TWI519753B - 具有改良之壁襯裡之用於冶金爐的爐膛 - Google Patents
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Description
本發明大體係關於冶金反應器(詳言之,煉鐵爐,諸如,鼓風爐)之爐膛之構造。更特定言之,本發明係關於對爐膛之壁加襯的耐火材料之組態。
冶金爐之爐膛通常具有一外鋼殼(典型地具有用於使熔融金屬流出之至少一流出孔),及用於含有在高溫(超過1100℃)下之熔融金屬浴的由耐火材料構成之一襯裡。襯裡包括殼之橫向襯裡(下文稱作壁襯裡)及在爐膛之底部(亦即,爐膛墊)中的襯裡。
在鼓風爐之領域中,存在用於建構壁襯裡之各種方法。在熟知方法中,壁襯裡為比較小的磚之多個同心環之砌磚。此等磚典型地由高傳導率熱壓碳製成。另一方法使用比較大之耐火材料(典型地,亦為含碳材料(包括碳、熱壓碳、石墨、半石墨及熱壓半石墨))塊。通常,按單一厚度自殼至熱面安裝大的塊,使得襯裡在其整個橫截面上由相同的材料組成。旨在增加對壁襯裡之保護及其耐久性的另一已知方法在於提供包括高熔點陶瓷(例如,高氧化鋁含量預鑄塊)之橫向襯裡層的額外所謂陶瓷杯,用於保護壁襯裡之含碳塊。具有不同材料之兩個環形層之複合襯裡的爐膛組態亦為熟知的。通常,使用材料,使得外層之熱導率比具有與熔融鐵接觸之熱面的內層之熱導率高。
尤其用於鼓風爐之爐腹及用於豎井區的複合襯裡組態揭示於(例如)美國專利第3,953,007號中。此專利建議不同含碳耐火材料之兩個分離層,例如,高熱導率石墨塊之外層及具有高抗磨損性及高耐化學侵蝕性的由碳化矽組成之內層。事實上,在鼓風爐耐火材料之領域中,已知將碳化矽或金屬矽添加至含碳混合物,以便改良(降低)滲透性、減小孔徑且改良耐磨性。
關於爐膛壁襯裡,更特定言之,在美國專利第3,520,526號中提出類似分層方法。此專利建議提供實質上相等厚度之兩個層,其中外層之厚度較佳地為內層之厚度的0.8倍至1.2倍。更特定言之,US 3,520,526建議與冷卻系統(例如,與狹板)接觸之徑向外層應具有實質上比徑向內層之熱導率高的熱導率,詳言之,高至少五倍。
爐膛之耐火材料襯裡之耐久性為關於爐齡持續時間之關鍵因素,此係因為耐火材料襯裡之故障為過早停機的最常見原因中之一者。因此,為了達成所要的爐齡持續時間,尖端耐火材料及組態為目前先進技術,且有關花費係已接受的。所需品質其中有:良好的耐熔融生鐵侵蝕性、良好的耐氧化性、低滲碳溶解速率、高機械強度及高熱導率以將熱面維持在儘可能低的溫度。因此,考慮爐膛之總構造成本,耐火材料襯裡自身可明顯占總成本之三分之二(66%)以上,亦即,超過鋼殼及爐膛冷卻系統之成本。顯然,在保持現有殼及冷卻構造的複襯之情況下,耐火材料構成總成本中甚至更重的比例。
另一方面,亦眾所周知,當前之趨勢為不斷增加之生產率。鼓風爐之生產能力尤其(但以顯著之方式)受到爐膛之有用內部容積限制,該容積在徑向上受到襯裡厚度及殼直徑限制。
鑒於前述內容,顯然希望減小爐膛壁襯裡之總壁厚度以便達成降低襯裡成本及增大爐膛之有用內部容積的益處中之任一者或較佳兩者。
技術問題
因此,本發明之一目標為提供用於冶金爐(詳言之,用於鼓風爐)之爐膛組態,其准許減小壁襯裡之壁厚度(亦即,在徑向方向上之厚度),而對壁襯裡之耐久性的影響最小或無不利影響。
此目標係藉由申請專利範圍第1項中所主張之爐膛達成。
按已知方式,冶金反應器(詳言之,鼓風爐)之爐膛包含一外金屬支撐結構(下文:殼),在鼓風爐之情況下,其具有用於使熔融金屬流出之至少一流出孔。為了容納包括熔融金屬之浴,爐膛具有耐火材料之一環形全圓周壁襯裡,其包含於殼內部,且典型地由冷卻系統(例如,在殼與襯裡之間的狹板冷卻器之外環)做背襯。本發明特定言之係關於壁襯裡之下部區域的組態,其最典型地曝露至最嚴苛的條件下。在鼓風爐中,下部區域位於流出孔下方。根據本發明,此下部區域包括一第一徑向內層,其面向爐膛之內部且包含至少一且典型地若干個垂直堆疊的由耐火材料元件(例如,小磚或較大的磚)組成之環。下部區域進一步包含一第二徑向外層,其面向外殼且給內層做背襯。外層亦包含至少一且典型地若干個垂直堆疊的由耐火材料元件組成之環。另外,根據本發明,下部區域中的內環中之至少一者包含由第一含碳耐火材料製成之元件,該第一含碳耐火材料與製成外層中的元件之一或多種含碳耐火材料不同。
根據本發明之一重要態樣,至少一內環之含碳耐火材料為高效能耐火材料,為此,該高效能耐火材料含有總共按質量計至少5%之比例的至少一屬性增強添加劑,該屬性增強添加劑在外層中的元件之耐火材料中並不含有,且除了比較廉價的熟知屬性增強添加劑金屬矽及碳化矽中之任一者或兩者之外或作為熟知屬性增強添加劑金屬矽及碳化矽中之任一者或兩者之替代加以提供。
根據另一重要態樣,該至少一內環具有在論述中的內環之高度處的壁襯裡之總壁厚度之小於45%、較佳地小於35%之厚度。
如將瞭解,本發明提出與習慣作法及普遍持有之觀念相反之行動,根據此,應將較經濟(亦即,較不昂貴)之耐火材料置放於曝露之熱面處(見(例如)前述US 3,520,526)。此外,在導致本發明之發展過程中,已形成理論,即,當位於曝露之表面上時,甚至比較小厚度之高效能耐火材料(例如,TiC增強之耐火材料)都可導致顯著增加之襯裡效能及耐久性。因此,當與先前技術比較時,所提出之組態允許顯著減小背襯外層之厚度且(更通常地)總的壁襯裡厚度。此外,期望所提出之組態能夠以相當較低之成本來達成等效於迄今僅藉由全範圍厚度(熱面至冷面)之對應高效能耐火材料才可達成之襯裡效能的襯裡效能。因此,藉由具有改良之屬性(例如,增加之耐液體熱金屬磨損性)的耐火材料構成內層允許減小壁襯裡厚度,而對壁襯裡之耐久性的影響最小或無不利影響。
較佳額外屬性增強添加劑含有總共按質量計5%至20%之金屬鈦或鈦化合物。更佳地,第一耐火材料含有按質量計50%至85%之碳,及作為額外屬性增強添加劑的總共按質量計5%至20%之選自以下者之群的一或多種材料:金屬鈦、碳化鈦、氮化鈦及碳氮化鈦或氧化鈦。最佳的耐火材料進一步含有總共按質量計5%至15%之金屬矽;及總共按質量計5%至15%之氧化鋁。用於製造此耐火材料之一例示性方法(例如)自EP 1 275 626得知。根據另一態樣,第一耐火材料較佳地具有在600℃下至少15 W/mK之熱導率,例如,如藉由此最佳耐火材料所達成。
根據本發明之一重要態樣,該至少一內環包含在其外面上具有一錨定部分之元件,且該至少一外環包含在其內面上具有一錨定部分之元件,每一對錨定部分合作用於與徑向向內且圓周切向錯位相抵將內環之元件緊固至外環之對應元件。如將瞭解,此組態致能內層的厚度之進一步減小,而不危害其構造之機械穩定性(如與簡單的砌築狀構造相反)。在此組態中,合作錨定部分較佳地具有提供面對元件之外面與內面之間的連續間隙之共軛、理想的平滑修圓形狀。
藉由前述錨定,該至少一外環可有益地包含由第二含碳耐火材料製成之大寬度塊,該至少一外環包含具有大於在外環之高度處的壁襯裡之總壁厚度之65%之寬度的大寬度塊。因此,該至少一內環可包含小寬度塊,其具有小於在此高度處的壁襯裡之總壁厚度之35%之寬度。在一較佳且簡單類型之錨定中,該至少一內環具有在其外面上具有蘑菇形錨定突起的小寬度塊,而該至少一外環具有在其內面上具有共軛蘑菇形錨定凹座的大寬度塊。突起與凹座因此嚙合且合作以相對於大寬度塊與徑向向內且圓周切向錯位相抵緊固小寬度塊,以便進一步增加構造穩定性。在藉由減少具有錨定部件的特殊塊之數量來降低製造成本之組態中,該至少一內環包含按交替方式配置的第一類型之小寬度塊及第二類型之小寬度塊。第一類型具有一錨定部分,而第二類型缺少錨定部分。為了緊固第二類型之小寬度塊,第一及第二類型之小寬度塊具有各別共軛水平橫截面。
在一較佳具體實例中,下部區域進一步包含一在外層與內層之間垂直延伸之中間搗打層。較佳地,此搗打層由包含下列者之組成物製成:基本上由石墨組成之細粒相及基本上由微孔碳組成之粗粒相。
在一最簡單構造中,內環在徑向方向上由具有等於內環之厚度的寬度之單一耐火材料塊製成,且類似地,外環在徑向方向上由具有等於外環之厚度的寬度之單一耐火材料塊製成。典型地,內層包含由第一耐火材料製成的耐火材料元件(詳言之,耐火材料塊)之至少兩個(較佳地,三個至四個)垂直堆疊之內環之垂直序列。
關於可達成的總壁厚度之減小,倘若內層形成襯裡之熱面,則內層可具有在200 mm至600 mm之範圍中、較佳地在250 mm至550 mm之範圍中的厚度,且壁襯裡具有小於1350 mm、較佳地小於1100 mm之總壁厚度(在最低內環之層級處)。倘若提供一陶瓷杯以形成熱面,則內層具有在250 mm至400 mm之範圍中的厚度,且包括陶瓷層之壁襯裡具有小於1500 mm之總壁厚度(在最低內環之層級處)。
如將理解,根據本發明之爐膛雖然並不排他,但特別適合於在鼓風爐中之工業應用,藉由複襯現有爐作為修整或作為用於新構造之設計。
參看隨附圖式自若干非限制性具體實例之以下詳細描述,本發明之另外細節及優勢將顯而易見。
圖1A至圖1B示意性說明冶金反應器(更特定言之,鼓風爐)之爐膛。該爐膛大體由參考10識別。按已知方式,爐膛10具有外殼12。殼12為在圖1A中看可為圓柱形或垂直橫截面(圖中未示)可為錐形之焊接鋼結構。按已知方式,在殼12之上部區域中提供一或多個流出孔14(見圖3至圖4),用於使熔融生鐵及爐渣流出。爐膛10圍封大體由參考16識別之環形圓周壁襯裡。爐膛10亦具有本來已知組態之一底部襯裡,亦即,爐膛墊17。壁襯裡16之內表面及墊17之頂表面徑向且軸向定界在爐膛10內部之有用容積。
環形壁襯裡16在爐膛10之全圓周上延伸,且除了具有10°至35°之範圍的在流出孔14周圍之有限圓周角扇形之外,具有如圖1B中所示之旋轉對稱組態。圖1A至圖1B進一步示意性說明由鑄鐵或銅製成之液冷式冷卻構件18,例如,冷卻狹板。冷卻構件18配置於固定於殼12內部之環中,在殼12與壁襯裡16之外面之間,且連接至已知種類之強制循環冷卻系統。冷卻構件18亦可由用於噴霧冷卻外殼12之配置替換或補充。熱導性搗打料19(例如,合適的含碳料)之外層保證冷卻構件18與壁襯裡16之外面的熱導性接觸。按已知方式,冷卻構件18冷卻壁襯裡16,以便大體減少其磨損,且特定言之,以便在操作期間在壁襯裡16之內表面上形成固化物質之永久保護堆積(爐瘤/碎渣)。在殼12與冷卻構件18之間,可提供絕緣搗打料(圖中未示)以便降低殼12之溫度。
本發明特定言之係關於壁襯裡16之下部區域之組態,如在圖1A中在「h」處所說明。因此省略關於爐膛10組態之其他已知細節。眾所周知,下部區域h典型地為就磨損而言最關鍵的區域中之一者,在其中在鼓風爐之情況下典型地發生所謂的「蒟蒻」磨損型樣。此下部區域h典型地部分延伸至爐膛墊17內且自爐膛之底表面(墊之頂部)向上延伸約1000 mm至1400 mm。如應瞭解,下文描述之具體實例有益地在此關鍵區域h中應用。然而,當然,下列教示亦可應用於較高層級處,例如,在自流出孔14下方至墊17之頂部的整個高度H上,該高度H典型地量測為自流出孔中心線至墊之頂部(圖中未示)800 mm至3500 mm。
根據圖1A之剖面線IB-IB,圖1B說明貫穿壁襯裡16之耐火材料元件之最低列(更特定言之,在墊17之頂部處或正上方)的橫截面。此層級典型地具有最厚壁襯裡,亦即,如在圖1中之D處指示的壁襯裡16之總厚度在緊接在墊17頂上的壁襯裡16之下端處最大。然而,如在圖1A中看出,壁襯裡16之下部區域可具有對應於跨越其自墊之頂部至流出孔14之整個高度H的總壁厚度D之均勻厚度(在徑向方向上之展度)。在任一幾何形狀及類型之反應器中,壁襯裡16為由適合於含有主要包括熔融金屬(尤其,熔融生鐵)及其他組份(諸如,爐渣)之浴之耐火材料製成的自支撐結構。
更特定言之,如在圖1A至圖1B中所示,壁襯裡16具有在爐膛10之內部之側上的第一內層20及在殼12之側上的第二外層22(其給內層20做背襯)。形成壁襯裡16之下部區域的兩個層20、22中之每一者分別由若干垂直堆疊之內環24及外環26(由在圓周方向上組裝之耐火材料元件製成)建置。每一環24、26因此形成在爐膛10之中心周圍完全延伸之水平環帶。如在圖1中看出,耐火材料元件為比較厚之塊,使得環24、26中之每一者在徑向方向上由具有各別環24、26之厚度的各別單一耐火材料塊21、23組成。塊21、23之寬度因此亦分別界定內層20及外層22之各別厚度。然而,雖未說明且未認為係較佳,但每一環22、26亦可由比較起來較小的磚之多個環形層製成。如與磚相反,在本情境下,表達「塊」指具有至少20 dm3(0.02 m3)之總體積(例如,超過200 mm×200 mm(高度×寬度)之尺寸及超過500 mm之長度(在圓周方向上))的元件。在圖1A至圖1B之具體實例中,兩個層20、22中之每一者為砌築型構造之塊21、23的自支撐環形壁。
更特定言之且根據本發明,內環24之耐火材料塊21由特殊高效能含碳第一耐火材料製成,除了熟知金屬矽及/或碳化矽之外,或作為對熟知金屬矽及/或碳化矽之替代,該第一耐火材料亦含有總共按質量計至少5%之大比例的特殊屬性增強添加劑。較佳的含碳耐火材料含有按質量計50%至85%之碳,及作為屬性增強添加劑的總共按質量計5%至20%之選自以下者之群的一或多種材料:金屬鈦、碳化鈦、氮化鈦、碳氮化鈦或氧化鈦。最佳地,將根據EP 1 275 626(其內容被以引用的方式併入本文中)之碳化鈦或碳氮化鈦(TiC)增強之耐火材料用於製造內列24之塊21。根據EP 1 275 626之耐火材料進一步包含總共按質量計5%至15%之金屬矽及總共按質量計5%至15%之氧化鋁。不排除用於生產適合於在根據本發明之內環24中使用之耐火材料塊21的其他高效能耐火材料。其他添加劑包括不同於碳化矽之石墨粒子及陶瓷,其可包括於含碳耐火材料中以改良其屬性。自US 3,007,805得知另一並不較佳之耐火材料,該專利提出尤其為碳化鋯結合之石墨耐火材料,作為對碳化矽結合之石墨耐火材料的替代。然而,在內耐火材料塊21中,如(例如)自Nippon Electrode Company Ltd在商業名稱BC-15SRT下可購得的根據EP 1 275 626之耐火材料係較佳的,此係由於其額外之耐滲碳溶解性,尤其在浴10在碳中不飽和(例如,鑒於減少碳的氧化物排放)之情況下。
在圖1A至圖1B中說明之具體實例中,在內層20中存在由同樣的高效能耐火材料(見相同影線)製成之若干垂直堆疊之內環24,例如,高達6至8個環。即,跨越整個高度H應用與在關鍵下部區域h中類似的組態。外層22又可包含由一或多種不同材料製成之外環26,例如,在下部列26中之若干者中具有導熱性比上部列中之第三材料高的第二耐火材料(由交叉影線指示)。
另外,根據本發明且如在圖1B中所說明(未按比例),內環24具有小於壁襯裡16之總壁厚度D的45%之厚度d,例如,在200 mm至600 mm之範圍中,較佳地,在250 mm至550 mm之範圍中。此比率適用於構成墊17上方之相關主區域(尤其,壁襯裡16之下部區域h)的垂直堆疊之內環24中之每一者(與其絕對厚度無關),且在變化厚度(如在圖2A中所示)之情況下,在論述中的內環24之垂直層級處分別加以考慮。在內環24具有如在圖1A至圖1B中的單一塊21之厚度之情況下,塊21經機械加工以具有等於內環之厚度d的寬度,其隨壁襯裡16之預定尺寸而變。因此,如自圖1B進一步顯現,外環26包含比較大寬度(D-d)之塊23,該寬度大於在所關注的外環26之層級處的壁襯裡16之總壁厚度D之50%、較佳地大於55%且更佳地大於65%。關於耐火材料,外塊23可由具有比較高的熱導率之任一合適的第二習知含碳材料(較佳地,高品質微孔或超微孔耐火材料)製成。視位置而定,可使用不同類型之外塊23(如在圖1A中看出)。較佳地,內層20(更特定言之,耐火材料塊21)由亦具有在600℃下至少15 W/mK之比較高的熱導率之材料組成,如藉由根據EP 1 275 626之材料可達成。
如在圖1A至圖1B中進一步看出,壁襯裡16具有一設置於外層22與內層20之間的中間搗打層28,以便避免熱機械應力損害。除了准許層20、22之間的不同熱膨脹之外,中間搗打層28亦保證其間之熱傳遞。中間搗打層28由任一合適的組成物(較佳地,特殊三相含碳搗打組成物)製成。其第一相為基本上由石墨(較佳地,藉由在高溫下之無煙煤煅燒獲得的人造石墨)組成之細粒相。第二相為基本上由磨碎之低孔隙率微孔碳組成的粗粒相。後者較佳地藉由研磨高品質超微孔含碳耐火材料之生產殘渣獲得。按典型方式,組成物包含將可搗打性給予搗打材料之合適已知結合相。對於中間搗打層28,將具有高熱導率之搗打組成物用於在熱曝露塊21與由冷卻構件18冷卻之外塊23之間的最佳可能熱傳遞。如在圖1A中最佳地看出,環形搗打層28按不間斷圓柱形方式在內層20與外層22之間實質上垂直地延伸。
根據圖1A至圖1B之以上描述的在壁襯裡16之流出孔14下方的下部區域之組態之一特定較佳實施例如下:
實施例1:
如將瞭解,所提出之壁襯裡16具有以下不可否認的優點:使高效能耐火材料(例如,BC-15 SRT)之所需總數量及有關成本最小化,同時仍減小總壁厚度(D)且維持壁襯裡16之持久長壽命組態。如將注意到,約1200 mm之總壁厚度D(其為在最低列塊處的最大壁厚度)表示與具有大約1700 m至2000 m之典型的壁厚度之功能上等效之先前技術襯裡相比高達25%或以上之相當大的減小。
圖2A至圖2B說明另一較佳具體實例,其不同之處主要在於,藉由兩個額外措施使高效能耐火材料之使用進一步最小化,同時進一步增大了爐膛10之有用直徑。首先,內層20之厚度絕對減小,且其此外自墊之頂部向上減小。其次,含有至少一屬性增強添加劑(不同於金屬矽或碳化矽)之第一耐火材料用於數目減少之內列24(如由不同影線說明)中。
圖2A至圖2B之具體實例准許實行(例如)以下實施例:
實施例2:
下文,將僅詳述壁襯裡216關於圖1A至圖1B之壁襯裡的主要差異及相關共同特徵,其他已描述之特徵係相同的。
壁襯裡216(如最佳地見於圖2B中)亦具有各別環24、26之內環20及外環22。內環20亦由如上闡明之TiC增強之耐火材料所製成的耐火材料塊221建置。然而,與圖1A至圖1B相比,內環24之厚度d進一步減小至小於在考慮之高度處的襯裡216之總壁厚度D的35%。因此,耐火材料塊221通常具有約200 mm至400 mm之小寬度d。為了確保適當的穩定性,根據本發明之一獨立態樣,內環24之小寬度耐火材料塊221藉由合作錨定部分而錨定至外環26之耐火材料塊223。
為此,如在圖2B之放大圖中最佳地看出,內環24之每一小寬度耐火材料塊221在其凸外面上具有一錨定部分,更特定言之,圓形蘑菇形突起231。外環26之對應耐火材料塊223在其凹內面上呈現一合作錨定部分,例如,共軛蘑菇形凹座233。錨定突起231及凹座233藉由共軛形狀組態,以便保證一種「鬆散」形式擬合(正擬合)嚙合。更特定言之,如可(例如)藉由在水平剖面中的突起231之大體鳩尾形狀達成,突起231及共軛凹座233經組態以與在徑向向內方向上且在切向(亦即,在關於大寬度塊223之圓周方向上)之錯位相抵緊固(亦即,收緊)小寬度塊221。根據鳩尾型連接,在W處指示的突起231之最大圓周量測等於或大於在w處指示的凹座233之最小圓周量測。如在圖2B中進一步看出,突起231及共軛凹座233經定尺寸以便當嚙合時在其間形成大約20 mm至100 mm、較佳地40 mm至60 mm之小間隙。該間隙准許不間斷中間搗打層28穿過其,亦即,在內塊221之外面與外塊223之內面之間(如在圖2B中看出),使得連續確保搗打接合之功能。如將理解,其他類型之錨定部分231、233及使突起與凹座之位置倒轉同等地在本範疇內。在任一情況下,平滑圓形形狀較佳地有利於搗打層28。如自圖2B進一步顯現,內環24之塊221經配置以使其接合點相對於外環之塊223交錯了由在s處指示之小展度。因此,突起231與凹座233在圓周方向上稍微偏心地配置於各別塊221、231內。
此外,如依靠圖2A中之不同影線最佳地看出,此具體實例包含具有數目較有限之內環24之內層20,內環24具有由特殊第一耐火材料製成之耐火材料塊221。舉例而言,僅下部四個環24可由此等耐火材料塊221製成,以便僅覆蓋關鍵下部區域h自身,而不跨越全高度H延伸。上方之另外內列24可由在外列26上使用之相同習知耐火材料製成。如將理解,具有合作錨定部分231、233之錨定組態有益地應用於整個高度H上,且甚至超過整個高度H,與在內層20及外層22之耐火材料塊中使用之材料無關。如將瞭解,所提出之錨定模式允許使用非常小厚度之內層,而不影響搗打層28。
如亦將注意到,在圖2A至圖2B之具體實例中,內層20不具有直圓柱熱面,此係因為內層20之厚度d在向上方向上逐步減小。因此,根據考慮的垂直層級之要求,使磚221之寬度d個別地最小化。
圖3A至圖3B說明主要在三個態樣(其未必組合地應用)上與圖2A至圖2B之先前具體實例不同之第三具體實例。首先,提供一陶瓷杯。其次,且因此,內層20具有直圓柱熱面(圖中未示)。第三,利用陶瓷杯,進一步減小內層20之絕對厚度。
因此,如在圖3A至圖3B中看出,根據第三具體實例之壁襯裡316包含陶瓷材料(例如,SiAlON結合之高氧化鋁含量磚)之最內保護層300,用於保護內層20及外層22。按本來已知之方式,陶瓷層300在下部區域h上方延伸且延伸超出下部區域h,且藉由可鑄或搗打料(圖中未示)之比較厚的接合點(例如,10 mm至15 mm)大體與碳層分開,亦即,在圖3A至圖3B之情況下,與內層20分開。環形陶瓷層300為按已知方式建置的陶瓷杯之部分,且具有比較小的壁厚度,例如,300 mm。當操作具有在碳中不飽和之浴的爐膛10時,尤其但並不排他地推薦陶瓷層300之使用。如在如圖3A中所示的流出孔14之中心線周圍的+/- α(例如,+/- 5°至12.5°)之扇形中進一步看出,內環20包含在此小的扇形中之較大中心寬度之特殊塊25。因此,且如同等地適用於圖1A至圖1B及圖2A至圖2B之先前具體實例,在此圓周有限區域(例如,10°至25°)中,圖2之壁襯裡216具有較大總壁厚度,例如,1500 mm至2100 mm。在流出孔14處需要較大厚度以達成所要的出渣速率。如將注意到,在流出孔14周圍之塊25可由與塊21、221、321之耐火材料不同的耐火材料製成。如將理解,流出孔塊25不需要錨定部分231、233,此係因為其缺少背襯搗打層28。
因此,圖3A至圖3B之具體實例允許根據以下實施例構造爐膛:
實施例3(具有陶瓷杯):
壁襯裡416之另一較佳具體實例說明於圖4A至圖4B中,下文僅描述其相對於圖3A至圖3B之差異。此具體實例允許使用不同模式錨定至外環26的小寬度內環24。如在圖4A中最佳地看出,內環24具有按圓周交替配置之兩個不同類型的小寬度塊421、421'。第一類型之塊421具有比較小的圓周展度且具備類似於圖4A之形式擬合突起231,然而,其居中配置於塊421中。第二類型之塊421'缺少形式擬合突起且可具有比較大的圓周展度。如在圖4B中最佳地看出,第一類型之塊421與第二類型之塊421'具有共軛合作水平橫截面,用於將缺少錨定突起的第二類型之小寬度塊421'與第一類型之小寬度塊421一起緊固至外環26之塊223。如在圖4B中看出,(例如)可使用將大體梯形共軛橫截面給予小寬度塊421、421'之傾斜切向面達成合作形狀。當與圖3A至圖3B比較時,第二類型之塊421'及因此內環24製造起來較經濟。此外,在外層22中,在第二類型之小寬度塊421'之圓周位置處,可使用無錨定部分之簡單塊23,如在圖2B中。因此,減少為了提供錨定部分231、233而需要特殊製造的在內層20中及在外層22中之塊223及421之總數。然而,圖4A至圖4B之具體實例之其他特徵係相同的。然而,如將理解,可獨立於陶瓷杯300之存在或經錨定磚421、421'之材料類型使用根據圖4A至圖4B之錨定組態,具有將具有錨定部分的特殊形狀塊421、223'之數目減少高達50%之益處。
總之,如將瞭解,根據本發明的壁襯裡16、216、316、416之組態准許達成在不提供陶瓷層300之情況下小於1350 mm、甚至小於1100 mm及在提供陶瓷層300之情況下小於1500的壁襯裡16之總壁厚度D。此係藉由依靠具有小於600 mm、較佳地小於400 mm之寬度d的高效能含碳耐火材料之小寬度內層提供多層壁襯裡16以節省成本的方式達成。
雖然在應用上不限於此,但本發明特別適用於鼓風爐爐膛10。
圖1A-1B
10‧‧‧爐膛
12‧‧‧外殼
16‧‧‧壁襯裡
17‧‧‧底部襯裡
18‧‧‧冷卻構件
19‧‧‧外搗打層
20‧‧‧內層
21‧‧‧內耐火材料塊
22‧‧‧外層
23‧‧‧外耐火材料塊
24‧‧‧內環
26‧‧‧外環
28‧‧‧中間搗打層
H‧‧‧整個高度
h‧‧‧下部區域
1B‧‧‧剖面線
D‧‧‧總壁厚度
d‧‧‧厚度
圖2A-2B
10‧‧‧爐膛
12‧‧‧外殼
17‧‧‧底部襯裡
18‧‧‧冷卻構件
19‧‧‧外搗打層
20‧‧‧內層
22‧‧‧外層
24‧‧‧內環
26‧‧‧外環
28‧‧‧中間搗打層
216‧‧‧壁襯裡
221‧‧‧內耐火材料塊
223‧‧‧外耐火材料塊
231‧‧‧錨定突起
233‧‧‧錨定凹座
D‧‧‧總壁厚度
d‧‧‧厚度
W‧‧‧突起231之最大圓周量測
w‧‧‧凹座233之最小圓周量測
s‧‧‧小展度
圖3A-3B
10‧‧‧爐膛
12‧‧‧外殼
14‧‧‧流出孔
17‧‧‧底部襯裡
18‧‧‧冷卻構件
19‧‧‧外搗打層
20‧‧‧內層
22‧‧‧外層
24‧‧‧內環
25‧‧‧流出孔塊
26‧‧‧外環
28‧‧‧中間搗打層
300‧‧‧陶瓷層
316‧‧‧壁襯裡
321‧‧‧內耐火材料塊
223‧‧‧外耐火材料塊
231‧‧‧錨定突起
233‧‧‧錨定凹座
D‧‧‧總壁厚度
d‧‧‧厚度
W‧‧‧突起231之最大圓周量測
w‧‧‧凹座233之最小圓周量測
s‧‧‧小展度
圖4A-4B
10‧‧‧爐膛
12‧‧‧外殼
14‧‧‧流出孔
18‧‧‧冷卻構件
19‧‧‧外搗打層
20‧‧‧內層
22‧‧‧外層
23‧‧‧外耐火材料塊
24‧‧‧內環
25‧‧‧流出孔塊
26‧‧‧外環
28‧‧‧中間搗打層
300‧‧‧陶瓷層
416‧‧‧壁襯裡
421‧‧‧內耐火材料塊(第一類型)
421'‧‧‧內耐火材料塊(第二類型)
223‧‧‧外耐火材料塊
231‧‧‧錨定突起
233‧‧‧錨定凹座
圖1A至圖1B說明根據本發明之第一具體實例的鼓風爐爐膛,其中圖1A為爐膛之垂直剖視圖,且圖1B為根據圖1A中之剖面線IB-IB的在下部區域中之示意性水平橫截面圖;
圖2A至圖2B說明根據本發明之第二具體實例的鼓風爐爐膛,其中圖2A為爐膛之垂直剖視圖,且圖2B為根據圖2A中之剖面線IIB-IIB的在下部區域中之示意性水平橫截面圖;
圖3A至圖3B為根據本發明之第三具體實例的鼓風爐爐膛之示意性水平橫截面圖,其中圖3B展示圖3A之區域之放大圖;
圖4A至圖4B為根據本發明之第四具體實例的鼓風爐爐膛之示意性水平橫截面圖,其中圖4B展示圖4A之區域之放大圖。
貫穿此等圖式,具有實質上相同功能或結構之特徵由相同參考數字來提及。
10...爐膛
12...外殼
16...壁襯裡
17...底部襯裡
18...冷卻構件
19...外搗打層
20...內層
22...外層
24...內環
26...外環
28...中間搗打層
Claims (15)
- 一種用於一冶金反應器、詳言之用於一鼓風爐之爐膛,該爐膛(10)包含:一外殼(12)及一環形壁襯裡(16;216;316),其配置於該殼內部且由用於含有包括熔融金屬之一浴的耐火材料製成;該壁襯裡具有一下部區域,其包含:一徑向內層(20),其面向該爐膛之內部且包含耐火材料元件之至少一內環(24);一徑向外層(22),其面向該外殼且包含耐火材料元件之至少一外環(26);該至少一內環(24)包含由與製成該外層之該等元件(22)之一或多種含碳耐火材料不同的一第一含碳耐火材料製成的元件(21;221;321、321');其中該第一耐火材料含有總共按質量計至少5%之一比例的不同於金屬矽或碳化矽之至少一屬性增強添加劑,及該至少一內環(24)具有小於在該內環之高度處的該壁襯裡(16;216;316)之總壁厚度(D)之45%、較佳地小於35%之一壁厚度(d),且其中該至少一內環(24)包含在其外面上具有一錨定部分(231;331)之元件(221;321),且該至少一 外環(26)包含在其內面上具有一錨定部分(233;333)之元件(223;323),每一對錨定部分合作以與徑向向內且圓周切向錯位相抵將該內環(24)之一元件(221;321)緊固至該外環之一對應的元件(223;323)。
- 如申請專利範圍第1項之爐膛,其特徵在於,該第一耐火材料含有總共按質量計5%至20%之金屬鈦或一種鈦化合物作為一額外屬性增強添加劑。
- 如申請專利範圍第2項之爐膛,其特徵在於,該第一耐火材料含有按質量計50%至85%之碳,及作為一額外屬性增強添加劑的總共按質量計5%至20%之選自以下者之群的一或多種材料:金屬鈦、碳化鈦、氮化鈦及碳氮化鈦或氧化鈦。
- 如申請專利範圍第3項之爐膛,其特徵在於,該第一耐火材料進一步含有總共按質量計5%至15%之金屬矽;及總共按質量計5%至15%之氧化鋁。
- 如申請專利範圍第1項之爐膛,其特徵在於,該等合作錨定部分具有共軛、較佳地平滑圓形形狀,該等形狀經組態以提供在對應的元件(221、223;321、323)之該外面與該內面之間的一連續中間間隙。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之爐膛,其特徵在於,該下部區域進一步包含一在該外層(22)與該內層(20)之間垂直延伸之中間搗打層(28)。
- 如申請專利範圍第6項之爐膛,其特徵在於,該搗打層(28)由一組成物製成,該組成物包含:一基本上由石墨組成之細粒相;一基本上由微孔碳組成之粗粒相。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之爐膛,其特徵在於,該至少一外環(26)包含由一第二含碳耐火材料製成之大寬度塊(23),該至少一外環包含具有大於在該外環之高度處的該壁襯裡(16;216;316)之該總壁厚度(D)之65%之一寬度的大寬度塊,且在於,該至少一內環(24)包含具有小於在該內環之該高度處的該壁襯裡(216)之該總壁厚度(D)之35%之一寬度的小寬度塊(221)。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之爐膛,其特徵在於,該至少一內環(24)包含在其外面上具有一蘑菇形(231)錨定突起之小寬度塊(221);及該至少一外環(26)包含在其內面上具有一共軛蘑菇形錨定凹座(233)之大寬度塊(221);該等錨定突起(231)及該等錨定凹座(233)經嚙合且合作以與徑向向內且圓周切向錯位相抵相對於該等大寬度塊緊固該等小寬度塊。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之爐膛,其特徵在於,該至少一內環包含按交替方式配置之一第一類型之小寬度塊(321)及一第二類型之小寬度塊 (321'),該第一類型(321)包含一錨定部分(331),且該第二類型(321')缺少錨定部分,該第一類型之小寬度塊(321)及該第二類型之小寬度塊(321')具有各別共軛水平橫截面,其合作以緊固該第二類型(321')之小寬度塊。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之爐膛,其特徵在於,該第一耐火材料具有在600℃下至少15W/mK之一熱導率。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之爐膛,其中該至少一內環(24)在徑向方向上由具有一等於該內環(24)之該厚度(d)之寬度的一單一耐火材料塊(21;221;321、321')製成,且特徵在於,該至少一外環在徑向方向上由具有一等於該外環之該厚度之寬度的一單一耐火材料塊製成。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之爐膛,其特徵在於,該內層(20)包含耐火材料元件之一連串至少兩個、較佳地三至四個垂直堆疊之內環(24),該等耐火材料元件詳言之為由該第一耐火材料製成之耐火材料塊(21;221;321、321')。
- 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項之爐膛,其特徵在於,該內層(20)形成該襯裡之熱面,且在最低內環之層級處,該內層(20)具有在200mm至600mm之範圍中、較佳地在250mm至550mm之範圍中的 一厚度(d),且該壁襯裡(16)具有小於1350mm、較佳地小於1100mm之一總壁厚度(D);或該壁襯裡進一步包含一設置於該內層(20)之內側面上的環形陶瓷層(30),在最低內環之該層級處,該內層具有在250mm至400mm之範圍中的一厚度(d),且包括該陶瓷層之該壁襯裡具有小於1500mm之一總壁厚度。
- 一種鼓風爐,其包含如申請專利範圍第1項至第14項中任一項之爐膛(10)。
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