專利名稱：耐火墻壁結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于爐子特別是用于冶金爐的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，這類冶金爐有例如在操作時(shí)具有高的工藝溫度的高爐，其墻壁結(jié)構(gòu)受到高的熱負(fù)荷，它包括-一鋼的外壁，-一耐火爐襯，該爐襯由一層或更多層位于外壁內(nèi)側(cè)上的能很好地導(dǎo)熱的材料構(gòu)成，以及-用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置。
采用這種類型的墻壁結(jié)構(gòu)，耐火爐襯就暴露在高溫下。因此，耐火爐襯出現(xiàn)相當(dāng)大的磨損，并且使它的使用壽命降低。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)冷卻將基準(zhǔn)溫度保持成低的，并且企圖通過(guò)使用具有高的導(dǎo)熱率的耐火材料如石墨、半石墨或其它含有石墨的耐火材料保持內(nèi)部溫度為低的。冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置可包括在鋼壁外面的裝置例如噴水冷卻、空氣冷卻或用于液體冷卻劑的冷卻導(dǎo)管，或其它在鋼壁內(nèi)側(cè)上的裝置，例如水冷的冷卻元件如通常用銅制成的板式冷卻器或冷卻板。
本發(fā)明的目的在于減少此墻壁結(jié)構(gòu)的磨損并提高使用壽命。
本發(fā)明的目的還在于建立一種用于爐子的耐火墻壁結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)方法，它能延長(zhǎng)使用壽命。
采用本發(fā)明，這些目的就可以達(dá)到，因?yàn)閴Ρ诮Y(jié)構(gòu)還包括在耐火墻壁結(jié)構(gòu)上的空隙中能很好地導(dǎo)熱的永久性金屬填充物，該填充物在間隙中熔化，然后在凝固后形成一個(gè)跨接間隙的低熱阻。
本發(fā)明基于這樣的見解，即在常常具有復(fù)合材料性質(zhì)的耐火墻壁結(jié)構(gòu)中不可避免地產(chǎn)生或形成的間隙對(duì)于通過(guò)其發(fā)散的熱流形成相當(dāng)大的熱阻，以致耐火爐襯的內(nèi)部溫度仍然很高。處于熔融狀態(tài)的填充物與間隙壁形成緊密的熱接觸，這種接觸在凝固以后保持不變，并且填充材料有良好的導(dǎo)熱率，上述兩點(diǎn)共同提供了一個(gè)跨過(guò)間隙的低熱阻，從而耐火爐襯的內(nèi)部溫度可以下降。在某些情況下，像爐渣這樣的層甚至可凝固并堆積在內(nèi)側(cè)上。這樣就形成一個(gè)永久的耐磨層。
具有導(dǎo)熱性良好的金屬填充物的間隙最好是耐火爐襯上的一個(gè)間隙，或是位于鋼外壁與耐火爐襯之間的間隙，或者，如果用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置是水冷的銅冷卻元件，則是位于耐火爐襯與冷卻元件之間的間隙。耐火爐襯上的間隙可以是兩層耐火爐襯之間的間隙，或是位于兩個(gè)元件如耐火爐襯的大塊磚與磚塊之間的間隙，或者例如是耐火爐襯材料中的熱裂縫的間隙。最有效的是填充在與熱流成直角的間隙中的填充物，從而可以減少對(duì)散熱的熱阻。
金屬填充物的熔化溫度最好低于工藝溫度，高于200℃并低于1100℃，填充物具有大于15W/m℃的導(dǎo)熱系數(shù)。
填充物最好從由錫、鉛、鋅、鋁、銀、銅和它們的合金及其組合物構(gòu)成的組中選取。
最好，填充物在操作時(shí)通過(guò)熔化在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)放在間隙中的金屬箔而得到，此時(shí)使填充物在組裝時(shí)以熔融狀態(tài)澆鑄到間隙中；或者是在操作時(shí)通過(guò)熔化一種在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)以包含金屬顆粒的物質(zhì)的形式施加在間隙中的金屬而得到填充物。本發(fā)明的這些實(shí)施例全都是非常有效的。
采用含有金屬顆粒的物質(zhì)的實(shí)施例也適用于較寬的間隙，諸如那些通常用火泥、混凝土、搗打混合物、水泥或其它粘結(jié)劑填滿的接縫，例如圖2中的位于外套1和石墨層3′之間的接縫。在這些物質(zhì)中加入呈粉末、顆粒、制粒原料、碎屑、針、短線材或類似物形式的金屬顆粒。這種載有金屬的物質(zhì)在裝配耐火墻壁結(jié)構(gòu)的過(guò)程中放在接縫中。在此狀態(tài)下，金屬顆粒均勻分開地存在于有關(guān)的接縫中，但是仍然不能跨越接縫形成熱橋。但是，在金屬熔化并再次凝固以后，接縫并不均質(zhì)地填充以金屬，而是在充分裝入具有例如體積百分比為10～40％的金屬顆粒的物質(zhì)時(shí)在整個(gè)接縫中形成連續(xù)的具有海綿狀或餅干狀組織的金屬晶格，并且由于金屬有良好的導(dǎo)熱率而具有低的熱阻，從而形成一熱橋。
填充物還最好在操作時(shí)通過(guò)熔化其形狀為一個(gè)或更多的球團(tuán)的金屬而得到，將這些球團(tuán)在開始運(yùn)轉(zhuǎn)爐子之前或之后放入耐火墻壁結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或更多的空穴中。在某些情況下，在另一實(shí)施例中，球團(tuán)也可以在操作時(shí)放入。在本文中，球團(tuán)可采取能單個(gè)或多個(gè)地放入空穴中的填充物的形式，例如圓的、橢圓的或圓柱形的小片，但是也可以是配合在空穴中的成形件，或者是在將其于操作中連續(xù)放入的情況下例如被做成棒形件。例如，在溫度波動(dòng)的情況下，例如在耐火墻壁結(jié)構(gòu)通氣的地方，也可以采用具有計(jì)量孔的容器，從而使填充物經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)間排出或分幾次排出。
填充物最好在操作時(shí)通過(guò)熔化金屬而得到，該金屬以可以泵送的含有金屬的物質(zhì)的形式通過(guò)一條通道被送入耐火墻壁結(jié)構(gòu)中。可泵送的物質(zhì)可以例如是漿料或懸浮物，它們載有呈細(xì)的分割狀態(tài)例如粉末或顆粒的例如占10～60wt％的金屬，從而使之不會(huì)下沉。可泵送的物質(zhì)最好還含有作為載體的石油制品如焦油或?yàn)r青或熱固性樹脂，并且可泵送的物質(zhì)還含有例如呈粉末形式的石墨。也可以加入火泥和水泥。在用泵將可泵送的物質(zhì)送入間隙以后，金屬熔化并形成一個(gè)跨越間隙的熱橋。在焦化以后，焦油或?yàn)r青形成一骨架，它例如起到使間隙具有一定的氣密性的作用。通過(guò)固化后的樹脂，也可得到同樣的效果，而石墨則可使耐火墻壁結(jié)構(gòu)具有額外的耐磨性和/或?qū)嵝?。本發(fā)明的采用球團(tuán)和可泵送的物質(zhì)的實(shí)施例特別適合在起動(dòng)爐子的操作以后使用。
最好在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)采用冷卻元件，它們至少部分地已經(jīng)設(shè)有用金屬填充物的物質(zhì)形成的涂層。對(duì)于涂層，此處可理解為一個(gè)在其施加時(shí)已經(jīng)得到了與冷卻元件的良好的傳熱性接觸的層。
例如，可以通過(guò)下述方法施加涂層，即在冷卻元件上熔化一層物質(zhì)；將冷卻元件浸沒在該物質(zhì)的熔液中，然后采用電鍍或噴涂。
本發(fā)明的上述實(shí)施例可以彼此結(jié)合。因此，例如在組裝時(shí)將含有金屬顆粒的物質(zhì)放入間隙中的實(shí)施例可以理想地與在操作啟動(dòng)以后將可泵送物質(zhì)放入間隙中的實(shí)施例相結(jié)合。
另一方面，本發(fā)明包括一種方法，它用于在具有按照權(quán)利要求1的耐火墻壁結(jié)構(gòu)的情況下工作時(shí)修補(bǔ)一高爐，所述耐火墻壁結(jié)構(gòu)包括一鋼的外壁(外殼)、一耐火爐襯(磚砌體)和用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置，該方法包括下列步驟
-在操作時(shí)鉆出一穿過(guò)鋼外壁并進(jìn)入耐火爐襯的通道，所述耐火爐襯伸入或經(jīng)過(guò)耐火墻壁結(jié)構(gòu)中的間隙；-在操作時(shí)，將一種熔點(diǎn)接近間隙處的瞬時(shí)溫度的金屬送入通道中。
金屬最好以一個(gè)或更多的球團(tuán)的形式送入，或者以含有金屬的可泵送物質(zhì)的形式用泵送入。
在一個(gè)其中用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置包括板式冷卻器的優(yōu)選實(shí)施例中，在板式冷卻器中留有凹座，在操作時(shí)可通過(guò)該凹座鉆出一條通道。
現(xiàn)在參考


本發(fā)明。
圖1以一個(gè)一般的實(shí)施例按不同的磨損階段，連同有關(guān)的溫度曲線地示出了按照本發(fā)明的耐火墻壁結(jié)構(gòu)。
圖2示出了作為本發(fā)明的一個(gè)例子的用于高爐爐膛的耐火墻壁結(jié)構(gòu)。
圖3示出了作為本發(fā)明的一個(gè)例子的用于熔煉還原工藝的最終還原容器的耐火墻壁結(jié)構(gòu)。
圖1的耐火墻壁結(jié)構(gòu)包括一鋼的外壁1、呈水冷的板式銅冷卻器2形式的冷卻裝置和一個(gè)導(dǎo)熱性良好的例如由石墨制成的耐火爐襯3。鋼外壁與板式冷卻器2之間的空間中填滿例如火泥4的填充物。
爐子的啟動(dòng)操作后不久的狀況由A代表，此時(shí)，還未發(fā)生磨損，同時(shí)耐火爐襯3仍然具有其原始厚度。有關(guān)的溫度曲線在圖1的下部由TA表示。T工藝表示工藝溫度，T冷卻表示冷卻的基準(zhǔn)溫度。該圖說(shuō)明，由于間隙5的大的熱阻，經(jīng)過(guò)位于板式冷卻器2與耐火爐襯3之間的間隙5產(chǎn)生了相當(dāng)大的溫度降。
爐子已經(jīng)工作了某些時(shí)間后的狀況用B代表。由于高溫和腐蝕條件，耐火爐襯3部分地磨損。尤其是，含有FeO的爐渣特別有腐蝕性。TB表示溫度曲線。由于耐火爐襯3的厚度減小，墻壁結(jié)構(gòu)的總傳熱熱阻降低，而穿過(guò)墻壁結(jié)構(gòu)的熱流密度增加。這就造成經(jīng)過(guò)耐火爐襯3的剩余厚度的溫度曲線較陡，并且經(jīng)過(guò)間隙5有較大的溫度降。如果允許磨損過(guò)程繼續(xù)下去，則耐火爐襯3就進(jìn)一步消耗，而且爐襯燒穿的危險(xiǎn)性加大。
C代表在間隙5中具有金屬填充物6的狀況，該填充物已經(jīng)熔化，并從該處與間隙壁繼續(xù)保持良好的熱接觸。在此情況下，填充物是一種低熔點(diǎn)的金屬例如是錫合金。TC表明，由于填充物具有低的熱阻，經(jīng)過(guò)間隙5的溫度降要小得多。耐火爐襯3的溫度下降，從而可以凝固一爐渣層7，后者本身不能很好地導(dǎo)熱，因而經(jīng)過(guò)它產(chǎn)生一大的溫度降，但是它保護(hù)了耐火爐襯3的剩余厚度，使之不進(jìn)一步磨損。填充物6可在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)鑄入間隙5中，或是作為一個(gè)將在情況B下熔化的膜而施加于其中。
圖2示出了用于高爐爐膛的本發(fā)明。外殼1的外面用噴水冷卻裝置2冷卻。在此處所示的情況中，耐火爐襯3由兩層即石墨層3′和半石墨層3″組成。搗打的石墨配混物放置在位于層3′和層3″之間的間隙5中。情況A和B與圖1中所示的相似。在情況B中，內(nèi)涂層3″的相當(dāng)大的部分已經(jīng)磨去，并經(jīng)過(guò)間隙5產(chǎn)生相當(dāng)大的溫度降。
該圖示出了在情況B中如何在開始操作以后和在操作中修補(bǔ)墻壁結(jié)構(gòu)。為達(dá)到這一目的，穿過(guò)外殼1、火泥層4和耐火爐襯層3′鉆出一條通道8，該通道8伸入或穿過(guò)位于爐襯層3′和層3″之間的間隙5。通常不能在生產(chǎn)生鐵時(shí)進(jìn)行鉆孔，這是因?yàn)闋t子處于壓力之下。因此，不在操作過(guò)程中進(jìn)行鉆孔，而是在所謂的停頓或維修停產(chǎn)期間進(jìn)行，此時(shí)中斷生鐵的生產(chǎn)，并停止熱鼓風(fēng)，壓力下降。不過(guò)，在一個(gè)新爐子中，通道可以在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)全部做好或部分做好。在鉆孔之后，將一種其熔點(diǎn)與間隙處的瞬時(shí)溫度接近的金屬的一個(gè)或更多的球團(tuán)9送入孔中。一旦已經(jīng)鉆出此通道，就可以測(cè)量該溫度并可相應(yīng)地選擇金屬。在此情況下，金屬可以是鋁或銅的合金。當(dāng)球團(tuán)9熔化時(shí)，金屬跑入間隙5中。間隙5的減小的熱阻使經(jīng)過(guò)間隙5的溫度降下降，并且外爐襯層3″的溫度下降。于是填充物6凝固，并可使?fàn)t渣層7凝固和加厚。自然，也可在操作高爐以前將球團(tuán)9放在耐火墻壁結(jié)構(gòu)中的合適的地方。如果經(jīng)過(guò)像8這樣的通道或類似物放置球團(tuán)，則這些通道自然要在球團(tuán)已經(jīng)放好以后被填滿并密封(也可能是暫時(shí)地)。
在另一實(shí)施例中，通道8可在外殼1的外側(cè)上設(shè)置管接頭(未示出)，以便在其上連接以一個(gè)壓力管，含有金屬的可泵送的物質(zhì)可經(jīng)過(guò)該壓力管被壓入通道8中。隨后，該物質(zhì)分布在耐火墻壁結(jié)構(gòu)中的間隙上，并在熔化等以后形成跨越間隙的熱橋。與鉆孔不同的是，泵送可在有壓力的爐子中進(jìn)行。
圖3示出了用于熔煉還原工藝的最終還原容器的本發(fā)明，該容器比如是用于例如旋渦轉(zhuǎn)爐(CCF)熔煉法的深爐渣型容器。熱負(fù)荷在此處特別大。因此，在圖3中不僅采用了板式冷卻器20，而且還采用了水冷的銅爐門檻10，后者伸入耐火爐襯中并用于改善耐火爐襯和冷卻裝置2、10之間的熱接觸。耐火爐襯3由至少一個(gè)石墨層3′組成。冷卻裝置2、10限制了隨后也就是說(shuō)在操作過(guò)程中放入球團(tuán)的可能性。因此，在此情況下，決定在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)將球團(tuán)9放入耐火墻壁結(jié)構(gòu)上的合適的空穴11中，該球團(tuán)在其于爐子交付使用時(shí)熔化或一旦耐火爐襯3已經(jīng)部分地磨損時(shí)填滿間隙5?？昭ㄒ部梢岳缰苯幼鲈跔t門檻10的上方。也可以在板式冷卻器中設(shè)置凹座，以在操作時(shí)可穿過(guò)該凹座鉆出通道。
最后，在組裝時(shí)可使用在其朝向間隙5的一側(cè)上已經(jīng)設(shè)有涂層的冷卻元件?？缭介g隙5的低熱阻可以如下所述地獲得，即在組裝時(shí)通過(guò)組裝耐火爐襯3，同時(shí)至少將朝著間隙的一側(cè)加熱，從而使填充物熔化。
但是，低的熱阻也可以隨后在操作過(guò)程中獲得。
權(quán)利要求
1.一種用于爐子特別是用于冶金爐的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，這類冶金爐例如是在操作時(shí)具有高的工藝溫度的高爐，其墻壁結(jié)構(gòu)要承受高的熱負(fù)荷，它包括-一個(gè)鋼的外壁，-一個(gè)耐火爐襯，它由一層或更多層位于外壁內(nèi)側(cè)上的能很好地導(dǎo)熱的材料構(gòu)成，以及-用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置，其特征為，墻壁結(jié)構(gòu)還包括在位于耐火墻壁結(jié)構(gòu)上的間隙中的能很好地導(dǎo)熱的永久的金屬填充物，該填充物已經(jīng)熔化在間隙中，然后在凝固后形成一跨接間隙的低熱阻。
2.如權(quán)利要求1所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，它具有一凝固到其內(nèi)側(cè)上的層。
3.如權(quán)利要求1～2所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，間隙是耐火爐襯中的間隙。
4.如權(quán)利要求1～3所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，間隙是位于鋼外壁與耐火爐襯之間的間隙。
5.如權(quán)利要求1～4所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置是水冷的銅冷卻元件，而且間隙是位于耐火爐襯與冷卻元件之間的間隙。
6.如權(quán)利要求1～5所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，金屬填充物有低于工藝溫度的熔化溫度。
7.如權(quán)利要求6所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物的熔化溫度高于200℃。
8.如權(quán)利要求6～7所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物的熔化溫度低于1100℃。
9.如權(quán)利要求1～8所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物具有超過(guò)15W/m℃的導(dǎo)熱系數(shù)。
10.如權(quán)利要求1～9所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物是從由錫、鉛、鋅、鋁、銀、銅，它們的合金及其組合物構(gòu)成的組中選取的。
11.如權(quán)利要求1～10所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物在操作過(guò)程中通過(guò)熔化在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)放在間隙中的箔而得到。
12.如權(quán)利要求1～10所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)以熔融狀態(tài)鑄入間隙中。
13.如權(quán)利要求1～10所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物在操作過(guò)程中通過(guò)熔化金屬而獲得，該金屬以含有金屬顆粒的物質(zhì)的形式在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)被施加在間隙中。
14.如權(quán)利要求1～10所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物在操作時(shí)通過(guò)熔化其形式為一個(gè)或更多的球團(tuán)的金屬而獲得，該球團(tuán)在爐子投產(chǎn)之前或以后放入在耐火墻壁結(jié)構(gòu)上的一個(gè)或更多的空穴中。
15.如權(quán)利要求1～10所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，填充物在操作時(shí)通過(guò)熔化金屬而獲得，該金屬以含有該金屬的可以泵送的物質(zhì)的形式通過(guò)一通道被引入耐火墻壁結(jié)構(gòu)中。
16.如權(quán)利要求15所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，可泵送的物質(zhì)還含有石油制品如焦油或?yàn)r青或熱固性樹脂。
17.如權(quán)利要求15～16所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其特征為，可泵送的物質(zhì)還含有石墨。
18.如權(quán)利要求1～10所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，其中，用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置由水冷的銅冷卻元件構(gòu)成，其特征為，在組裝耐火墻壁結(jié)構(gòu)時(shí)采用了冷卻元件，該冷卻元件至少部分地設(shè)有用金屬填充物的物質(zhì)做成的涂層。
19.一種用于修補(bǔ)一爐子，特別是一冶金爐例如一高爐的方法，該高爐具有如權(quán)利要求1所述的耐火墻壁結(jié)構(gòu)，該耐火墻壁結(jié)構(gòu)包括一鋼的外壁(外殼)、一耐火爐襯(磚砌體)和用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置，該方法包括下列步驟-在操作時(shí)鉆出一條穿過(guò)鋼外壁并進(jìn)入耐火爐襯中的通道，其中所述耐火爐襯延伸入或經(jīng)過(guò)耐火墻壁結(jié)構(gòu)中的一個(gè)間隙；-在操作時(shí)，將一種熔點(diǎn)接近間隙處的瞬時(shí)溫度的金屬送入通道中。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征為，金屬以一個(gè)或更多個(gè)球團(tuán)的形式送入。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征為，金屬以含有金屬的可泵送物質(zhì)的形式用泵送入。
22.如權(quán)利要求19～21所述的方法，其中，用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置包括板式冷卻器，其特征為，在板式冷卻器中留有凹座，在操作時(shí)可通過(guò)該凹座鉆出一條通道。
全文摘要
用于爐子特別是用于冶金爐的耐火墻壁結(jié)構(gòu),這類冶金爐例如是在操作時(shí)具有高的工藝溫度的高爐,其墻壁結(jié)構(gòu)要承受高的熱負(fù)荷,它包括:一鋼的外壁,一由一層或多層位于外壁內(nèi)側(cè)上的能很好地導(dǎo)熱的材料構(gòu)成的耐火爐襯,以及用于冷卻耐火墻壁結(jié)構(gòu)的裝置,其中,墻壁結(jié)構(gòu)還包括在位于耐火墻壁結(jié)構(gòu)上的間隙中能很好地導(dǎo)熱的金屬填充物,該填充物已熔化在間隙中,然后在凝固后形成一跨接間隙的低熱阻。
文檔編號(hào)C21B7/00GK1261922SQ98806777
公開日2000年8月2日 申請(qǐng)日期1998年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月30日
發(fā)明者雅可布斯·凡拉爾, 格拉爾達(dá)斯·格羅姆, 可納里斯·皮克特·提爾惠斯, 西斯托·萊昂·陶克泰伯易斯 申請(qǐng)人:霍戈文斯·斯塔爾公司