CN103038592B - 用于具有改进的壁内衬的冶金炉的炉床 - Google Patents

Abstract

一种炉床（10），用于冶金反应堆，尤其用于高炉，具有外壳（12）以及在所述外壳内的耐火材料的环形壁内衬（16；216；316）。壁内衬具有多层结构的下部区域。径向内层（20）面向所述炉床的内部，并且包括耐火元件的至少一个内环（24）。径向外层（22）面向外壳并且具有耐火元件的至少一个外环（26）。在至少一个内环（24）内，元件（21；221；321，321ˊ）由第一碳质耐火材料制成，所述第一碳质耐火材料与所述外层内的元件（22）的一种或多种碳质耐火材料不同。根据本发明，除了金属硅或碳化硅，第一耐火材料还包含占总质量的百分比为至少5%的至少一种性能增强添加剂。与所述性能增强添加剂进行有利的组合时，所述至少一个内环（24）的壁厚（d）小于壁内衬（16；216；316）的对应总壁厚（D）的45%、优选地小于35%。

Description

用于具有改进的壁内衬的冶金炉的炉床

技术领域

本发明总体上涉及冶金反应堆（尤其是炼铁炉，比如，高炉）的炉床的结构。更具体而言，本发明涉及用线条标示炉壁的耐火材料的配置。

背景技术

冶金炉的炉床通常具有外部钢壳，该外部钢壳通常具有至少一个出钢口以用于熔融金属出钢，并且该炉床具有耐火材料的内衬，用于容纳超过的1100°C的高温的熔融金属熔池（bath）。内衬包括后文中称为壁内衬的外壳的横向内衬以及炉床的底部中的内衬（即，炉床衬垫）。

在高炉领域内，具有用于构造壁内衬的各种方法。在众所周知的方法中，壁内衬为较小砖块构成的多个同心环的砖砌物。这些砖块通常由高传导性热压碳制成。另一种方法使用较大的耐火材料块，所述耐火材料通常也为碳质材料（包括碳、热压碳、石墨、半石墨以及热压半石墨）。通常地，较大的块从所述壳到热表面以单一厚度安装，以便该内衬在其整个截面上包括相同的材料。另一种已知的方法的目的在于提高壁内衬的保护性和耐久性，所述已知方法包括提供一个额外的所谓陶瓷杯，该陶瓷杯包括高熔点陶瓷的横向内层，比如，高氧化铝含量的预铸块，用于保护壁内衬的碳质块。而且，众所周知的炉床配置具有不同材料的两个环形层构成的复合内衬。通常，使用材料以使得外层的导热率高于具有与熔融铁接触的热面的内层的导热率。

比如，在美国专利号3,953,007中，披露了一种复合内衬配置，尤其用于炉腹以及用于高炉的轴部区域。该专利提出了不同碳质耐火材料制成的两个单独层，比如，高导热率的石墨块的外层以及具有高的耐磨损性和耐化学侵蚀性的碳化硅的内层。实际上，在高炉耐火材料的领域内，已知将碳化硅或金属硅加入碳质混合物内，以便提高（降低）渗透性、减小孔隙尺寸并且提高耐磨性。

更具体而言，有关炉床壁内衬，在美国专利号3,520,526中提出了一种相似的分层方法。该专利提出了提供具有厚度基本相同的两个层，外层的厚度优选地为内层厚度的0.8到1.2倍。更具体而言，US3,520,526提出了与冷却系统（比如，与板条）接触的径向外层的导热率应显著高于径向内层的导热率，尤其高至少五倍。

炉膛的耐火内衬的耐久性为关于炉龄期的关键因素，这是因为耐火内衬发生故障是过早关闭的一个最常见的原因。因此，为了实现所需要的炉龄期，复杂的耐火材料和配置为现有技术水平，并且接受相关费用。其中需要的质量为：熔融生铁具有良好的耐腐蚀性、抗氧化性、低的渗碳溶解度、高的机械强度以及高的导热率，以便将热面保持在尽可能低的温度下。因此，考虑炉床的总体构造成本，其本身的耐火内衬可能占据总成本的三分之二（66%）以上，即，超过钢壳和炉床冷却系统的成本。显然，在保持现有外壳和冷却结构的重内衬内，耐火材料在总成本中占据甚至更大的比例。

另一方面，也众所周知，，具有朝着日益提高的生产率发展的持续趋势。此外并且以明显的方式，高炉的生产力显然受到炉床有用内部容量的限制，该容量由内衬厚度和外壳直径径向限制。

有鉴于此，显然需要减小壁内衬的总壁厚，从而实现降低内衬成本和增大炉床的有用内部容量这两个有利之处中的一个或优选地两个。

发明内容

因此，本发明的一个目标在于提供用于冶金炉、尤其用于高炉的炉床配置，该炉床配置允许减小壁内衬的壁厚（即，径向上的厚度），并且对壁内衬的耐用性具有最小的不利影响或没有不利影响。

由本发明的炉床实现本目标。

通过已知的方式，冶金反应堆（尤其是高炉）的炉床包括外部金属支撑结构（后文中称为：外壳），在高炉的情况下，该外部金属支撑结构具有用于熔融金属出炉的至少一个出钢孔。为了容纳包括熔融金属的熔池，所述炉床具有耐火材料制成的环形的完全周向的壁内衬，所述壁内衬容纳在外壳内部并且通常由冷却系统支持，比如，所述冷却系统为外壳与内衬之间的板条冷却器的外环。本发明尤其涉及壁内衬的下部区域的配置，最典型地所述下部区域暴露在最恶劣的条件中。在高炉中，下部区域位于出钢孔之下。根据本发明，这个下部区域包括面向所述炉床的内部的第一径向内层，并且包括耐火元件的至少一个并且通常为几个竖直层叠的环，比如，小型砖块或较大的块。下部区域进一步包括面向所述外壳并且支持内层的第二径向外层。该外层也包括耐火元件的至少一个并且通常为几个设置层叠的环。而且，根据本发明，下部区域内的内环中的至少一个包括由第一碳质耐火材料制成的元件，所述第一碳质耐火材料与制成所述外层内的元件的一种或多种碳质耐火材料不同。

根据本发明的一个重要方面，至少一个内环的碳质耐火材料为高性能耐火材料，为此目的，该耐火材料包含质量百分比占总质量至少为5%的至少一种性能增强添加剂，外层中的元件的耐火材料中未包含所述性能增强添加剂，并且所述性能增强添加剂被添加至或替换比较便宜的众所周知的性能增强添加剂金属硅和/或碳化硅。

根据另一个重要方面，在所讨论的内环的高度处，所述至少一个内环的厚度小于所述壁内衬的总壁厚的45%、优选地小于35%。

要理解的是，本发明提出了与认可的惯例和普遍持有的观念相反的做法，据此，在露出的热面上应设置更经济（即，更便宜）的耐火材料（比如，参见上述的US3,520,526）。而且，在导致本发明的发展的过程中，当设置在露出的表面上时，甚至较小厚度的高性能耐火材料（比如，TiC增强耐火材料）理论上也可以明显提高内衬性能和耐久性。因此，所提出的配置允许减小支持外层的厚度，并且更一般地，与现有技术相比，显著减小壁内衬的总厚度。而且，人们希望所提出的配置能够以相当低的成本，使得内衬性能等同于迄今仅仅通过全范围厚度（热面到冷面）的相应高性能耐火材料可实现的性能。因此，通过性能改进的耐火材料（比如，通过液态热金属而增大的耐磨损性）构成内层，就允许减小壁内衬厚度，而对壁内衬具有最小的不利影响或没有不利影响。

根据本发明的一个重要方面，第一耐火材料包含质量百分比为50-85%的碳，并且包含占总质量的百分比为5-20%的选自由金属钛、碳化钛、氮化钛、以及碳氮化钛或氧化钛组成的组中的一种或多种材料，来作为额外的性能增强添加剂。最优选的耐火材料进一步包含占总质量的百分比为5-15%的金属硅；以及占总质量的百分比为5-15%的氧化铝。比如，从EP1275626可以了解制造这种耐火材料的一种示例性方法。根据另一方面，第一耐火材料在600℃处具有至少15W/mK的导热率，比如，通过这个最优选的耐火材料实现。

根据本发明的一个重要方面，所述至少一个内环包括在外表面上具有锚固部分的元件，并且所述至少一个外环包括在内表面上具有锚固部分的元件，每对锚固部分配合以便相对于所述外环的相对元件固定所述内环的元件，以免发生径向向内和沿周向正切的错位。要理解的是，这种配置能够进一步减小内层的厚度，而不损害所述内层的与简单的砌石状结构相对的结构的机械稳定性。在这种配置中，配合的锚固部分优选地具有共轭的、理想地平滑圆形的形状，该形状在面对的元件的外部面与内部面之间提供连续的间隙。

通过上述的锚固，所述至少一个外环可有利地包括由第二碳质耐火材料制成的大宽度块，所述至少一个外环包括大宽度块，该大宽度块具有的宽度大于在所述外环的高度处的所述壁内衬的总壁厚的65%。因此，所述至少一个内环可包括小宽度块，该小宽度块具有的宽度小于在这个高度处所述壁内衬的总壁厚的35%。在一个优选以及简单类型的锚固中，所述至少一个内环具有在外部面上具有蘑菇形锚固突出部的小宽度块，而所述至少一个外环具有在内部面上具有共轭的蘑菇形锚固凹槽的大宽度块。所述突出部和凹槽因此接合并且配合，以便相对于所述大宽度块固定所述小宽度块，以免发生径向向内和沿周向正切的错位，从而进一步提高结构稳定性。在通过锚固装置减少特定块的量从而降低制造成本的配置中，所述至少一个内环包括以交替的方式设置的第一类型的小宽度块和第二类型的小宽度块。所述第一类型具有锚固部分，而所述第二类型没有锚固部分。为了固定第二类型的小宽度块，所述第一和第二类型的小宽度块具有相应的共轭水平横截面。

在一个优选的实施方式中，下部区域进一步包括在外层与内层之间竖直地延伸的中间夯实层。优选地，这个夯实层由合成物制成，其包括：主要由石墨组成的细颗粒相以及主要由微孔碳组成的粗颗粒相。

在最简单的结构中，内环在径向方向上由宽度等于内环的厚度的单个耐火块制成，并且类似地，外环在径向方向上由宽度等于外环的厚度的单个耐火块制成。通常，内层包括耐火元件的竖直顺序的至少两个、优选地三个到四个竖直堆叠的内环，所述耐火元件特别地为由所述第一耐火材料制成的耐火块。

关于可实现的总壁厚的减小，在内层形成所述内衬的热面的情况下，内层可具有的厚度范围在200mm到600mm，优选地在250到550mm，并且壁内衬的总厚度小于1350mm，优选地小于1100mm（在最低内环的水平高度处）。在提供陶瓷杯以形成热面的情况下，内层具有的厚度范围在250mm到400mm，并且壁内衬（包括所述陶瓷层）的总壁厚小于1500mm（在最低内环的水平高度处）。

要理解的是，虽然并非排他性地，但是根据本发明的炉床尤其适合于高炉中的工业应用，作为通过给现有炉换内衬的更新方式或者作为用于新结构的设计。

附图说明

参看附图，通过下面对几个非限制性实施方式的具体描述，本发明的其他细节和优点将显而易见，附图中：

图1A-图1B显示了根据本发明第一实施方式的高炉炉床，图1A为炉床的竖直剖视图，并且图1B为下部区域沿着图1A中的剖面线IB-IB的示意性水平剖视图；

图2A-图2B显示了根据本发明第二实施方式的高炉炉床，图2A为炉床的竖直剖视图，并且图2B为下部区域沿着图2A中的剖面线IIB-IIB的示意性水平剖视图；

图3A-图3B为根据本发明的第三实施方式的高炉炉床的示意性水平剖视图，图3B显示了图3A的区域的放大图；

图4A-图4B为根据本发明的第四实施方式的高炉炉床的示意性水平剖视图，图4B显示了图4A的区域的放大图。

在所有这些图中，具有基本相同的功能或结构的特征由相同的参考标号表示。

具体实施方式

图1A-图1B示意性显示了冶金反应堆（更具体而言，高炉）的炉床。该炉床总体上由参考标号10表示。通过已知的方式，炉床10具有外壳12。外壳12为焊接钢结构，该结构可如图1A中所示为柱形或者其竖直截面（未显示）可为锥形。通过已知的方式，一个或多个出钢孔14（见图3-图4）位于外壳12的上部区域内，以便熔融生铁和炉渣排出。炉床10包围环形周向壁内衬，所述内衬总体上由参考标号16表示。炉床10也具有底部内衬，比如，本身已知配置的炉床衬垫17。壁内衬16的内表面和衬垫17的顶部表面径向并且轴向地界定炉床10内部的有用容积。

环形壁内衬16在炉床10的整个周边上延伸，并且具有如图1B中所示的旋转对称的配置，但除了具有10-35°的延度的在出钢孔14周围的有限周向角度区段以外。图1A-图1B进一步示意性显示了液体冷却的冷却构件18，比如，由铸铁或铜制成的冷却板条。冷却构件18设置在固定在外壳12内部的环内，位于外壳12和壁内衬16的外表面之间，并且连接到一种已知的强制循环冷却系统中。冷却构件18也可以由用于喷射以冷却外壳12的装置来代替或补充。导热捣实料块19（比如，合适的碳质料块）的外层保证冷却构件18与壁内衬16的外部面的导热接触。通过已知的方式，冷却构件18冷却壁内衬16，以便总体上减少其磨损，并且具体而言，以便在操作的过程中，在壁内衬16的内表面上形成凝固物质的永久保护性炉结（渣壳/废料）。在外壳12与冷却构件18之间，可以提供绝缘捣实料块（未显示），以便降低外壳12的温度。

本发明具体地涉及壁内衬16的下部区域的配置，如图1A中的“h”所示。因此省略有关炉床10的构造的其他已知细节。众所周知，下部区域h通常为磨损相关的其中一个最关键区域，其中，在高炉的情况下，通常发生所谓的“象脚（elephant-foot）”磨损样式。这个下部区域h通常部分延伸到炉床衬垫17内，并且从炉床的底部表面（衬垫的顶部）向上延伸大约1000-1400mm。要理解的是，后文中描述的实施方式有利地应用在这个临界区域h内。然而，当然也可在比如在更高的水平处应用以下教导内容，比如在从出钢孔14之下到衬垫17的顶部的整个高度H上，这通常是从出钢孔中心线到衬垫顶部（未显示）的800-3500mm的尺寸。

沿着图1A的剖面线IB-IB，图1B显示了穿过壁内衬16最下面一行的耐火元件的剖面，更具体而言，在衬底17的顶部处或直接在衬垫顶部之上的剖面。这个水平高度通常具有最厚的壁内衬，即，图1中用D所指示的壁内衬16的总厚度在壁内衬16的直接位于衬垫17的顶部的下端处最大。然而，如图1A中所示，壁内衬16的下部区域可以具有均匀的厚度（在径向方向上的延度），该厚度与壁内衬从衬垫的顶部到出钢孔14的整个高度H上的总壁厚D对应。在任何几何形状和类型的反应堆内，壁内衬16为由适合于包含熔池的耐火材料制成的自支撑结构，所述熔池主要包括熔融金属（尤其是熔融生铁）以及炉渣等其他组分。

更具体而言，如图1A-图1B中所示，壁内衬16在炉床10的内部的侧面上具有第一内层20和在外壳12的侧面上支持内层20的第二外层22。形成壁内衬16的下部区域的这两个层20、22中的每个分别由几个竖直堆叠的内环和外环24、26构成，所述内环和外环由在周向方向上装配的耐火元件制成。每个环24、26因此形成完全围绕炉床10的中心延伸的水平环形物。如图1中所示，耐火元件为较厚的块，以使得每个环24、26在径向方向上由相应的单个的耐火块21、23构成，所述耐火块具有相应环24、26的厚度。块21、23的宽度因此也分别限制内层和外层20、22的相应厚度。然而，虽然未进行阐述并且不是优先考虑，但是任一个环22、26均可由较小砖块的多个环形层制成。与砖块相反，在现有情况下，表述块表示具有至少20dm³（0.02m³）的总体积的元件，比如，超过200×200mm（高度×宽度）的尺寸以及超过500mm（在周向方向上）的长度。在图1A-图1B的实施方式中，这两各层20、22中的每个均为块21、23的具有砖石型结构（masonry-typeconstruction）的自支撑环形壁。

更具体而言，并且根据本发明，内环24的耐火块21由特别的高性能碳质第一耐火材料制成，该第一耐火材料包含很大一部分的占总质量的百分比为至少5%的特别的性能增强添加剂，以作为众所周知的金属硅和/或碳化硅的附加物或替换物。优选的碳质耐火材料包含质量百分比为50-85%的碳，并且包含占总质量的百分比为5-20%的选自由金属钛、碳化钛、氮化钛、碳氮化钛或氧化钛构成的组中的一种或多种材料，以作为性能增强添加剂。最优选地，根据EP1275626的碳化钛或碳氮化钛（TiC）增强的耐火材料用于制成内部行24的块21，该专利通过引证方式结合于此。根据EP1275626的耐火材料进一步包括占质量的百分比为5-15%的金属硅以及占总质量的百分比为5-15%的氧化铝。并不排除用于制造适用于根据本发明的内环24内的耐火块21的其他高性能耐火材料。其他添加物包括石墨颗粒和碳化硅以外的陶瓷，所述其他添加物可以包含在碳质耐火材料中以便提高其性能。从US3,007,805中获知另一种不太优选的耐火材料，该方案另外提出了一种碳化锆键合的石墨耐火材料，来作为碳化硅键合的石墨耐火材料的替换物。然而，在内部耐火块21中，根据EP1275626的耐火材料（比如从NipponElectrodeCompanyLtd的商品标记BC-15SRT下可购买到）是优选的，这是因为该耐火材料对渗碳溶解具有其额外的抵抗力，尤其是在熔池10的碳未饱和的情况下（比如，由于减少二氧化碳排放）。

在图1A-图1B中所示的实施方式中，在内层20内具有由相同的高性能耐火材料（见相同的阴影线）制成的几个竖直堆叠的内环24，比如，达6-8个环。即，在整个高度H上，应用与关键的下部区域h中的配置相似的配置。外层22进而可包括一种或多种不同材料的外环26，比如，在几个下部行26内具有第二耐火材料（由交叉阴影线表示），该第二耐火材料比上部行内第三材料的导热性更高。

而且，根据本发明，并且如图1B中所示（未按比例），内环24的厚度d小于壁内衬16的总壁厚D的45%，比如，在200-600mm的范围内，优选地在250-550mm的范围内。这个比率应用于构成衬垫17之上的相关的主区域（尤其是壁内衬16的下部区域h）的每个竖直堆叠内环24，无论所述内环的绝对厚度多大，并且在厚度变化的情况下，在所讨论的内环24的竖直水平处相应地考虑这个比率（如图2A中所示）。内环24具有图1A-图1B中所示的单个块21的厚度时，根据壁内衬16的预定尺寸，将块21加工成具有与内环的厚度d的相等的宽度。因此，如图1B中进一步所示，外环26包括具有较大宽度（≈D-d）的块23，在有关外环26的水平高度处，该较大宽度大于壁内衬16的总壁厚D的50%，优选地大于55%，并且更优选地大于65%。有关耐火材料，外部块23可以由任何合适的第二常规碳质材料制成，优选地由高质量微孔或超微孔耐火材料制成，其具有较高的导热率。根据位置，可以使用不同类型的外部块23（见图1A）。优选地，内层20（更具体而言，耐火块21）由这样的材料构成，该材料在600°C下也具有至少15W/mK的较高导热率，如通过根据EP1275626的材料可实现的那样。

在图1A-图1B中进一步可见，壁内衬16具有设置在外层22与内层20之间的中间夯实层28，以便避免热机械应力损伤。除了允许在层20、22之间具有不同的热膨胀，中间夯实层28还保证所述层之间的传热递。中间夯实层28由任何合适的合成物制成，优选地为专用的三相碳质夯实合成物。该夯实合成物的第一相为主要由石墨组成的细颗粒相，优选地为在高温下通过无烟煤煅烧所获得的人造石墨。第二相为主要由研磨的低孔隙度的微孔碳组成的粗颗粒相。优选地，所述粗颗粒相通过研磨高质量超微孔碳质耐火材料的生产残留物来获得。以通常的方式，该合成物包括合适的已知结合相，该结合相为夯打材料提供夯实性。对于中间夯实层28而言，高导热率的夯实合成物用于在暴露于热的块21与由冷却构件18冷却的外部块23之间可能最好地热传递。如图1A中最佳所示，环形夯实层28在内层20与外层22之间以不间断的柱形方式基本竖直地延伸。

根据图1A-图1B的以上描述的壁内衬16的出钢孔14之下的下部区域的配置的一个特定优选实例如下：

实例1：

要理解的是，所提出的壁内衬16具有无可置疑的优点：将所需要的高性能耐火材料（比如，BC-15SRT）的总量和相关成本最小化，同时仍然减小总壁厚（D），并且保持壁内衬16的耐久的长寿命构造。要注意的是，与通常具有1700-2000mm等级壁厚的在功能上等效的现有技术内衬相比，大约1200mm的总壁厚D（其为在最下面一行块处的最大壁厚）表示高达25%或更大的大幅减少。

图2A-图B显示了另一个优选的实施方式，其主要的不同之处在于，通过两个额外的措施进一步将高性能耐火材料的使用最小化，同时进一步增大炉床10的有用直径。首先，就绝对项而言，减小了内层20的厚度，并且该厚度进一步从衬垫顶部向上减小。其次，包含至少一种性能增强添加剂（除了金属硅或碳化硅以外）的第一耐火材料用于数量减少的内部行24中（如不同的阴影线所示）。

图2A-图2B的实施方式允许实施比如以下实例：

实例2：

在后文中，仅仅详细描述壁内衬216相对于图1A-图1B中的壁内衬的主要差别和相关的共同特征，其他已经描述的特征相同。

在图2B中最佳可见，壁内衬216也具有相应环24、26的内层20和外层22。如上所述，内层20也由耐火块221建造成，所述耐火块由TiC增强的耐火材料制成。然而，与图1A-图1B相反，在所考虑的高度处，将内环24的厚度d进一步减小到小于内衬216的总壁厚D的35%。因此，耐火块221通常具有大约200-400mm的小宽度d。为了确保具有适当的稳定性，根据本公开的一个单独的方面，通过配合的锚固部分，将内环24的小宽度耐火块221锚固到外环26的耐火块223。

为此目的，如图2B的放大图中最佳所示，内环24的每个小宽度耐火块221具有锚固部分，更具体而言，在每个小宽度耐火块的凸状外表面上具有圆形蘑菇状突出部231。外环26的对应耐火块223具有一个配合的锚固部分，比如，在所述对应耐火块的凹形内表面上具有共轭的蘑菇形凹槽233。锚固突出部231和凹槽233配置成具有共轭的形状，从而保证一种“宽松的”形式配合（正配合）的接合。更具体而言，比如，如可通过在水平剖面内的总体上鸠尾形状的突出部231实现的，将突出部分231和共轭凹槽233配置成固定（即，紧固）小宽度块221，以防在所述小宽度块相对于大宽度块223在径向向内的方向和切向上（即，在周向方向上）发生错位。根据鸠尾型连接，由W表示的突出部231的最大周向尺寸等于或大于由w表示的凹槽233的最小周向尺寸。如图2B中进一步所示，接合时，突出部231和共轭凹槽233的尺寸设计为使得在它们之间形成20-100mm等级的小间隙，优选地40-60mm。该间隙允许不间断的中间夯实层28穿过其中，即，在内部块221的外部面与外部块223的内部面之间穿过，如图2B中所示，以便持续地确保夯实接合点的功能。要理解的是，其他类型的锚固部分231、233、以及颠倒突出部和凹槽的位置同样在本发明的范围内。在任何情况下，平滑的圆形在有利于夯实层28的方面都是优选的。图2B中进一步显示，相对于外环的块223，内环24的块221设置为具有通过小延度交错的接合点，所述小延度由s表示。因此，突出部231和凹槽233在周向方向略微偏心地设置在相应块221、223内。

而且，通过图2A中不同的阴影线最佳可见的，这个实施方式包括具有数量更有限的内环24的内层20，这些内环具有由特别的第一耐火材料制成的耐火块221。比如，仅仅下部的四个环24可以由这种耐火块221制成，以便仅仅覆盖关键下部区域h本身，而不在整个高度H上延伸。上方的其他内部行24可以由与在外部行26内使用的相同的传统耐火材料制成。要理解的是，无论内层和外层20、22的耐火块内使用的材料如何，具有配合的锚固部分231、233的锚固配置都有利地应用于整个高度H上，并且甚至超过这个高度。要理解的是，所提出的锚固模式允许使用厚度非常小的内层，而不影响夯实层28。

还要注意的是，在图2A-图2B的实施方式中，内层20没有笔直的柱形热面，这是因为内层20的厚度d在向上的方向上逐步减小。因此，根据所考虑的竖直水平高度的要求，单独将砖块221的宽度d最小化。

图3A-图3B显示了第三实施方式，这个实施方式主要在三个方面与图2A-图2B的上述实施方式不同，但无需结合应用这三个方面。首先，提供陶瓷杯。其次，并且因此，内层20具有笔直的柱形热面（未显示）。第三，利用陶瓷杯来进一步减小内层20的绝对厚度。

因此，如图3A-图3B中所示，根据第三实施方式的壁内衬316包括陶瓷材料最里面的保护层300，比如，SiAION键合的高氧化铝含量的砖块，用于保护内层和外层20、22。通过本身已知的方式，陶瓷层300在下部区域h之上延伸并且延伸超过这个区域，并且该陶瓷层通常通过可浇铸或夯实料块（未显示）的较厚接合点（比如，10-15mm）与碳层总体上分开，即，在图3A-图3B的情况下，与内层20分开。环形陶瓷层300为通过已知的方式建造的陶瓷杯的部分，并且具有较小的壁厚，比如，300mm。当炉床10通过碳未饱和的熔池操作时，尤其但并非排外性地推荐使用陶瓷杯300。如在+/-α（比如，+/-5-12.5°）的区段中进一步所示的，在图3A中所示的出钢孔14的中心线周围，内环20在这个小区段内包括大中央宽度的特别块25。因此并且同样地应用于图1A-图1B和图2A-图2B的上述实施方式中，在这个周向上受限的区域（比如，10-25°）内，图2的壁内衬216具有更大的总壁厚，比如，1500-2100mm。在出钢孔14处需要更大的厚度，以便实现期望的排出率。要注意的是，出钢孔14周围的块25可以由与块21、221、321的耐火材料不同的耐火材料制成。要理解的是，出钢孔块25不需要锚固部分231、233，这是因为出钢孔块没有支持夯实层28。

因此，图3A-图3B的实施方式允许如下构造炉床：

实例3（具有陶瓷杯）：

图4A-图4B中显示了壁内衬416的另一个优选的实施方式，后文中仅仅描述了其与图3A-图3B的不同之处。这个实施方式能够通过使用锚固到外环26的不同模式而实现小宽度的内环24。如图4A中最佳所示，内环24具有沿周向交替设置的两种不同类型的小宽度块421、421'。第一类型块421具有较小的周向延度，并且具有与图4A中相似的形式配合突出部231，然而，该突出部的居中地设置在块421内。第二类型块421'没有形式配合突出部，并且可以具有较大的周向延度。如图4B中最佳所示，第一和第二类型块421、421'具有共轭的配合水平截面，用于将没有锚固突出部的第二类型小宽度块421'与第一类型小宽度块421一起固定到外环26的块223。如图4B中所示，例如可以使用倾斜切向面来实现配合的形状，从而为小宽度块421、421'提供总体上梯形的共轭截面。在与图3A-图B相比时，第二类型块421'以及因此内环24的制造更经济。而且，在外层22内，在第二类型小宽度块421'的周向位置处，可使用如图2B中所示的没有锚固部分的简单块23。因此，减少了内层20内和外层22内的需要专门制造以便提供锚固部分231、233的块223和421的总数量。然而，图4A-图B的实施方式的其他特征相同。然而，可理解的是，可以使用根据图4A-图B的锚固配置，而与陶瓷杯300的存在或锚固砖块421、421'的材料类型无关，这具有有利之处或者减少了具有高达50%的锚固部分的特别形状块421、223'的数量。

总之，要理解的是，根据本发明的壁内衬16、216、316、416的配置允许壁内衬16的总壁厚D小于1350mm，在未提供陶瓷层300的情况下甚至小于1100mm，并且在提供陶瓷层300的情况下小于1500。由于高性能碳质耐火材料的小宽度内层的宽度d小于600mm，优选地小于400mm，所以通过提供多层壁内衬16，以具有成本效益的方式实现这个目的。

本发明并不限于这里的应用中，本发明尤其可用于高炉炉床10。

图号：

图1A-图1B17底部内衬

10炉床18冷却构件

12外壳19外部夯实层

16壁内衬20内层

17底部内衬22外层

18冷却构件24内环

19外部夯实层25出钢孔块

20内层26外环

21内部耐火块28中间夯实层

22外层300陶瓷层

23外部耐火块316壁内衬

24内环321内部耐火块

26外环223外部耐火块

28中间夯实层231锚固突出部

图2A-图2B233锚固凹槽

10炉床图4A-图4B

12外壳10炉床

17底部内衬12外壳

18冷却构件14出钢孔

19外部夯实层18冷却构件

20内层19外部夯实层

22外层20内层

24内环22外层

25出钢孔块24内环

26外环25出钢孔块

28中间夯实层26外环

30陶瓷层28中间夯实层

216壁内衬30陶瓷层

221内部耐火块416壁内衬

223外部耐火块421内部耐火块（第一类型）

231锚固突出部421'内部耐火块（第二类型）

233锚固凹槽423外部耐火块

图3A-图3B431锚固突出部

10炉床433锚固凹槽

12外壳

Claims (19)

1.一种炉床，用于冶金反应堆，所述炉床(10)包括：

外壳(12)以及环形壁内衬(16；216；316)，所述壁内衬设置在所述外壳内部并且由耐火材料制成以用于容纳包括熔融金属的熔池；

所述壁内衬具有下部区域，所述下部区域包括：

径向上的内层(20)，所述内层面向所述炉床的内部并且包括内部耐火元件的至少一个内环(24)；

径向上的外层(22)，所述外层面向所述外壳并且包括外部耐火元件的至少一个外环(26)；

所述至少一个内环(24)包括由第一碳质耐火材料制成的所述内部耐火元件，所述第一碳质耐火材料与制成所述外层(22)的所述外部耐火元件的一种或多种碳质耐火材料不同；

其中，

所述第一碳质耐火材料包含占总质量的百分比为至少5％的除了金属硅或碳化硅之外的至少一种耐火性能增强添加剂，并且

其中，所述至少一个内环(24)具有的壁厚(d)小于所述壁内衬(16；216；316)在所述内环的高度处的总壁厚(D)的45％，并且

其中，所述至少一个外环(26)具有的壁厚大于所述壁内衬(16，216，316)在所述外环的高度处的总壁厚(D)的50％，并且

其中，所述至少一个内环(24)包括在外部面上具有锚固部分的所述内部耐火元件，并且所述至少一个外环(26)包括在内部面上具有另一锚固部分的所述外部耐火元件，每对锚固部分配合以便将所述内环(24)的内部耐火元件固定至所述外环的对应的外部耐火元件，以免发生径向向内和沿周向正切的错位，并且

其中，所述第一碳质耐火材料包含质量百分比为50-85％的碳，并且包含占总质量的百分比为5-20％的作为额外的耐火性能增强添加剂的一种或多种材料，所述一种或多种材料选自金属钛、碳化钛、氮化钛以及碳氮化钛或氧化钛的组。

2.根据权利要求1所述的炉床，其中，所述至少一个内环(24)具有的壁厚(d)小于所述壁内衬(16；216；316)在所述内环的高度处的总壁厚(D)的35％。

3.根据权利要求1所述的炉床，其特征在于，所述第一碳质耐火材料进一步包含：

占总质量的百分比为5-15％的金属硅；以及

占总质量的百分比为5-15％的氧化铝。

4.根据权利要求1所述的炉床，其特征在于，所述配合的锚固部分具有共轭的形状，所述形状构造成在对应的内部耐火元件的外部面与对应的外部耐火元件的内部面之间提供连续的中间间隙。

5.根据权利要求4所述的炉床，其特征在于，所述配合的锚固部分的所述共轭的形状是平滑倒圆的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的炉床，其特征在于，所述下部区域进一步包括在所述外层(22)与所述内层(20)之间竖直延伸的中间夯实层(28)。

7.根据权利要求6所述的炉床，其特征在于，所述夯实层(28)由合成物制成，所述合成物包括：

主要由石墨组成的细颗粒相；

主要由微孔碳组成的粗颗粒相。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的炉床，其特征在于，所述至少一个外环(26)包括由第二碳质耐火材料制成的大宽度的所述外部耐火元件，所述至少一个外环包括宽度大于所述壁内衬(16；216；316)在所述外环的高度处的总壁厚(D)的65％的所述大宽度的外部耐火元件，并且，所述至少一个内环(24)包括宽度小于所述壁内衬(16；216；316)在所述内环的高度处的总壁厚(D)的35％的小宽度的所述内部耐火元件。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的炉床，其特征在于，

所述至少一个内环(24)包括在外部面上具有蘑菇形锚固突出部的小宽度的所述内部耐火元件；以及

所述至少一个外环(26)包括在内部面上具有共轭蘑菇形锚固凹槽的大宽度的所述外部耐火元件；

所述锚固突出部和所述锚固凹槽接合并且配合，以便相对于所述大宽度块的外部耐火元件固定所述小宽度的内部耐火元件，以免发生径向向内和沿周向正切的错位，

其中，所述小宽度的内部耐火元件具有的宽度小于所述壁内衬在所述内环的高度处的总壁厚(D)的35％，所述大宽度的外部耐火元件具有的宽度大于所述壁内衬(16；216；316)在所述外环的高度处的总壁厚的65％。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的炉床，其特征在于，所述至少一个内环包括以交替方式设置的第一类型的小宽度的内部耐火元件和第二类型的小宽度的内部耐火元件，所述第一类型的小宽度的内部耐火元件包括锚固部分并且所述第二类型的小宽度的内部耐火元件没有锚固部分，所述第一类型和第二类型的小宽度的内部耐火元件具有配合以固定所述第二类型的小宽度的内部耐火元件的相应共轭水平截面。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的炉床，其特征在于，所述第一碳质耐火材料在600℃下具有至少15W/mK的导热率。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的炉床，其特征在于，所述至少一个内环(24)在径向方向上由宽度等于所述内环(24)的厚度(d)的单个耐火块制成，并且，所述至少一个外环在径向方向上由宽度等于所述外环的厚度的单个耐火块制成。

13.根据权利要求1至5中任一项所述的炉床，其特征在于，所述内层(20)包括由所述第一碳质耐火材料制成的内部耐火元件的至少两个竖直堆叠的内环(24)。

14.根据权利要求13所述的炉床，其中，所述内部耐火元件是耐火块。

15.根据权利要求13所述的炉床，其中，所述内层(20)包括所述内部耐火元件的三到四个竖直堆叠的内环(24)。

16.根据权利要求1至5中任一项所述的炉床，其特征在于，

所述内层(20)形成所述内衬的热面，并且在最下部内环的水平高度处，所述内层(20)具有的厚度(d)的范围在200mm到600mm，并且

所述壁内衬(16)具有的总壁厚(D)小于1350mm；或者

所述壁内衬进一步包括设置在所述内层(20)的内部面上的环形陶瓷层(30)，在所述最下部内环的水平高度处，所述内层具有的厚度(d)的范围在250mm到400mm，并且包括所述陶瓷层的所述壁内衬具有的总壁厚小于1500mm。

17.根据权利要求16所述的炉床，其中，在所述最下部内环的水平高度处，所述内层(20)具有的厚度(d)在250到550mm。

18.根据权利要求16所述的炉床，其中，在所述最下部内环的水平高度处，所述壁内衬(16)具有的总壁厚(D)小于1100mm。

19.一种高炉，其包括根据前述权利要求中任一项所述的炉床(10)。