EP4726307A1

EP4726307A1 - Nachbrennkammersystem zum wärmeabtransport von einem schmelzaggregat

Info

Publication number: EP4726307A1
Application number: EP24205440.1A
Authority: EP
Inventors: Christian Ulrich Biller; Peter Stefan Rueckel; Paul Trunner; Andras Varga; Christoph Alexander VIEHBOECK
Original assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2024-10-09
Filing date: 2024-10-09
Publication date: 2026-04-15
Also published as: EP4726308A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Stahlwerkstechnik und beschreibt ein Nachbrennkammersystem für ein Schmelzaggregat zur Wärmeabfuhr von einem Boden einer Nachbrennkammer.

Unterhalb des Bodens erstrecken sich ein oder mehrere Hohlräume und
außen an den Wänden der Nachbrennkammer sind Strömungskanäle angeordnet, welche mit den Hohlräumen verbunden sind.

Die Hohlräume werden beispielsweise durch Rohre, Wabenträger, I-Träger oder Stützfü-ße abgestützt.

Weiters umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Wärmeabtransport aus dem Nachbrennkammersystem. Dabei werden die Hohlräume und Strömungskanäle von einem Fluid, bevorzugt Luft, durchströmt.

Description

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Stahlwerkstechnik und beschreibt ein Nachbrennkammersystem für ein Schmelzaggregat, bevorzugt einen Elektrolichtbogenofen, umfassend eine Nachbrennkammer mit Wänden und eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr von einem Boden der Nachbrennkammer. Das Schmelzaggregat kann beispielsweise auch ein AOD (Argon Oxygen Decarburization) Konverter sein. Typischerweise befinden sich an den Innenwänden und im Deckenbereich einer Nachbrennkammer wassergekühlte Paneele bzw. Ausmauerungen. Durch Torelemente können abgeschiedene Feststoffanteile ausgebracht werden.
Der Nachbrennkammer, auch Abscheidekammer oder Dropout Box (DOP), ist zumindest ein heißes Gas, vorzugsweise ein Abgas des Schmelzaggregats zuführbar und die Nachbrennkammer weist mindestens eine Öffnung auf, über die das Gas die Nachbrennkammer verlassen kann. In der Nachbrennkammer kann es zu Nachverbrennungsprozessen brennbarer Bestandteile des Abgases kommen. Darüber hinaus führen Richtungsänderungen im Abgasstrom dazu, dass grobe Partikel zumindest teilweise aus dem typischerweise heißen Abgas abgeschieden werden.

Stand der Technik

US3378249A zeigt einen Kühler zwischen dem Ofenraum eines Hochofens und seinem Fundament zur Kühlung des Bodens des Ofenraums. Der Kühler besteht aus mehreren Abschnitten mit jeweils Einlass- und Auslasskanälen für ein Kühlmedium.
US3820770 zeigt eine Konstruktion, umfassend eine Vielzahl von Schichten aus feuerfestem Material unter dem Ofenraum eines Ofens, z. B. eines Hochofens. Optional erstreckt sich ein Durchgang für Kühlmedien durch die untersten Schichten. Im Boden gibt es Rohre, die luft- oder wasserdurchströmt sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Nachbrennkammersystem für ein Schmelzaggregat, umfassend eine Nachbrennkammer und eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr von einem Boden der Nachbrennkammer zur Verfügung zu stellen. Dadurch wird der Boden der Nachbrennkammer gekühlt und der Wärmeintrag in darunter liegende Bereiche wie ein Fundament bzw. Erdreich verringert.
Darüber hinaus kann die abgeführte Wärme einer technischen Nutzung zugeführt werden.
Erfindungsgemäß erstrecken sich unterhalb des Bodens ein oder mehrere Hohlräume, wobei die größte Ausdehnung der Hohlräume in horizontaler Richtung ist, wobei an mindestens zwei Stellen außen an den Wänden der Nachbrennkammer Strömungskanäle angeordnet sind, welche mit den Hohlräumen verbunden sind.
Der Hohlraum kann zum Beispiel in Form nebeneinanderliegender Kanäle ausgeführt sein. Durch Strömungskanäle, die außen an der Nachbrennkammer angeordnet sind, kann ein Kühlmedium, beispielsweise Umgebungsluft in diese Kanäle eingebracht, bzw. in erwärmter Form wieder abgeführt werden.
Einerseits verringert sich dadurch der Wärmeeintrag vom Boden der Nachbrennkammer in den Untergrund, auf dem sich das Nachbrennkammersystem befindet. Andererseits kann Wärme, die vom Abgas in den Boden der Nachbrennkammer übertragen wird, der Erwärmung eines Kühlmediums dienen und somit als zurückgewonnenen Wärme weiteren Prozessen zugeführt werden. Dies können beispielsweise Prozesse zur Vorwärmung von Einsatzstoffen, allgemeine Heizaufgaben oder Wärmepumpenprozesse sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Nachbrennkammersystem Rohre, derart dass der Boden durch die Rohre abgestützt wird und die Rohre in horizontaler Richtung durchströmbar sind.
Der/die Hohlräume wird/werden also durch nebeneinander und/oder übereinander angeordnete Rohre gebildet. Eine solche Anordnung ermöglicht eine einfache Reinigung der Hohlräume, beispielsweise mittels durch entsprechende Zugangsöffnungen eingeführte Bürsten und dergleichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Rohre einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei ein Innenradius zwischen 100 mm und 300 mm beträgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Hohlraum Wabenträger, wobei der Boden durch die Wabenträger abgestützt wird und der Hohlraum in horizontaler Richtung entlang der Wabenträger und quer zu den Wabenträgern durchströmbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Hohlraum I-Träger, wobei der Boden durch die I-Träger abgestützt wird und Stege der I-Träger Öffnungen aufweisen, dass der Hohlraum in horizontaler Richtung entlang der I-Träger und quer zu den I-Trägern durchströmbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Hohlraum Stützfüße, wobei der Boden durch die Stützfüße gegenüber dem Untergrund abgestützt wird. Durch diese Art der Abstützung ist gewährleistet, dass sich eine Strömung im Hohlraum möglichst ungestört ausbreiten kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die vertikale Erstreckung mindestens eines Strömungskanals mindestens 1 m, bevorzugt mindestens 3 m, besonders bevorzugt mindestens 5 m.
Durch die Vertikale Ausrichtung mindestens eines Strömungskanals kann bei entsprechender Auslegung im Zuge der Erwärmung des Kühlmediums ein Kamineffekt erreicht werden. Damit kann der Antrieb der Strömung des Kühlmediums zumindest teilweise auf Basis natürlicher Konvektion erfolgen und es ist nicht zwingend ein weiterer Antrieb erforderlich.
Weiters wird ein Verfahren zum Wärmeabtransport aus einem Nachbrennkammersystem beschrieben, wobei die Hohlräume und Strömungskanäle von einem Fluid durchströmt werden; es findet also eine Durchströmung mit Fluid statt. Das Fluid fungiert dabei als Kühlmedium.
In einem bevorzugten Verfahren ist das Fluid ein Gas, bevorzugt Luft.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren ist das Fluid eine Flüssigkeit, bevorzugt Wasser.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die abtransportierte Wärme zumindest teilweise zur Erwärmung von Schrott eingesetzt.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt die Durchströmung durch natürliche Konvektion. Es ist auch denkbar, dass der Antrieb der Strömung des Kühlmediums nur durch natürliche Konvektion erfolgt. Berechnungen haben gezeigt, dass bei einem Nachbrennkammersystem für einen typischen Elektrolichtbogenofen zur Stahlerzeugung auf diese Weise im Bereich des Bodens Wärmestromdichten in einem Bereich von 0,5 kW/m² bis 1 kW/m² auftreten, wobei dabei die Erwärmung der Kühlluft zwischen 8 K und 15 K beträgt.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die Durchströmung durch eine Fördereinrichtung, bevorzugt ein Gebläse, antreibbar.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren ist die Durchströmung durch eine Fördereinrichtung, bevorzugt eine Pumpe, antreibbar.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren führt das Gas als Wärmeträger einer Wärmepumpe Wärme zu. Ist das Temperaturniveau der zurückgewonnenen Wärme für bestimmte weitere Prozesse zu niedrig, so ist es beispielsweise möglich, dieses durch den Einsatz einer Wärmepumpe auf ein erforderliches Maß zu heben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht bzw. eine Schnittdarstellung eines Nachbrennkammersystems schematisch bzw. beispielhaft.
Fig. 2 Schnittdarstellungen des Bodens und von Hohlräumen unter dem Boden des Nachbrennkammersystems schematisch bzw. beispielhaft.

Beschreibung der Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Form einer Draufsicht bzw. einer Schnittdarstellung eines Nachbrennkammersystems 1. Das Nachbrennkammersystem 1 umfasst eine Nachbrennkammer 2 sowie eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr von einem Boden 15 der Nachbrennkammer 2. Über eine erste Öffnung 5 ist der Nachbrennkammer 2 ein Gas, vorzugsweise ein Abgas eines Schmelzaggregats zuführbar. Über eine zweite Öffnung 6 kann das Gas die Nachbrennkammer 2 verlassen. Unterhalb des Bodens 15 erstrecket sich ein Hohlraum 16. Durch Wände 3 ist die Nachbrennkammer 2 seitlich begrenzt. Über einen ersten Strömungskanal 18 mit dem Einlass 12 kann dem Hohlraum 16 Luft, beispielsweise Umgebungsluft, zugeführt werden. Über einen zweiten Strömungskanal 17 mit einem Auslass 11 wird diese Luft nach Durchströmen des Hohlraums 16 abgeführt.
Fig. 2 zeigt Schnittdarstellungen des Bodens 15 und von Hohlräumen 16 unter dem Boden 15 des Nachbrennkammersystems 1 schematisch bzw. beispielhaft. Im Fall a) handelt es sich um einen Hohlraum mit Wabenträgern, im Fall b) handelt es sich um einen Hohlraum mit I-Trägern mit Öffnungen in den Stegen, im Fall c) handelt es sich um einen Hohlraum mit Rohren und im Fall d) handelt es sich um einen Hohlraum mit Stützfüßen; eine Strömung kann sich in den Hohlraum ungestört ausbreiten, weil Stützfüße in den Hohlräumen keine großflächigen Strömungshindernisse darstellen.
Die in Fig. 2 gezeigten Ausführungen bewirken einerseits eine Abstützung des Bodens 15 und ermöglichen andererseits eine Durchströmung der Hohlräume 16 unter dem Boden 15.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1: Nachbrennkammersystem
2: Nachbrennkammer
3: Wände
5: Erste Öffnung
6: Zweite Öffnung
11: Auslass
12: Einlass
15: Boden
16: Hohlraum
17: zweiter Strömungskanal
18: erster Strömungskanal
20: Wabenträger
21: I-Träger
21a: Öffnung
22: Rohre
a): Hohlraum mit Wabenträgern
b): Hohlraum mit I-Trägern
c): Hohlraum mit Rohren
d): Hohlraum mit Stützfüßen

Claims

Nachbrennkammersystem (1) für ein Schmelzaggregat, bevorzugt einen Elektrolichtbogenofen, umfassend eine Nachbrennkammer (2) mit Wänden (3) und eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr von einem Boden (15) der Nachbrennkammer (2),
wobei der Nachbrennkammer (2) zumindest ein Abgas des Schmelzaggregats zuführbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass sich unterhalb des Bodens (15) ein oder mehrere Hohlräume (16) erstrecken,

wobei die größte Ausdehnung der Hohlräume (16) in horizontaler Richtung ist, wobei an mindestens zwei Stellen außen an den Wänden (3) der Nachbrennkammer (2)

Strömungskanäle (17, 18) angeordnet sind,

welche mit den Hohlräumen (16) verbunden sind.
Nachbrennkammersystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (16) Rohre (22) umfasst, derart dass der Boden (15) durch die Rohre (22) abgestützt wird und die Rohre (22) in horizontaler Richtung durchströmbar sind.
Nachbrennkammersystem (1) nach Anspruch 2, wobei die Rohre (22) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei ein Innenradius zwischen 100 mm und 300 mm beträgt.
Nachbrennkammersystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (16) Wabenträger (20) umfasst, wobei der Boden (15) durch die Wabenträger (20) abgestützt wird und der Hohlraum (16) in horizontaler Richtung entlang der Wabenträger (20) und quer zu den Wabenträgern (20) durchströmbar ist.
Nachbrennkammersystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (16) I-Träger (21) umfasst, wobei der Boden (15) durch die I-Träger (21) abgestützt wird und Stege der I-Träger Öffnungen (21a) aufweisen, dass der Hohlraum (16) in horizontaler Richtung entlang der I-Träger (21) und quer zu den I-Trägern (21) durchströmbar ist.
Nachbrennkammersystem (1) nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum (16) Stützfüße (23) umfasst, wobei der Boden (15) durch die Stützfüße (23) abgestützt wird.
Nachbrennkammersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 - 6, wobei die vertikale Erstreckung mindestens eines Strömungskanals (17, 18) mindestens 1 m, bevorzugt mindestens 3 m, besonders bevorzugt mindestens 5 m beträgt.
Verfahren zum Wärmeabtransport aus einem Nachbrennkammersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 - 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hohlräume (16) und Strömungskanäle (17, 18) von einem Fluid durchströmt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Fluid ein Gas, bevorzugt Luft, ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Fluid eine Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 10, wobei die abtransportierte Wärme zumindest teilweise zur Erwärmung von Schrott eingesetzt wird.
Verfahren nacheinem der Ansprüche 8 - 10, wobei eine Durchströmung durch natürliche Konvektion erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Durchströmung durch eine Fördereinrichtung, bevorzugt ein Gebläse, antreibbar ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Durchströmung durch eine Fördereinrichtung, bevorzugt eine Pumpe, antreibbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 14, wobei das Gas als Wärmeträger einer Wärmepumpe Wärme zuführt.