用于冶金炉的冷却系统的制作方法

本发明涉及一种用于冶金炉的冷却系统，该冷却系统包括多个冷却设备。

背景技术：

1、冶金炉中的冷却设备用于将热量从所述炉(例如高炉)传递到冷却剂介质/流体。出于这一原因，这种炉的冷却设备存在多个冷却元件，这些冷却元件具有用于引导所述冷却剂流体的内部冷却剂通道。冷却元件(例如，冷却板或冷却壁)可以沿着炉壁布置，以保护它们免受高操作温度的影响。冷却剂流体可以是例如水。为了控制并操作冶金炉的冷却设备，需要提供一种满足要求的冷却系统。

2、目前，冶金炉需要具有布置在炉中、炉处或炉上的多个冷却元件的冷却设备。然而，这些冷却设备通常通过布置在冷却设备上游的控制系统来调控。冶金炉的这些冷却系统在反应时间、用于冷却炉的流体的量以及流体流速的自动调节方面存在缺点，其中，流速通常取决于传递到冷却元件的热负荷。

3、此外，在炉操作期间，经常发生的是，炉的至少一些区域(各个冷却元件)经受比其他区域更多的磨损/磨耗。类似地，炉的一些区域(各个冷却元件)经受特别高的热负荷，而其他区域暴露于较低的热负荷。这可能例如发生这样的事件：其中安装在高热负荷区域中的铜冷却壁可能受到磨耗或熔化。这进而增加了这些元件发生故障的风险，并且甚至可能使炉完全损坏。出于这一原因，通常需要一种可靠的且成本有效的冶金炉的可操作冷却系统。

4、发明目的

5、本发明的目的是提供一种改进的用于冶金炉的冷却系统。

6、该目的通过根据独立权利要求1的冷却系统来实现。

技术实现思路

1、本发明涉及一种冶金炉的冷却系统，该冷却系统包括多个冷却设备，每个冷却设备均包括一组冷却元件(通常沿着炉壁布置)，冷却元件具有用于冷却剂流体的至少一个内部冷却剂通道。在每个冷却设备内的冷却元件流体连接，通常是串联的。至少一个排出管道与每个冷却设备相关联，以用于朝向主收集器排出冷却剂流体。

2、应理解，流量调节设备与排出管道串联地安装，并且该流量调节设备配置为控制冷却剂流体通过流量调节设备的流速并因此控制冷却剂流体通过冷却设备的流速。流量调节设备包括：校准孔口，限定冷却剂流体的默认的最小流动截面；以及调节阀，能选择性地操作以限定可变的附加流动截面。

3、本发明是基于以下发现：冶金炉的冷却系统的元件的特定布置允许提供一种改进的自动化冷却系统，该冷却系统可以精确地调节多个冷却设备内的流体的流速，每个冷却设备具有一组冷却元件。有利地，每组冷却元件可以竖直地或水平地布置在炉(高炉)的扇区(例如角度扇区或扇形部)中、扇区处或扇区上，使得介质的流速可以根据存在于炉的不同扇区/扇形部中的不同的热负荷自动调节。

4、本发明还基于以下发现：根据本发明的冶金炉的冷却系统的安装是较为成本有效的并且可以特别容易地在已有的冷却设备和/或炉上、冷却设备和/或炉中、或者冷却设备和/或炉处实现。

5、本发明还基于以下发现：当冶金炉的所述冷却系统位于冷却设备的下游时，可以提供一种冶金炉的冷却系统的高效的自调节机构。冷却系统的自调节机构允许预定的一组冷却设备(相应地是一组冷却元件)内的冷却流体的流速可以自动控制。在这种情况下，本冷却系统适于对布置在冷却设备的特定排出管道内的调节阀执行选择性打开，使得流体流速可以仅在实际需要的炉扇区中增加，而布置在其他扇区中的其他其余冷却元件可以继续以恒定(例如较小)的水流速操作。此外，所提出的冷却系统可以允许流体在炉运行期间的每一时刻恒定地流到主收集器，从而有效地降低流体停止的风险。

6、本发明还基于以下发现：根据炉(高炉)的热通量，所提出的冷却系统可以允许仅采用一个泵而不是两个泵(这些泵通常布置在冷却设备的上游)来操作冷却设备，其中，作业泵可以仅提供标称水流速的60％至80％。因此，工作泵的流速可以例如在大约1250m3/h至1750m3/h的容量范围内，这取决于炉(高炉)的尺寸。

7、发明人还惊奇地发现：本发明还可能适于在特定且可确定的冷却设备(相应地是冷却元件)前部，具体地在炉的高热负荷区域中，产生、保持并使“炉瘤”最大化。“炉瘤”大体上是指粘着的、部分熔融的材料的堆积物，以形成架子状或圆顶状结构，该堆积物相应地是炉的内壁上的障碍物，具体地是高炉的风口(相应地是管子)上或上方的障碍物。位于炉的高热负荷区域中的冷却元件前部的炉瘤可以起到保护的作用，以防止过度的热负荷和/或炉的元件的磨耗或浸蚀磨损。此外，还发现，在冷却设备的冷却元件的前部产生的炉瘤甚至可能使所述冷却元件内的流体流减少，这进而使得成本降低并节约能源，例如就在炉运行期间所需的焦炭量而言。作为进一步的结果，并且由于冷却流体(例如水)的量减少的事实，炉可以以更加环保的方式操作，并且减少了二氧化碳排放。

8、在这一点上，在冷却设备配置为大致竖直地延伸的冷却元件组从而覆盖炉的一角度扇区(一列或多列冷却元件)的情况下，对炉瘤的控制是特别有效的。这允许控制炉的不同的周向位置处的不同的热通量。因此，更容易对局部发生在炉内周缘处的炉瘤现象采取行动。

9、“冶金炉的冷却系统”总体上是指形成一结构的一组相关的装置、元件和/或物体，以用于控制(相应地为调节、调整、修改、改变和/或设定)一个或多个冷却设备的参数。多个由冷却设备构成的冷却设备可以具有相似的或不同的尺寸和/或结构。冶金炉的冷却系统可以包括例如用于控制和/或调节冷却剂流(例如流体)流经(相应地为循环通过)冷却设备的一个或多个装置。

10、“冷却设备”(相应地多个冷却设备)总体上是指冷却元件(例如冷却板或冷却壁)的组合，该冷却元件用于并配置用于冷却，相应地用于将来自物体(诸如冶金炉)的热量传递到流体或者借助于流体传递。热量通常可以通过多种机制(诸如热辐射、传导和/或对流)从炉传递到冷却元件。用于冶金的冷却设备包括安装在炉的高热区域中、高热区域上或高热区域处的一个或多个冷却元件。

11、“冶金炉”总体上是指任何类型的工业炉，具体地为高炉、熔炼炉、电弧炉、加热炉、竖式炉、罩式炉、传送带式炉或类似的炉。

12、“一组冷却元件”总体上是指多个冷却元件(例如冷却板和/或冷却壁)，它们彼此操作性地连接，使得多个相关的冷却元件形成一组，其中，“一组”总体上是指一起使用的相同种类或相似种类的多个元件。每个冷却元件设置有至少一个内部冷却剂通道(通常为多个)，流体在冷却设备的操作状态期间流经该内部冷却剂通道。每个冷却设备可以安装、安置、设置在炉的扇区/区域(相应地扇形部)处、扇区/区域中或扇区/区域上或者形成该扇区/区域的一部分。具体地，冷却设备的每组冷却元件可以沿着内部炉壁和/或外部炉壁安装(相应地布置)。冷却元件可以串联地连接。“串联连接”是指一种这样的布置，其中，至少一个冷却元件与同一冷却设备的下游冷却元件和/或上游冷却元件流体连通。在冷却元件包括多个内部冷却剂通道的情况下，冷却元件的每个冷却剂通道都与相邻的冷却元件(上游和下游)的对应的冷却通道串联连接。

13、在冶金炉的情况中，冷却剂流体通常可以是水或水性流体，但是也可以采用其他适当的冷却剂。

14、“排出管道”总体上是指配置为将冷却流体从冷却设备朝向主收集器导引的一定数量的管道或一组管道。排出管道可以包括第一区段，该第一区段具有用于从冷却剂通道收集冷却剂的单独的管道，第一区段的管道汇聚到具有流量调节设备的第二区段。也就是说，中间收集器可以被连接以接收来自第一区段的管道的流，并将该流分配到第二区段中的单个管道，流量调节设备串联地连接在该单个管道中。

15、“中间收集器”(相应地为中间(收集器)管道)同样可以由排出管道包括。术语“中间收集器”总体上指管子、管道、或者管状或柱形的物体、通道、中空部分或通路、或者配置为导引液体、气体和/或流体的任何其他类型的空的本体。因此，中间收集器是排出管道的一部分，并且布置在调节设备的上游且引入装置的下游。总体上，中间收集器可以在加热后的流体被导引(相应地引导)至调节设备和/或主收集器之前收集所述流体。中间收集器还可以配置为收集从连接内部冷却剂通道的多个管道离开的流体，和/或配置为将收集到的流体分配到一个或多个流量调节设备中。

16、“调节设备”(相应地调整设备)总体上是指排出管道的配置为调节和/或确定流体的流速和其他物理特性的子系统。在实施方式中，调节设备位于(相应地为布置在)中间收集器的下游且位于主收集器的上游。例如，调节设备可以允许调控(相应地为确定或调节)冷却设备和主收集器内的流体的流速，并因此还调节冷却设备和主收集器内的流体的体积流量和压力。例如，调节设备还可以包括第一导管和第二导管，其中，第一导管和第二导管彼此流体连通。第一导管可以包括第一调节阀，该第一调节阀能选择性地操作以限定冷却流体的可变流动截面。“调节阀”总体上是指允许调控流体流量和/或流的特性的物体或构造元件。例如，调节阀可以形成为自动阀，该自动阀配置为允许可变地调节流体的流速。调节阀可以布置在第一导管中并且连接到用于使所述第一调节阀操作的控制单元。换言之，调节阀可以配置为可变地调节流体的流速。第二导管可以包括校准孔口，或者可替代地，第二导管连接到第一调节阀的校准孔口，使得第二导管允许在每一时刻将流体的默认流量导引到主收集器。调节设备可以与主收集器串联连接。

17、“主收集器”(相应地排出管道)总体上是指用于在流体已经通过和/或已经经过调节设备之后排出所述流体的管道。主收集器与中间收集器流体连通并且布置在中间收集器的下游。

18、“孔口”是指冷却流体可以通过的开口(诸如嘴、孔或通路)。术语“校准孔口”总体上是指标准化孔口，例如，已经被精确地设计(相应地测量或配置)并安装以针对特定功能(例如流体通过的特定的、默认的、最小的流量)精确调节的孔口。因此，校准孔口可以限定冷却剂流体的对应的默认的最小流动截面，而调节阀可以选择地操作以限定可变的附加流动截面。

19、“默认的最小流动截面”总体上是指管道或管子的配置为使流体的最小流量或流通过以使得流体可以在每一时刻离开调节设备的截面。由于校准孔口的默认的最小流动截面，防止了流体在冷却设备内的流动停止。换言之，校准孔口配置为根据可预先确定的最小流速来产生流体的默认流量并将该默认流量引导(相应地导引)至主收集器。

20、“控制单元”总体上是指这样的系统，该系统包括以下项中的至少一者：电子系统、可编程控制单元、计算机、处理器、存储流体、用户界面、程序、软件应用程序或类似元件。控制单元可以配置为接收由传感器提供的信号。控制单元还可以配置为通过将电子信号传输到致动器来使第一导管内的第一调节阀操作。

21、在一实施方式中，调节阀是由控制单元根据从一个或多个传感器装置接收到的一个或多个传感器信号控制的自动阀，该一个或多个传感器装置布置在冷却设备中的预定位置处。“传感器装置”是指配置用于检测、测量、确定或监控环境的变化或条件的元件、系统或结构。传感器装置(相应地传感器)还可以配置为发送信息，例如表示(过程)参数(例如在冷却设备内循环的流体的温度)的信号。该信息可以由传感器装置发送(相应地传输)到控制单元。由于传感器装置，控制单元可以确定所测量的值是否符合预定值或预定值的范围。在这种情况下，控制单元可以使第一调节阀打开或关闭(部分地或全部地)，并从而对调节设备内的流速进行调节。因此，布置在调节设备上游的冷却设备内的流体的流速也相应地被调节以符合预定流速或预定的流速范围。第一调节阀还可以包括具有致动器的自动阀或者由该自动阀组成，其中，致动器连接到控制单元。致动器可以是例如电动致动器或气动致动器。

22、在一实施方式中，调节阀包括可移动的阀构件，其中，校准孔口布置在阀构件中。因此，校准孔口可以是阀本体的一部分，使得阀至少为流体提供通路。

23、在一实施方式中，调节设备包括第一导管和第二导管，其中，第一导管和第二导管彼此并联布置，其中，第二导管包括校准孔口，并且其中，第一导管包括调节阀。例如，布置在第二导管内的校准孔口可以是孔口板的一部分。“孔口板”(相应地限制板)总体上是指配置用于确定流体的流速和/或用于降低压力和/或用于限制流量的元件。孔口板可以形成为在其中具有校准孔口的薄板。孔口板可以例如被放置在第二导管中。当流体(相应地所述流体)通过孔口板时，流体的压力在孔口板上游增加，而在孔口板下游，流体的速度随着流体压力的降低而增加。

24、在一实施方式中，调节阀配置为蝶阀。蝶阀可以是指任何类型的可调阀，具体地为具有关闭机构的阀，该关闭机构呈现为可旋转的元件(诸如盘)。蝶阀可以相对快速地操作，并且因此可以用于快速地调节流的流速。

25、在一实施方式中，传感器装置包括以下项中的至少一者或者由以下项中的至少一者组成：温度传感器、流量传感器、压力传感器。温度传感器可以是适于确定温度(例如流体的温度)和/或温度变化的任何类型的传感器。流量传感器可以是配置为确定流体的流量的任何种类的传感器。压力传感器可以是配置为确定流体的压力的任何种类的传感器。

26、在一实施方式中，第一导管配置为第二导管的旁路，或者其中，可选地，第二导管配置为第一导管的旁路。“旁路”总体上可以是指用于使流重新定向的管子、管道、阀和/或中空的本体和/或类似元件的任何布置。旁路的布置允许可预先确定的最小流量(相应地为默认流量)可以离开调节设备并流向主收集器。因此，防止了流体在冷却设备内停止。

27、在一实施方式中，调节设备还包括第二温度传感器和/或流量计和/或压力传感器和/或手动阀。第二温度传感器和/或流量计和/或压力传感器可以电连接到控制单元。由于布置了第二温度传感器和/或流量计和/或压力传感器，控制单元可以确定在调节设备内流动的流体的附加过程参数。手动阀可以例如在需要维护时允许手动阻断调节设备。

28、在一实施方式中，多个冷却元件彼此流体连通，其中，多个冷却元件彼此竖直地或水平地布置。多个冷却元件在炉壁上的布置允许所述冷却元件可以相对于彼此水平地或竖直地布置。例如，当将多个冷却设备(例如四个冷却设备，每个冷却设备都包括多个冷却元件)安装到炉时，炉的不同区段可以由水平地或竖直地布置的冷却元件以不同的流速冷却。因此，在高热负荷被传输到冷却元件的区域中，流体流量可以增加，而在正常热负荷或低热负荷被传输到冷却元件的区域中，流体流量可以减少。

29、在一实施方式中，多个冷却设备中的每个冷却设备布置在炉的一个扇形部中。“扇形部”总体上是指炉的角度扇区。虽然扇形部(quadrant，四分之一圆形部)严格地表示圆周的90°，但是它在本文中也通过扩展用于表示较小的角度区段，甚至对应于单列的冷却元件。将多个冷却设备布置并分隔(相应地为划分)成不同的扇形部允许高炉的不同角度部分可以以不同的方式冷却。因此，可以防止在炉运行期间在炉内产生热点。

30、可以注意到，按区段或扇形部的控制明显不同于冷却元件的通常连接，冷却元件通常是成行连接的。在冷却元件连接成行的情况下，不可能以不同的方式控制特定的角度扇区(扇形部)。

31、在一实施方式中，排出管道包括引入设备，其中，引入设备包括用于将流体朝向中间收集器导引的出口管线，并且其中，出口管线包括以下项中的至少一者：另一流量计和/或另一温度传感器和/或梭阀和/或通气装置。流体可以从冷却设备经由包括出口管线的所述引入设备流到中间收集器，其中，中间收集器收集流体并将其分配到至少一个调节设备。排出管道可以包括引入设备和调节设备。(另一)流量计和(另一)温度传感器允许加强监测过程参数(例如与在主收集器上游循环的流体有关的参数)。梭阀和通气装置(相应地为通气阀)可以用于或配置为检测泄漏。

32、本发明的这些和其它方面和特征还可以从从属权利要求、所附附图以及对实施方式的以下描述中得到。