专利名称：用于冶金炉的冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于冶金炉、尤其是高炉的冷却系统。
背景技术：
公知的高炉冷却系统是冷却水回路，其中冷却水通过电循环泵呈闭路循环。所要冷却的高炉部件(即炉壁的立式冷却板和冷却箱、风口和热鼓风设备)重新组合为多个平行的分支或子回路，对它们进行液压平衡以使得预定流量的冷却水循环经过各子回路。包括一个或多个热交换器的共用返回管线封闭冷却回路。
在发生电力故障的情况下，由于电循环泵不能工作而使冷却中止。在这种情况下为防止冷却部件损坏，公知是提供一种应急冷却系统。这种应急冷却系统包括设置在高于高炉的支撑结构上的重力供料槽。设计用于很低压降的应急供料管线使这一重力供料槽与高炉的冷却水回路连接，且在应急供料管线上提供有应急供料阀。在封闭冷却回路的最高点提供有具有应急溢流阀的应急冷却水溢流管。在发生电力故障的情况下，打开应急供料阀和应急溢流阀。在重力供料槽中所含的备用水受重力驱动进入高炉的冷却回路。在这一冷却回路的最高点，冷却水经打开的应急溢流阀由冷却回路排出到接收槽中。简言之，通过重力在一开路循环中进行应急冷却，直到重力供料槽排空。需要一高压泵站来向所述重力供料槽中再注入水。由于这种高压泵站通常装有电泵，所以所述再注入水的操作仅在电力故障排除后才可开始进行。可注意到，所述冷却系统在重力供料槽中重新注入水之前是没有有效应急冷却功能的。
为减少所述应急重力供料槽的存贮容量，公知的是在封闭冷却回路中提供具有内燃机的应急泵。在这种情况下，理论上使所述重力供料槽的存贮容量渡过应急泵的起动时间就足够了。一旦应急泵已起动，则关闭应急供料阀和应急排料阀，使得所述冷却系统再次呈闭路循环工作。
可注意到，这种应急冷却系统是相当昂贵的。重要的成本因素不仅在于重力供料槽和其支撑结构，而且还是大直径的应急水管，这种水管可达数百米长。在本文中，可注意到，所述应急泵可有助于减少重力供料槽本身的成本，但对大直径的应急水管的成本当然没有影响。
另外还公知，对所述重力供料槽及至所述应急供料阀的供料管线的防冻常常造成严重问题。再有，由于所述应急水常带有固体腐蚀颗粒及藻类，在排出应急水后高炉的冷却回路被污染。由此可见，在各次应急水排出后必须对所述冷却回路进行彻底漂洗。如果短的电力故障造成应急冷却系统相当频繁地排料，这是特别麻烦的。
发明内容
本发明的目的是提供比现有冶金炉冷却系统更廉价并更可靠的冷却系统。这一问题通过权利要求1的冷却系统得以解决。
本发明的冶金炉冷却系统包括含有冷却水进口和出口的冷却回路。返回管线连接所述进口与出口从而形成封闭的冷却回路，在所述回路中设有至少一个循环泵来使冷却水经这一封闭回路循环。具有应急供料阀的应急供料管线与所述冷却回路的进口相连接。在发生电力故障的情况下打开这一应急供料阀。在其最高点，封闭冷却回路设有应急溢流阀，其在发生电力故障的情况下打开，使得封闭冷却回路变为在其最高点具有大气压排料管的开路冷却回路。按照本发明的一个重要方面，应急水重力供料槽由与所述应急供料管线相连的压力容器装置所替换。这种压力容器装置含有一定体积的应急水，应急水由加压气体进行加压。当在发生电力故障的情况下打开应急供料阀和应急溢流阀时，在压力容器装置中的气压，保证建立经所述开路冷却回路沿应急溢流阀方向的应急水流。可理解，这种冷却回路是对具有应急冷却功能的冶金炉、尤其是高炉冷却系统的长期迫切需求的一种解决方案，其比重力供料槽更廉价然而更可靠。由于压力容器装置不必需设置在高于高炉的支撑塔上，其可位于更接近高炉的位置，所以应急供料管线变得更短。另外，应急供料管线的直径可降低，其原因是(1)这一管线更短；和(2)在这种管线中的更高的压降可容易地由压力容器装置中的更高的气压所补偿。由此可见对应急供料管线的成本可大大的节省。由于重力供料槽重新注入水所需的高压泵站变得多余，还可进一步节省成本。确实，本发明冷却系统的压力容器装置当所述槽降压时可容易地重新注入水，因而不必需高压泵站。在重新注入水后，通过注入加压气体可对压力容器装置进行再加压。可理解，在高炉或炼钢设备中，通常可得到所需数量和所需压力下的加压氮，来对压力容器装置进行快速加压。因而本发明的所述系统可具有两个或更多的连续应急水排出管，来渡过直到电力故障结束或直到起动应急泵或应急发电装置的时间段。对应的，在压力容器装置中的备用水可比重力供料槽少很多。还可理解，位于接近地面和接近冷却回路的位置的压力容器装置，比更远离高炉的高重力供料槽更容易进行防冻处理。所发现的另一优点是，在压力容器装置中的通常为氮气的加压气体避免了应急水与大气相接触，这对水质和腐蚀问题来说当然是有益的。从而可预计，来自压力容器装置中的应急水通常是不含固体腐蚀颗粒和藻类的，在应急水排放后冷却回路被污染是例外的。
按照本发明的另一重要方面，所述压力容器装置不仅用作加压应急备用水(emergency water reserve)，而且还用作加压补给备用水，其可有利地取代补给备用水和补水泵。在这种情况下，所述系统还包括具有补偿水注入阀的连接于封闭冷却回路和压力容器之间的补偿水注入管线，使得其能够由所述压力容器向所述封闭冷却回路中注入作为补偿水的加压应急水。这种解决方案不仅提供了重要的成本上的优点，其还保证了应急备用水定期更新，这对槽中的水的质量当然有积极的相互作用。
所述压力容器装置通常安装有气体管线和气体供料阀，用来向所述压力容器装置中提供加压气体；补偿水管线和补偿水阀，用来向所述压力容器装置中提供补偿水；和具有排气阀的排气管线，用来减少压力容器装置中的气压。
为节约补偿水和减少压力容器装置重新注水时间，所述冷却系统有利的是包括位于高于压力容器的位置的蓄水装置，以收集流经丹路应急溢流阀的冷却水，还包括具有应急水返回阀的、使所述蓄水装置与压力容器装置连接的应急水返回管线。
为减少压力容器装置中的气压，所述压力容器装置还包括位于高于地面一定高度上例如在考巴氏热风炉的顶部的压力容器。
为减少两次连续排放之间的时间，从而使应急冷却更可靠，压力容器装置有利的是包括与应急供料管线平行连接的第一和第二压力容器。这种冷却系统则还包括经由第一气体阀与第一压力容器连接的第一气体管线，用来向第一压力容器中提供加压气体；经由第二气体阀与第二压力容器连接的第二气体管线，用来向第二压力容器中提供加压气体；具有第一排气阀的第一排气管线，用来使第一压力容器排气；具有第二排气阀的第二排气管线，用来使第二压力容器排气；收集流经开路应急溢流阀的冷却水的应急水返回管线；使应急水返回管线与第一压力容器连接的第一应急水返回阀；使应急水返回管线与第二压力容器连接的第二应急水返回阀；和具有压力平衡阀的连接于第一和第二压力容器之间的压力平衡管线。这一系统使得在随后的应急排放后可至少部分回收加压气体，并因而减少了在排放后对压力容器再加压所需的时间。通过第一和第二压力容器连续应急水排放，可渡过直到电力故障结束或直到起动应急泵或应急发电装置的时间段。从而两个压力容器可设计为含有相当小体积的应急水，而不会影响应急冷却功能的可靠性和有效性。
还可理解，本发明提供了一种高炉冷却回路设计，其可相当程度地减少管线成本。这种高炉冷却回路包括至少一个第一子回路，其通过至少一个增压泵与至少一个第二子回路连接。
另一重要方面是与封闭冷却回路连接的封闭膨胀容器，其中所述封闭膨胀容器用一种气体进行加压。这种解决方案使得能够进行更好的压力控制，并对水质量有积极的方面。
本发明的冷却系统通常包括几个电循环泵，和与电循环泵平行设置的至少一个由热机驱动的应急泵。另外，还可包括一个应急发电装置来驱动至少一个电循环泵。
现在参照附图通过实施例来对本发明进行说明，其中图1是本发明高炉冷却系统的第一种实施方案的基本线路图；和图2是本发明高炉冷却系统的第二种实施方案的基本线路图。
具体实施例方式
在图1中，标号10是指包括冷却水进口12和出口14的高炉冷却回路。这种冷却回路10重新分组为要进行冷却的高炉部件，即炉壁的立式冷却板和冷却箱，风口和热鼓风设备。返回管线16使出口14与进口12连接，从而形成封闭的冷却回路。接近出口14，在高炉的顶部，所述返回管线16包括一个脱气器18，其中加热的冷却水基本不含气体。在冷却水回路10的这一最高点还设置有封闭膨胀容器20，其可经导管22和阀24通过加压气体(如N2)进行加压。这种气体有助于保证在冷却回路中的压力足够高，使得在所述冷却回路10中的冷却水没有蒸发的危险。膨胀容器还设置有低和高水限量开关和报警器21。
经由返回管线16，加热的冷却水流入再冷却设备25，所述再冷却设备25包括平行设置的例如两个热交换器。在再冷却设备24的下游返回管线16中平行设置三个电循环泵26、26`、26``。这些电循环泵26、26`、26``每个都能够例如输送冷却回路10设计的额定冷却水流速的50％。换言之，仅有三个循环泵26、26`、26``中仅两个必须工作来输送冷却回路10的额定冷却水流速。泵28是由热机驱动的应急循环泵。这一应急循环泵在发生电力故障的情况下起动，通常其尺寸适合于输送低于冷却回路10的额定冷却水流速的应急冷却水流。可注意到，各泵通过止回阀30来防止冷却水回流。
所述冷却系统包括应急水回路，其在图1中总括地用标号32来标明。这一应急水回路32包括通过应急供料管线36与冷却回路10的进口12即泵26、26`、26``压力侧相连接的压力容器34，所述应急供料管线36包括应急供料阀38和止回阀40。压力容器34有利地设置在高于地面的一高度H1上，但其比冷却回路10的最高点低。其可设置在高炉考巴氏(cowpers)热风炉的顶部，从而不需要支撑塔。压力容器34可经过气体管线42由加压气体(如N2)进行加压，所述气体管线42包括减压阀43、输气阀44和止回阀46。所述压力容器34还安装有具有排气阀50的排气管线48，以对压力容器34进行排气。标号52标明的是防止压力容器34压力超过其额定压力的安全阀。具有补偿水阀56和止回阀58的补偿水管线54，使得可向压力容器34提供补偿水。具有排水阀62的排水管线60使得可在必要时由压力容器34向污水管64排放水。
应急水回路32还包括具有应急溢流阀68的应急溢流管66，其使得可在其最高点将所述封闭回路向大气压打开。在图1中，大气排放点位于高于地面的高度H2上，其中H2比H1高许多。提供应急水返回管线来收集流经开路溢流阀68的水。这种应急水返回管线70经应急水返回阀72和止回阀74与压力容器34连接。标号76表示的是位于应急水返回管线72上游并具有应急水返回管线70的管线段，其尺寸适合于作为对应于在压力容器34中所含的应急水体积的一定体积的水贮槽。在膨胀容器20与压力容器34之间连接有水量调节管线84，其具有水量调节阀86和止回阀88。
图1中的应急水回路32按下迹运行。在准备进行应急排放的应急水回路32中，压力容器34含有一定体积Vw的应急水80和在压力Pg下的一定体积Vg的加压气体82，所述压力Pg在减压阀43中预先设定。装有与压力容器34连接的管线的所有阀除气体供应阀44外均关闭。应急供料阀38和应急溢流阀68也同样。当电循环泵26、26`、26``的电力供应发生故障时，应急供料阀38和应急溢流阀68打开，且在膨胀容器20上的气体阀24关闭。可注意到，阀38、68有利的是常开阀，即，如它们没有电力供应时是打开的阀。冷却回路10现在是在其溢流阀68处具有向大气压的排放点的打开回路。经由这种打开回路10建立了应急水流，条件当然是在压力容器34中的以水高度表示的气体压力Pg，大于高度H2与压力容器34中的水平面之间的差。经由溢流阀68排放的水收集在封闭应急水返回阀72上游的贮槽76中。随着在压力容器34中的水平面下降，压力容器34充入压力为Pg的氮气，所述压力Pg预定在减压阀43。
应急循环泵28的成功起动或正常泵26、26`、26``的再起动，触发气体供料阀44、应急供料阀38和应急溢流阀68关闭以及气体阀24打开。打开水面调节阀86通过将在膨胀容器20中的过剩的水排空到压力容器34中来降低在膨胀容器20中的水面至正常高度(LSH)。现在，冷却系统再次成为在正常操作条件下的闭路循环回路。之后，应急水回路32准备好进行下一次排放。为这一目的，首先打开压力容器34的排气阀50和应急水返回阀72。在贮槽76中积累的溢流水现在流入压力容器34中。打开水面调节阀86通过将膨胀容器20中的过剩的水排空到压力容器34中来使膨胀容器20的水面降低至正常高度(LSH)。之后再次关闭排气阀50和应急水返回阀72。现在再打开气体供料阀44在压力Pg下对压力容器34进行加压。一旦达到压力Pg，则压力容器34可再次如上述排放。
如在应急循环泵28起动之前在压力容器34中的水面达到其低水面极限(LSL)，则这种情况触发气体供料阀44和应急供料阀38关闭。这时压力容器34的排气阀50和应急水返回阀72打开，以使来自贮槽76中的溢流水流入压力容器34中。之后，再次关闭排气阀50和应急水返回阀72。现在，再打开气体供料阀44在压力Pg下对压力容器34进行加压。一旦达到压力Pg，通过简单地打开应急供料阀38则压力容器34进行第二次排放。可理解，压力容器34的这种连续排放重复进行直到应急循环泵28或正常泵26、26`、26``最终起动。
可理解，压力容器34不仅用作加压应急备用水，而且在正常操作中，还用作加压补偿备用水，其有利地取代了补偿备用水和补偿水抽吸泵。具有补偿水注入阀92和止回阀94的补偿水注入管线90，实际上由应急供料管线分支出来，并连接于在泵26、26`、26``和28的抽吸侧的冷却水返回管线16上。这使得在需要时可由压力容器34向封闭冷却回路注入作为补偿水的加压应急水。
现在参照附图2对本发明高炉冷却系统第二种实施方案进行叙述。
图2的冷却系统与图1的冷却系统的主要区别在于，应急冷却系统32`包括与压力容器34平行连接的第二压力容器34`，本文此后将压力容器34称为第一压力容器34。这时压力容器34、34`均位于地面上。气体管线42经第一气体阀44和第一止回阀46与第一压力容器34连接，并经第二气体阀44`和第二止回阀46`与第二压力容器34`连接。具有第一排气阀50的第一排气管线48安装在第一压力容器34上，且具有第二排气阀50`的第二排气管线48`安装在第二压力容器34`上。应急水管线70收集流经打开的应急溢流阀68的冷却水。在应急水返回管线70的第一分支中提供第一应急水返回阀72和止回阀74，所述第一分支与第一压力容器34连接。在应急水返回管线70的第二分支中提供第二应急水返回阀72`和止回阀74`，所述第二分支与第二压力容器34`连接。具有压力平衡阀102的压力平衡管线100连接于第一压力容器34和第二压力容器34`之间。在连接第一压力容器34和应急供料管线36的分支中提供应急供料阀38，并在连接第二压力容器34`和应急供料管线36的分支中提供应急供料阀38`。应急供料阀38、38`两者均双重设置止回阀104、104`。
图2的应急水回路32`按下述运行。第一压力容器34准备好进行应急排放，即，其含有一定体积Vw的应急水80和在压力Pg下的一定体积Vg的加压气体82。除气体供料阀44外，所有安装在与第一压力容器34连接的管线中的阀均关闭。应急供料阀38、应急溢流阀68以及所有安装在连接于第二压力容器34`的管线中的阀也同样。当在电循环泵26、26`和26``的电力供应出现故障时，打开如下的阀1.应急供料阀38；2.应急溢流阀68；3.第二压力容器34`的排气阀50`；和4.第二压力容器34`的应急水返回阀72`。
现在冷却回路10是在溢流阀68具有大气压排放点的开路循环。经由这一开路循环10如上所述建立了一种应急水流。但可注意到，经由溢流阀68排放的水现在流入第二压力容器34`而不是贮槽76中。
应急循环泵28的成功起动或正常泵26、26`、26``的再起动，触发气体供料阀44、应急供料阀38和应急溢流阀68关闭以及气体阀24打开。打开水面调节阀86通过将在膨胀容器20中的过剩水排空到压力容器34`中，使在膨胀容器20中的水面降低至正常高度(LSH)。现在，所述冷却系统再次成为在正常操作条件下的闭路循环回路。
之后，使第二压力容器34`准备好进行下一次排放。首先，关闭第二压力容器34`的排气阀50`和应急水返回阀72`。然后打开压力平衡阀102，使得加压气体由第一压力容器34流入第二压力容器34`中，直到达到压力平衡。可理解，这种压力平衡使得通过回收来自第一压力容器34的加压气体可很快速地对第二压力容器34`进行加压。在压力平衡后，再次关闭压力平衡阀102，打开第二气体供料阀44`，以在第二压力容器34`中建立所需的压力Pg。同时打开第一压力容器34的排气阀50和应急水返回阀72，以使得第一压力容器34准备好接收溢流水。现在应急冷却系统32`已准备进行压力容器34`的应急排放，其中溢流水将收集在压力容器34中。
如在压力容器34的应急排放过程中，在应急循环泵28已能够起动之前，在压力容器34中的水面达到其低水面极限(LSL)，这种情况触发气体供料阀44和应急供料阀38关闭。打开水面调节阀86以便通过将在膨胀容器20中的过剩水排空到第二压力容器34`中，使在膨胀容器20中的水面降低至正常高度(LSH)。之后，使第二压力容器34`准备好立即进行排放。首先，关闭第二压力容器34`的排气阀50`和应急水返回阀72`。然后打开压力平衡阀102，使得来自第一压力容器34的加压气体流入第二压力容器34`中。在压力容器34和34`两者压力平衡后，再次关闭压力平衡阀102，并打开第二气体供料阀44`以建立在第二压力容器34`中所需的压力力Pg。同时打开第一压力容器34的排气阀50和应急水返回阀72。现在，通过简单地打开应急供料阀38`对压力容器34`进行排放，其中溢流水返流到压力容器34中。可理解，压力容器34和压力容器34`的这种交替排放重复进行，直到应急循环泵28或正常泵26、26`、26``最终起动。
图2含有对冷却回路10的更详细的图示。不同的子回路110和120由长方形来表示。
可注意到，现有技术的高炉包含至少两个不同的闭路冷却回路，其中子回路110(例如炉壁的立式冷却板和冷却箱的再分组)已组合到第一闭路冷却回路中，子回路112至120(例如风口和热鼓风设备的再分组)已组合到第二闭路冷却回路中。所述冷却闭路冷却回路的每一个包含其自己的循环泵26、28和热交换器24。
按照本发明的另一方面，所述高炉包括一个主闭路冷却回路，其中子回路110与子回路112至120串联连接。连接于子回路110与子回路112至120之间的增压泵122和124，补偿在上游子回路110中的压降，并保证冷却水具有在下游子回路112至120的进口处所需的压力。增压泵与子回路串联连接的这种回路的设计，使得可相当大地减少高炉冷却回路的管道费用。还可注意到，各子回路110-120安装了差示流量计126至138。它们使得能够检测并定位冷却回路10中很小量的冷却水的泄露。
权利要求
1.用于冶金炉的冷却系统，包括含有冷却水进口(12)和出口(14)的冷却回路(10)；使所述出口与进口(12)连接从而形成封闭的冷却回路(10)的返回管线(16)；和在所述封闭冷却回路(10)中的至少一个循环泵(26、26`、26``)，以使冷却水经这一封闭回路循环；与所述冷却回路(10)的进口(12)相连接的、具有应急供料阀(38、38`)的应急供料管线(36)，其中在发生电力故障的情况下所述应急供料阀打开；和在所述封闭冷却回路(10)最高点的、具有应急溢流阀(68)的应急溢流管(66)，所述应急溢流阀(68)在发生电力故障的情况下打开，使得所述封闭冷却回路(10)变为在其最高点具有大气压排料管的开路冷却回路；其特征在于压力容器装置(34、34`)与所述应急供料管线(36)相连，所述压力容器装置(34、34`)含有一定体积的应急水，并由加压气体进行加压，从而当在发生电力故障的情况下，建立经所述开路冷却回路(10)沿所述应急溢流阀(68)方向的应急水流。
2.如权利要求1的冷却系统，其特征在于，具有连接于所述封闭冷却回路(10)和所述压力容器装置(34、34`)之间的补偿水注入阀(92)的补偿水注入管线(90)，使得能够由所述压力容器装置(34、34`)向所述封闭冷却回路(10)中注入作为补偿水的加压水。
3.如权利要求1或2的冷却系统，其特征在于，具有气体供料阀(44、44`)的气体管线(42)，以向所述压力容器装置(34、34`)中提供加压气体；具有补偿水阀的补偿水管线(54)，以向所述压力容器装置(34、34`)中提供补偿水；和具有排气阀(50、50`)的排气管线(48、48`)，以由所述压力容器装置(34、34`)释放气体压力。
4.如权利要求1至3中任一项的冷却系统，其特征在于，位置高于压力容器的贮槽装置(76)，用于收集流经打开的溢流阀(68)的冷却水；具有应急水返回阀(72、72`)的使所述贮槽装置(76)与所述压力容器装置(34、34`)连接的应急水返回管线(70)。
5.如权利要求4的冷却系统，其特征在于，所述压力容器装置(34、34`)包括位于地面以上一定高度的压力容器。
6.如权利要求1或2的冷却系统，其特征在于，所述压力容器装置包括与所述应急供料管线(36)平行连接的一个第一压力容器(34)和一个第二压力容器(34`)；和所述冷却系统还包括经由第一气体供料阀(44)连接于所述第一压力容器(34)的第一气体管线(42)，用于向所述第一压力容器(34)提供加压气体；经由第二气体阀与所述第二压力容器(34`)连接的第二气体管线(42`)，用于向所述第二压力容器(34`)提供加压气体；具有第一排气阀(50)的第一排气管线(48)，用于使所述第一压力容器(34)排气；具有第二排气阀(50`)的第二排气管线，用于使所述第二压力容器(34`)排气；收集流经打开的溢流阀(68)的冷却水的应急水返回管线(70)；使所述应急水返回管线(70)与所述第一压力容器(34)连接的第一应急水返回阀(72)；使所述应急水返回管线(70)与所述第二压力容器(34`)连接的第二应急水返回阀(72`)；和具有连接于所述第一压力容器(34)和所述第二压力容器(34`)之间的压力平衡阀(102)的压力平衡管线(100)。
7.如权利要求1至6任一项的冷却系统，其特征在于，所述冷却回路(10)是高炉冷却回路，所述高炉冷却回路包括通过至少一个增压泵(122、124)连接于至少一个第二子回路(112)上的至少一个第一子回路(110)。
8.如权利要求1至7任一项的冷却系统，其特征在于，至少一个应急循环泵(28)由热机驱动，所述应急循环泵(28)在发生电力故障的情况下起动。
9.如权利要求1至8任一项的冷却系统，其特征在于，封闭膨胀容器(20)连接于封闭冷却回路(10)，所述封闭膨胀容器(20)由气体进行加压。
全文摘要
用于冶金炉的冷却系统，包括通过返回管线(16)封闭的冷却回路(10)和至少一个循环泵(26、26′、26″)，使冷却水经封闭冷却回路循环。与冷却回路(10)相连接的具有应急供料阀(38)的应急供料管线(36)，在发生电力故障的情况下应急供料阀打开。应急溢流阀(68)位于封闭冷却回路(10)最高点。这种应急溢流阀(68)在发生电力故障的情况下打开，使得封闭冷却回路变为在其最高点具有大气压排料管的开路冷却回路。与应急供料管线(36)相连的压力容器装置(34)，含有由气体进行加压的一定体积的应急水，从而当在发生电力故障的情况下，建立经开路冷却回路(10)的应急水流。
文档编号C21B7/00GK1401008SQ01805081
公开日2003年3月5日 申请日期2001年4月17日 优先权日2000年5月9日
发明者吉安·K·利, 罗伯特·施梅勒 申请人:保尔·沃特公司