CN107207306A - 一体式自支撑复合耐火部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

耐火部件(例如与诸如焦炉、玻璃熔炉、再生器等耐火结构相关的冠拱或炉条碹)由多个耐火构件提供，耐火构件通过结合剂彼此结合以形成一体式自支撑结构。

Description

一体式自支撑复合耐火部件及其制造方法
相关申请的交叉引用
根据美国法典第35章第119(e)节，本申请基于并要求于2015年2月3日提交的美国临时申请序列No.62/111,390的国内优先权，并且根据美国法典第35章第119(e)节，本申请要求于2015年2月25日提交的GB1503119的国外优先权，通过引证将每个此类现有申请的全部内容明确地并入本文中。
技术领域
本文公开的实施例总体涉及由整体结合在一起的多个耐火砖和/或块形成的一体式自支撑复合耐火部件以及用于制造这种结构的方法。
背景技术
多个行业采用由具有不同尺寸和形状的耐火砖形成的相对大规模的耐火结构。例如，焦炉和玻璃炉(包括与这种炉相关的再生器)传统上包括大规模耐火砖结构，耐火砖结构具有相对较大尺寸的平行壁、冠拱和地拱(通常在术语中称为炉条碹(rider arch))，由大量的各种不同形状的耐火砖构造而成。由于单个耐火砖的结构使得这种耐火结构的构造和修理可能是非常繁琐和耗时的，由此导致代价高昂的停机时间和伴随的经济损失。
近来，已提出提供相对整体的耐火组分以减少形成耐火结构的单块砖的数量，从而减少构建和/或修复耐火结构所需的停机时间。在这方面，参见美国专利No.8,640,635、No.8266,853和No.6,066,236以及于2015年2月3日提交的共同未决的美国临时专利申请No.62/111,447(代理人案卷号BHD-6141-17)，通过引证将每个此类专利和未决专利的全部内容明确地并入本文中。
虽然这些现有的建议是令人满意的，然而寻求对相对大规模耐火结构(例如焦炉、玻璃熔炉、前炉、再生器等)的构造和修理/维修的持续改进。例如，理想的是可由现有的相对较小的耐火砖和/或相对较大的耐火块形成一体式自支撑耐火部件，使得耐火部件可在远距离处形成，然后被运送到用于安装的地点。耐火部件的这种非现场制造反过来可节省大量的劳动力成本，因为不需要在现场组装各个砖/块。本文所述的本发明实施例旨在提供这样的改进。
发明内容
总体而言，本文公开的实施例涉及由多个耐火构件形成的耐火部件(例如与诸如焦化炉、玻璃熔炉、再生器等耐火结构相关的冠拱或炉条碹)，耐火构件通过结合剂彼此结合以提供一体式自支撑结构。
耐火构件可包括耐火砖或块(如下文限定)中的至少一种，耐火砖或块可被压制或铸造而成。
将多个耐火构件彼此结合的结合剂可为牺牲或非牺牲结合剂。根据一些实施例，结合剂为高温环氧树脂结合剂。
根据一些实施例，耐火部件可为由成对拱座砖和位于拱座砖之间的多个拱形砖构成的耐火拱形部件的形式，其中拱形砖和拱座砖中相邻的砖通过结合剂而彼此结合。耐火拱形部件还可包括与拱形砖和拱座砖中相邻的砖结合的斯普林格砖。耐火拱形部件可替代地或附加地包括成对的拱腋砖，拱腋砖与拱形砖和拱座砖中相邻的砖结合并且从由拱形转限定的拱形面向外延伸。一些实施例将包括彼此结合并与拱形砖结合的爬行砖的多个砖层。
根据其他实施例，耐火部件可为由彼此结合的多个耐火块构成的分段耐火炉条碹的形式。耐火炉条碹可包括：桥接区域，具有相对平行竖直平坦的相对成对的端部腹板区段，所述端部腹板区段在其间限定相应成对的竖直平坦侧向通道；以及中央腹板区段，中央腹板区段在其间限定位于侧向通道之间的竖直平坦的中央通道。桥接区域可包括将侧向通道与中央通道分开的向下和向内汇聚的成对横向肋元件。耐火炉条碹可沿着肋元件在纵向上被二等分并且在横向上分叉，以建立彼此结合的相应的多个耐火块。
在仔细考虑以下对本发明优选示例性实施例的详细描述之后，本发明的这些和其他方面和优点将变得更加清楚。
附图说明
结合附图参考以下对示例性非限制性说明性实施例的详细描述，将更好和更完整地理解本发明所公开的实施例，附图中：
图1是根据本发明实施例的由多个耐火砖形成的耐火拱形部件的前视图；
图2是图1所示的耐火拱形部件的前方透视图；
图3是根据本发明另一实施例的由多个耐火砖形成的耐火拱形部件的前视图；
图4是图1所示的耐火拱形部件的前方透视图；
图5是根据本发明另一实施例的由耐火块形成的耐火炉条碹的前方透视图；
图6是根据本发明另一实施例的耐火壁模块部件的透视图；并且
图7是根据本发明另一实施例的耐火壁模块部件的透视图。
具体实施例
如本文和所附权利要求中所使用的，术语“砖”是指可由劳动者(例如瓦工)手动地容易处理和操纵的通常小尺寸的固体耐火部件。术语“块”是指需要机械辅助以处理和操纵(例如通过适当的起重机、升降机等)的通常大尺寸的固体耐火部件。更具体地，本文和所附权利要求书中使用的“块”是指依据根据美国职业安全与健康管理局(OSHA)的普遍接受的指南的重量不能由单人手动提升的耐火部件，例如通常是重量大于约50磅的物体。相反，如本文和修改的权利要求中所使用的，术语“砖”是指根据普遍接受的OSHA指南的可容易地由单人处理和操纵的通常小尺寸的固体耐火部件，例如通常为重量小于约50磅的对象。
由本文公开的实施例使用的耐火“砖”和“块”构件最优选地由在高温下(例如高达约1400℃)机械压制和固化的耐火(例如熔融二氧化硅)形成，例如在美国专利No.2,599,236,2,802,749和No.2,872,328中所描述的，每个这样的专利的全部内容明确地并入本文作为参考。如果耐火“块”构件具有非常大的尺寸(例如，尺寸通常为约650mm或更大的块构件)可通过铸造和热固化耐火(例如熔融二氧化硅)而形成，如美国专利号5,277,106和5,423,152，通过引证将每个此类专利的全部内容明确地并入本文中。
图1和图2示出了根据本发明实施例的由多个耐火砖形成的耐火拱形部件10。更具体地，拱形部件10由可以是也可以不是渐缩的(例如拱石(voussoir))的单独的细长拱形砖(其代表性的几个由图1和图2中的附图标记12标识)形成。拱形部件10的每个斯普林格砖(springer brick)14被支撑抵靠多个相邻的拱座块(skewback block)16。几个爬行砖(creeper brick)(其中代表性的几个由参考标号18标识)层被铺设到由拱形砖12形成的外部曲线上。
从图2可看出，形成拱冠的成对拱腋砖(haunch brick)12a从拱形面向外延伸一个距离，该距离大致等于最外侧的拱座块16的宽度。当安装到拱形支撑支柱(supportingpier)(未示出)上时，向外延伸的成对拱腋砖12a由此在相邻的类似构造的拱形件之间提供侧向支撑。
对于本文公开的实施例重要的是，相邻的砖12、14、16和18彼此物理结合，使得结合的砖12、14、16和18的集体形成作为一体式自支撑且可运输结构的拱形部件10。因此，砖12、14、16和18可组装、铺设和/或以其他方式结合以形成拱形部件10。根据本文公开的实施例，砖12、14、16和18优选地通过合适的牺牲或非牺牲结合剂(例如环氧树脂粘性结合剂)而彼此结合。术语“牺牲结合剂”是指这样的结合剂，该结合剂允许耐火砖和块彼此结合以形成一体式自支撑可运输的耐火部件，然而在其中安装了部件的耐火结构的使用过程中，在高热(例如约1100℃至约1650℃的温度)下该结合剂被消耗或燃烧。当牺牲结合剂由于该耐火部件设计以及由被安装以形成完整耐火结构的其他耐火部件提供的结构支撑而消耗或燃烧时，而形成耐火部件的单个砖或块将保持完整。术语“非牺牲结合剂”是指这样的结合剂，该结合剂在与其中部件被安装的耐火结构相关的高温下保持完整并且不消耗或燃烧。
如上所述，优选的结合剂是环氧树脂粘性结合剂。如前所述，环氧树脂结合剂可为牺牲的或非牺牲的。
图3和图4描绘了在玻璃炉再生器结构中可有利地用作拱形构件20的另一实施例(参见2015年11月12日提交的共同未决的美国申请序列No.14/939,210(代理人案卷编号BHD-6141-38)，通过引证将其全部内容明确地并入本文)。如图所示，图3和图4的拱形部件20在结构上类似于上面参考图1和2描述的拱形部件10，其由可以是也可以不是渐缩的(例如拱石)的单个细长拱形块(其中代表性的几个由图3和图4中的附图标记22标识)构成。拱形构件20的斯普林格砖24支撑在相邻的拱座块26上，并且与拱块22相比具有更大的面深度。
与上述参考图1和图2描述的拱形部件10的实施例一样，相邻的砖22、24和26彼此物理结合，使得结合的砖22、24和26的集体形成作为一体式自支撑且可运输结构的拱形部件20。因此，砖22、24和26可组装、铺设和/或以其他方式结合以形成拱形部件20。砖22、24和26优选地通过合适的牺牲或非牺牲粘结剂彼此结合，例如如前所述的环氧树脂结合剂。
图5示出了用于玻璃熔炉再生器的示例性炉条碹50。如图所示，炉条碹50包括通过中央桥接区域56彼此互连的相对的端块区域52、54。端块区域52、54通常竖直定向并且适于堆叠在与再生器结构相关的相应基座块(未示出)上。为了提供与再生器结构的基座块的互锁关系并且为了使燃烧空气和气体的损失最小化，每个端块52、54的底表面52-1、54-1可设置有细长的舌部52-2、54-2，这些舌部与在紧靠下方的基座块的上表面上形成的形状对应的凹槽配合。
中央桥接区域56将端块区域52、54相互连接，并且限定炉条碹顶50的上水平表面50-1。桥接区域56还包括与上水平表面50-1相对的下弧形表面50-2，下弧形表面分别从每个端块52、54的下表面52-1、54-1延伸。下拱形表面50-2的顶点通常位于桥接区域56的纬向中平面处。
桥接区域56分别包括相对平行竖直平坦的成对端部腹板区段56-1a、56-1b和56-2a、56-2b以及相对平行竖直平坦的成对中央腹板区段56-3a、56-3b。由此分别在相对的成对腹板区段56-1a和56-1b、56-2a和56-2b以及56-3a和56-3b之间限定竖直平坦通道58-1、58-2和58-3。向下和向内汇聚的成对横向肋元件60-1、62-2将侧向通道58-1和58-2与中央通道58-3分开。
每个肋元件60-1、60-2分别终止在相对的成对横向间隔肋60-1a、60-1b和60-2a、60-2b中。每个炉条碹50的侧向间隔肋60-1a、60-1b和60-2a、60-2b与再生器结构中相邻定位的炉条碹50的邻接间隔肋60-1a、60-1b和60-2a、60-2b配合，以便共同建立竖直定向的通道62-1、62-2和62-3的各组。因此，由单独一个炉条碹50形成的通道58-1、58-2和58-3以及由相邻定位的成对炉条碹50形成的竖直定向的通道62-1、62-2和62-3将允许空间14-2中的燃烧空气和气体与由炉条碹50的上平坦表面50-1建立的底板支撑的格子砖(未示出)连通。
如图5所示，炉条碹50可沿其中所示的虚线分段，以便建立可预成型(例如通过压制或铸造)并且通过结合剂(例如牺牲或非牺牲环氧树脂结合剂)组装的相应耐火块70a-70f，从而形成炉条碹50。因此，炉条碹可在纵向和横向上被二等分，以便将横向间隔肋60-1a、60-1b和60-2a、60-2b大致分开。在这方面，将观察到耐火块70c和70d将用作炉条碹50的基础，从而保持其在使用中的结构完整性，即使使用牺牲环氧树脂来进行结合也是如此。
如本文所述的耐火部件也可以如图6和图7所示的自支撑承重壁模块60、70的形式来体现。在这方面，图6示出了自支撑壁模块60，其由多个外部、中间和内部砖层(其中代表性的几个在图6中分别由附图标记62、64和66标识)形成。砖62、64和66优选地在组成上彼此不同以具有不同的相对热转移特性，从而允许模块60被“工程化”以在从壁模块60的外部(冷)侧到壁模块60的内部(热)侧的其横截面尺寸上呈现出热转移梯度。
类似于先前描述的实施例，每个砖62、64、66将通过合适的牺牲或非牺牲粘结剂(例如环氧树脂结合剂)结合到相邻的砖。这样，结合的砖62、64、66将形成自支撑模块60，其可作为单件结构元件被整体地提升和/或操纵(例如通过合适的起重设备)并且被放置在耐火结构的壁中。为了改善结构整体性，一个或多个砖层将包括尺寸扩大的砖(在图6中由砖62a和66a示出)，其间不具有在其抵接端部处结合在一起的中间的砖。
图7所示的模块70的实施例与上面参照图6描述的模块60的类似之处在于提供外部和内部砖72、76。然而，与模块60不同，中间砖64已被单体铸造中间块74替代。砖72、76和中间块74在组成上可彼此不同以具有不同的相对热转移特性，从而允许模块70被“工程化”以在从壁模块70的外部(冷)侧到壁模块70的内部(热)侧的其横截面尺寸上呈现出热转移梯度。为了改善结构整体性，块74可铸造成包括凹入的舌形通道74a，以在其中容纳在横截面方向上尺寸扩大的至少一个砖层的砖。
应当理解，本文提供的描述目前被认为是本发明最实用和优选的实施例。因此，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在其精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (25)

1.一种耐火部件，包括通过结合剂彼此结合以形成一体式自支撑结构的多个耐火构件。
2.根据权利要求1所述的耐火部件，其中，所述耐火构件包括耐火砖或耐火块中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的耐火部件，其中，所述耐火砖或耐火块被压制或铸造而成。
4.根据权利要求1所述的耐火部件，其中，所述结合剂为牺牲或非牺牲结合剂。
5.根据权利要求1所述的耐火部件，其中，所述结合剂为环氧树脂粘性结合剂。
6.根据权利要求1所述的耐火部件，其中，所述耐火部件为耐火拱形部件。
7.根据权利要求6所述的耐火部件，其中，所述耐火拱形部件包括成对的拱座砖和位于所述拱座砖之间的多个拱形砖，其中所述拱形砖和所述拱座砖中的相邻砖通过所述结合剂彼此结合。
8.根据权利要求7所述的耐火部件，其中，所述耐火拱形部件还包括与所述拱形砖和所述拱座砖中的相邻砖结合的斯普林格砖。
9.根据权利要求8所述的耐火部件，其中，所述耐火拱形部件还包括成对的拱腋砖，所述拱腋砖与所述拱形砖中的相邻砖结合并且从由所述拱形砖限定的拱形面向外延伸。
10.根据权利要求8所述的耐火部件，其中，所述耐火拱形部件包括彼此结合并与所述拱形砖结合的爬行砖的多个砖层。
11.根据权利要求1所述的耐火部件，其中，所述耐火部件为由彼此结合的多个耐火块构成的分段耐火炉条碹。
12.根据权利要求11所述的耐火部件，其中，所述耐火炉条碹还包括：
桥接区域，具有相对平行竖直平坦的相对成对的端部腹板区段，所述端部腹板区段在其间限定相应成对的竖直平坦的侧向通道，以及
中央腹板区段，所述中央腹板区段在其间限定位于所述侧向通道之间的竖直平坦的中央通道，并且其中
所述桥接区域包括将所述侧向通道与所述中央通道分开的向下和向内汇聚的成对横向肋元件。
13.根据权利要求12所述的耐火部件，其中，所述耐火炉条碹沿着所述肋元件在纵向上被二等分并且在横向上分叉以建立彼此结合的相应的多个耐火块。
14.根据权利要求11所述的耐火部件，其中，所述多个耐火块通过环氧树脂粘合剂彼此结合。
15.一种形成耐火部件的方法，包括通过结合剂将多个耐火构件彼此结合以形成一体式自支撑结构。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述耐火构件包括耐火砖或耐火块中的至少一种。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述耐火砖或耐火块被压制或铸造而成。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述结合剂为牺牲或非牺牲结合剂。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述结合剂为环氧树脂粘性结合剂。
20.根据权利要求1所述的耐火部件，其中，所述耐火部件为由多个耐火砖构成的承重壁模块。
21.根据权利要求20所述的耐火部件，其中，所述耐火砖通过结合剂彼此结合。
22.根据权利要求21所述的耐火部件，其中，所述结合剂为牺牲或非牺牲结合剂。
23.根据权利要求21所述的耐火部件，其中，所述结合剂为环氧树脂粘性结合剂。
24.根据权利要求21所述的耐火部件，其中，所述壁模块包括外砖、内砖以及结合在所述外砖与所述内砖之间的单体铸造耐火块。
25.根据权利要求24所述的耐火部件，其中，所述外砖和/或所述内砖中的至少一个砖层包括在横截面方向上尺寸扩大的砖，并且其中所述单体铸造耐火块包括凹入的通道，以在所述通道中接收所述尺寸扩大的砖。
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