WO2013013788A1 - Verfahren zur nutzung von wärmeenergien, vorzugsweise bei einer stranggiessanlage - Google Patents

Verfahren zur nutzung von wärmeenergien, vorzugsweise bei einer stranggiessanlage Download PDF

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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould

Definitions

  • the invention relates to a method for using thermal energy, in which in a medium, for example, cooling liquid, or an object dissipated heat energy absorbed by a heat transfer medium and converted into a reusable form of energy and can be forwarded to a consumer.
  • a medium for example, cooling liquid
  • an object dissipated heat energy absorbed by a heat transfer medium and converted into a reusable form of energy and can be forwarded to a consumer.
  • CONFIRMATION COPY WO-A-2010/099920 the heat energy released during the cooling of the casting strand or slabs, billets or the like or the coils is collected and used. For this purpose, they are extracted during the heat in heat exchangers and / or transport in heat exchangers heat. In the transport period, the cast strand and / or slab and / or the storage period, the residual heat is transferred via the heat exchanger in a heat transfer medium and this heated, the heat then dissipated via heat transfer transport lines for power generation and / or direct use of process heat at other heat consumers becomes. Critical to this process is the benefit of such heat recovery.
  • the present invention was based on the object to provide a method by which an economically meaningful or worthwhile use of heat energy is made possible.
  • this object is achieved by a method according to the features of claim 1.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device in a
  • Continuous casting plant in which according to the invention the heat energy is used in the mold.
  • a per se conventional mold 10 of a continuous casting plant not shown in more detail is schematically indicated.
  • This, for example, consisting of copper mold 10 is also intensively cooled in a known manner by means of a cooling liquid, in particular cooling water, so that the continuously flowing into this molten metal is solidified therein and then withdrawn as a strand from the mold.
  • a cooling liquid in particular cooling water
  • the temperature of the water circulating through the mold wall is set to slightly higher than room temperature at about 30 to 40 ° C., so that sufficient cooling of the steel melt flowing in the mold is ensured.
  • this intended as a medium cooling liquid is adjusted to a temperature level such that energy recovery can be generated by the heat transfer medium with such efficiency, which allows an economic use of the resulting heat energy.
  • the circulating cooling liquid is adjusted to a temperature of approximately 80 to 130 ° C. when using in particular sterilized water, for example at the inlet 110 ° and at the outlet 120 ° C.
  • the cooling water is in this case circulated by a pump 13 by supply or return lines 11, 12, starting from a heat exchanger 14.
  • thermoelectric generator 20 which converts the heat energy emitted by the cooling water into electricity.
  • This thermoelectric generator 20 is composed of several units 25, on the one hand have heat exchange elements 21 and on the other hand cells 22, which cause a conversion of the heat generated by the cooling water into electricity. These units 25 are preferably arranged or switched parallel to one another, but could also be connected in series, depending on the application.
  • the generated direct current is then used through lines 26, 27 to an inverter 28 to alternating current and via a transformer 29 or the like for the power supply of the known electromagnetic stirrer 10 'in the mold 10.
  • this generated electric current could be used for other purposes.
  • thermoelectric generator 20 is additionally fed by a secondary circuit 30, in which a liquid as a medium via a pump 34 through supply and discharge lines 31, 32 is passed through the heat exchange elements 21 for the generation of electric current on the one hand and by a further heat exchanger 33 on the other.
  • An additional circuit 40 with lines 41, 42 and pumps 44, 46 for a cooling medium connects the two heat exchangers 14 and 33.
  • this additional circuit provides, for example, a cooling unit 45, for example a cooling tower, for additional cooling of the medium.
  • Fig. 1 In this Fig. 1 are still temperature measuring devices 48, throttle valves 49, safety valves 16 are shown, which are not explained in detail, but which has a common function.
  • the invention is characterized by the fact that when using a medium used with a higher boiling point, such as silicone oil, halogens or the like, temperatures for the circulation can be set to 400 ° C and also the pressure of the medium and thus the boiling point be increased in the lines, which can increase the efficiency additionally.
  • a medium used with a higher boiling point such as silicone oil, halogens or the like
  • thermoelectric generator can also be arranged so that it comes into direct or indirect contact with the object.
  • the article may also be a mold, a strand which is still hot after casting, a container holding a deflated molten metal, for example an electric furnace, or objects to be cooled otherwise.
  • a medium also emitted radiant heat can be used, which is converted by the heat transfer medium, preferably the thermoelectric generator.
  • a cooling liquid passed through the rolls can be adjusted as a medium to a temperature of 80 to 130 ° or, if a medium having a higher boiling point is used, to 400 ° C.
  • thermoelectric generator as a heat transfer means for the electromagnetic influence of the metal bath and / or for the electromagnetic seal between the end faces of the rollers and side seals can be used.
  • the generated electric power can also be fed into the grid or used for other purposes.
  • thermoelectric generator a thermoelectric generator
  • turbine a turbine
  • heat exchanger a heat exchanger
  • thermoelectric generator medium with a temperature, for example. Less than 100 ° C can be supplied to an evaporator not shown in detail, which evaporates a medium via a separate circuit and this is fed to a turbine, by means of which additional energy can be obtained.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergien wird die in einem Medium, zum Beispiel Kühlflüssigkeit, bzw. einem Gegenstand abgeführten Wärmeenergie durch ein Wärmeübertragungsmittel aufgenommen und in eine wieder nutzbare Energieform umgewandelt und zu einem Verbraucher weitergeleitet. Das Medium bzw. der Gegenstand wird auf ein solches Temperaturniveau eingestellt, dass durch das Wärmeübertragungsmittel eine Energierückgewinnung mit einem solchen Wirkungsgrad erzeugbar ist, dass eine wirtschaftliche Nutzung der anfallenden Wärmeenergie ermöglicht wird. Als Wärmeübertragungsmittel eignet sich besonders ein thermoelektrischer Generator, welcher die vom Medium bzw. vom Gegenstand abgegebene Wärmeenergie in elektrischen Strom umwandelt.

Description

Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergien, vorzugsweise bei einer
Stranggiessanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergien, bei dem in einem Medium, zum Beispiel Kühlflüssigkeit, bzw. einem Gegenstand abgeführten Wärmeenergie durch ein Wärmeübertragungsmittel aufgenommen und in eine wieder nutzbare Energieform umgewandelt und zu einem Verbraucher weitergeleitet werden kann.
Bei einem Verfahren einer Energierückgewinnung bei Stranggiessanla- gen und darüber hinaus Warmbandstrassen gemäss der Druckschrift
BESTÄTIGUNGSKOPIE WO-A-2010/099920 wird die freiwerdende Wärmeenergie bei der Abkühlung des Giessstrangs bzw. der Brammen, Knüppel oder ähnlichem bzw. der Coils aufgefangen und genutzt. Zu diesem Zwecke werden diese während des Glessens in Wärmetauschern und/oder dem Transport in Wärmetauschern Wärme entzogen. In dem Transportzeitraum wird dem Giessstrang und/oder Bramme und/oder im Lagerzeitraum die Restwärme über die Wärmetauscher in ein Wärmeträgermedium überführt und dieses aufgeheizt, wobei die Wärme dann über Wärmeträger- Transportleitungen zur Stromerzeugung und/oder zur direkten Nutzung der Prozesswärme bei anderen Wärmeverbrauchern abgeführt wird. Kritisch bei diesem Verfahren ist der Nutzen einer solchen Wärmerückgewinnung.
Ausgehend von diesem Verfahren wurde der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zu schaffen, mittels dem eine wirtschaftlich sinnvolle bzw. lohnende Nutzung von Wärmeenergien ermöglicht wird.
Erfindungsgemäss ist diese Aufgabe durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten dieses Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Mit diesem erfindungsgemässen Verfahren wird ein ganz neuer Weg beschritten, bei dem das Medium bzw. der Gegenstand auf ein solches Temperaturniveau eingestellt wird, dass durch das Wärmeübertragungsmittel eine Energierückgewinnung mit einem solchen Wirkungsgrad er- zeugbar ist, damit eine wirtschaftliche Nutzung der anfallenden Wärmeenergie gewährleistet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie weitere Vorteile derselben sind nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung bei einer
Stranggiessanlage, bei welcher erfindungsgemäss die Wärmeenergie bei der Kokille genutzt wird.
Bei der Einrichtung gemäss Fig. 1 ist schematisch eine an sich herkömmliche Kokille 10 einer nicht näher gezeigten Stranggiessanlage angedeutet. Diese zum Beispiel aus Kupfer bestehende Kokille 10 wird ebenfalls in bekannter Weise mittels einer Kühlflüssigkeit, insbesondere Kühlwasser, intensiv gekühlt, so dass die in diese kontinuierlich einflies- sende Metallschmelze sich darin verfestigt und dann als Strang aus der Kokille ausgezogen wird.
Üblicherweise ist die Temperatur des durch die Kokillenwandung zirkulierenden Wassers auf etwas höher als Raumtemperatur so ca. bei 30 bis 40°C eingestellt, so dass eine ausreichende Kühlung der in der Kokille einfliessenden Stahlschmelze gewährleistet ist.
Erfindungsgemäss wird diese als Medium vorgesehene Kühlflüssigkeit auf ein solches Temperaturniveau eingestellt, dass durch das Wärmeübertragungsmittel eine Energierückgewinnung mit einem solchen Wirkungsgrad erzeugbar ist, die eine wirtschaftliche Nutzung der anfallenden Wärmeenergie erlaubt. Sehr vorteilhaft wird die zirkulierende Kühlflüssigkeit bei Verwendung von insbesondere sterilisiertem Wasser auf eine Temperatur von annähernd 80 bis 130°C eingestellt, beispielsweise beim Einlass 110° und beim Auslass 120°C. Das Kühlwasser wird hierbei von einer Pumpe 13 durch Zuführ- bzw. Rückleitungen 11 , 12 ausgehend von einem Wärmetauscher 14 zirkuliert.
Im Rahmen der Erfindung ist als Wärmeübertragungsmittel, durch welches das erhitzte Wasser von der Kokille 10 zurückgeführt wird, ein thermoelektrischer Generator 20 vorgesehen, welcher die vom Kühlwasser abgegebene Wärmeenergie in elektrischen Strom umwandelt. Dieser thermoelektrische Generator 20 setzt sich aus mehreren Einheiten 25 zusammen, die einerseits Wärmetauschelemente 21 und andererseits Zellen 22 aufweisen, welche eine Umwandlung der vom Kühlwasser entstehenden Wärme in elektrischen Strom bewirken. Diese Einheiten 25 sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet bzw. geschaltet, könnten aber je nach Anwendung auch seriell geschaltet sein.
Der erzeugte Gleichstrom wird dann durch Leitungen 26, 27 zu einem Umrichter 28 zu Wechselstrom und über einen Transformator 29 oder ähnlichem für die Stromversorgung der an sich bekannten elektromagnetischen Rührer 10' bei der Kokille 10 verwendet. Selbstverständlich könnte dieser erzeugte elektrische Strom für andere Zwecke eingesetzt werden.
Dieser thermoelektrische Generator 20 wird zusätzlich durch einen Sekundärkreislauf 30 gespiesen, bei dem eine Flüssigkeit als Medium via eine Pumpe 34 durch Zu- und Ableitungen 31 , 32 durch die Wärmetauschelemente 21 für die Erzeugung des elektrischen Stromes einerseits und durch einen weiteren Wärmetauscher 33 andererseits geleitet wird.
Ein zusätzlicher Kreislauf 40 mit Leitungen 41 , 42 und Pumpen 44, 46 für ein Kühlmedium verbindet die beiden Wärmetauscher 14 und 33. Durch diesen zusätzlichen Kreislauf sorgt beispielsweise ein Kühlaggregat 45, beispielsweise ein Kühlturm, für eine zusätzliche Abkühlung des Mediums.
In dieser Fig. 1 sind noch Temperaturmessgeräte 48, Drosselventile 49, Sicherheitsventile 16 gezeigt, die nicht näher erläutert sind, denen aber eine übliche Funktion zukommt.
Die Erfindung zeichnet sich noch dadurch aus, dass bei Verwendung einer mit einem höheren Siedepunkt verwendeten Mediums, wie zum Beispiel Silikonöl, Halogene oder ähnlichem, Temperaturen für den Kreislauf bis 400 °C eingestellt werden können und zudem kann der Druck des Mediums und damit der Siedepunkt in den Leitungen erhöht werden, wodurch sich der Wirkungsgrad zusätzlich erhöhen lässt.
Dieser thermoelektrische Generator kann auch derart angeordnet sein, dass er mit dem Gegenstand direkt oder indirekt in Berührung gelangt. Bei dem Gegenstand kann es sich im Bereich des Stranggiessens auch um eine Kokille, ein nach dem Vergiessen noch heissen Strang, um einen entleerten Metallschmelze fassender Behälter, zum Beispiel auch ein Elektroofen, oder anderweitig abzukühlende Gegenstände handeln. Als Medium kann auch abgegebene Strahlungswärme genutzt werden, die vom Wärmeübertragungsmittel, vorzugsweise dem thermoelektrischen Generator, umgewandelt wird.
Bei einer an sich bekannten Zweirollen-Stranggiessanlage kann eine von der durch die Rollen geführten Kühlflüssigkeit als Medium erfindungsge- mäss auf eine Temperatur von 80 bis 130° bzw. bei Verwendung einer mit einem höheren Siedepunkt verwendeten Medium bis 400 °C eingestellt werden.
Hierbei kann die von dem thermoelektrischen Generator als Wärmeübertragungsmittel erzeugten elektrischen Strom für die elektromagnetische Beeinflussung des Metallbades und/oder für die elektromagnetische Abdichtung zwischen den Stirnseiten der Rollen und Seitenabdichtungen verwendet werden. Der erzeugte elektrische Strom kann aber auch ins Netz eingespeist oder zu anderen Zwecken benutzt werden.
Die Erfindung ist mit den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ausreichend dargetan. Als Wärmeübertragungsmittel könnte auch eine Kombination aus jeweils wenigstens einem thermoelektrischen Generator, einer Turbine, einem Wärmetauscher und/oder ähnlichem vorgesehen sein.
Das vom thermoelektrischen Generator abgehende Medium mit einer Temperatur bspw. von etwas weniger als 100° C kann einem nicht näher gezeigten Verdampfer zugeführt werden, welcher über einen separaten Kreislauf ein Medium verdampft und dieses einer Turbine zugeführt wird, mittels welcher zusätzlich Energie gewonnen werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Nutzung von Wärmeenergien, bei dem in einem Medium, zum Beispiel Kühlflüssigkeit, bzw. einem Gegenstand abgeführten Wärmeenergie durch ein Wärmeübertragungsmittel aufgenommen und in eine wieder nutzbare Energieform umgewandelt und zu einem Verbraucher weitergeleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass
das Medium bzw. der Gegenstand auf ein solches Temperaturniveau eingestellt wird, dass durch das Wärmeübertragungsmittel eine Energierückgewinnung mit einem solchen Wirkungsgrad erzeugbar ist, dass eine wirtschaftliche Nutzung der anfallenden Wärmeenergie ermöglicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeübertragungsmittel wenigstens ein thermoelektrischer Generator verwendet wird, welcher die vom Medium bzw. vom Gegenstand abgegebene Wärmeenergie in elektrischen Strom umwandelt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator beim Medium durch einen Wärmetauscher bzw. durch unmittelbare Berührung mit dem Gegenstand arbeitet und dabei aus mehreren Einheiten besteht, welche jeweils mit dem Medium bzw. dem Gegenstand direkt oder indirekt in Berührung gelangen.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem als Flüssigkeit verwendeten Medium sterilisiertes Wasser oder eine andere Flüssigkeit mit einem hohen Siedepunkt, vorzugsweise ein Silikonöl oder ähnliches, verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die das Medium führenden Leitungen unter Druck gesetzt sind, damit der Siedepunkt des Mediums noch erhöht werden kann.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium abgegebene Strahlungswärme genutzt wird, die vom Wärmeübertragungsmittel, vorzugsweise dem thermoelektrischen Generator, umgewandelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Stranggiessanlage insbesondere zur Herstellung von Metallen mit einer für die Erstarrung des flüssigen Metalls verwendeten Kokille die in letzterer zirkulierende Kühlflüssigkeit zu dem Wärmeübertragungsmittel geführt wird, wobei die zirkulierende Kühlflüssigkeit bei Verwendung von sterilisiertem Wasser auf eine Temperatur von 80 bis 130° bzw. bei Verwendung einer mit einem höheren Siedepunkt verwendeten Medium bis 400 °C eingestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der von einem thermoelektrischen Generator als Wärmeübertragungsmittel erzeugte elektrische Strom für die elektromagnetischen Rührer bei der Kokille verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Zweirollen-Stranggiessanlage die von der durch die Rollen geführte Kühlflüssigkeit auf eine Temperatur von vorzugsweise 80 bis 130° oder bei Verwendung einer mit einem höheren Siedepunkt verwendeten Medium bis 400 °C eingestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem thermoelektrischen Generator als Wärmeübertragungsmittel erzeugte elektrische Strom für die elektromagnetische Beeinflussung des Metallbades und/oder für die elektromagnetische Abdichtung zwischen den Stirnseiten der Rollen und Seitenabdichtungen verwendet wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für das Wärmeübertragungsmittel eine Kombination aus jeweils wenigstens einem thermoelektrischen Generator, einer Turbine, einem Wärmetauscher und/oder ähnlichem verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermoelektrische Generator aus mehreren Einheiten besteht, die parallel und/oder seriell zueinander geschaltet sind.
PCT/EP2012/003005 2011-07-22 2012-07-17 Verfahren zur nutzung von wärmeenergien, vorzugsweise bei einer stranggiessanlage WO2013013788A1 (de)

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