EP1989334B1 - VERFAHREN ZUM KÜHLEN METALLURGISCHER GEFÄßE - Google Patents

VERFAHREN ZUM KÜHLEN METALLURGISCHER GEFÄßE Download PDF

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EP1989334B1
EP1989334B1 EP07726483.6A EP07726483A EP1989334B1 EP 1989334 B1 EP1989334 B1 EP 1989334B1 EP 07726483 A EP07726483 A EP 07726483A EP 1989334 B1 EP1989334 B1 EP 1989334B1
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carbon dioxide
cooling
metallurgical vessel
metallurgical
cooled
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Peter Bauer
Günter WAGENDORFER
Burkhardt Holleis
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Messer Austria GmbH
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Messer Austria GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/44—Refractory linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/16—Making or repairing linings increasing the durability of linings or breaking away linings
    • F27D1/1694—Breaking away the lining or removing parts thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling metallurgical vessels.
  • Metallurgical vessels such as furnaces, pans, (casting-treatment-transport-desulphurisation and refilling) tanks for glass or for molten metals, such as aluminum, steel, iron, scrap, steelmaking converters, smelting furnaces in the metal industry and glass industry, incinerators for thermal waste utilization or heat generation, are provided with linings of a refractory material. These linings are subject to high wear due to the high thermal, physical and chemical stresses.
  • a liquefied substitute material is applied by a spray nozzle to worn, eroded or chipped areas of the liner.
  • a hot repair is not possible, in particular, a complete re-delivery can not be accomplished.
  • the DE 197 32 893 A1 describes a method for cooling oven liners of industrial ovens in which at least a portion of the liner is contacted with a cryogenic gas or liquefied gas, such as carbon dioxide gas or liquid carbon dioxide.
  • the JP 49 006722 B describes the use of carbon dioxide snow for cooling and treating an interior surface of a metallurgical converter.
  • the carbon dioxide snow is generated locally by relaxing liquid carbon dioxide.
  • a method for cooling a metallurgical treatment space by means of a liquefied gas is known.
  • the liquefied gas for example liquid nitrogen or liquid carbon dioxide, is applied to the walls of the treatment space by means of a rotating sprinkler device.
  • the metallurgical vessel is subjected to cooling with a cryogenic medium. Due to the thermal contact with the cryogenic medium, the metallurgical vessel is accelerated cooled.
  • the time savings that can be achieved can amount to several hours.
  • the invention provides for carbon dioxide to be used as the cryogenic medium, in particular carbon dioxide in solid form (dry ice), which is applied or thrown onto the surface to be cooled, and sublimated by the thermal contact with the surface.
  • carbon dioxide in solid form (dry ice)
  • the carbon dioxide is introduced in a first preferred embodiment in the supercooled liquid state under pressure and relaxed in the region of the surface to be cooled of the metallurgical vessel. Relaxation produces carbon dioxide snow and cold carbon dioxide gas.
  • the carbon dioxide snow is applied by suitable means on the surface to be cooled. In order to achieve a particularly good cooling effect, it should be ensured that as little as possible of the carbon dioxide snow sublimated on its way to the surface to be cooled.
  • dry ice pellets are used, which are applied to the surface to be cooled by means of suitable pellet jet devices.
  • the pellets can have any shape and size.
  • the dry ice pellets are either produced directly on site or transported from the place of their production with suitable transport facilities to the place of use. Again, the carbon dioxide should impinge largely in the still solid state on the surface in order to achieve optimum cooling.
  • the cooling is increased overall and, moreover, a greater part of the cryogenic medium in the liquid or solid state impinges on the surface of the metallurgical vessel, whereby a further improved cooling performance is achieved.
  • a comparably positive effect can also be achieved in the liquid or gaseous state brought cryogenic media also by the fact that the pressure of the cryogenic medium is increased before it is fed to the metallurgical vessel to be cooled.
  • the drawing shows a metallurgical vessel, in the exemplary embodiment, a converter 1, which was previously, for example, for re-delivery, out of service and should now be cooled.
  • the converter 1 For cooling by means of the method according to the invention, the converter 1 is moved to a position in which its interior is accessible for exposure to a cryogenic medium.
  • carbon dioxide is provided in the embodiment.
  • the carbon dioxide is introduced in liquid form in a mobile tank unit 2, for example a tanker or a tank car.
  • the liquid carbon dioxide passes from the tank unit 2 at a pressure of, for example, 15 to 20 bar via a pressure line 3 to a likewise designed as a mobile unit discharge device 4 for carbon dioxide snow.
  • the discharge device 4 comprises a relaxation device 5, in which the pressure line 3 opens. At the expansion device 5, the liquid carbon dioxide is released to a pressure of about 1 bar, where it partially freezes to carbon dioxide snow and partially evaporated to carbon dioxide gas.
  • a device 7 for supercooling the liquid carbon dioxide transported in the pressure line 3 can be provided in the pressure line 3, in order to increase the proportion of carbon dioxide snow formed during the expansion on the expansion element 5 compared to the carbon dioxide gas content. Furthermore, in the line, upstream of the device 7, a device 8 may be provided to increase the pressure to increase the output pressure before the relaxation.
  • the carbon dioxide snow is discharged in the direction of the inner surface of the converter 1 by means of a nozzle arrangement 6, in which optionally a cold gas flow is generated with the aid of external energy.
  • the nozzle assembly 6 is mounted on a supporting structure 9, which is constructed so that the nozzle unit 6 are moved into the interior of the converter 1 and there can act on at least approximately each area with carbon dioxide snow.
  • the carbon dioxide particles are accelerated by the nozzle assembly 6 so that they impinge at least partially in the still solid state on the surface to be cooled. After impacting the surface to be cooled, the carbon dioxide particles sublimate, removing heat from the surface to be cooled.
  • the irradiation Upon reaching a certain target temperature in the interior of the converter 1, in which a visit of the converter 1 is possible, the irradiation is terminated. In this way, the cooling process is significantly accelerated, and the converter 1 can be committed much earlier than would be the case without cooling.
  • a converter for the production of steel produces 300t / h liquid product.
  • the converter is put out of operation and then to a cooled for the commission by staff tolerable temperature.
  • the cooling process is about 15 hours without the cooling according to the invention.
  • the interior of the converter is charged during the cooling process for a period of 4 hours with an amount of 20 tons / h of carbon dioxide snow. This shortens the cooling time by about 3 hours. With 10 deliveries per year, this time saving results in an increase in steel production of 9000 t annually.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen metallurgischer Gefäße.
  • Metallurgische Gefäße, wie zum Beispiel Öfen, Pfannen, (Gieß- Behandlung-Transport- Entschwefelungs- und Umfüll-) Wannen für Glas oder für schmelzflüssige Metalle, wie Aluminium, Stahl, Eisen, Schrott, Konverter für die Stahlerzeugung, Schmelzöfen in der Metall- und Glasindustrie, Verbrennungsöfen zur thermischen Abfallverwertung oder zur Wärmeerzeugung, sind mit Auskleidungen aus einem Feuerfestmaterial versehen. Diese Auskleidungen sind, bedingt durch die hohen thermischen, physikalischen und chemischen Belastungen, einem hohen Verschleiß ausgesetzt.
  • Zur Ausbesserung der vorhandenen Auskleidung oder zur vollständigen Neuzustellung mit Feuerfestmaterial müssen diese metallurgischen Gefäße regelmäßig außer Betrieb gestellt und anschließend abgekühlt werden, um eine Begehung durch Wartungspersonal oder eine Bearbeitung mit temperaturempfindlichem Gerät möglich zu machen. Der Abkühlvorgang von der Betriebstemperatur auf eine für die Begehung erträgliche Temperatur nimmt jedoch eine beträchtliche Zeit in Anspruch. Um eine Verkürzung der Kühlzeiten zu erreichen, wurde bereits versucht, die metallurgischen Gefäße mit einem Ventilator zu kühlen. Dies führt jedoch nicht zu einer befriedigenden Beschleunigung der Abkühlung. Alternativ hierzu ist - beispielsweise in der DE 28 51 259 A1 - vorgeschlagen worden, die Zustellung bzw. Reparatur der Auskleidung so weit zu automatisieren, dass auch eine Reparatur bei hohen Temperaturen möglich ist. Bei einer derartigen Heißreparatur wird ein verflüssigtes Ersatzmaterial mittels einer Sprühdüse auf verschlissene, erodierte oder abgesplitterte Stellen der Auskleidung aufgetragen. In vielen Fällen ist eine Heißreparatur jedoch nicht möglich, insbesondere kann eine völlige Neuzustellung damit nicht bewerkstelligt werden.
  • Aus der US 5 217 658 A ist ein Verfahren zur Reparatur eines Kupolofens bekannt geworden, bei dem der Ofen mittels Flüssigstickstoff gekühlt wird, bis eine zur Begehung des Ofens geeignete Temperatur erreicht ist.
  • Die DE 197 32 893 A1 beschreibt ein Verfahren zum Abkühlen von Ofenauskleidungen von Industrieöfen, bei dem zumindest ein Teil der Auskleidung mit einem tiefkalten gasförmigen oder verflüssigten Gas, wie beispielsweise Kohlendioxidgas oder flüssiges Kohlendioxid, in Kontakt gebracht wird.
  • Die JP 49 006722 B beschreibt die Verwendung von Kohlendioxidschnee zur Kühlung und Behandlung einer Innenoberfläche eines metallurgischen Konverters. Der Kohlendioxidschnee wird dabei vor Ort durch Entspannen von flüssigem Kohlendioxid erzeugt.
  • Aus der JP 2 052 985 A ist ein Verfahren zur Kühlung eines metallurgischen Behandlungsraums mittels eines verflüssigten Gases bekannt. Das verflüssige Gas, beispielsweise flüssiger Stickstoff oder flüssiges Kohlendioxid, wird dabei mittels einer rotierenden Sprinklereinrichtung auf die Wände des Behandlungsraums aufgetragen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein alternatives Verfahren zum Kühlen metallurgischer Gefäße anzugeben und dabei insbesondere , Ausfallzeiten bei metallurgischen Gefäßen, die aufgrund der Abkühlung des metallurgischen Gefäßes zwecks Wartung oder Reparatur notwendig werden, zu verkürzen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird also das metallurgische Gefäß zur Abkühlung mit einem kryogenen Medium beaufschlagt. Durch den thermischen Kontakt mit dem kryogenen Medium wird das metallurgische Gefäß beschleunigt abgekühlt. Der dadurch erreichbare Zeitgewinn kann dabei mehrere Stunden betragen.
  • Die Erfindung sieht dabei vor, als kryogenes Medium Kohlendioxid einzusetzen, insbesondere Kohlendioxid in fester Form (Trockeneis), das auf die zu kühlende Oberfläche aufgetragen oder geworfen wird, und durch den thermischen Kontakt mit der Oberfläche sublimiert.
  • Das Kohlendioxid wird dabei in einer ersten bevorzugten Ausführungsform im unterkühlten flüssigen Zustand unter Druck herangeführt und im Bereich der zu kühlenden Oberfläche des metallurgischen Gefäßes entspannt. Bei der Entspannung entsteht Kohlendioxidschnee und kaltes Kohlendioxidgas. Der Kohlendioxidschnee wird mittels geeigneter Vorrichtungen auf die zu kühlende Oberfläche aufgetragen. Um einen besonders guten Kühleffekt zu erreichen, sollte dabei dafür Sorge getragen werden werden, dass möglichst wenig des Kohlendioxidschnees auf seinem Weg zu der zu kühlenden Oberfläche sublimiert.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, die alternativ oder ergänzend zur vorgenannten-Ausführungsform einsetzbar ist, kommen Trockeneispellets zum Einsatz, die mittels geeigneter Pellet -Strahlvorrichtungen auf die zu kühlende Oberfläche aufgetragen werden. Die Pellets können dabei jede Form und Größe aufweisen. Die Trockeneispellets werden dabei entweder direkt vor Ort erzeugt oder vom Ort ihrer Herstellung mit geeigneten Transporteinrichtungen zum Einsatzort transportiert. Auch hier sollte das Kohlendioxid weitgehend im noch festen Zustand auf die Oberfläche auftreffen, um eine optimale Kühlung zu erreichen.
  • Durch die Unterkühlung des Kohlendioxids vor seiner Zuführung an das zu kühlende metallurgische Gefäß wird die Kühlung insgesamt verstärkt und es trifft zudem ein größerer Teil des kryogenen Mediums im flüssigen oder festen Zustand auf die Oberfläche des metallurgischen Gefäßes auf, wodurch eine weiter verbesserte Kühlleistung erreicht wird. Ein vergleichbar positiver Effekt lässt sich bei im flüssigen oder gasförmigen Zustand herangeführten kryogenen Medien auch dadurch erzielen, dass der Druck des kryogenen Mediums vor seiner Zuführung an das zu kühlende metallurgische Gefäße erhöht wird.
  • Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
  • Die einzige Zeichnung (Fig. 1) zeigt schematisch eine Vorgehensweise bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Zeichnung zeigt ein metallurgisches Gefäß, im Ausführungsbeispiel ein Konverter 1, der zuvor, beispielsweise zur Neuzustellung, außer Betrieb gesetzt wurde und nun abgekühlt werden soll. Zur Kühlung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Konverter 1 in eine Position verfahren, in der sein Innenraum zur Beaufschlagung mit einem kryogenen Medium zugänglich ist. Zur Kühlung des Konverters 1 ist im Ausführungsbeispiel Kohlendioxid vorgesehen. Das Kohlendioxid wird in flüssiger Form in einer mobilen Tankeinheit 2, beispielsweise ein Tankfahrzeug oder ein Kesselwagen, herangeführt. Der Einsatz einer mobilen Tankeinheit 2, die jeweils nur zum Zwecke der Kühlung zum Einsatzort verbracht wird, erweist sich für diesen Zweck als besonders vorteilhaft, da eine Neuzustellung nur in zeitlichen Abständen von einigen Wochen erforderlich ist und somit das kryogene Medium nur in größeren Zeitabständen, dann jedoch in großen Mengen, zur Kühlung zur Verfügung stehen muss. Das flüssige Kohlendioxid gelangt aus der Tankeinheit 2 mit einem Druck von beispielsweise 15 bis 20 bar über eine Druckleitung 3 zu einer gleichfalls als mobile Einheit ausgebildeten Austragsvorrichtung 4 für Kohlendioxidschnee. Die Austragsvorrichtung 4 umfasst ein Entspannungsorgan 5, in das die Druckleitung 3 einmündet. Am Entspannungsorgan 5 wird das flüssige Kohlendioxid auf einen Druck von etwa 1 bar entspannt, wobei es teilweise zu Kohlendioxidschnee gefriert und teilweise zu Kohlendioxidgas verdampft.
  • In der Druckleitung 3 kann des Weiteren eine Einrichtung 7 zur Unterkühlung des in der Druckleitung 3 transportierten flüssigen Kohlendioxids vorgesehen sein, um den bei der Entspannung am Entspannungsorgan 5 entstehenden Anteil an Kohlendioxidschnee gegenüber dem Kohlendioxidgasanteil zu erhöhen. Weiterhin kann in der Leitung, stromauf zur Einrichtung 7, eine Einrichtung 8 zur Druckerhöhung vorgesehen sein, um den Ausgangsdruck vor der Entspannung zu erhöhen.
  • Der Kohlendioxidschnee wird mittels einer Düsenanordnung 6, in der gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Fremdenergie ein kalter Gasstrom erzeugt wird, in Richtung auf die Innenoberfläche des Konverters 1 ausgetragen. Die Düsenanordnung 6 ist dabei auf einer Tragekonstruktion 9 montiert, die so aufgebaut ist, dass die Düseneinheit 6 auch in den Innenraum des Konverters 1 hineinbewegt werden und dort zumindest annähernd jede Fläche mit Kohlendioxidschnee beaufschlagen kann. Um einen möglichst guten Kühleffekt zu erreichen, werden die Kohlendioxidpartikel durch die Düsenanordnung 6 so beschleunigt, dass sie zumindest teilweise im noch festen Zustand auf die zu kühlende Oberfläche auftreffen. Nach dem Auftreffen auf die zu kühlende Oberfläche sublimieren die Kohlendioxidteilchen, wobei sie der zu kühlenden Oberfläche Wärme entziehen. Bei Erreichen einer bestimmten Zieltemperatur im Innenraum des Konverters 1, bei der eine Begehung des Konverters 1 möglich ist, wird die Bestrahlung beendet. Auf diese Weise wird der Abkühlvorgang wesentlich beschleunigt, und der Konverter 1 kann wesentlich früher begangen werden, als dies ohne Kühlung der Fall wäre.
    • Beispiel
  • Ein Konverter zur Herstellung von Stahl produziert 300t/h Flüssigprodukt. Für eine Neuzustellung wird der Konverter außer Betrieb gesetzt und anschließend auf eine für die Begehung durch Personal erträgliche Temperatur abgekühlt. Der Abkühlvorgang beträgt ohne die erfindungsgemäße Kühlung etwa 15h. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Innenraum des Konverters während des Abkühlvorgangs für die Dauer von 4h mit einer Menge von 20t/h Kohlendioxidschnee beaufschlagt. Dadurch wird die Kühlzeit um etwa 3h verkürzt. Bei 10 Zustellungen im Jahr ergibt sich aufgrund dieser Zeitersparnis eine Erhöhung der Stahlproduktion um 9000 t jährlich.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1.
    Konverter
    2.
    mobile Tankeinheit
    3.
    Druckleitung
    4.
    Austragvorrichtung für Kohlendioxidschnee
    5.
    Entspannungsorgan
    6.
    Düsenanordnung
    7.
    Einrichtung zum Unterkühlen
    8.
    Einrichtung zur Druckerhöhung
    9.
    Tragekonstruktion

Claims (1)

  1. Verfahren zum Kühlen von metallurgischen Gefäßen, bei dem das metallurgische Gefäß (1) bis zur Erreichung einer vorbestimmten Zieltemperatur oder für eine vorbestimmte Dauer mit einem kryogenen Medium beaufschlagt wird, wobei
    als kryogenes Medium Kohlendioxid zum Einsatz kommt, das auf die Oberfläche des metallurgischen Gefäßes (1) aufgetragen wird, wobei entweder das Kohlendioxid im flüssigem Zustand herangeführt und in einer Kühleinrichtung (7) unterkühlt wird, an einer Entspannungseinrichtung (5) entspannt und in Form von Kohlendioxidschnee mit der Oberfläche des metallurgischen Gefäßes (1) in thermischen Kontakt kommt oder
    in Form fester Trockeneispellets herangeführt wird und mit einer Strahldüse auf die Oberfläche des metallurgischen Gefäßes aufgetragen wird und weitgehend im noch festen Zustand auf die Oberfläche auftrifft.
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