JP2016534317A - 耐火性セラミックライニング用煉瓦及び対応する耐火性セラミックライニング - Google Patents

Abstract

本発明は、耐火性セラミックライニング用煉瓦及び対応する耐火性セラミックライニングに関する。

Description

本発明は、耐火性セラミックライニング用煉瓦及び対応する耐火性セラミックライニングに関する。

多くの工業設備、特に工業用炉、高温処理容器、燃焼チャンバ、等は、対応する高温耐性を有する材料、ほとんどの場合、ＭｇＯのような塩基性セラミック又はＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２のような非塩基性材料のいずれかに基づく耐火性セラミック材料で内部にライニングを施されなければならない。

最も一般的なライニング技術は、
‐保護されるべき装置の対応する外側外囲容器（外被）の内面にモノリシックセラミック材料を適用すること
‐前記モノリシックライニングの代わりに若しくはそれとともに煉瓦積（ｂｒｉｃｋｗｏｒｋ）を設けること
である。

本発明は、複数の耐火性セラミックライニング用煉瓦からなる耐火性ライニングに関し、同時に前記煉瓦に関する。

上述のようなライニング技術は、ほとんどの場合に成功してきたが、改良に対する連続的な要求がある。

解決すべき１つの改良は、高温用途中の煉瓦内及び／又は煉瓦積内の熱膨張の相殺である。

１つの煉瓦内には、装置の外被に隣接する煉瓦の内側部分（対応する装置のプロセスチャンバに隣接する「高温側」）から外側部分（「低温側」）に向かって程度の差はあれ、大きな温度勾配がある。これら温度勾配は、割れの形成のリスクと、セラミックライニングの過度の損耗のリスクを含む、煉瓦積に亘る制御不可能であり、変化する熱膨張を引き起こす。

特にこのことは、外側外被が冷却される（例えば水冷式の）装置（容器）に使用されるライニング及び煉瓦に当てはまる。

例えば、電気アーク炉（ＥＡＦ）では、炉の上側部分が、通常はその内面に耐火性ライニングを備える水冷パネルからなる。

同様の冷却パネル又は冷却壁が、燃焼チャンバ、ボイラー、等において使用されている。

本発明の目的は、高温の用途中の熱膨張による過度の損耗のリスクをそれぞれ低減する、煉瓦及び対応するライニングを提供することである。

本発明は、対応する煉瓦積内の煉瓦の「フローティング（浮いている）」配置という着想に基づいている。「フローティング」は、煉瓦それぞれが、それぞれの煉瓦内及び／又は煉瓦積内に機械的応力を生じさせることなく動くための、多くの自由度を有することを意味する。

煉瓦積内の煉瓦それぞれに前記変動（ｖａｒｉａｎｃｅｓ）を与えるために、本発明によるライニング用煉瓦は、それに挿入される（ロッドのような）固定手段を収容することができる少なくとも１つの孔によって特徴づけられている。

本発明は、‐その最も一般的な実施形態において‐以下を有する耐火性セラミックライニング用煉瓦に関し、
‐主上面
‐主下面
‐内面
‐外面
‐２つの側面
‐すべての面が互いにはっきりと異なっている
この耐火性セラミックライニング用煉瓦は、
‐主上面から主下面に延びる少なくとも１つの孔であって、この孔に挿入される固定ロッドを収容することができる孔によって特徴づけられる。

言い換えると、従来技術とは対照的に、これら煉瓦は互いに対してモルタルで接合され、従って互いに化学的に固定されているが、これら煉瓦内の対応する孔を貫通する対応するロッドによって対応する煉瓦積内に配置されている。

そのような孔が、保護される外被（「低温端」）に隣接する煉瓦の一部に配置されると、煉瓦の前記孔の周りには熱膨張は無いか、又はあってもほんの少しである。したがって、孔の断面は、対応するロッドの断面とおおよそ同じであるか、又はわずかに大きい。

一般的に言えば、取り付けられている状態で、前記孔と前記ロッドとの間に（環状形状の）間隔を提供するように、対応するロッドの断面より大きな断面を有する孔を有する煉瓦を提供することが有利である（低温用途）。この間隔は、前記煉瓦及び煉瓦積内の機械的応力を回避するため、及び／又は、個々にさらに開示される別の実施形態における煉瓦のティルト（ｔｉｌｔｉｎｇ）を相殺するために、前記孔／ロッドの周りの全ての熱膨張を相殺するのに十分に大きくなければならない。

煉瓦（孔）とロッドとを容易に組み立てるために、本発明の一実施形態は、主上面又は主下面それぞれの少なくとも１つに垂直に延びる孔を有する煉瓦を提供する。

このことは特に主上面及び／又は主下面が平面である煉瓦に好適である。他の煉瓦の設計は、平面である側面によって特徴づけられている。

前記孔は、内面（高温端）と外面（定温端）、言い換えると、問題の装置の外皮の直近傍との間でオフセットして配置することができる。

互いに対して列ごとにオフセットして配置された煉瓦を有する煉瓦積では、対応するロッドが、他の頂面のうちの１つに配置された煉瓦の複数の孔を貫通するように、孔は２つの側面間でオフセットして配置されなければならない。

上述に説明したように、高温ガス又は高温の溶融物に接触していることが多い内側煉瓦の表面は、他の「低温端」に比べて前記熱負荷の下でより多く膨張する。対応する研究活動中に、内端における垂直方向の膨張はそれぞれの煉瓦をティルトさせることが分かった。結果として、煉瓦の外面はその配向を変化させる。このことは、以下の問題をもたらす。

外面が、保護されるべき鋳込みの内面とぴったり合う、６つの平面を有する立方体の煉瓦の場合には、煉瓦のティルトは、少なくとも外面の垂直方向下端を、前記接触位置から遠くに離れた位置に移動させる。結果として、上述に述べた前記冷却パネルによる冷却効果は、特徴的に削減される。

これら欠点は、煉瓦の外面と下面とが、９０°より小さい、典型的には≦８５°、≦８０°、≦７５°であって、４５°より大きい、≧５０°、又は≧５５°であることが多い中間角度（ｉｎｔｅｒｊａｃｅｎｔ ａｎｇｌｅ）を提供する、煉瓦の設計によって補正される。

この傾斜した外面は、煉瓦が（その内面における熱負荷の下で）、外面が今や前記鋳造によって提供された内面とぴったり合う所定の位置に旋回することを可能にする。

言い換えると、組立中には、そのような煉瓦の外面は少なくとも部分的に、対応する壁区画まで所定の距離に配置されるが、煉瓦の外面と外被との間の間隙を相殺するように、熱負荷の下でティルトされる。

以降にさらに説明されるように、間隙を「低温状態」で、煉瓦の外面と、ライニングを施される装置のパネル／壁と、の間に設けることができる。例えば鉛直方向断面図においてＶ形状を有するこの間隙は、間隙の形状のいずれの変化も補正することができる材料で充填することができる。それは粉状若しくは粒状の充填材料、粘性を有する材料、又はその種の材料とすることができ、それらの全てが間隙の形状の変化に追随することができ、低温及び高温の環境の下で所定の変形能によって特徴づけられている。傾斜した外面を有するこの実施形態を、ティルトの影響を相殺するように孔の断面がロッドの断面より大きな実施形態と組み合わせることができる。

上述したすべての煉瓦の特徴は、ライニング用煉瓦の一般的な形状とは独立して実現することができる。典型的には、本発明による煉瓦の主上面は、正方形状、長方形状、台形状、円の弧状、Ｔ字状、ダブルＴ字状、Ｌ字状を備える群の全体的な形状を有する。

多数の上述したタイプの耐火性セラミックライニング用煉瓦からなる耐火性セラミックライニングは、その最も一般的な実施形態において、ロッドそれぞれを鉛直方向に隣接する孔の中に貫通して挿入することができるような、煉瓦積への前記煉瓦の配置の特徴によって特徴づけられている。

前記ロッドは、それらの自由端において、不動に固定することができる。

ロッドは、少なくともそれらの自由端のうちの一方で、軌道（ｔｒａｃｋ）又はビームに不動に固定することができる。ロッドと軌道〈レール〉との間の接続もまた、２つの構成要素の相対的な動きが、すべての機械的応力の相殺を可能にすることができるように行われる。例として、円形状の断面を有するロッドを、軌道中の楕円形状の開口部の中に嵌合させることができる。対応する実施形態が、添付の図面に示されている。

煉瓦積を、煉瓦の外面が、冷却パネルに隣接して配置されているという条件で、（上述したように）冷却パネルに隣接させることができる。

前記孔を、取り付けられた状態で「低温端」に近接させて前記孔を提供するような煉瓦の有利な配置が、上述の説明から理解される。

本発明のさらなる特徴は、従属請求項及び他の出願書類から明らかとなろう。

本発明が添付の図面に関して記載され、図面は本発明の一実施形態を図的に示している。

耐火性セラミックライニングの斜視図である。 前記ライニングの一部を通じた垂直断面図である。 耐火性ライニングの底部の断面図である。 ３つ異なる図に示した対応するライニング用煉瓦の図である。

図１は、平面的な外側金属ケーシングの一部を示し、このケーシングは２つの金属製の壁間を水のような冷却用流体が流れる（図示されない）２重壁構造を有するので、以下では、冷却パネルと呼称される。

前記冷却パネルＰは内壁面ＰＩを画定し、内壁面ＰＩは対応する工業用炉の処理チャンバＴＣに向かって方向づけられている。前記処理チャンバＴＣ内の（１０００℃よりはるかに高い）高温を考慮して、金属冷却パネルＰが、多数の耐火性セラミックライニング用煉瓦Ｂからなる耐火性セラミックライニングＬによって熱的に保護されており、前記ライニング用煉瓦Ｂは煉瓦積ＢＷに配置されている、すなわち、水平方向の列に次々に配置されて、鉛直方向の隣接する列は互いにオフセットされている（図１）。

図４によれば、煉瓦Ｂそれぞれは主上面Ｕ、主下面Ｌ、内面Ｉ、外面Ｏ、並びに２つの側面Ｓ１、Ｓ２を備える。前記外面Ｏと、前記下面Ｌとは９０°より小さい、はっきり言うと８７°の中間角αを提供するので、前記煉瓦面の外面Ｏを除く全ては、隣接する面に対して垂直に延びている。

このことから、煉瓦積ＢＷを組み立てる際に外面Ｏそれぞれの下端ＯＬが、冷却パネルＰの内壁面ＰＩに接触するか、又は前記煉瓦Ｂが垂直方向に整列したパネルＰに対して水平方向に整列させられた際に少なくとも前記内壁面ＰＩに上端ＯＵよりも近接して配置されるか、されていることが導き出される。

煉瓦Ｂのそれぞれは、主上面Ｕから主下面Ｌへ延びる１つの孔Ｈを備える。前記孔Ｈは、内面Ｉと外面Ｏとの間でオフセットして配置され（ｘ２＞＞ｘ１）、２つの側面Ｓ１、Ｓ２間でオフセットして配置されている（ｘ４＞＞ｘ３）。

この孔Ｈの配置は、図１による前記煉瓦積ＢＷの全体的な配置を可能にし、互いの頂面上に垂直に配置された煉瓦Ｂの孔Ｈは互いに対してぴったり合っており、それによって共通のロッドＲを対応する孔Ｈの中に挿入することができる（図１）。

ロッドＲの直径と比較して大きな孔Ｈの直径Ｄは、ロッドＲと孔Ｈとの間の間隔Ｃに余裕を持たせ、したがって座標系の３つの方向における個々の煉瓦Ｂの所定の操作性に余裕を持たせている。

ロッドＲは、前記煉瓦積ＢＷの最も上の列ＵＲから最も下の列ＬＲまでの全ての煉瓦Ｂを通じて延びている。ロッドＲは下端において前記煉瓦Ｂのうちの１つの中に固定されているが、それらはそれらの上端において、冷却パネルＰの内壁ＰＩから突出するとともにロッドＲに冷却パネルＰに平行な所定の操作性を付与する、対応するフィン（軌道Ｔ）中に固定されている。

図２は、対応する組立の後の煉瓦Ｂの配置を示している。

煉瓦Ｂの外面Ｏそれぞれの傾斜によって、間隙Ｇが前記外面Ｏと冷却パネルＰの内壁ＰＩとの間にもたらされ、この間隙Ｇは、図２による断面図においては三角形状のプロファイルを有している。

対応する炉がその運転状態に設定された後、煉瓦Ｂそれぞれは、その内端（内面Ｉから発して）と、その外端（外面Ｏにおける）との間の温度プロファイルで、対応して加熱される。これに続いて、冷却パネルＰに面する外端（「低温端」）と比較して、かなり大きな処理チャンバＴＣに面する内端（「高温端」）における熱膨張が生じ、結果的に煉瓦Ｂそれぞれは図２に示された矢印Ａに従ってティルトしようとする。ロッドＲと、孔Ｈとの間の間隔Ｃの故に、そのようなティルトを、対応する煉瓦Ｂ中に何らの機械的応力なしに達成することができる。傾斜した外面Ｏは、煉瓦Ｂそれぞれのティルトに対応してその表面が冷却パネルＰの内壁ＰＩに近づき、よって冷却効果が対応して増加する、という利点を提供する。図２には、最も下の煉瓦Ｂｘが、その外面Ｏがパネルの内壁ＰＩと完全に接している（ぴったり合っている）状態の位置を示している。対応して、その上面Ｕｘは、（内面Ｉのまわりの）その右端が（外面Ｏに近接した）その左端より高い状態で滑らかに傾斜して配置されている。

図３には、煉瓦積ＢＷの下の土台が図的に示されている。

Claims (15)

1. 全てが互いにはっきりと異なる
   １．１ 主上面（Ｕ）と、
   １．２ 主下面（Ｌ）と、
   １．３ 内面（Ｉ）と、
   １．４ 外面（Ｏ）と、
   １．５ ２つの側面（Ｓ１、Ｓ２）と、
   を有し、
   １．６ 前記主上面（Ｕ）から前記主下面（Ｌ）まで延びる少なくとも１つの孔（Ｈ）であって、前記孔（Ｈ）の中に挿入される固定ロッド（Ｒ）を収容することができる孔（Ｈ）を有することによって特徴づけられる、耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
2. 前記孔（Ｈ）が、前記主上面（Ｕ）及び前記主下面（Ｌ）のうちの少なくとも一方に対して垂直に延びることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
3. 前記孔（Ｈ）が、対応する前記ロッドの断面よりも大きな断面を有して、取り付けられた状態において、前記孔（Ｈ）と、前記ロッド（Ｒ）と、の間に間隔を提供することを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
4. 前記主上面（Ｕ）、前記主下面（Ｌ）、及び前記側面（Ｓ１、Ｓ２）のうちの少なくとも１つが平面であることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
5. 前記孔（Ｈ）が、前記内面（Ｉ）と、前記外面（Ｏ）との間でオフセットされて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
6. 前記孔（Ｈ）が、前記２つの側面（Ｓ１、Ｓ２）間でオフセットされて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
7. 前記外面（Ｏ）及び前記下面（Ｌ）が、９０°より小さな中間角（α）を提供することを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
8. 前記外面（Ｏ）及び前記下面（Ｌ）が、８５°より小さな中間角（α）を提供することを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
9. 前記外面（Ｏ）及び前記下面（Ｌ）が、７５°より大きな中間角（α）を提供することを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
10. 前記主上面（Ｕ）は、正方形状、長方形状、台形状、円の弧状、Ｔ字状、ダブルＴ字状、Ｌ字状を備える群からなる全体的な形状を有することを特徴とする請求項１に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）。
11. 多数の請求項１〜１０のいずれか一項に記載の耐火性セラミックライニング用煉瓦（Ｂ）からなる耐火性セラミックライニング（Ｌ）であって、
    前記ライニング用煉瓦（Ｂ）が、ロッド（Ｒ）それぞれが、垂直方向に隣接する前記ライニング用煉瓦（Ｂ）の孔（Ｈ）の中に貫通して挿入され得るように、煉瓦積に配置される、耐火性セラミックライニング（Ｌ）。
12. 前記ロッド（Ｒ）が、それらの自由端において不動に固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の耐火性セラミックライニング（Ｌ）。
13. 前記ロッド（Ｒ）が、少なくともそれらの自由端のうちの一方において軌道〈Ｔ〉に不動に固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の耐火性セラミックライニング（Ｌ）。
14. 前記ロッド（Ｒ）が、互いに対して相対的な動きを有して前記軌道〈Ｔ〉に固定されていることを特徴とする請求項１３に記載の耐火性セラミックライニング（Ｌ）。
15. 前記煉瓦積は、前記煉瓦（Ｂ）の前記外面（Ｏ）が、冷却パネル（Ｐ）に隣接して配置されていることを条件として、前記冷却パネル（Ｐ）に近接して配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の耐火性セラミックライニング（Ｌ）。

Images