CN108463681A - 用于炉耐火砖的耐火锚固件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于炉耐火砖的耐火锚固件和制造这种耐火锚固件的方法，其中，耐火锚固件具有整体上截头圆锥的形状，其中，耐火锚固件被从截头圆锥形状的耐火锚固件的底平面至顶平面的各部分之间一个或多个分隔平面分隔成至少两个部分。

Description

用于炉耐火砖的耐火锚固件

技术领域

本发明涉及用于在例如钢铁工业中的高温炉中使用的炉耐火顶砖或壁砖的耐火锚固件，以及用于制造这种耐火锚固件的方法。

背景技术

对于高温炉而言，为了能够控制炉内温度并最小化加热成本，尽可能减少热量损失是至关重要的。为此，炉壁内设有固定在壁上的耐火材料衬里。

将耐火材料安装到炉壁和炉顶内部的已知方法是通过锚固。特定的锚固件是所谓的陶瓷耐火锚固件，通常是耐火材料制成的圆锥形或具有一定形状的砖。耐火锚固件通常用于从结构支撑件悬挂耐火砖形式的隔热材料。这些耐火砖为具有不同耐火材料层的经叠层的砖。

用于例如再加热炉以再加热钢坯的耐火砖的寿命大约为8～20年。耐火锚固件的寿命应至少等于并优选地长于耐火砖的寿命，以确保耐火砖保持悬挂。但是，由于加热和冷却循环，耐火锚固件受到很大的应力变化。这需要一种能够长时间承受这些应力变化的耐火锚固件，特别是对于寿命为15～20年的耐火砖而言。

耐火砖需要具有优异的隔热性能，以为了尽可能节省加热成本，并且同时制造成本应该为较低的，以便能够在合理的时间内回收成本。这些要求相互对立，并且应找到适当的平衡点。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐火锚固件，其能够承受由长时间加热和冷却循环引起的应力变化。

本发明的又一个目的是提供一种耐火锚固件，其寿命至少等于通过锚固砖夹紧或悬挂的耐火砖的寿命。

本发明的又一个目的是提供一种寿命为10～20年的耐火锚固件。

本发明的又一个目的是提供具有优异隔热性能的耐火砖。

本发明的又一个目的是提供一种耐火砖，其可以以在合理的时间段内可以回收的成本价格制造而成。

本发明涉及如权利要求1～10所限定的耐火锚固件、如权利要求11～13所限定的用于制造耐火锚固件的方法以及如权利要求13～15所限定的用于制造耐火锚固件的模具。

根据本发明的第一方面，通过提供一种用于使用于高温炉的耐火砖的耐火锚固件来实现本发明的一个或多个目的，其中，耐火锚固件具有整体上为截头圆锥的形状，其特征在于耐火锚固件被分成三个或更多个部分，并且其中径向分隔平面从截头圆锥形耐火锚固件的底平面延伸到顶平面。

高温炉意味着其中，温度为使得耐火材料的热侧应该能够承受1300℃～1400℃范围内的温度。

耐火锚固件在加热和冷却循环过程中受到应力，并且取决于温度变化速率(temperature rate)，这些应力可能增加到耐火锚固件最初可承受的最大应力(即，其强度)的50％以上。在钢坯再加热炉中的标称温度变化速率下，应力将为强度的约20％～25％。耐火锚固件在反复的加热和冷却循环中受到高应力将不利于耐火锚固件的寿命。已经发现的是，通过将耐火锚固件分成三个或更多个部分，可以显著降低冷却循环过程中的这些应力。

已发现，与原始的单部分耐火锚固件相比，将耐火锚固件分成两部分会导致耐火锚固件受到的应力局部增加。为此，耐火锚固件应该至少分成具有径向分隔平面的三部分。这些分隔平面从圆锥形状的中心线开始并沿径向方向延伸。发现将耐火锚固件分隔成三个或四个部分导致产生于耐火锚固件中的应力显著降低。

在AT320701中公开了一种两部分耐火锚固件，该锚固件具有拥有椭圆形的底平面和顶平面的截头圆锥形状，其中，分隔平面通过中心并平行于椭圆的短轴。

耐火锚固件优选地被分隔成具有相同尺寸和形状的部分，以在每个部分中具有相同的应力和应力效果。此外，截头圆锥形状的中心线或轴线与底平面和顶平面成直角，其中，底平面和顶平面都是圆形平面。而且，相同尺寸的部分将有助于制造耐火锚固件。

耐火锚固件优选地成形为具有：第一圆锥部分和第二圆锥部分，所述第一圆锥部分和所述第二圆锥部分各自均具有截头圆锥形状；肩部，所述肩部作为第一圆锥部分和第二圆锥部分之间的过渡。第二圆锥部分的底平面在使用时处于热侧，并且其中第一圆锥部分的假想底平面的直径小于第二圆锥部分的假想顶平面的直径。带有肩部的这种形状的优点是其为耐火砖提供了改善的支撑。

根据另一方面，第一圆锥部分的高度大于第二圆锥部分的高度。通过朝着热侧的方向降低肩部，在第二圆锥部分中出现的应力被减小。

优选地，第二圆锥部分的高度小于第一圆锥部分的高度的65％。根据另一方面，第二圆锥部分的高度介于第一圆锥部分的高度的35％和50％之间。发现的是进一步降低肩部不会导致任何进一步的整体改善。第一圆锥部分和第二圆锥部分的高度范围与肩部的高度一起形成耐火锚固件的总高度。耐火锚固件的总高度处于230mm～400mm的范围内，其中第一圆锥部分的顶部面直径介于80mm～145mm的范围内，且第二圆锥部分的底部面直径介于165mm～210mm的范围内。

对于三部分和四部分的耐火锚固件，底部面和顶部面的直径通常可以更大以确保机械稳定性。三部分或四部分的耐火锚固件的范围将与未分隔耐火锚固件的范围重叠。

根据另一方面，肩部凹入式地弯曲，并具有在5mm～30mm的范围内的曲率半径。肩部的曲率导致在肩部处发生较低的应力，但曲率是受限的。在曲率半径较大的情况下，产生与肩部相关的应力的区域增加，从而较大曲率半径的影响被抵消。当肩部凹入式地弯曲，并且其中曲率半径在15mm～25mm的范围内时，实现了降低应力的良好结果。

根据另一方面，第一圆锥部分和/或第二圆锥部分的顶角或锥角在2°～15°的范围内。利用这种顶角，锚固件为耐火砖提供了良好的支撑，并且在耐火锚固件中产生的应力保持在限度内。

此外，提供了一种用于制造用于炉耐火砖的耐火锚固件的方法，其中，耐火锚固件具有整体上截头圆锥的形状，并且其中耐火锚固件被分隔成至少两个部分，该方法包括以下步骤：

﹣提供用于分隔成多部分的耐火锚固件的模具；

﹣用耐火模制复合物填充模具；

﹣烧制耐火锚固件；和

﹣在耐火锚固件的各部分之间施加砂浆。

在压力作用下完成对模具的填充，使得模具完全充满耐火模制复合物。除了在压力作用下进行填充之外，还可以对复合物进行冲压和/或使模具振动以获得模具的最佳填充。

在烧制耐火锚固件之后，通过在耐火锚固件的各部分之间施加砂浆来使得各部分被固定至彼此。为此，使用能够承受将在炉中暴露于其中的温度的空气固化砂浆。施加砂浆以达到使得最终的耐火锚固件具有所设计的尺寸的厚度。这些尺寸对应于模具的内部尺寸。以这种方式，可以实现与耐火砖中的锚固件孔的完美匹配。砂浆的强度小于耐火锚固件的每个部分的强度。此外，砂浆具有一定的柔性，使得耐火锚固件能够适配于设置在耐火砖中的用于接收耐火锚固件的互补形状的凹陷部。

除了在多个部分中的分隔之外，该方法还包括在耐火锚固件中形成的用于接收锚固螺栓的形状，该形状与锚固螺栓互补。

根据另一方面，提供了一种模具，用于制造用于炉耐火砖的耐火锚固件，其中耐火锚固件具有整体上截头圆锥的形状，并且其中耐火锚固件被分成至少三个部分，并且其中模具具有：整体的截头圆锥形状，该截头圆锥形状在一侧开口并且在相对侧封闭；在封闭侧中的突起，该突起形成为用于使耐火锚固件容纳锚固螺栓；以及从模具的封闭侧延伸到开口侧的一块或多块分隔板。

进一步地，分隔板的厚度设置成介于1mm～5mm的范围内，优选地介于1mm～3mm的范围内并且通常介于1mm～2mm内。优选地，分隔板的厚度对应于在耐火锚固件的部分之间施加的层状砂浆的厚度或最终厚度。

附图说明

将借助于在附图中示出的示例进一步解释本发明，其中：

图1A、1B分别示出了分隔成三部分的耐火锚固件的侧视图和未分隔的耐火锚固件的视图；

图2A～C示出了分隔成四部分的耐火锚固件的俯视图、侧视图和仰视图；

图3示出了其中示出对于单部分耐火锚固件至四部分耐火锚固件的在三个不同位置处的应力的图表。

具体实施方式

在图1A中示出了分隔成三部分的耐火锚固件1，其中只有部分2、部分3可见，其中，较暗的阴影表示当冷却时在锚固件中出现的最大应力。具有三部分的锚固件的应力发生在三部分锚固件1的第一圆锥部分9和第二圆锥部分10之间的肩部8处或附近的接合面6、7处。

图1B的未分隔的耐火锚固件1的侧视图清楚地显示应力从肩部6沿着向下和向上方向减小。

由于接合部的应力缓和效果，由三部分锚固件产生的这些应力只发生在分隔部周围。对于一体式的锚固件，在整个锚固件上都会出现这样的应力。

图2A示出了耐火锚固件1的俯视图，该耐火锚固件1被分成四个部分2、3、4、5，其中，如在三部分锚固件中出现的应力大大地减小，并且所述应力也小于一体制成的锚固件中的应力。图2B的相应侧视图和图2C的仰视图示出了在这种情况下，成四部分的耐火锚固件的对称分隔。

在图3中的图中示出了随着分成两个、三个和四个部分的锚固件的冷却发生的应力。应力被给出为发生在肩部、侧部和底部处或附近，其中，侧部是第二圆锥部分10的锥形包络，且底部是第二圆锥部分10的面向再加热炉内部并且其随着时间的推移经受最高的温度差的部分。

从该图直观地看出，两部分锚固件是最不利的实施例，其中最大应力出现在锚固件的肩部和侧面。仅就底部部分而言，一体式形式更差。这与以下事实有关，即，在两部分的锚固件中，产生了增大的但集中在分隔平面周围的弯曲力矩，该弯曲力矩增加了应力强度。这种增加的弯曲力矩对于三部分和四部分锚固件较为不明显。

三部分形式明显优于一体式和两部分形式的锚固件，其中，肩部处或附近产生的应力最大程度地减小，并且在锚固件的底部处产生的应力显著减小。侧部处的应力相对于一体式锚固件的减小较为不明显，但仍然有所下降。

四部分锚固件显示出甚至更进一步减小的应力，并且与在三部分锚固件的侧部和底部处发生的应力相比，侧部和底部处发生的应力减小程度显著降低。

Claims (15)

1.用于炉耐火砖的耐火锚固件，其中，所述耐火锚固件具有整体上截头圆锥的形状，其特征在于，所述耐火锚固件被分隔成三个或更多个部分，并且其中，径向分隔平面从截头圆锥形状的所述耐火锚固件的底平面延伸到顶平面。

2.根据权利要求1所述的耐火锚固件，其中，所述耐火锚固件的所述三个或更多个部分具有相同的形状。

3.根据权利要求1或2所述的耐火锚固件，其中，所述耐火锚固件具有第一圆锥部分和第二圆锥部分，每个所述圆锥部分具有截头圆锥形状，其中，在所述第一圆锥部分和第二圆锥部分之间具有作为过渡部分的肩部。

4.根据权利要求3所述的耐火锚固件，其中，所述第二圆锥部分的所述底平面在使用时位于热侧，并且其中，所述第一圆锥部分的所述底平面的直径小于所述第二圆锥部分的所述顶平面的直径。

5.根据权利要求1～4中的一项或多项所述的耐火锚固件，其中，所述第一圆锥部分的高度大于所述第二圆锥部分的高度。

6.根据权利要求5所述的耐火锚固件，其中，所述第二圆锥部分的高度小于所述第一圆锥部分的高度的65％。

7.根据权利要求5所述的耐火锚固件，其中，所述第二圆锥部分的高度在所述第一锥形部分的高度的35％和50％之间。

8.根据权利要求1至7中一项或多项所述的耐火锚固件，其中，所述肩部凹入式地弯曲，并具有介于5mm至30mm的范围内的曲率半径。

9.根据权利要求1至8中一项或多项所述的耐火锚固件，其中，所述肩部凹入式地弯曲，并具有介于15mm至25mm的范围内的曲率半径。

10.根据权利要求1至9中一项或多项所述的耐火锚固件，其中，所述第一圆锥部分和/或所述第二圆锥部分的顶角介于2°至15°的范围内。

11.一种用于制造炉耐火砖的耐火锚固件的方法，其中，所述耐火锚固件具有整体上截头圆锥的形状，并且其中，所述耐火锚固件被分隔成至少三个部分，所述方法包括以下步骤：

﹣提供用于被分隔成至少三个部分的所述耐火锚固件的模具；

﹣用耐火模制复合物填充所述模具；

﹣烧制所述耐火锚固件；和

﹣在所述耐火锚固件的所述至少三个部分之间施加砂浆。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述砂浆是空气固化砂浆。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，在所述耐火锚固件中形成用于接收锚固螺栓的互补形状。

14.一种用于制造炉耐火砖的耐火锚固件的模具，其中，所述耐火锚固件具有整体上截头圆锥的形状，并且其中，所述耐火锚固件被分隔成至少两个部分，其中，所述模具具有：整体上截头圆锥的形状，所述截头圆锥形状在一侧开口并且在相对侧封闭；位于所述封闭侧中的突起，所述突起成形为用于使所述耐火锚固件接收锚固螺栓；和一块或多块分隔板，所述分隔板从所述模具的所述封闭侧延伸到所述开口侧。

15.根据权利要求14所述的模具，其中，所述分隔板的厚度在1mm至5mm的范围内。