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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen metallurgischen Ofen
und insbesondere einen Hochofen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bekannte
Hochofenkühlsysteme
sind Kühlwasserkreisläufe, in
denen Kühlwasser
durch elektrische Umwälzpumpen
in einem geschlossenem Kreislauf zirkuliert wird. Die zu kühlenden
Elemente des Hochofens (d.h. die Kühlplatten und Kühlkästen der
Ofenwände,
die Windformen und die Heißwindeinrichtung)
werden in mehreren parallelen Zweigen oder Unterkreisläufen neu
gruppiert, die hydraulisch ausgeglichen sind, so dass ein vorher
bestimmter Kühlwasserstrom
durch jeden Unterkreislauf zirkuliert. Eine gemeinsame Rücklaufleitung,
die einen oder mehrere Wärmetauscher
umfasst, schließt
den Kühlkreislauf.
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Bei
einem Ausfall des elektrischen Stroms wird die Kühlung unterbrochen, da die
elektrischen Umwälzpumpen
nicht arbeiten. Zum Schutz der gekühlten Elemente vor Schäden wird
in einem solchen Fall bekannterweise ein Notkühlsystem bereitgestellt. Ein
solcher Notkühlkreislauf umfasst
einen Hochbehälter,
der an einer tragenden Konstruktion befestigt ist, die höher als
der Hochofen ist. Eine für einen
sehr geringen Druckabfall ausgelegte Notzulaufleitung verbindet
diesen Hochbehälter
mit dem Kühlwasserkreislauf
des Hochofens und ist mit einem Notzulaufventil versehen. An der
höchsten
Stelle des geschlossenen Kühlkreislaufs
ist ein Notkühlwasserüberlauf
mit einem Notüberlaufventil
vorgesehen. Bei Stromausfall öffnen
das Notzulaufventil und das Notüberlaufventil.
Die Schwerkraft drückt
den im Hochbehälter
enthaltenen Wasservorrat in den Kühlkreislauf des Hochofens.
An der höchsten
Stelle dieses Kühlkreislaufs
wird das Kühlwasser
aus dem Kühlkreislauf
durch das offene Notüberlaufventil
in einen Aufnahmetank eingeleitet. Zusammengefasst gesagt: die Notkühlung erfolgt
durch Schwerkraft in einem offenen Kreislauf, bis der Hochbehälter leer ist.
Zum Wiederauffüllen
des Hochbehälters
ist eine Hochdruckpumpstation erforderlich. Da diese Hochdruckpumpstation
normalerweise mit elektrischen Pumpen ausgestattet ist, kann der
Wiederauffüllvorgang
erst nach Ende des Stromausfalls erfolgen. Es ist anzumerken, dass
das Kühlsystem
ohne wirksame Notkühlfunktion
ist, bis der Hochbehälter
wiederaufgefüllt
ist.
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Zur
Verkleinerung des Aufnahmevolumens des Nothochbehälters ist
aus US-A-3,995,687 bekannt, dass im geschlossenen Kühlkreislauf
eine Notpumpe mit einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist. In diesem
Fall reicht es theoretisch aus, wenn das Aufnahmevolumen des Hochbehälters so
bemessen ist, dass die für
den Start der Notpumpe benötigte Zeit überbrückt wird.
Nach dem Start der Notpumpe werden das Notzulaufventil und das Notablassventil geschlossen,
so dass das Kühlsystem
wieder als geschlossener Kreislauf arbeitet.
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Es
ist anzumerken, dass ein solches Notkühlsystem ziemlich teuer ist.
Bedeutende Kostenfaktoren sind nicht nur der Hochbehälter und
dessen tragende Konstruktion, sondern auch die Notwasserleitung,
die einen großen
Durchmesser aufweist und mehrere hundert Meter lang sein kann. In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Notpumpe die Kosten
des Hochbehälters
selbst mit senken kann, doch dies hat natürlich keinen Einfluss auf die Kosten
für die
Notwasserleitung mit dem großen Durchmesser.
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Es
ist auch gut bekannt, dass der Frostschutz für den Hochbehälter und
die Zulaufleitung bis zum Notzulaufventil oft große Probleme
verursacht. Darüber
hinaus werden die Kühlkreisläufe des
Hochofens nach einem Einleiten von Notwasser verunreinigt, da das
Notwasser häufig
feste Korrosionspartikel und Algen enthält. Demzufolge müssen die
Kühlkreisläufe nach
jedem Einleiten von Notwasser gründlich
gespült
werden. Dies ist besonders hinderlich, wenn kurze Stromausfälle häufig auftreten,
die ein Einleiten des Notkühlsystems
auslösen.
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Ziel der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kühlsystem
für einen
metallurgischen Ofen bereitzustellen, das preiswerter, aber dennoch
zuverlässiger
als bestehende Kühlsysteme
von metallurgischen Öfen
ist. Dieses Problem wird durch ein Kühlsystem nach Anspruch 1 gelöst.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäßes Kühlsystem
für einen
metallurgischen Ofen umfasst einen Kühlkreislauf, der einen Einlass
und einen Auslass für
Kühlwasser
umfasst. Eine Rücklaufleitung
verbindet den Auslass mit dem Einlass, um einen geschlossenen Kühlkreislauf
mit mindestens einer Umwälzpumpe
zu bilden, die das Kühlwasser
durch diesen geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Eine Notzulaufleitung
mit einem Notzulaufventil ist mit dem Einlass des Kühlkreislaufs
verbunden. Dieses Notzulaufventil öffnet bei Stromausfall. Der
geschlossene Kühlkreislauf
ist an seiner höchsten
Stelle mit einem Notüberlaufventil versehen,
das bei Stromausfall öffnet,
so dass aus dem geschlossenen Kühlkreislauf
ein offener Kühlkreislauf
wird, der an seiner höchsten
Stelle zum Atmosphärendruck
hin ablässt.
Gemäß einem
wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Notwasser-Hochbehälter durch
ein Druckbehältermittel ersetzt,
das mit der Notzulaufleitung verbunden ist. Dieses Druckbehältermittel
enthält
ein bestimmtes Notwasservolumen, das durch ein unter Druck stehendes
Gas mit Druck beaufschlagt wird. Der Gasdruck im Druckbehältermittel
gewährleistet,
dass in Richtung des Notüberlaufventils
ein Notwasserstrom durch den offenen Kühlkreislauf entsteht, wenn
das Notzulaufventil und das Notüberlaufventil
bei Stromausfall öffnen.
Es versteht sich, dass ein solcher Kühlkreislauf eine Lösung für einen
lange bestehenden Bedarf nach einem mit einer Notkühlfunktion versehenen
Kühlsystem
für metallurgische Öfen und insbesondere
Hochöfen
darstellt, die preiswerter als die Lösung mit dem Hochbehälter, aber
dennoch zuverlässiger
ist. Da das Druckbehältermittel
nicht an einem Stützturm
befestigt werden muss, der höher als
der Hochofen ist, kann es weitaus näher am Hochofen angeordnet
sein, so dass die Notzulaufleitung kürzer wird. Ferner kann man
den Durchmesser der Notzulaufleitung reduzieren, weil: (1) diese
Leitung kürzer
ist; und (2) ein höherer
Druckabfall in dieser Leitung leichter durch einen höheren Gasdruck im
Druckbehältermittel
ausgeglichen werden kann. Daraus folgt, dass man in Bezug auf die
Kosten der Notzulaufleitung beträchtliche
Einsparungen erzielen kann. Weitere Kostensenkungen ergeben sich
aus der Tatsache, dass eine Hochdruckpumpstation, die zum Wiederauffüllen eines
Hochbehälters
benötigt wird, überflüssig ist.
Das Druckbehältermittel
eines erfindungsgemäßen Kühlsystems
kann in der Tat ohne weiteres wieder aufgefüllt werden, wenn der Behälter nicht
mit Druck beaufschlagt ist, so dass keine Hochdruckpumpstation benötigt wird.
Nach dem Wiederauffüllen
mit Wasser kann das Druckbehältermittel
wieder mit Druck beaufschlagt werden, indem ein unter Druck stehendes
Gas eingespritzt wird. Es versteht sich, dass in einem Hochofen
oder Stahlwerken unter Druck stehender Stickstoff normalerweise in
den erforderlichen Mengen und mit dem erforderlichen Druck zur Verfügung steht,
um das Druckbehältermittel
schnell mit Druck zu beaufschlagen. Mit dem erfindungsgemäßen System
ist es demnach möglich, zwei
oder mehr aufeinander folgende Einleitungen von Notwasser bereitzustellen,
um die Zeiträume
bis zum Ende des Stromausfalls oder bis zum Start einer Notpumpe oder
eines Notstromaggregats zu überbrücken. Der
Wasservorrat im Druckbehältermittel kann
daher weitaus geringer als in einem Hochbehälter sein. Es versteht sich
ferner, dass der Frostschutz bei einem Druckbehältermittel, das bodennah und nahe
dem Kühlkreislauf
angeordnet ist, leichter ist als bei einem hohen Hochbehälter, der
weiter vom Hochofen entfernt ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich
aus der Tatsache, dass bedingt durch das unter Druck stehende Gas
(normalerweise Stickstoff) im Druckbehältermittel vermieden wird,
dass das Notwasser mit der Atmosphäre in Berührung kommt, was wiederum im
Hinblick auf die Wasserqualität
und Korrosionsprobleme von Vorteil ist. Demzufolge kann man erwarten,
dass das Notwasser aus dem Druckbehältermittel normalerweise frei
von festen Korrosionspartikeln und Algen ist und dass eine Verunreinigung von
Kühlkreisläufes nach
Einleiten von Notwasser die Ausnahme bleibt.
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Gemäß einem
anderen wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Druckbehältermittel nicht
nur als druckbeaufschlagter Notwasservorrat verwendet, sondern auch
als druckbeaufschlagter Zusatzwasservorrat, der vorteilhafterweise
einen Zusatzwasservorrat und eine Zusatzwasserpumpe ersetzt. In
diesem Fall umfasst das System ferner eine Zusatzwassereinspritzleitung
mit einem Zusatzwassereinspritzventil, die zwischen dem geschlossenen Kühlkreislauf
und dem Druckbehälter
angeschlossen ist, um so unter Druck stehendes Notwasser aus dem Druckbehälter als
Zusatzwasser in den geschlossenen Kühlkreislauf einspritzen zu
können.
Diese Lösung
bietet nicht nur wesentliche Kostenvorteile, sondern gewährleistet
auch, dass der Notwasservorrat regelmäßig erneuert wird, was sich
natürlich
positiv auf die Qualität
des Wassers im Behälter
auswirkt.
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Das
Druckbehältermittel
ist normalerweise versehen mit: einer Gasleitung und einem Gaszufuhrventil,
um ein unter Druck stehendes Gas in das Druckbehältermittel zu leiten; einer
Zusatzwasserleitung und einem Zusatzwasserventil, um das Druckbehältermittel
mit Zusatzwasser zu versorgen; und einer Entlüftungsleitung und einem Entlüftungsventil, um
den Gasdruck aus dem Druckbehältermittel
abzulassen.
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Zur
Einsparung von Zusatzwasser und zur Verkürzung der Wiederauffüllzeit des
Druckbehältermittels
umfasst das Kühlsystem
vorteilhafterweise ein Sammelbehältermittel,
das höher
als der Druckbehälter
angeordnet ist, um das durch das offene Notüberlaufventil fließende Kühlwasser
aufzunehmen, und eine Notwasserrücklaufleitung
mit einem Notwasserrücklaufventil,
die das Sammelbehältermittel mit
dem Druckbehältermittel
verbindet.
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Zur
Senkung des Gasdrucks im Druckbehältermittel kann Letzteres einen
Druckbehälter
umfassen, der in einer bestimmten Höhe über dem Boden angeordnet ist,
beispielsweise an der Oberseite eines Winderhitzers.
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Um
die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Einleitvorgängen zu
reduzieren und dadurch die Notkühlung
noch zuverlässiger
zu machen, umfasst das Druckbehältermittel
vorteilhafterweise einen ersten und einen zweiten Druckbehälter, die
parallel an die Notzulaufleitung angeschlossen sind. Dieses Kühlsystem
umfasst dann ferner: eine erste Gasleitung, die durch ein erstes
Gasventil mit dem ersten Druckbehälter verbunden ist, um ein
unter Druck stehendes Gas in den ersten Druckbehälter zu leiten; eine zweite
Gasleitung, die durch ein zweites Gasventil mit dem zweiten Druckbehälter verbunden ist,
um ein unter Druck stehendes Gas in den zweiten Druckbehälter zu
leiten; eine erste Entlüftungsleitung mit
einem ersten Entlüftungsventil,
um den ersten Druckbehälter
zu entlüften;
eine zweite Entlüftungsleitung
mit einem zweiten Entlüftungsventil,
um den zweiten Druckbehälter
zu entlüften;
eine Notwasserrücklaufleitung,
die das durch das offene Notüberlaufventil
fließende
Kühlwasser
aufnimmt; ein erstes Notwasserrücklaufventil,
das die Notwasserrücklaufleitung
mit dem ersten Druckbehälter
verbindet; ein zweites Notwasserrücklaufventil, das die Notwasserrücklaufleitung
mit dem zweiten Druckbehälter
verbindet; und eine Druckausgleichsleitung mit einem Druckausgleichsventil,
die zwischen dem ersten und zweiten Druckbehälter angeschlossen ist. Dieses System
erlaubt, dass nach aufeinander folgenden Noteinleitungen zumindest
ein Teil des zur Druckbeaufschlagung verwendeten Gases zurückgewonnen und
dadurch die Zeit verkürzt
werden kann, die nach einem Einleiten für den erneuten Druckaufbau
im Druckbehältermittel
benötigt
wird. Es ermöglicht
die Überbrückung der
Zeiträume
bis zum Ende des Stromausfalls oder bis zum Start einer Notpumpe oder
eines Notstromaggregats durch aufeinander folgende Einleitungen
von Notwasser aus dem ersten und zweiten Druckbehälter. Folglich
kann man die beiden Druckbehälter
so konstruieren, dass sie ein relativ kleines Notwasservolumen enthalten,
ohne dass die Zuverlässigkeit
und Effizienz der Notkühlfunktion
beeinträchtigt
wird.
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Es
versteht sich ebenfalls, dass die vorliegende Erfindung eine Hochofenkühlkreislauf-Konstruktion
vorsieht, die eine wesentliche Senkung der Leitungskosten ermöglicht.
Ein solcher Hochofenkühlkreislauf
umfasst mindestens einen ersten Unterkreislauf, der über mindestens
eine Druckerhöhungspumpe
mit einem zweiten Unterkreislauf verbunden ist.
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Ein
anderer wichtiger Aspekt ist ein geschlossener Expansionsbehälter, der
an den geschlossenen Kühlkreislauf
angeschlossen ist, wobei der geschlossene Expansionsbehälter von
einem Gas mit Druck beaufschlagt wird. Diese Lösung erlaubt eine bessere Druckregelung
und wirkt sich positiv auf die Wasserqualität aus.
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Ein
erfindungsgemäßes Kühlsystem
umfasst normalerweise mehrere elektrische Umwälzpumpen und mindestens eine
Notpumpe, die durch eine parallel zu den elektrischen Umwälzpumpen
eingebaute Wärmekraftmaschine
angetrieben wird. Alternativ kann es auch ein Notstromaggregat umfassen,
um mindestens eine der elektrischen Umwälzpumpen anzutreiben.
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Kurze Beschreibung
der Zeichungen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft anhand der begleitenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1:
ein grundlegendes Kreislaufdiagramm einer ersten Ausführung eines
erfindungsgemäßen Kühlsystems
für einen
Hochofen; und
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2:
ein grundlegendes Kreislaufdiagramm einer zweiten Ausführung eines
erfindungsgemäßen Kühlsystems
für einen
Hochofen.
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Detaillierte
Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
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In 1 kennzeichnet
das Bezugszeichen 10 einen Hochofenkühlkreislauf, der einen Einlass 12 und
einen Auslass 14 für
das Kühlwasser
umfasst. Dieser Kühlkreislauf 10 gruppiert
die zu kühlenden Elemente
des Hochofens neu, d.h. die Kühlplatten und
Kühlkästen der
Ofenwände,
die Windformen und die Heißwindeinrichtung.
Eine Rücklaufleitung 16 verbindet
den Auslass 14 mit dem Einlass 12, um so einen
geschlossenen Kühlkreislauf
zu bilden. Nahe dem Auslass 14 an der Oberseite des Hochofens
enthält
die Rücklaufleitung 16 einen
Entgaser 18, in dem das erwärmte Kühlwasser im Wesentlichen von
Gas befreit wird. An dieser höchsten
Stelle des Kühlwasserkreislaufs 10 ist
auch ein geschlossener Expansionsbehälter 20 angeordnet,
der über
eine Leitung 22 und ein Ventil 24 von einem unter
Druck stehenden Gas (beispielsweise N2)
mit Druck beaufschlagt werden kann. Dieses Gas gewährleistet
mit, dass der Druck im Kühlkreislauf
ausreichend hoch ist, so dass nicht das Risiko besteht, dass das
Kühlwasser
im Kühlkreislauf 10 verdampft.
Der Expansionsbehälter 20 ist
darüber
hinaus mit Niedrig- und Hochwasser-Grenzstandsschaltern und Alarmvorrichtungen 21 versehen.
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Das
erwärmte
Kühlwassser
fließt
durch die Rücklaufleitung 16 in
eine Rückkühlanlage 25,
die beispielsweise zwei parallel eingebaute Wärmetauscher umfasst. Stromabwärts der
Rückkühlanlage 25 sind
drei elektrische Umwälzpumpen 26, 26', 26'' parallel in die Rücklaufleitung 16 eingebaut.
Jede dieser elektrischen Umwälzpumpen 26, 26', 26'' kann beispielsweise 50% der Nenndurchflussmenge
des Kühlwassers
liefern, für
die der Kühlkreislauf
ausgelegt wurde. Mit anderen Worten: nur zwei der drei Umwälzpumpen 26, 26', 26'' müssen arbeiten, um den Nenndurchfluss
des Kühlwassers
des Kühlkreislaufs 10 zu
liefern. Die Pumpe 28 ist eine Notumwälzpumpe, die von einer Wärmekraftmaschine
angetrieben wird. Diese Notumwälzpumpe 28 startet
bei einem Stromausfall und ist generell für die Lieferung eines Notkühlwasserflusses
ausgelegt, der geringer als die Nenndurchflussmenge des Kühlwassers
des Kühlkreislaufs 10 ist.
Es ist anzumerken, dass jede Pumpe durch ein Rückschlagventil 30 vor
Rückfluss des
Kühlwassers
geschützt
ist.
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Das
Kühlsystem
umfasst einen Notwasserkreislauf, der in 1 allgemein
durch das Bezugszeichen 32 gekennzeichnet ist. Dieser Notwasserkreislauf 32 umfasst
einen Druckbehälter 34,
der über
eine Notzulaufleitung 36, die ein Notzulaufventil 38 und
ein Rückschlagventil 40 umfasst,
mit dem Einlass 12 des Kühlkreislaufs 10 verbunden
ist, d.h. an der Druckseite der Pumpen 26, 26', 26'' und 28. Der Druckbehälter 34 ist
vorteilhafterweise in einer Höhe H1 über dem
Bodenniveau befestigt, die jedoch niedriger als die höchste Stelle
des Kühlkreislaufs 10 ist. Er
kann beispielsweise so an der Oberseite der Winderhitzer des Hochofens
befestigt sein, dass kein Stützturm
erforderlich ist. Der Druckbehälter 34 kann von
einem unter Druck stehenden Gas (beispielsweise N2)
durch eine Gasleitung 42 druckbeaufschlagt werden, die
ein Druckminderventil 43, ein Gaszufuhrventil 44 und
ein Rückschlagventil 46 umfasst.
Der Druckbehälter 34 ist
ferner mit einer Entlüftungsleitung 48 mit
einem Entlüftungsventil 50 versehen,
die den Druckbehälter 34 entlüften. Das
Bezugszeichen 52 kennzeichnet ein Sicherheitsventil zum
Schutz der Druckbehälters 34 vor
Drücken,
die seinen Nenndruck überschreiten.
Eine Zusatzwasserleitung 54 mit einem Zusatzwasserventil 56 und
einem Rückschlagventil 58 ermöglicht die
Versorgung des Druckbehälters 34 mit
Zusatzwasser. Eine Ablassleitung 60 mit einem Ablassventil 62 ermöglicht,
dass gegebenenfalls aus dem Druckbehälter 34 in eine Abwasserleitung 64 abgelassen
wird.
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Der
Notwasserkreislauf 32 umfasst ferner einen Notüberlauf 66 mit
einem Notüberlaufventil 68, das
ein Öffnen
des geschlossenen Kühlkreislaufs
an dessen höchster
Stelle zum Atmosphärendruck
hin ermöglicht.
In 1 befindet sich diese Atmosphärendruck-Ablassstelle in der
Höhe H2 über Bodenniveau,
wobei H2 weitaus höher
als H1 ist. Es ist eine Notwasserrücklaufleitung 70 vorgesehen,
um das durch das offene Überlaufventil 68 fließende Wasser aufzunehmen.
Diese Notwasserrücklaufleitung 70 ist über ein
Notwasserrücklaufventil 72 und
ein Rückschlagventil 74 mit
dem Druckbehälter 34 verbunden. Das
Bezugszeichen 76 kennzeichnet einen Abschnitt der Notwasserrücklaufleitung 70,
der stromaufwärts des
Notwasserrücklaufventils 72 angeordnet
und als Sammelbehälter
für ein
Wasservolumen ausgelegt ist, das dem im Druckbehälter 34 enthaltenen
Notwasservolumen entspricht. Zwischen dem Expansionsbehälter 20 und
dem Druckbehälter 34 ist
eine Wasserstandseinstellleitung 84 mit einem Wasserstandseinstellventil 86 und
einem Rückschlagventil 88 angeschlossen.
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Der
Notwasserkreislauf 32 von 1 arbeitet
wie folgt: In einem für
eine Noteinleitung bereiten Notwasserkreislauf 32 enthält der Druckbehälter 34 ein
Volumen Vw des Notwassers 80 und ein Volumen Vg des unter
Druck stehenden Gases 82 bei einem Druck Pg, der bei dem
Druckminderventil 43 voreingestellt ist. Alle Ventile,
die an den mit dem Druckbehälter 34 verbundenen
Leitungen angeordnet sind, sind mit Ausnahme des Gaszufuhrventils 44 geschlossen.
Das Gleiche gilt für
das Notzulaufventil 38 und das Notüberlaufventil 68.
Bei einem Ausfall der Stromversorgung der elektrischen Umwälzpumpen 26, 26', 26'' öffnen das Notzulaufventil 38 und
das Notüberlaufventil 68,
und das Gasventil 24 am Expansionsbehälter 20 schließt. Es ist
anzumerken, dass die Ventile 38, 68 vorteilhafterweise
Ventile sind, die normalerweise offen sind, d.h. Ventile, die öffnen, wenn
sie nicht mit Strom versorgt werden. Der Kühlkreislauf 10 ist
jetzt ein offener Kreislauf mit einer Atmosphärendruck-Ablassstelle am Überlaufventil 68.
In diesem offenen Kreislauf 10 entsteht ein Notwasserstrom,
natürlich
vorausgesetzt, dass der als Wasserhöhe ausgedrückte Gasdruck Pg im Druckbehälter 34 größer ist
als die Differenz zwischen der Höhe
H2 und dem Wasserstand im Druckbehälter 34. Das durch
das Überlaufventil 68 abgelassene
Wasser wird im Sammelbehälter 76 stromaufwärts des
geschlossenen Notwasserrücklaufventils 72 aufgenommen.
Da der Wasserstand im Druckbehälter 34 sinkt,
wird der Druckbehälter 34 mit
Stickstoff bei einem Druck Pg befüllt, der am Druckminderventil 43 voreingestellt
ist.
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Ein
erfolgreicher Start der Notumwälzpumpe 28 oder
ein Neustart der normalen Pumpen 26, 26', 26'' löst das Schließen des
Gaszufuhrventils 44, des Notzulaufventils 38 und
des Notüberlaufventils 68 sowie
das Öffnen
des Gasventils 24 aus. Das Wasserstandseinstellventil 86 wird
geöffnet,
um den Wasserstand im Expansionsbehälter 20 auf den normalen Hochstand
(LSH) zu senken, indem das im Expansionsbehälter 20 überschüssige Wasser
in den Druckbehälter 34 eingeleitet
wird. Das Kühlsystem
ist jetzt wieder ein geschlossener Kreislauf unter normalen Betriebsbedingungen.
Danach wird der Notwasserkreislauf 32 auf das nächste Einleiten
vorbereitet. Zu diesem Zweck werden zuerst das Entlüftungsventil 50 und
das Notwasserrücklaufventil 72 des
Druckbehälters 32 geöffnet. Das Überlaufwasser,
das im Sammelbehälter 76 aufgenommen
wurde, fließt
nun in den Druckbehälter 34.
Das Wasserstandseinstellventil 86 wird geöffnet, um
den Wasserstand im Expansionsbehälter 20 auf
den normalen Hochstand (LSH) zu senken, indem das im Expansionsbehälter 20 überschüssige Wasser
in den Druckbehälter 34 ausgelassen
wird. Danach werden das Entlüftungsventil 50 und
das Notwasserrücklaufventil 72 wieder geschlossen.
Das Gaszufuhrventil 44 wird jetzt erneut geöffnet, um
den Druckbehälter 34 bei
dem Druck Pg mit Druck zu beaufschlagen. Sobald der Druck Pg erreicht
ist, kann wieder – wie
oben beschrieben – aus
dem Druckbehälter 34 eingeleitet werden.
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Wenn
der Wasserstand im Druckbehälter 34 seine
Tiefstandgrenze (LSL) erreicht, bevor die Notumwälzpumpe 28 gestartet
hat, löst
dieses Ereignis das Schließen
des Gaszufuhrventils 44 und des Notzulaufventils 38 aus.
Das Entlüftungsventil 50 und das
Notwasserrücklaufventil 72 des
Druckbehälters 34 werden
dann geöffnet,
damit sie das Überlaufwasser
aus dem Sammelbehälter 76 in
den Druckbehälter 34 fließen lassen.
Anschließend
werden das Entlüftungsventil 50 und
das Notwasserrücklaufventil 72 wieder
geschlossen. Das Gaszufuhrventil 44 wird jetzt wieder geöffnet, um
den Druckbehälter 34 bei dem
Druck Pg mit Druck zu beaufschlagen. Sobald der Druck Pg erreicht
ist, wird ein zweites Mal aus dem Druckbehälter 34 eingeleitet,
indem einfach das Notzulaufventil 38 geöffnet wird. Es versteht sich, dass
solche aufeinander folgenden Einleitungen aus dem Druckbehälter 34 wiederholt
werden, bis die Notumwälzpumpe 28 oder
die normalen Pumpen 26, 26', 26'' schließlich starten.
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Es
versteht sich, dass der Druckbehälter 34 nicht
nur als druckbeaufschlagter Notwasservorrat dient, sondern bei normalem
Betrieb auch als druckbeaufschlagter Zusatzwasservorrat, der vorteilhafterweise
einen Zusatzwasservorrat und eine Zusatzwassersaugpumpe ersetzt.
Eine Zusatzwassereinspritzleitung 90 mit einem Zusatzwassereinspritzventil 92 und
einem Rückschlagventil 94 ist
von der Notzulaufleitung abgezweigt und an der Saugseite der Pumpen 26, 26', 26'' und 28 mit der Kühlwasserrücklaufleitung 16 verbunden.
Dies ermöglicht
gegebenenfalls das Einspritzen von unter Druck stehendem Notwasser
aus dem Druckbehälter 34 als
Zusatzwasser in den geschlossenen Kühlkreislauf.
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Es
wird nun anhand von 2 eine zweite Ausführung eines
erfindungsgemäßen Kühlsystems für einen
Hochofen beschrieben.
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Das
Kühlsystem
von 2 unterscheidet sich hauptsächlich dadurch vom Kühlsystem
von 1, dass das Notkühlsystem 32' einen zweiten Druckbehälter 34' umfasst, der
parallel zum Druckbehälter 34 angeordnet
ist, der nachfolgend als erster Druckbehälter 34 bezeichnet
wird. Beide Druckbehälter 34, 34' sind diesmal
auf Bodenniveau angeordnet. Eine Gasleitung 42 ist durch
ein erstes Gasventil 44 und ein erstes Rückschlagventil 46 mit
dem ersten Druckbehälter 34 und
durch ein zweites Gasventil 44' und ein zweites Rückschlagventil 46' mit dem zweiten
Druckbehälter 34' verbunden.
Der erste Druckbehälter 34 ist
mit einer ersten Entlüftungsleitung 48 mit einem
ersten Entlüftungsventil 50 versehen,
während der
zweite Druckbehälter 34' mit einer zweiten
Entlüftungsleitung 48' mit einem zweiten
Entlüftungsventil 50' versehen ist.
Eine Notwasserrücklaufleitung 70 nimmt
das Kühlwasser
auf, das durch das offene Notüberlaufventil 68 strömt. Ein
erstes Notwasserrücklaufventil 72 und
ein Rückschlagventil 74 sind
in einem ersten Zweig der Notwasserrücklaufleitung 70 vorgesehen,
der mit dem ersten Druckbehälter 34 verbunden
ist. Ein zweites Notwasserrücklaufventil 72' und ein Rückschlagventil 74' sind in einem
zweiten Zweig der Notwasserrücklaufleitung 70 vorgesehen,
der mit dem zweiten Druckbehälter 34' verbunden ist.
Zwischen dem ersten Druckbehälter 34 und dem
zweiten Druckbehälter 34' ist eine Druckausgleichsleitung 100 mit
einem Druckausgleichsventil 102 angeschlossen. Ein Notzulaufventil 38 ist
in dem Zweig vorgesehen, der den ersten Druckbehälter 34 mit der Notzulaufleitung 36 verbindet,
während
ein Notzulaufventil 38' in
dem Zweig vorgesehen ist, der den zweiten Druckbehälter 34' mit der Notzulaufleitung 36 verbindet.
Beide Notzulaufventile 38, 38' werden durch ein Rückschlagventil 104, 104' doppelt unterstützt.
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Der
Notwasserkreislauf 32' von 2 arbeitet
wie folgt: Der erste Druckbehälter 34 ist
für ein
Noteinleiten bereit, d.h. er enthält ein Volumen Vw des Notwassers 80 und
ein Volumen Vg des unter Druck stehenden Gases 82 bei einem
Druck Pg. Alle Ventile, die an den mit dem ersten Druckbehälter 34 verbundenen
Leitungen angeordnet sind, sind mit Ausnahme des Gaszufuhrventils 44 geschlossen.
Das Gleiche gilt für
das Notzulaufventil 38 und das Notüberlaufventil 68 sowie
für alle
Ventile, die an den mit dem zweiten Druckbehälter 34' verbundenen Leitungen angeordnet
sind. Bei einem Ausfall der Stromversorgung der elektrischen Umwälzpumpen 26, 26', 26'' öffnen folgende Ventile:
- 1. das Notzulaufventil 38;
- 2. das Notüberlaufventil 68;
- 3. das Entlüftungsventil 50' des zweiten
Druckbehälters 34'; und
- 4. das Notwasserrücklaufventil 72' des zweiten Druckbehälters 34'.
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Der
Kühlkreislauf 10 ist
jetzt ein offener Kreislauf mit einer Atmosphärendruck-Ablassstelle am Überlaufventil 68.
In diesem offenen Kreislauf 10 entsteht – wie vorstehend
beschrieben – ein
Notwasserstrom. Es ist jedoch anzumerken, dass das Wasser, das durch
das Überlaufventil 68 abgelassen
wird, jetzt in den zweiten Druckbehälter 34' statt in den Sammelbehälter 76 fließt.
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Ein
erfolgreicher Start der Notumwälzpumpe 28 oder
ein Neustart der normalen Pumpen 26, 26', 26'' löst das Schließen des
Gaszufuhrventils 44, des Notzulaufventils 38 und
des Notüberlaufventils 68 sowie
das Öffnen
des Gasventils 24 aus. Das Wasserstandseinstellventil 86 wird
geöffnet,
um den Wasserstand im Expansionsbehälter 20 auf den normalen Hochstand
(LSH) zu senken, indem das überschüssige Wasser
im Expansionsbehälter 20 in
den zweiten Druckbehälter 34' eingeleitet
wird. Das Kühlsystem
ist jetzt wieder ein geschlossener Kreislauf unter normalen Betriebsbedingungen.
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Danach
wird der zweite Druckbehälter 34' auf das nächste Einleiten
vorbereitet. Zuerst werden das Entlüftungsventil 50' und das Notwasserrücklaufventil 72' des zweiten
Druckbehälters 34' geschlossen.
Dann wird das Druckausgleichsventil 102 geöffnet, so
dass unter Druck stehendes Gas vom ersten Druckbehälter 34 in
den zweiten Druckbehälter 34' strömt, bis
der Druckausgleich vollzogen ist. Es versteht sich, dass dieser
Druckausgleich eine sehr schnelle Druckbeaufschlagung des zweiten
Druckbehälters 34' ermöglicht,
indem unter Druck stehendes Gas aus dem ersten Druckbehälter 34 rückgewonnen
wird. Nach dem Druckausgleich schließt das Druckausgleichsventil 102 wieder,
und das zweite Gaszufuhrventil 44' wird geöffnet, um den erforderlichen
Druck Pg im zweiten Druckbehälter 34' aufzubauen.
Gleichzeitig werden das Entlüftungsventil 50 und
das Notwasserrücklaufventil 72 des
ersten Druckbehälters 34 geöffnet, um
den ersten Druckbehälter 34 auf
die Aufnahme des Überlaufwassers
vorzubereiten. Das Notkühlsystem 32' ist jetzt für ein Noteinleiten
aus dem Druckbehälter 34' bereit, wobei das Überlaufwasser
im Druckbehälter 34 aufgenommen
wird.
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Wenn
bei einem Noteinleiten aus dem Druckbehälter 34 der Wasserstand
im Druckbehälter 34 seine
Tiefstandgrenze (LSL) erreicht, bevor die Notumwälzpumpe 28 starten
konnte, löst
dieses Ereignis das Schließen
des Gaszufuhrventils 44 und des Notzulaufventils 38 aus.
Das Wasserstandseinstellventil 86 wird geöffnet, um
den Wasserstand im Expansionsbehälter 20 auf
den normalen Hochstand (LSH) zu senken, indem das im Expansionsbehälter 20 überschüssige Wasser
in den zweiten Druckbehälter 34' eingeleitet
wird. Danach wird der zweite Druckbehälter 34' auf ein sofortiges Einleiten vorbereitet.
Zuerst werden das Entlüftungsventil 50' und das Notwasserrücklaufventil 72' des zweiten
Druckbehälters 34' geschlossen.
Anschließend
wird das Druckausgleichsventil 102 geöffnet, so dass unter Druck
stehendes Gas vom ersten Druckbehälter 34 in den zweiten
Druckbehälter 34' strömen kann. Nach
dem Druckausgleich der beiden Druckbehälter 34 und 34' schließt das Druckausgleichsventil 102 wieder,
und das zweite Gaszufuhrventil 44' wird geöffnet, um den erforderlichen
Druck Pg im zweiten Druckbehälter 34' aufzubauen.
Gleichzeitig werden das Entlüftungsventil 50 und
das Notwasserrücklaufventil 72 des
ersten Druckbehälters 34 geöffnet. Aus dem
Druckbehälter 34' wird nun eingeleitet, indem einfach
das Notzulaufventil 38' geöffnet wird,
wobei das Überlaufwasser
in den Druckbehälter 34 zurückfließt. Es versteht
sich, dass solche sich abwechselnden Einleitungen aus dem Druckbehälter 34 und
dem Druckbehälter 34' wiederholt
werden, bis die Notumwälzpumpe 28 oder
die normalen Pumpen 26, 26', 26'' schließlich starten.
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2 zeigt
eine detailliertere Darstellung des Kühlkreislaufs 10. Verschiedene
Unterkreisläufe 110 bis 120 werden
durch Rechtecke dargestellt.
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Es
ist anzumerken, dass ein dem Stand der Technik entsprechender Hochofen
mindestens zwei verschiedene geschlossene Kühlkreisläufe umfasst hätte, wobei
der Unterkreislauf 110 (der beispielsweise Kühlplatten
und Kühlkästen der
Ofenwände
neu gruppiert) in den ersten geschlossenen Kühlkreislauf integriert worden
wäre und
die Unterkreisläufe 112 bis 120 (die
beispielsweise die Windformen und die Heißwindeinrichtung neu gruppieren)
in den zweiten geschlossenen Kühlkreislauf
integriert worden wären.
Jeder der geschlossenen Kühlkreisläufe hätte seine
eigenen Umwälzpumpen 26, 28 und
Wärmetauscher 24 umfasst.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Hochofen
einen geschlossenen Hauptkühlkreislauf,
in dem der Unterkreislauf 110 hintereinander angeordnet
mit den Unterkreisläufen 112 bis 120 verbunden
ist. Die Druckerhöhungspumpen 122 und 124,
die zwischen dem Unterkreislauf 110 und den Unterkreisläufen 112 bis 120 angeschlossen
sind, gleichen Druckabfälle im
stromaufwärtigen
Unterkreislauf 110 aus und gewährleisten, dass das Kühlwasser
den erforderlichen Druck am Einlass der stromabwärtigen Unterkreisläufe 112 bis 120 aufweist.
Eine solche Kreislaufauslegung mit Druckerhöhungspumpen, die Unterkreisläufe hintereinander
verbinden, ermöglicht
eine wesentliche Senkung der Leitungskosten des Hochofenkühlkreislaufs.
Es ist ferner anzumerken, dass jeder der Unterkreisläufe 110–120 mit
verschiedenen Durchflussmessern 126 bis 138 versehen
ist, die selbst kleine Kühlwasserlecks
im Kühlkreislauf 10 erkennen
und lokalisieren können.