Jatkuva lämmöntalteenotto RecHeat-lämmönsiirtimillä masuunikuonasta

Abstract

Terästeollisuuden kuonien sisältämä lämpösisältö menee yleensä hukkaan, mutta SFTec Oy:n kehittämän ilmatoimisen RecHeat®-lämmönsiirtimen avulla sitä voidaan kustannustehokkaasti kerätä talteen ja hyödyntää muun muassa yhtiön kehittämän ModHeat®-ilmakuivurin lämmönlähteenä. Opinnäytetyön tarkoituksena oli suorittaa SSAB:n Raahen kuonapenkalla noin viikon mittainen testausjakso, jossa kahden RecHeat-lämmönsiirtimen päälle kaadettiin vuorotellen rinnettä pitkin masuunikuonaa jatkuvan lämpökuorman aikaansaamiseksi.

Testauksissa lämmönsiirtimistä kerättiin termopariantureiden avulla jatkuvaa dataa ilmavirtauksien lämpötiloista eri kohdissa. Riittävän suojaetäisyyden takaamiseksi datankeräyslaitteina käytettiin langatonta Miran DLS -järjestelmää. Massavirran määrittämiseksi putkistosta mitattiin pitot-putkea ja Velocicalc 9565-P-monitoimimittaria hyödyntäen paine-erot mukaillen standardia SFS-EN 16211. Vertailu-ulkolämpötiat määritettiin Forecan tuntisten säähavaintotietojen pohjalta lineaarisesti Excelillä. Näiden perusteella määritettiin kaatojen hetkelliset lämpötehot ja talteen otetun energian määrä. Kuonan kaadoista otettiin kattavasti kuvia ja videoita havaintojen tueksi ja jatkokehitystä varten.

Rinnettä pitkin kaataminen oli testaustapana haasteellinen kuonan arvaamattoman kulkureitin kannalta. Osumistarkkuuden parantamiseksi kuonapenkan juurta kohotettiin 5 m testausalueen kohdalta ja RecHeatien päätyihin asetettiin suojapalkit. Kaatoja testausjaksolla saatiin kaikkiaan 16 kpl, joista valtaosa onnistui haastavat testausolosuhteet huomioon ottaen hyvin. Yli puolissa kaadoista RecHeat saatiin täyteen tai lähes täyteen kuonaa. Erityisesti neljänneltä testauspäivältä saatiin jatkuvan toiminnan kannalta paljon käyttökelpoista dataa loppulämpötilan pysyessä suurimman osan ajasta suotuisassa yli 80 °C:een lämpötilassa. Energiaa kyseiseltä 13 tunnin ajanjaksolta saatiin 3391 kWh, mikä tarkoittaa noin 260,8 kW:n keskitehoa. Lämmöntalteenoton tehokkuuteen vaikutti testausaikavälit, rinteelle jäävän kuonan osuus ja masuunikuonan nopea kuorettuminen. Parhaista yksittäisistä kaadoista dataa jatkojalostettiin todellisen toiminnan simuloimiseksi. Siinä kuonaa toimitettaisiin jatkuvasti kuonankuljetusautolla.

RecHeatin ilmanottoaukot tukkeutuivat kuonasta kaksi kertaa testausjaksolla. Tämän ehkäisemiseksi niiden eteen voisi asentaa ritilät ja suuaukon kanavaa korottaa sekä pidentää. Huuvamainen ratkaisu voisi myös parantaa tehokkuutta keräämällä paremmin talteen kuonan päältä konvektoituvaa lämpöä. Lisäksi venttiilien etäkäyttö mahdollistaisi tasaisemman lämpökuorman testauksissa.

In the steel industry, the thermal energy contained in slags is typically lost. This thesis explores the potential of utilizing that energy through RecHeat®, an air-based heat exchanger developed by SFTec Oy. The recovered heat can be applied cost‑effectively, for example, as a source for the company’s ModHeat® air dryer.

The study was carried out at SSAB’s Raahe steel plant, where a week‑long testing campaign was conducted. During the tests, blast furnace slag was repeatedly discharged over two RecHeat units to create a continuous thermal load. Temperature data from the airflow was collected with thermocouples, and additional measurements were taken to estimate mass flow and energy recovery.

The experiments demonstrated that RecHeat can withstand demanding operating conditions and capture significant amounts of heat from slag. Several challenges were identified, such as the unpredictable flow of slag and occasional clogging of air inlets, but practical solutions were proposed to improve reliability and efficiency. The results provide valuable insights for further development, especially toward continuous operation scenarios where slag could be supplied regularly by transport vehicles.

Overall, the thesis confirms the feasibility of RecHeat as a novel method for recovering waste heat from steelmaking slags and highlights opportunities for optimization in industrial applications.