DE102009037370A1

DE102009037370A1 - Anlage zur Beizung von warmgewalzten Stahlbändern und zur Regeneration der verwendeten Beizsäure in einem geschlossenen Wärmekreislauf

Info

Publication number: DE102009037370A1
Application number: DE200910037370
Authority: DE
Inventors: Andreas Koeppe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-04-28

Abstract

Beizanlagen zur Beizung von warmgewalzten Stahlbändern, gekennzeichnet durch die Verwendung von Beizsäuren, die mittels Wärmetauschern aufgeheizt werden sowie von Anlagen zur Säureregeneration nach dem Sprühröst- und dem Fließbettverfahren. Die Anlagen arbeiten separat, wobei erhebliche Energieverluste beim Abkühlen und ein hoher Energiebedarf beim Aufheizen entstehen.

Description

Problem:
Es ist bekannt, das zur Reizung von Stahlband Säuren verwendet werden. Dies erfolgt in Reizbädern mit Temperaturen von 80–85°C. Je nach der Temperatur der in diese Bäder einlaufenden Bänder sind hohe Wärmemengen notwendig, die mittels Dampf in Wärmetauschern übertragen werden. Danach wird die gebrauchte Beizsäure in das Tanklager geleitet und Kühlt ab. Beim nachfolgenden Regenerationsprozess wird die Säure im Ofen auf 650°C (Sprühröster) oder 900°C aufgeheizt. Danach erfolgt im Venturi eine Reduzierung der Abgas-Temperatur auf 85°C durch das umgewälzte Säurekonzentrat. Der Rest der Abwärme wird durch den Kamin an die Umwelt abgegeben. So entstehen in beiden separaten Anlagen erhebliche Energiekosten.
Lösung:
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, dass die in der Regeneration und der Beize vorhandene Abwärme ausreicht das zu beizende Band Zu erwärmen. Des Weiteren werden durch die Abkühlung des Abgases niedrigere Emissionen erreicht. Wärmetauscher im Abgasstrom sind nicht Notwendig, da die Beizbehälter als Umwälzbehälter für Venturi- und Wäscherkreisläufe fungieren.
Ausführungsbeispiel:
In der Zeichnung der Zusammenfassung ist eine kombinierte Beize-Regeneration zu sehen, die über geschlossene Wärme-Kreisläufe zur Reizung des Beizgutes verfugt.
Zusammenfassung
1. Bezeichnung
Anlage zur Reizung von warmgewalzten Stahlbändern und zur Regeneration der verwendeten Beizsäure in einem geschlossenen Wärmekreislauf
2. Kurzfassung
2.1 Technisches Problem der Erfindung
Bei der Reizung von warmgewalzten Stählen werden verschiedene Säuren zur Reinigung der Warmbandoberfläche von Oxiden, sogenanntem Zunder, verwendet.
Um eine ausreichende Reaktivität der Beizsäure und somit eine qualitätsgerechte, zunderfreie Warmbandoberfläche für die Weiterverarbeitung des Stahlbandes zu erreichen sind folgende Parameter kontinuierlich zu regeln:

• Konzentration der Beizsäure in Bezug auf Gehalt an freier Säure, Gesamtsäure und Eisengehalt
• Temperatur der Beizsäure in allen Beiztanks je nach Beizgut zwischen 60 und 85°C

Insbesondere zur Erwärmung des Bandes in Beiztank 1 sind erhebliche Wärmemengen einzubringen. Deshalb werden für jedes Beizbad dampfbeheizte Wärmetauscher installiert und mittels Zirkulationspumpen wird die Beizsäure durch diese Wärmetauscher gepumpt. Die wiedererhitzte Säure gelangt in den Beizbottichen in Kontakt mit dem Beizgut und erhitzt somit das durchlaufende Stahlband. Üblicherweise werden diese Aufheizkreisläufe so dimensioniert, dass auch bei maximaler Beizleistung und bis zu –5°C Temperatur des einlaufenden Stahlbandes die geforderte Temperatur von 85°C erreicht werden kann. Dies erfordert die Installation einer Wärmetauscherkapazität von 0,11 kcal/kg/K, was erhebliche Kosten bei der Erstausrüstung mit Pumpen, Filtern und Wärmetauschern erfordert. Des Weitem entstehen ständig hohe Instandhaltungskosten für Pumpen und Wärmetauscher sowie hohe Kosten für den Dampf und den Stromverbrauch der Pumpen. Bei einer Beize mit einer Betriebsstundenleistung von 250 t entspricht das einem Verbrauch von ca. 2000 Mcal/h. Die installierte Kapazität aller Aufheizkreisläufe kann bis zu 10000 Mcal/h betragen.
Nach dem Beizprozess fließt die sogenannte Abbeize mit einer Temperatur von ca. 80°C in das Tanklager der Salzsäureregeneration. Hier wird sie in der Regel einige Stunden zwischengelagert und kühlt auf Umgebungstemperatur ab.
Im nachfolgenden Regenerationsprozess wird die abgekühlte Säure zunächst im sogenannten Venturikreislauf vorkonzentriert. Hierbei tritt sie in direkten Kontakt zu den heißen Abgasen des Reaktors, deren Temperatur sich je nach Regenerationsverfahren bei 400–450 oder 850–950°C befindet. Ziel des Prozesses ist es außerdem, die Röstgase auf unter 85°C abzukühlen. Dies ist notwendig, um einerseits die Absorption von Chlorwasserstoffgas an Spülwasser zu regenerierter Salzsäure zu ermöglichen und auch um die Bauteile der Absorptionskolonne und hierbei der Kolonnenfüllung vor thermischer Beeinflussung zu schützen. Je nach Anlagentyp werden hier 750 oder 1000 kcal/l/h benötigt, was einem Verbrauch von 6750 Mcal/h bei einer 9000 l/h Anlage des Typs Sprühröster entspricht.
Die Röstgase werden dann mittels einem Abgasventilator einem Gaswäscher zugeführt. Hierbei wird in einer Waschkolonne Waschwasser zirkuliert und ebenfalls in einer Kolonnenfüllung in Kontakt gebracht. Das Zirkulationswasser heizt sich dabei auf 50–65°C auf. Es wird später in der Absorptionskolonne zur Erzeugung von regenerierter Säure eingesetzt.
Nach dem Regenerationsprozess wird die regenerierte Säure erneut in das Tanklager geleitet, wo es wiederum auf Außentemperatur abkühlt.
Nach der Aufgabe der regenerierten Salzsäure im letzten Beizbad muss diese natürlich auf die Beizbadtemperatur von ca. 80°C erwärmt werden.
Es ist zu erkennen, dass sowohl die Beizsäure als auch die Abgase mehrfach ihr Temperaturniveau wechseln. Die zur Verfügung stehende Wärme wird weitestgehend an die Umwelt abgegeben, währenddessen es in der Beize teilweise schwierig ist, das Temperaturniveau anzuheben oder wie im Venturi notwendig, abzusenken.
Eine Nutzung der Abwärme des Regenerationsprozesse wurde des Öfteren vorgeschlagen. Allerdings wurde hierbei vom Einsatz von Wärmetauschern ausgegangen. Dieser ist aber im Bereich des Venturikreislaufes auf Grund des Mediums und der hohen Konzentrationen nicht unproblematisch.
Im Abgaswäscher wiederum steht zwar eine hohe Wärmemenge zur Verfügung, aber der Temperaturunterschied ist bei Abgastemperaturen von 60–70°C sehr gering. Zudem wäre durch diese Wärmetauschern ein erheblicher Investitionsmehrbedarf zu verzeichnen.
2.2 Lösung des Problems
Die bisher thermisch gegenläufigen Prozesse von Beizanlage und Regeneration werden nunmehr so miteinander verknüpft, das es zu einem direkten Kontakt der Umwälzflüssigkeiten sowohl mit der Abluft, als auch dem zu beizenden Band kommt. Im einzelnen sind folgende Kreisläufe vorgesehen. (Siehe dazu Anklage 1)
Abgaswäscher 1 in der Regeneration
Die Abgaswäscherumwälzpumpe (1) mit einer Kapazität von 80–140 m³/h beaufschlagt den Abgaswäscher 1 (2) mit Umlaufwasser. Als Vorlagebehälter dient hierzu direkt der Aufheiztank (3) oder ein Umwälzbehälter (4). Das Wasser heizt sich dadurch auf 60–70°C auf. Es fliest daraufhin zurück in den Aufheiztank 1, durch welchen das Band geführt wird. Bei einer Badlänge von 12 m und einer Beizgeschwindigkeit von 180 m/min ergibt sich eine Verweilzeit von 4 Sekunden, was bereits zu einer Aufwärmung des Bandes führt. Je nach Außentemperatur verlässt das Band den Aufheizbehälter mit einer Temperatur von 50–60°C. Der Aufheizbehälter sammelt sowohl Kreislaufwasser aus Abgaswäscher 1 (2) und dem Gaswäscher der Beize als auch das 85°C heiße Wasser aus dem Spültank 1 (5). Folgende zusätzliche Effekte werden erreicht:

• Durch das durch die Bandaufheizung abgekühlter Umwalzwasser ergibt sich eine bessere Abscheidung von HCl-Gas, im Wäscher. Die Emissionen werden verringert, zusätzlicher Verbrauch von Wasser oder Neutralisationsmittel kann vermieden werden.
• Durch das säurehaltige Spülwasser werden die in der Zunderoberfläche befindlichen Risse und Fehlstellen bereits mit Flüssigkeit gefüllt. Der Säureaustausch im darauf folgenden Beizbad 0 erfolgt schneller, da die Säure direkt die Bandoberfläche erreichen kann und nicht erst die in den Fehlstellen befindliche Luft verdrängt werden muss.

Venturikreislauf
Der Venturi (6) wird mittels einer Umwälzpumpe (7) mit einer Umwälzmenge von 100–130m³/h sogenannten Konzentrates beaufschlagt.
Der Rücklauf des Venturikonzentrates erfolgt bei der Verbundanlage direkt in den Beiztank 0 oder dessen Vorlagebehälter (9). Das 85°C warme Konzentrat hat direkten Kontakt mit dem Beizgut. Aus dem Beizbad 0 wird das Konzentrat wieder zum Venturi (6) gepumpt. Dies führt zu folgenden Effekten:

• Das Beizgut wird ohne jede zusätzliche Temperaturzufuhr auf 85°C erwärmt, es ist keinerlei Dampf zur Badaufheizung notwendig.
• Die freie Säure im Venturikonzentrat ermöglicht bereits hier einen schnellen und effizienten Beizprozess, die darauffolgenden Beizbäder können entsprechend der Anlagenleistung verkürzt werden.
• Eine zusätzliche Umwälzung der Beizsäure ist nicht notwendig, auf diverse Pumpen, Wärmetauscher und den kontinuierlichen Energieverbrauch der Pumpen kann verzichtet werden.
• Für einen separaten Betrieb des Beiz- und des Regenerationsteiles mit eingeschränkter Anlagenleistung (z. B. nach Wartungsstillständen) können kleinere Pumpen und Wärmetauscher installiert werden, so dass nur ein Bruchteil der Installationskosten für herkömmliche Aufheizkreisläufe entsteht.
• Konzentrationsänderungen und andere negative Einflüsse im Venturikreislauf werden vermieden, da sich bei gleicher Beizleistung eine gleiche Eisenbelastung des Konzentrates ergibt.

Absorptionskolonne
In der Absorptionskolonne (10) werden die auf 85°C abgekühlten Röstgase mit Spülwasser beaufschlagt. Dadurch entsteht wiederum Salzsäure, die als sogenannte regenerierte Säure zum Tanklager fließt und später erneut dem Beizprozess zugeführt wird. Das Spülwasser kann direkt aus dem Aufheizbehälter (4) zugeführt werden. Des Weiteren kann aus diesem Behälter der Venturikreislauf mit Spülwasser zur Dichteregelung des Konzentrates beaufschlagt werden.
Der Rücklauf aus der Absorptionskolonne kann direkt in den letzten Beiztank (11) erfolgen, so dass das 85°C heiße Regenrat ebenfalls zur Energieeinsparung beiträgt. Lediglich Überschussmengen werden geregelt in das Tanklager abgeführt.
2.3 Anwendungsgebiet
Die Erfindung ist anwendbar in Kaltwalzwerken die über Bandbeizanlagen zur Entzunderung von warmgewalzten Coils verfügen. Sie ist insbesondere dann sinnvoll, wenn am gleichen Standort eine Aufarbeitung (Regeneration) der verbrauchten Beizsäure erfolgt. Zusätzliche Effekte ergeben sich in Kaltwalzwerken, die sich nicht in integrierten Hüttenwerken befinden. In diesen Fällen muss der Dampf zur Aufheizung der Beizsäure erzeugt werden und kann nicht dem Energieverbund des Werkes entnommen werden.
Die Erfindung ist anwendbar für Neuanlagen oder zur Modernisierung bestehender Anlagen.
Durch die Kombination bisher thermisch gegenläufiger Prozesse im geschlossenen Stoffkreislauf zwischen einer Beizanlage und einer Salzsäureregeneration lassen sich folgende Vorteile erreichen:

• Reduzierung der zum Aufheizen des Bandes notwendigen Energie um bis zu 100%, verglichen mit konventionellen Anlagen
• Schnellerer und effektiverer Beizprozess durch schnellere Bandaufheizung und günstigerer Säurewerte
• Reduzierung entstehender Abwasser und entfallende Neutralisationskosten
• Bessere Abgaswerte in der Regeneration durch kühlere Umwälzkreisläufe und somit besserer Abscheidung von Aerosolen
• Anwendung ist in Verbindung mit Sprühröst- und Fließbettregenerationen möglich.
• Geringerer Investitionsbedarf im Bereich der Beizanlage durch fehlende Aufheizkreisläufe
• Wegfall der Umwälzungen im Normalbetrieb der Beizanlage und dadurch Wegfall des Energieverbrauchs für die Pumpen
• Bessere Produktqualität durch effektiven und schnellen Beizprozess.

Claims

Beide Anlagen werden so kombiniert das eine unmittelbare Kombination des Beiz- und des Regenerations-Prozesses erfolgt. Zum Wärmeaustausch werden keine Wärmetauscher verwendet, sondern die Umwälzflüssigkeiten in Venturi- und Wäscherkreislauf. Die Flüssigkeiten kommen direkt mit dem Beizgut in Kontakt, übertragen die Wärme und starten den Beizprozess In den ersten beiden kurzen Beizbehältern. Die zusätzliche Abkühlung des Regenerationsprozess führt zu geringeren Emissionen. Erhebliche Dampfmengen Für den Betrieb der Wärmetauscher können eingespart werden.