[发明专利]一种基于熔盐储能的连铸过程余热回收方法

说明书

本发明提出一种基于熔盐储能的连铸过程余热回收方法，用于解决钢铁行业铸坯生产过程中热量耗散、现有水冷系统运行成本高、蒸汽有效转换低的问题。其热量回收装置包括：连铸结晶器、熔盐循环系统、高温储盐罐、低温储盐罐、蒸汽发生器、过热器、软水循环系统、控制系统；本发明解决了长期以来连铸和钢水凝固过程热量无法回收以及生产停车、连铸拉速、钢水温度波动造成的炼钢间歇性操作到造成余热回收不稳定的问题，同时结晶器工作稳定、铸坯质量提升，非常适合在钢铁企业推广。

技术领域

本发明涉及冶金行业技术领域，特别是指一种钢铁冶金生产中铸坯凝固过程的余热回收装置和方法。非常适合目前的钢铁冶金企业进行节能减排、绿色制造，以及连铸坯质量的提升。

背景技术

钢铁冶金行业降低排放和节能降耗已经成为行业主题，连铸是钢铁冶金过程最重要的一环。工艺方面，其实现了钢水从液态向固态的转变，1500 ～ 1600℃钢水，通过连铸过程转变为500-600℃以下的铸坯，这一过程的热量有液态钢水向固态转变的相变热，也有钢坯自己冷却过程中的余热，可以进行余热回收的空间很大；流程方面，其对上承接炼钢的转炉、精炼等大型周期性操作，对下对接轧钢厂高度自动化、高度连续化的生产过程，连铸坯质量的优劣和流程顺畅，不仅直接影响产品的表面质量、组织性能，同时还影响铸坯的热送率、轧钢节奏、生产成本。如何实现连铸过程钢水的热量的同时，又进一步提高铸坯质量，优化钢铁生产流程，是连铸科研和攻关的重点。

连铸结晶器是目前行业普遍采用的钢水凝固和钢坯热量导出的装置，是连铸机最关键的设备，其采用水冷的方式实现结晶的冷却，但是并不能实现热量的高效回收。有专利曾提出了一种连铸过程的余热回收方法，针对连铸机结晶器设计出多个用于回收能量的受热面，把软水输入预热器，液态水循环泵加压进入结晶器，吸收钢坯余热，进而转化成一定压力的水蒸汽。既可以回收余热，又可以改善车间工作环境，但存在以下问题：运行压力高，容易泄漏；水汽化时在弯管处易形成气阻，造成局部管路损坏；需要增加除氧机或者软水制备装置，有损耗；产生的水蒸气为低品质水蒸汽，很难转化为可利用的能源。其中最重要的是产生的都是200℃以下的低品质的蒸汽，很难做到蒸汽发电的高效利用。常规连铸过程结晶器采用水冷会对铸坯凝固过程的工艺产生影响，由于水冷介质温度的限制，结晶器和钢水换热很容易导致铸坯的角部位置过冷，从而引发角部或者近角部裂纹的产生，同时也会影响铸坯凝固坯壳的质量以及后期二冷过程的铸坯枝晶的发展，进而整体影响铸坯的质量。

专利 CN 104033872 A也公布了一种采用非水介质进行结晶器冷却和余热回收的方法，通过导热油或者熔盐替代水，实现结晶器内换热介质的升级，通过非水介质的储能实现余热回收。该发明相比较传统的水换热其实有很大提升，但是并没有公布非水换热介质的工作温度区间，按照常规硝酸盐、亚硝酸盐的混配盐，其工作温度上限在500℃，大大限制了结晶器的工作温度调整范围。同时作为炼钢厂的实际情况，其工作特性具有间歇性，遇到检修甚至需要停产，同时连铸机根据不同钢种的连铸工艺参数其钢水温度和连铸拉速都会发生很大的变化，在整套系统没有储能罐作为缓冲的情况下，这种余热热流间隙性导致余热回收效率不高。另外，该发明采用一级换热让熔盐捕获结晶器余热后直接对接蒸发器，更加加剧了这种炼钢工艺波动造成的热量输出的不稳定性。

本发明的创新点在于根据高温熔盐冷却和储能的特性，采用新型的高温熔盐替代传统的过热水和传统硝酸盐，将结晶器内的非水换热介质的工作温度从原来的500℃提高到750℃，大大的提高的能量储存温度，为产生超临界更高温高压的蒸汽提供了条件，也为后期的发电效率的提升奠定了基础。同时本发明设计了低温储盐罐和高温储盐罐的双储盐罐的技术方案，低温储盐罐为结晶器的冷却工艺稳定提供恒温的熔盐，同时通过改变熔盐的流量来匹配结晶器工艺的波动，并将这些余热最终全部储存在高温储盐罐中，通过合理设计高温储盐罐的熔盐量，稳定的实现对外热量的输出，为发电提供源源不断的热量。另外高温储盐罐具备加热功能，在炼钢厂检修期间，其自带的电加热装置和燃气辐射管会将谷电和钢厂闲散的煤气进行利用，作为独立的蒸汽发电装置，从而协调炼钢间歇性操作和检修过程带来的余热供给不规律的问题。