用于冶金容器耐火涂層的搗打料及其實施方法以及包含使用該搗打料的涂層的冶金容器 ...的制作方法
【專利摘要】一種用于塊襯砌冶金容器如鼓風爐的耐火涂層的至少一些耐火元件的搗打料，所述搗打料由顆粒相和粘合劑相的混合物構成，其中所述顆粒相和/或粘合劑包含具有微孔結構或在鼓風爐運行期間通過燒制能夠形成微孔結構的至少一種組分。所述搗打料尤其希望在形成所述容器的側壁的兩個同心環(huán)形組件之間或在形成所述容器的底部的內(nèi)環(huán)組件的下部件和一個或多個耐火層的邊緣之間，形成密封。
【專利說明】用于冶金容器耐火涂層的搗打料及其實施方法以及包含使用該搗打料的涂層的冶金容器，尤其是鼓風爐
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明總體上涉及冶金容器的內(nèi)部耐火內(nèi)襯，例如具體地鼓風爐的爐身，并且更具體地是這種爐身或爐膛的下部部件。其更具體地涉及用于產(chǎn)生在構成所述內(nèi)襯和爐膛底板的碳塊之間的接合部，以及在這些塊之間的接合部的搗打料。
【背景技術】
[0002]在鼓風爐的具體情況下，內(nèi)部耐火內(nèi)襯通常是由塊或磚形式，根據(jù)每個塊或磚的位置具有相同或不同尺寸和形狀的多個耐火元件的裝配構成。構成這些耐火元件的材料，還取決于它們在所述爐身中的位置。因此，爐膛底板，或底部，通常安裝有多個這些元件的疊加層，例如，頂部放置兩層陶瓷元件的兩層或三層的碳塊，上層構成接觸熔融鐵的爐膛底板。爐膛側壁的耐火內(nèi)襯本身也通常通過疊置安排多個環(huán)形耐火層來構成。在下部部件中，每個層可以包括與爐身金屬壁最靠近定位的外部環(huán)形部件，和構成與熔融鐵接觸，或與其最接近的爐膛側壁的內(nèi)部環(huán)形部件。每個環(huán)形部件由多個周圍并列設置的塊形成，并且針對其在各個層和環(huán)中的位置來調節(jié)各個塊的材料。此外，在出鐵口的水平處，并且也在更高的，在風嘴水平處使用特定形狀和材料的元件。
[0003]所述搗打料用于構建用于填充通常由碳或陶瓷制成的塊或磚的耐火元件，和構成鼓風爐爐身的壁或其他金屬元件之間的間隙，以及用于填充相鄰耐火元件之間或這些元件的不同層或軌道之間，具體而言在所述爐膛底部的某些耐火元件和側壁的某些其他元件之間的間隙的爐身的內(nèi)部耐火內(nèi)襯。
[0004]依據(jù)其位置，由此在外環(huán)的塊和冷卻面板之間可以存在“冷”接合部，而在內(nèi)環(huán)的塊和外環(huán)的塊之間存在熱接合部。
[0005]內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的距離可以基本上恒定，例如為50mm的量級，而由于這些塊的良好尺寸公差精度為幾個毫米。`
[0006]與此相反，由于所述爐身的幾何不規(guī)則性，特別是由于所述爐身壁冷面板大得多的公差所致其不完美的圓形度，外環(huán)塊和冷卻的爐身壁之間的距離圍繞所述圓周可以發(fā)生顯著變化，要產(chǎn)生的接合部厚度通常為80mm，±20mm。
[0007]此外，必須考慮到在運行時主要的在爐膛內(nèi)壁和位于爐身金屬壁附近的內(nèi)襯外表面之間升高的溫度差，并要考慮在各個運行階段，尤其是啟動期間這種溫度差的變化。這是因為，當內(nèi)襯塊初步放置時它們都處于較低溫度，不論它們朝向爐膛內(nèi)部還是朝向爐身壁放置，而當鼓風爐運行時最外面的塊保持相對較冷，而與熔融鐵接觸的那些塊被加熱到很高的溫度。因此必須容許在這些塊之間的間隙中的一些變化，尤其是在徑向方向上，兩個同心環(huán)的塊之間，以便抵消，特別是在調試期間，當內(nèi)襯的內(nèi)層加熱溫升比外層快得多時膨脹的顯著差異。因此，非常有利的是兩個環(huán)之間的接合部是可壓縮的。舉例而言，這兩個層之間的接合部的可壓縮性可以達到15%~20%。
[0008]在壁的內(nèi)環(huán)和底部的上層之間的接合部水平處，所述間隙還可以具有相當不規(guī)則形狀，具體而言是由于依照計劃排布的底部塊或磚的形狀所致，但在這個計劃中可以按照平行線組裝，而所述環(huán)的塊則圓形地排布。除了在也稱為熱接合部的這些接合部中顯著的尺寸變化之外，在由不同材料(例如用于環(huán)狀塊的碳和用于底部的陶瓷)制成的塊之間另外地產(chǎn)生接合部，這將在任何溫度波動的情況下，具體而言是在鼓風爐的啟動階段期間，會產(chǎn)生不同的行為。
[0009]因此，有必要使用搗打料來補償可能在鄰近塊之間留下間隙的任何不規(guī)則性，因此，這些物質起到填充塊之間的不規(guī)則和/或可變間隙的作用。所述搗打料還具有確保從內(nèi)襯的熱內(nèi)表面朝向其冷的外表面進行令人滿意熱傳遞的功能，以及至少不會破壞通過耐火元件發(fā)生的熱傳遞的功能。重要地，所述搗打料還具有以能夠吸收和降低可能在耐火元件之間產(chǎn)生的熱機械應力的塑性可壓縮接合部的方式提供可壓縮體的功能，具體而言是由于溫度波動所致，尤其是在底部的磚和側面內(nèi)襯塊的內(nèi)層之間，以及在該內(nèi)襯的所述內(nèi)層和外層之間的溫度波動所致。
[0010]已知的搗打料通常由包括煅燒無煙煤或電化石墨，或它們的混合物的顆粒相混合物構成，可能加入SiC，以及通常是焦油或樹脂型的粘合劑，目的在于提供前述可壓縮性。
[0011]各種搗打料組合物，例如從JP2002121080，CN1544389，CN1690012 或 CN101823891中已經(jīng)是已知的。
[0012]關于搗打料的一個普遍問題是，它們通常都通過手動壓實，可以通過壓實機輔助進行放置，但是與通過精密的壓縮或擠出方法生產(chǎn)的耐火塊或磚相比，它們總是具有較低的均勻性和較低的致密性。另外由于所述顆粒相基本上是基于標準碳或石墨，在暴露于熔融金屬和侵蝕性試劑如堿性物質，蒸汽等時通過這些搗打料形成的接合部的耐侵蝕性和/或腐蝕性遠低于以前制 造的耐火元件。
[0013]此外，常用的焦油型粘合劑在高達500°C量級的溫度下可以保持相對柔軟，但是在更高的溫度，例如從約800°C起的溫度下，它會發(fā)生聚合并在所述搗打料的顆粒之間形成很強的結合，從而破壞其相對的柔軟性。因此，現(xiàn)有技術包含這種類型粘合劑的搗打料可以用于“冷”接合部的水平上，因為在這種情況下相對較低的溫度使得所述接合部，尤其是在外環(huán)，或外部耐火層和所述爐身冷金屬壁之間的接合部維持所需的可壓縮性成為可能。與此相反，在上述熱接合部的水平下，接合部的硬化，在高于500°C量級的溫度下，導致可壓縮性損失。所述接合部的這種硬化作用，尤其是在底部和側壁之間的接合部水平處，還可以導致由于所述接合部開裂所致的滲透風險增加。
[0014]本發(fā)明的目的
[0015]因此，本發(fā)明的一個目的是改善通過搗打料形成的接合部的耐久性，特別是對于“熱”接合部，如在底部內(nèi)襯和側面內(nèi)襯的塊之間產(chǎn)生的那些接合部，或可替代地在內(nèi)環(huán)的塊和在外環(huán)上與且相對放置的那些塊之間產(chǎn)生的那些接合部。還有一個目的是改善，例如，這些塊之間的熱傳遞。
[0016]根據(jù)本發(fā)明通過使用用于塊襯砌冶金容器如鼓風爐的耐火內(nèi)襯的至少一些耐火元件的搗打料來實現(xiàn)所述目的，所述搗打料由顆粒相和粘合劑相的混合物構成，其中所述顆粒相和/或所述粘合劑包含具有微孔結構或在鼓風爐運行期間通過燒制作用能夠形成微孔結構的至少一種組分。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的概述
[0018]因而根據(jù)本發(fā)明的搗打料具有的優(yōu)點是在所述冶金容器中產(chǎn)生塊或磚之間的接合部，這對于熔融金屬和能夠對這些接合部產(chǎn)生物理或化學作用的其他侵蝕性試劑的侵襲具有更好的耐受性。這種改善源于所述接合部的微孔結構，這避免或至少大大限制了金屬或其他侵蝕性試劑經(jīng)由接合部的滲透作用，從而避免了由損壞的接合部區(qū)開始的對這些塊的相應侵蝕。在這個方面，值得注意的是使用一方面的微孔顆粒相，和另一方面能夠形成這種微孔結構的粘合劑的有益效應，同時至少在初始加熱時間期間保持良好的可壓縮性，如以下所見。
[0019]應當指出的是，在本發(fā)明的上下文中(以及尤其是與由IUPAC規(guī)定的定義相反的)，微孔結構是指一種結構，其孔道具有小于2μπι的平均尺寸。因此，本發(fā)明提及的微孔材料是指具有2 μ m或更小，且優(yōu)選I μ m或更小平均孔徑的那些。
[0020]根據(jù)第一個【具體實施方式】，所述顆粒相基本上由具有微孔結構的碳或碳類顆粒構成。這種結構本身已經(jīng)提供了對現(xiàn)有技術的顆粒材料(由于孔徑降低)的明顯改進，因此可以，如前面所示，提供對于熔融金屬的侵蝕和對于能夠對這些接合部產(chǎn)生物理或化學作用的其他侵蝕性試劑更好的耐受性。此外，還能夠以針對具有微孔結構的塊的類似方式，提供更有效的熱通量傳輸，從而限制了表面層的加熱，并因此有助于維持較冷金屬層與所述內(nèi)襯表面相接觸，該較冷金屬層也對耐火壁具有保護作用。
[0021]在第一變體中，所述搗打料可以由這種微孔顆粒相和基于焦油或聚合樹脂的粘合劑構成。
[0022]根據(jù)一個特別有利的實施方式，所述粘合劑相由至少一種焦油型組分構成，此外，當所述鼓風爐恢復運行時在放置所述搗打料之后在溫度升高期間發(fā)生的高溫下燒制時其能夠產(chǎn)生微孔結構。因此，在鼓風爐工`作運行開始時，在上述升高溫度的作用下在所述接合部硬化之前，所述粘合劑的可壓縮性以已知方式起到允許在所述耐火內(nèi)襯組件中松弛由材料的差異加熱產(chǎn)生的熱機械應力的作用。接著，當所述接合部通過暴露于高溫，通常超過800°C進行燒制時，則不僅會發(fā)生由于聚合作用所致的已知硬化作用，而且還會形成本發(fā)明特異性的微孔結構。
[0023]根據(jù)其他替代實施方式，所述粘合劑相由聚合樹脂類型的至少一種組分構成，當所述鼓風爐恢復運行時在放置所述搗打料之后在溫度升高期間發(fā)生的高溫下燒制時其同樣能夠產(chǎn)生微孔結構。因此，在鼓風爐運行工作開始時，在通過暴露于升高的溫度將所述接合部硬化之前，所述粘合劑的可壓縮性以已知方式起到允許在所述耐火內(nèi)襯組件中松弛由材料差異加熱產(chǎn)生的熱機械應力的作用。接著，一旦通過暴露于所述高溫來燒制所述接合部時，則如在某些點，具體而言超過800°C時會發(fā)生的，由于聚合作用產(chǎn)生的已知硬化作用，形成本發(fā)明特異性的微孔結構。
[0024]這種微孔結構是由于向粘合劑中加入當燒制時能夠使之微孔化的添加劑，如金屬硅粉所致，其作用是采用來自焦油或樹脂或碳纖維的碳在燒制時產(chǎn)生SiC晶須。作為提醒，可以回顧，“晶須”是幾乎完全缺乏晶體缺陷的小直徑細長制品，這為其提供了非常高的機械強度。這些晶須，通過延伸橫過所述硬化的焦油狀物質或聚合樹脂的孔道，會產(chǎn)生提供非常強大障礙的微孔率，這防止液體金屬或其他侵蝕性試劑滲透。也能夠使用具有類似于二氧化娃粉末效應的其他添加劑。
[0025]根據(jù)其他【具體實施方式】，所述微孔材料顆粒相可以通過碾磨微孔耐火塊，來自切割微孔耐火塊的廢棄物，或從先前的耐火內(nèi)襯回收的使用過的微孔碳塊而獲得。
[0026]根據(jù)又其他實施方式，所述粘合劑基質相可以包含精細石墨顆粒，其通過改善所述搗打料本身的潤滑作用賦予其更好的壓實性能。
[0027]同樣，這種基質相可以包含防止液態(tài)鐵侵蝕的試劑，像例如TiC或TiO2，其具有提高與所產(chǎn)生的接合部接觸的鐵的粘度的能力，從而還更好地防止鐵滲透進入所述接合部材料中。
[0028]本發(fā)明另外的目的是提供在爐例如冶金容器的耐火內(nèi)襯的耐火元件之間產(chǎn)生熱接合部的方法，其中使用了由顆粒相和粘合劑相的搗打混合物構成的物料，其中所述粘合劑由以下構成:在焦油或聚合樹脂中的至少一種組分，和在放置所述搗打料之后通過由于所述冶金容器溫度升高所致的燒制作用能夠使所述粘合劑變成微孔的添加劑，如金屬硅粉。
[0029]這種方法具體而言可以用于在構成所述容器側壁的兩個同心環(huán)形組件之間產(chǎn)生接合部，并在其間限定由所述接合部填充的環(huán)形間隙，以及用于在構成所述容器側壁的內(nèi)部環(huán)形組件的下部部件和構成所述容器底板的一個或多個耐火層的外周之間產(chǎn)生接合部。
[0030]本發(fā)明的又另一個目的是提供冶金容器，如鼓風爐，其包含由多個耐火塊或磚的組件的組裝物形成的耐火內(nèi)襯，其在至少一些這些塊或磚或者這些塊或磚的組件之間限定了由接合部填充的間隙，其中所述接合部基于如先前定義的搗打料而形成。這種接合部可以在構成所述爐膛側壁的兩個同心環(huán)形組件之間形成并在其間限定由所述接合部填充的環(huán)形間隙。如果需要的話，側壁還可以包含多于兩個同心環(huán)形組件，所述接合部在所述環(huán)形組件之間的每個界面上形成。這種接合部也可以在內(nèi)部環(huán)形組件的下部部件和構成所述容器底板的一個或多個耐火層的外周之間形成。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的其他獨特的特征和特性將通過以下以使用根據(jù)本發(fā)明的搗打料產(chǎn)生所述鼓風爐爐身的耐火內(nèi)襯的實例方式通過另外的描述進行公開。
[0032]可以參考附圖，其中單個圖顯示了在鼓風爐的側面內(nèi)襯與底部之間連接處附近的內(nèi)襯區(qū)的徑向平面的截面圖。
【具體實施方式】
[0033]優(yōu)選實施方式的描述
[0034]該圖上僅部分顯示的鼓風爐的爐身I以已知方式包括，配備有冷卻面板12的金屬壁11。底部2包含多個耐火材料的重疊層，例如，從底部開始，位于冷卻液體從其中通過的冷卻管211之上的石墨 塊的第一層21，也由標準碳塊構成的第二層22，可以由具有非常高的熱導率的超微孔碳塊構成的第三層23，和陶瓷磚的兩個層24，25。在塊的第一層21之下，所述冷卻管道可以嵌埋入碳搗打料中。
[0035]從第四層24的水平開始，耐火側壁由兩個同心環(huán)形組件3，4構成，每個組件都是由疊置環(huán)31，41的堆疊構成，每個環(huán)是由周圍排列的具有非常高的熱導率的微孔碳塊構成。環(huán)形間隙，徑向厚度為60mm量級，提供于最靠近冷堆疊壁的外環(huán)形組件和內(nèi)環(huán)形組件之間，并由根據(jù)本發(fā)明的搗打料產(chǎn)生的接合部5填充。在一個方面在底部和外環(huán)形組件的第一層的外周，和另一個方面通過冷面板冷卻的壁之間的間隙，由搗打料6填充，所述搗打料6可以是傳統(tǒng)類型，其不能暴露于非常高的溫度。
[0036]同心環(huán)形組件3和4向上延伸到爐膛上部水平，所述耐火內(nèi)襯采用標準碳塊的環(huán)形組件7繼續(xù)向上超過其。
[0037]內(nèi)環(huán)的第一層41a和41b和底部的陶瓷底部層24，25之間存在用根據(jù)本發(fā)明的搗打料產(chǎn)生的周圍接合部8，以補償在底部周圍的幾何形狀和第一內(nèi)環(huán)內(nèi)部表面的圓形形狀之間的偏差。這個區(qū)域尤其存在問題，因為它正好處于水平底部和爐膛垂直壁之間的夾角中，因此特別熱，此外在底部和側壁之間的這種環(huán)形接合區(qū)垂直延伸，因此特別容易被熔融鐵滲透。在該水平下形成的搗打料接合部8可以另外在徑向方向上表現(xiàn)出厚度顯著變化，這也削弱了熱特性的均勻性。根據(jù)本發(fā)明的搗打料由于其在熱機械耐受性，提供對抗鐵滲透的屏障以及在爐中溫度升高階段期間可壓縮的方面的有利特性在該水平下特別良好地調整，以便將對鄰近塊的機械應力降至最低，從而隨后確保最大可能的無泄露。
[0038]在兩個同心環(huán)形組件之間的接合部5的水平處，特別相關的是根據(jù)本發(fā)明的搗打料的熱導率和可壓縮性特性。如已經(jīng)指出的，所述可壓縮性可以在內(nèi)部組件直接暴露于熔融金屬的熱量同時外部組件保持冷卻時限制兩個組件3和4之間的熱機械應力。所述熱導率確保從內(nèi)側朝向耐火內(nèi)襯外側進行最佳熱傳遞，從而限制所述內(nèi)環(huán)塊的加熱。
[0039]因此，結合使用高性能碳和陶瓷塊，放入根據(jù)本發(fā)明的搗打料可以確保在所述內(nèi)襯厚度的每個等溫曲線的水平上所述耐火內(nèi)襯的熱機械特性的良好均勻性持續(xù)比采用現(xiàn)有技術的搗打料更長時間，同時確保接合部特性和局部應力之間最佳可能匹配，以盡可能地將所述接合部水平處的耐 火內(nèi)襯的結構不均勻性的負作用降至最低。
【權利要求】
1.一種用于塊襯砌冶金容器如鼓風爐的耐火內(nèi)襯的至少一些耐火元件的搗打料，所述搗打料由顆粒相和粘合劑相的混合物組成，其中所述顆粒相和/或粘合劑包括具有微孔結構或通過燒制能夠形成微孔結構的至少一種組分。
2.根據(jù)權利要求1所述的搗打料，其中所述顆粒相本質上包括具有微孔結構的碳或碳類顆粒。
3.根據(jù)權利要求2所述的搗打料，其中所述微孔材料顆粒相通過碾磨微孔耐火塊、來自切割微孔耐火塊的廢料或使用過的微孔碳塊來獲得。
4.根據(jù)權利要求1所述的搗打料，其中所述粘合劑包括基于焦油或聚合樹脂的至少一種組分。
5.根據(jù)權利要求4所述的搗打料，其中所述粘合劑包括能夠在高溫燒制時形成微孔結構的至少一種組分。
6.根據(jù)權利要求4所述的搗打料，其中所述粘合劑包括在燒制時通過形成橫跨硬化焦油或聚合材料的孔道發(fā)展的晶須能夠使其微孔化的添加劑。
7.根據(jù)權利要求5所述的搗打料，其特征在于所述添加劑是金屬硅粉。
8.根據(jù)權利要求1所述的搗打料，其中所述粘合劑包括精細石墨顆粒。
9.根據(jù)權利要求1所述的搗打料，其中所述粘合劑包括抗液體鐵腐蝕的試劑，如TiC或TiO2.
10.一種用于產(chǎn)生冶金容器如鼓風爐的耐火內(nèi)襯的耐火元件(2，3，4)之間的熱接合部的方法，根據(jù)所述方法使用由顆粒相和粘合劑相的混合物組成的搗打料，其中所述粘合劑包括基于焦油或聚合樹脂的至少一種組分，以及添加劑如金屬硅粉，其在放置所述搗打料之后通過來自所述冶金容器的溫度升高的燒制能夠使所述粘合劑微孔化。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，用于在構成所述容器側壁的兩個同心環(huán)形組件(3，4)之間產(chǎn)生接合部(5)并在其間定義由所述接合部填充的環(huán)形間隙。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，用于在構成所述容器側壁的內(nèi)環(huán)組件(4)的下部和構成所述容器底板的一個或多個耐火層(24，25)的周邊之間產(chǎn)生接合部(8)。
13.—種包括由耐火塊或磚的多個組件(2，3，4)的組裝形成的耐火內(nèi)襯的冶金容器，在這些塊或磚或者塊或磚的組件中的至少一些之間定義了由接合部填充的間隙，其中基于根據(jù)權利要求1~9中任一項所定義的搗打料或通過根據(jù)權利要求10~12中任一項所述的方法來形成所述接合部(5，8 )。
14.根據(jù)權利要求13所述的冶金容器，其中在構成所述容器側壁的兩個同心環(huán)形組件(4，5)之間形成所述接合部(5)并在其間定義由所述接合部填充的環(huán)形間隙。
15.根據(jù)權利要求13所述的冶金容器，其中在構成所述容器側壁的內(nèi)環(huán)組件(4)的下部和構成所述容器底板的一個或多個耐火層(24，25)的周邊之間形成所述接合部(8)。
16.根據(jù)權利要求13~15中任一項所述的冶金容器，其特征在于它是鼓風爐。
【文檔編號】C21B7/06GK103781744SQ201280044031
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權日:2011年9月9日
【發(fā)明者】雅克·皮雷 申請人:保爾伍斯股份有限公司