
在此：
T是以K为单位的温度，
σ是波尔兹曼常数，
ε是发射系数(Emissionskoeffizient)以及
A是钢坯表面积。
为了利用导出的热流，热电发电机以板的形式被安置到冷却床之上。图1显示了两个热的钢坯1，在其之上布置有平地构造的以热电发电机的形式的热电偶2。在热电偶2之上又布置有水冷却部3。
该热流的仅仅一部分被辐射到热电偶2上。该部分可通过形状系数(Formfaktor)来考虑。因为热电偶2的下侧也被加热并且在其方面发出辐射，由热电偶2接收的净热流作为从钢坯1到热电偶2上的辐射热流减去从热电偶2到钢坯1上回射的热流的差得出。
该功率提供给热电偶2基本上用于转化成电能。
在热电偶2自身处的能量平衡必须考虑由热电偶2在水冷却部3方向上发出的热流。如上面已被提及的那样，仅仅可利用到达的热流的一部分。该部分对应于效率η。
现代的掺杂的半导体材料达到大约40%的卡诺效率ηc。此外，通过在热电发电机2之内的热传导实现通过各个热电偶的热流。
对于存在的钢坯温度T1和存在的中间的冷却水温度T2，由于热力学的关系可计算出，在不仅对于钢坯温度而且对于水温的常用的数值下，在可能的η=10%的效率的情况下得到每个钢坯大约2000W的可用的电功率。
总地可说成，在钢铁厂中现代的热电偶用于能量回收带来一些明显的优点。在此尤其可列举大的应用范围和高的可靠性。
通过近来热电偶在材料应用和制造方法方面的进一步发展，可达到明显改进设备的经济性的效率。此外，已经可能在相对小的投资设备(Investitionsapparativen)中应用热电发电机。
在图2中以侧视图示出了连铸设备4。在铸造过程期间，坯料将热发出到连铸滚子或环境处。在连铸滚子之间发出的热被发出到TEG模块5处。对此，TEG模块5布置在连铸滚子之间。TEG模块5经由隔热的、抗潮的缆线6将所产生的电流发出到变压器或逆变器7处，其在匹配之后将电流输入网络8中。在图2中仅仅示意性地示出所提及的装置。此外，在该图中也可看见在连铸设备4后面的区域，其一部分 (如所示出的那样)为了避免热损失设有辊道覆盖部(Rollgangsabdeckung)9。在连铸设备4后面也存在用于裁剪板坯的气割设备10。冷却TEG模块。对此，存在冷却水管路11，其引导至冷却部12(尤其至冷却塔)。
在图3a和3b中以前视图和侧视图示出该实施形式的细节，吸收铸坯的热并且为了能量回收经由TEG模块将其传输到电流产生设备处。这些图仅仅显示了由三个部段滚子13构成的连铸设备的区段。
在所示出的示例中，首先将铸坯1的辐射的热输送给换热器板14。其是TEG模块5的热侧。经由热传导将热发出到板形地设计的TEG模块5处。在TEG模块5的另一侧上布置有冷却部15。总归存在的坯料壳冷却部(Strangschalenkühlung)的水可用作冷却。经由冷却管路16将冷却介质向外引导。通过设立该温差，在TEG模块5中产生电流，其经由耐水的、耐蒸汽的且耐热的缆线6被向外引导。细节(如TEG模块对水和蒸汽的防护、电绝缘)在图中未示出。可使用板式换热器作为冷却部15，其具有多个孔，冷却介质(例如水)蛇形地流动通过孔；也可设置有冷却腔，其优选地实施有冷却肋17。TEG模块5利用所属的安装件的侧向的固定未示出。
当出于冶金的原因板坯温度的影响是必要的时，如果备选地或同时坯料外部冷却(未示出)应是必要的，则也可执行存在的喷射冷却与防潮的TEG模块5一起组合的或备选的应用。
在图4a中以前视图并且在图4b中以侧视图示出吸收铸坯的热的另一备选的结构上的实施形式。这些图显示了连铸设备半部的小区段(其由三个部段滚子13(在图4a中以虚线示出)构成)以及以点划线标明的铸坯1。在此，在部段滚子13之间插入换热器18，气态的介质19(例如空气)在此被引导通过其。铸坯1的所发出的辐射热被发出到气体通道的换热器板处并且由气态的介质19吸收。在气体通道中的肋部20和紊流板提高对流的热传递。换热器18的背对板坯的侧面在此隔热地实施。该隔热盒减少热损失。借助于一个或多个鼓风机21，将气态的介质从换热器经由气体运输管路输送到在连铸设备之外或旁边的一个或多个TEG模块。该气体运输管路这里构造为环形管路并且设有热绝缘部22。
在换热器通道23中存在换热器单元24，其由热空气通道、TEG模块和用于水冷的冷却通道(其以层的方式来构建)构成。
根据所期望的坯料冷却以及在电流产生设备处的条件或其它目标设定来调整气态的介质19在换热器单元(TEG模块单元)24后面的温度。使用鼓风机21的体积流量作为调整环节。利用温度传感器25测量空气19的温度。
TEG单元吸收气态的介质19的热。如所述的那样，换热器单元24由热空气通道(空气19流过其)以及由TEG模块和冷却通道构成。这些构件以层的方式构建在管之内，从而相应在TEG模块之间产生温度差并且因此产生有效的电流。备选地，在带有内部肋的管中大量TEG模块也可固定在管壁处并且TEG模块的冷却在外部实现。
在图5中以俯视图示出板坯库26。经由隔热的或构造有TEG模块的输送辊道27，板坯被从连铸设备中运输到板坯库26中。可选地，在板坯库26中将存储位置的一部分构造为带有TEG模块28的储存位置，而剩余的存储位置是通常的存储位置29。根据尚存的板坯温度和冷却进度，在此通过过程模型在正常的存储位置与储存位置之间还发生板坯的受控制的交换。在通常的存储位置上的和在储存位置上的冷却的板坯然后经由过程模型被受控地从板坯库26中取出并且经由热炉30在运输方向F上被输送至轧机。为了优化能量收益，板坯分类模型和板坯规划模型与过程模型相互连结。在储存位置中产生的能量被向外导出并且作为电流输入网络中。另外的示意性的结构与在图2中所阐述的类似。
在图5中还示出带有所属的废气通道59的热炉30。为了能量回收在废气通道和/或管壁之内设置有热发生器模块(未显示细节)。在废气通道之内的热发生器模块类似于换热器单元24来构建。
对在板坯在带有辊道滚子32的辊道31上运输期间热回收的细节在图6中利用不同的备选方案以侧视图示出。在辊道滚子32之间并且沿着辊道31布置有TEG模块5。在上侧上的TEG模块可集成在保持装置33中。由于所供给的辐射热和到冷却介质处的散热，电流产生的原理这里对应于之前所提及的实施方案。在下侧上稍微改变实施形式，以便说明不同的可能性。尤其地，冷却部15(冷却单元)可由带有孔的板(在图6中左下)或由优选地带有肋部的冷却腔构成(在图6中中下)。可考虑水或空气作为冷却介质。TEG模块5可在面对板坯的侧上以换热器板14或自承载地(没有换热器板)来实施(在图6中右下)。
在根据图6的带有结合的TEG模块5的辊道的更长的结构形式中，在单元之间设置有间隙，由此由于物流原因或为了轧制程序规划等板坯1可被从热回收线中取出(移走、抬走(herausheben))。
以34表示辐射热和对流。
图7以剖开的侧视图显示在提及的板坯库26中的储存位置28。在此，板坯1可单独地来储存或(如所示出的那样)储存板坯堆。在上侧上安装有可摆动的或可移动的罩35，其使操作板坯成为可能。板坯堆由TEG模块5围绕。可选地，也可仅仅将TEG模块布置在下侧上并且将热罩翻到其上。如已说明的那样，由板坯1辐射的能量被发出到TEG模块5处用于产生电流。以R表示冷却水运输方向。板坯堆放置在支承轨道36上，其又布置在底板37上。
在图8a中以俯视图而在图8b中以侧视图以热保持坑38的形式示出对多个储存位置并排的布置方案的典型的优选的实施例。板坯1在纵向上放置在支承轨道36上。通过可移动的盖板39，板坯1这里可单个地被取出。以40表示用于可移动的罩35的让位位置(Ausweichplatz)。备选地，盖板39也可单独翻开。在底部处、壁处且可选地还在盖处布置TEG模块5(见图8b)。附加地，也可在板坯堆之间布置TEG模块5(未示出)，其被从两侧照射并且在中间具有冷却部。代替经由强制对流将能量导出到环境处，其被发出到TEG模块5处。至冷却设备和电流产生设备的连接管路未示出。
为了根据材料、板坯堆高度和温度水平影响对流的热传递，在此利用耐高温的通风机21在坑38之内产生空气流动。以此可同时影响在坑38中的冷却速度和温度分布。如果应减小从板坯1至TEG模块5的热传递(也就是说，例如对于确定的板坯材料期望极端更低的冷却速度)，则还设置成例如通过限定的厚度的未示出的陶瓷板等部分地挡住(Zustellen)或盖住(Verkleiden)TEG模块5。
代替围绕板坯堆布置TEG模块5，板坯1可存储在隔绝的空间(例如热保持坑)中，气态的介质(例如空气)经由环形管路流动通过其，如这在图9中的实施例中所示。在此，借助于鼓风机21经由热交换器通道23或多个小的管通道且返回地产生通过板坯储存空间的强制流动。备选地，对于特殊情况，废气也可在带有换热器的烟囱中被导出。然而，环形管路避免废气热损失。在环形管路中，例如空气19将热能发出到TEG模块单元或换热器单元24(包括热空气通道、TEG模块5和用于水冷的冷却通道，优选地以层的方式来构建)处。
板坯储存空间可以以热保持坑的形式来构造或布置在平的地面上。如在图9中所示，可将多个板坯堆或者也可将单个的板坯堆(在特殊情况中单个的板坯1)布置在气态的介质19(例如空气、烟气、氮气)相应分离地在环形管路中被吹过的空间中。
为了提高从板坯1或板坯堆到空气19处的对流的热传递，可将辐射板(未示出)装配在堆垛旁边或作为护壁板。辐射板吸收板坯的辐射能、加热并且增大用于对流地热传递到循环的气态的介质19(例如空气)处的换热器面积并且因此提高效率。
特别有利地，可利用鼓风机21作为控制元件来控制板坯的冷却速度。此外，鼓风机功率根据板坯温度的匹配是可能的。附加地，在TEG模块5之后的气态的介质19的温度可根据TEG设备的条件或界限或者其它目标设定来调整。
在图10a和10b中以剖开的前视图和剖开的侧视图示出了板坯高架仓库41，在其中可执行尽可能紧凑的且成本有利的储存。平地侧向地在填充方向S上例如利用(未绘出的)堆垛机(Stapler)将板坯1推入储存位置42中，对此板坯高架仓库构造有可逐段地移动的侧向的门43。在板坯高架仓库41之内，板坯1放置在支承轨道36上。TEG模块5集成在壁和盖之中或之前，由此该结构的承载的部件不过强地来加热并且因此保持稳定性。在中间的区域中，可在板坯(中间壁)之间在两侧围绕冷却系统布置TEG模块。也就是说，内壁可以以层的方式由换热器板/TEG模块/冷却部/TEG模块/换热器板的组合来构建。在图10a、b上不能看见TEG模块的细节。
板坯存储的备选的可能性在于将板坯1存储在竖立板坯库44的储存位置中。在图11a中以俯视图而在图11b中以剖开的前视图示出这样的竖立台架。为了存储，板坯1被翻倒、放置到其宽侧上并且然后竖立地从侧面被推入竖立板坯库4的储存位置42中。在图11a中以箭头说明填充方向S。由于以布置在板坯1之间的TEG模块5的竖立存储(Hochkantlagerung)的更大的充填密度，发生从板坯1到TEG模块5上的集中的热传递。为了对付能量损失，存在可移动的绝热的门43，其在需要时可被在运输方向上移动。竖立地放置的板坯1例如靠在滚子45或以其它方式构造的支承上，通过其使板坯到竖立板坯库44中的侧向的引入和提出变得容易。为了板坯的侧向引导和防翻倾，在TEG模块5旁边在侧向布置有支撑部46(例如在此也是滚子)，通过其同样使板坯1的引入和提出的更容易的移动成为可能。带有相应的冷却部15和缆线或管系的TEG模块5在此仅仅示意性地示出并且与之前所示的实施形式相似地布置。
在图12中以俯视图示出了卷圈库47。由卷取机48制造的卷圈经由卷圈运输线49(其例如以TEG模块来围绕或者可构造有隔热罩)到达其存储位置。该存储位置部分地构造为带有TEG模块的储存位置50，剩余部分是通常的不带TEG模块的卷圈存储位置51。根据卷圈的尚存的温度和冷却进度，发生由过程模型控制的在存储位置与储存位置之间的卷圈的交换。安装在储存位置中的TEG模块在此未示出。
以与在图10a和10b的实施例中的板坯近似相同的方式，卷圈为了其冷却和获得电流也可被存储在卷圈高架仓库52中，如在图13a中以剖开的前视图而在图13b中以剖开的侧视图所示。所显示的卷圈高架仓库52在结构方面与板坯高架仓库没有区别，从而在此可将相应的附图标记转移到卷圈高架仓库52上，其中，以53表示卷圈。相对于板坯高架仓库，在卷圈高架仓库52中存在该选择，即所示出的卷圈格(Coilfach)54出于稳定性原因也可侧向地彼此错位地布置并且除了矩形之外，卷圈格54的例如六角形的构造也是可能的。由承载的结构和TEG模块构成的底部、壁和盖在此也仅仅示意性地示出。
在图14中以冷却板坯1的冷却为例示出包含必要的板坯操作的用于控制在连铸设备之内的和板坯1或卷圈53的余热转化成电能的整个过程的过程模型。在辊道31上将暖的板坯1从连铸设备4或气割设备10运输至板坯库26并且在那里放在带有TEG模块(相应地例如图7)的储存位置上。在执行冷却之后，冷却的板坯1然后被从板坯库26中取出并且置于其它不带TEG模块的板坯存储位置上或者在运输方向F上被输送至轧机。所产生的电流被引导至变压器7并且输入网络中。
板坯信息56(板坯输入)以及涉及储存位置或TEG模块位置57的信息(储存位置输入)经由相应的信号线路58被输送给过程模型55：
板坯输入：板坯吨位、板坯几何形状、板坯温度(所测得的、所计算的)、铸造速度，
储存位置输入：对每个储存位置TEG模块的冷却介质的所测得的进入和流出温度。
从这些信息在过程模型55中工艺参数被计算并且经由相应的控制线路被用于控制板坯操作。逐个执行以下计算：
- 计算板坯温度和与板坯分类和存储系统组合。
- 根据储存位置优化板坯排出温度。
- 计算板坯在储存位置中的温度。
- 泵吸能力(Pumpenkapazität)或者说根据板坯温度且根据板坯是否位于储存位置上对带有TEG冷却部的每个TEG储存位置调整切换阀。
- 计算总热流和所产生的电流量。
- 预定在连铸设备中的铸造速度。
- 确定板坯从储存位置中的排出时刻。
附图标记清单
1 板坯/钢坯/铸坯/卷圈(产品)/块/载体/圆钢
2 热电偶(热电发电机-TEG)
3 水冷却部
4 连铸设备
5 TEG模块
6 缆线
7 变压器/逆变器
8 网络
9 辊道覆盖部
10 气割设备
11 冷却水管路
12 冷却部
13 部段滚子
14 换热器板或保护板
15 冷却部
16 冷却管路
17 冷却肋
18 换热器
19 气体(空气/氮气/烟气)
20 肋部
21 鼓风机/通风机
22 热绝缘部
23 换热器通道
24 换热器单元
25 温度传感器
26 板坯库
27 输送辊道
28 带有TEG模块的储存位置
29 存储位置
30 加热炉
31 辊道
32 辊道滚子
33 用于电流产生单元的保持装置
34 辐射热和对流
35 罩(可摆动的、可移动的)
36 支承轨道
37 底板
38 热保持坑
39 盖板
40 让位位置
41 板坯高架仓库
42 储存位置
43 门(可移动的、隔热的)
44 竖立板坯库
45 滚子
46 支撑部
47 卷圈库
48 卷取机
49 卷圈运输线
50 带有TEG模块的卷圈存储位置
51 不带TEG模块的卷圈存储位置
52 卷圈高架仓库
53 卷圈
54 卷圈格
55 过程模型
56 板坯信息
57 储存位置信息
58 信号线路或控制线路
59 加热炉的废气通道
dQ/dt 热流
T1 温度
T2 温度
F 运输方向
R 冷却水运输方向
S 填充方向。

Claims (40)

1.一种用于在包括连铸设备(4)和/或炉和/或热轧带机组和/或至少一个在设备部件之间的运输线路和/或板坯库和/或卷材库的冶炼技术设备中通过利用设备部件和/或热的产品(1)的余热回收能量的方法，
其特征在于，
热流(dQ/dt)被允许从带有第一温度水平(T1)的设备部件和/或热的产品(1)流动至带有更低的第二温度水平(T2)的部位，其中，在所述两个温度水平(T1, T2)之间的区域中布置有至少一个热电偶(2)，利用其在利用所述热流(dQ/dt)的情况下直接获得电能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，带有至少一个掺杂的半导体对的这样的热电偶被用作热电偶(2)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用这样热电偶的作为热电偶(2)，其借助于PVD方法(物理蒸汽沉积)来涂覆并且接下来以机械的方式来制造。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个热电偶(2)被应用在100℃-120℃的温度范围中，并且所述热电偶(2)的材料与相应的温度匹配。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用多个热电偶(2)，其联结成热电发电机(TEG)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，首先板坯在连铸设备(4)中被连续铸造，并且在所述连铸设备(4)之后所述板坯借助于分离装置(10)来裁剪，其中，所述板坯在所述分离装置(10)之前和/或之后利用隔热器件来防止散热。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，构造为隔热罩的隔热器件(35)被如此定位，使得在裁剪所述板坯时其位置与当前的板坯尺寸和/或实际情况相匹配。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，裁剪的所述板坯在纵向或横向上被运输到板坯库(26)中，其中，所述运输经由辊道实现，所述辊道至少部分地由热电偶(2)或热电发电机围绕。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述板坯如此在所述连铸设备(4)与所述板坯库(26)之间被运输并被允许冷却，使得其达到或不低于预定的温度。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个热电偶(2)在至少一侧处被冷却。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热的产品(1)的未借助于所述热电偶(2)转化成电能的余热被用于其它需要热量的过程。
12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热电发电机的冷却介质的热量被用于干燥物品、海水脱盐、用于加热装置或用于化学的过程。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于利用热电偶和/或利用热电发电机获得电流的方法被与其它能量回收技术相结合以进一步获得电流。
14.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分离装置(10)为气割机。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述其它能量回收技术为循环过程。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述循环过程利用ORC设备或Kalina设备进行。
17.一种冶炼技术设备，其包括连铸设备(4)和/或炉和/或热轧带机组和/或至少一个在设备部件之间的运输线路和/或板坯库和/或卷材库，所述设备具有带有第一温度水平(T1)的设备部件和/或热的产品(1)以及带有更低的第二温度水平(T2)的部位，
其特征在于，
在带有所述第一温度水平(T1)的所述设备部件和/或所述热的产品(1)与带有所述第二温度水平(T2)的所述部位之间的区域中布置有至少一个热电偶(2)，其适合于在利用由于温度梯度而产生的热流(dQ/dt)的情况下直接产生电能。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，所述热电偶(2)具有至少一个掺杂的半导体对。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，所述热电偶(2)借助于PVD方法(物理气相沉积)来制造。
20.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，多个热电偶(2)联结成热电发电机(TEG)(5)。
21.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，在所述连铸设备的连铸滚子之间和/或旁边或者在所述连铸设备旁边布置有热电偶和/或热电发电机。
22.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，所述设备包括炉(30)，其在废气通道(59)之内或者/并且在管壁或通道壁处具有热发电机模块。
23.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，未布置有热电偶(2)的运输线路设有隔热器件。
24.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，运输线路或在所述连铸设备(4)中、在所述炉中并且/或者在所述热轧带机组中所运输的所述热的产品由热电偶或热电发电机围绕。
25.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，所述设备包括板坯库(26)和/或卷圈库(47)，其壁具有热电偶(2)和/或隔热器件。
26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述热电偶(2)和/或隔热器件可移动地来布置。
27.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，在所述板坯库或卷圈库中布置有空气循环器件(21)。
28.根据权利要求27所述的设备，其特征在于，所述空气循环器件(21)为至少一个鼓风机。
29.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，经由环形管路从位于所述连铸设备(4)中、所述炉中和/或所述热轧带机组中的所述热的产品(1)或仓库(26, 47)借助于气态的传热介质和至少一个鼓风机能够将能量运输至换热器单元(24)并且/或者至热电发电机且能够在那里集中地传递。
30.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，经由环形管路从位于所述连铸设备(4)中、所述炉中和/或所述热轧带机组中的所述热的产品(1)或仓库(26, 47)借助于气态的传热介质和至少一个鼓风机能够将能量运输至换热器单元(24)并且/或者至热电发电机且能够在那里集中地传递，其中借助于所述鼓风机能够调节所述气态的传热介质的流量并且由此调节能量交换。
31.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述板坯库或卷圈库构造为热保持坑或高架仓库或构造在冶炼道上。
32.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，布置有冷却介质以便冷却所述热电偶(2)的至少一侧。
33.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，多个热电发电机堆叠地布置在换热器单元(24)中。
34.根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述冷却介质构造用于以空气、氮气、烟气、水或在高温时沸腾的介质运行。
35.根据权利要求23所述的设备，其特征在于，所述运输线路为辊道。
36.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述运输线路为辊道。
37.根据权利要求24所述的设备，其特征在于，所述热的产品为板坯、钢坯或卷圈。
38.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，所述热电偶(2)和/或隔热器件可摆动地或可平移移动地来布置。
39.根据权利要求34所述的设备，其特征在于，所述在高温时沸腾的介质为热油。
40.根据权利要求29或30所述的设备，其特征在于，所述气态的传热介质为空气、烟气或者氮气。
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