專利名稱：用于具有改進(jìn)的壁內(nèi)襯的冶金爐的爐床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及冶金反應(yīng)堆(尤其是煉鐵爐，比如，高爐)的爐床的結(jié)構(gòu)。更具體而言，本發(fā)明涉及用線條標(biāo)示爐壁的耐火材料的配置。
背景技術(shù)：
冶金爐的爐床通常具有外部鋼殼，該外部鋼殼通常具有至少一個(gè)出鋼口以用于熔融金屬出鋼，并且該爐床具有耐火材料的內(nèi)襯，用于容納超過的1100° C的高溫的熔融金屬熔池(bath)。內(nèi)襯包括后文中稱為壁內(nèi)襯的外殼的橫向內(nèi)襯以及爐床的底部中的內(nèi)襯(即，爐床襯墊)。在高爐領(lǐng)域內(nèi)，具有用于構(gòu)造壁內(nèi)襯的各種方法。在眾所周知的方法中，壁內(nèi)襯為較小磚塊構(gòu)成的多個(gè)同心環(huán)的磚砌物。這些磚塊通常由高傳導(dǎo)性熱壓碳制成。另一種方法使用較大的耐火材料塊，所述耐火材料通常也為碳質(zhì)材料(包括碳、熱壓碳、石墨、半石墨以及熱壓半石墨)。通常地，較大的塊從所述殼到熱表面以單一厚度安裝，以便該內(nèi)襯在其整個(gè)截面上包括相同的材料。另一種已知的方法的目的在于提高壁內(nèi)襯的保護(hù)性和耐久性，所述已知方法包括提供一個(gè)額外的所謂陶瓷杯，該陶瓷杯包括高熔點(diǎn)陶瓷的橫向內(nèi)層，t匕如，高氧化鋁含量的預(yù)鑄塊，用于保護(hù)壁內(nèi)襯的碳質(zhì)塊。而且，眾所周知的爐床配置具有不同材料的兩個(gè)環(huán)形層構(gòu)成的復(fù)合內(nèi)襯。通常，使用材料以使得外層的導(dǎo)熱率高于具有與熔融鐵接觸的熱面的內(nèi)層的導(dǎo)熱率。比如，在美國(guó)專利號(hào)3，953，007中，披露了一種復(fù)合內(nèi)襯配置，尤其用于爐腹以及用于高爐的軸部區(qū)域。該專利提出了不同碳質(zhì)耐火材料制成的兩個(gè)單獨(dú)層，比如，高導(dǎo)熱率的石墨塊的外層以及具有高的耐磨損性和耐化學(xué)侵蝕性的碳化硅的內(nèi)層。實(shí)際上，在高爐耐火材料的領(lǐng)域內(nèi)，已知將碳化硅或金屬硅加入碳質(zhì)混合物內(nèi)，以便提高(降低)滲透性、減小孔隙尺寸并且提高耐磨性。更具體而言，有關(guān)爐床壁內(nèi)襯，在美國(guó)專利號(hào)3，520，526中提出了一種相似的分層方法。該專利提出了提供具有厚度基本相同的兩個(gè)層，外層的厚度優(yōu)選地為內(nèi)層厚度的0. 8到1. 2倍。更具體而言，US 3，520, 526提出了與冷卻系統(tǒng)(比如，與板條)接觸的徑向外層的導(dǎo)熱率應(yīng)顯著高于徑向內(nèi)層的導(dǎo)熱率，尤其高至少五倍。爐膛的耐火內(nèi)襯的耐久性為關(guān)于爐齡期的關(guān)鍵因素，這是因?yàn)槟突饍?nèi)襯發(fā)生故障是過早關(guān)閉的一個(gè)最常見的原因。因此，為了實(shí)現(xiàn)所需要的爐齡期，復(fù)雜的耐火材料和配置為現(xiàn)有技術(shù)水平，并且接受相關(guān)費(fèi)用。其中需要的質(zhì)量為熔融生鐵具有良好的耐腐蝕性、抗氧化性、低的滲碳溶解度、高的機(jī)械強(qiáng)度以及高的導(dǎo)熱率，以便將熱面保持在盡可能低的溫度下。因此，考慮爐床的總體構(gòu)造成本，其本身的耐火內(nèi)襯可能占據(jù)總成本的三分之二(66%)以上，即，超過鋼殼和爐床冷卻系統(tǒng)的成本。顯然，在保持現(xiàn)有外殼和冷卻結(jié)構(gòu)的重內(nèi)襯內(nèi)，耐火材料在總成本中占據(jù)甚至更大的比例。另一方面，也眾所周知，，具有朝著日益提高的生產(chǎn)率發(fā)展的持續(xù)趨勢(shì)。此外并且以明顯的方式，高爐的生產(chǎn)力顯然受到爐床有用內(nèi)部容量的限制，該容量由內(nèi)襯厚度和外殼直徑徑向限制。有鑒于此，顯然需要減小壁內(nèi)襯的總壁厚，從而實(shí)現(xiàn)降低內(nèi)襯成本和增大爐床的有用內(nèi)部容量這兩個(gè)有利之處中的一個(gè)或優(yōu)選地兩個(gè)。技術(shù)問題因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)在于提供用于冶金爐、尤其用于高爐的爐床配置，該爐床配置允許減小壁內(nèi)襯的壁厚(即，徑向上的厚度)，并且對(duì)壁內(nèi)襯的耐用性具有最小的不利影響或沒有不利影響。由根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐床實(shí)現(xiàn)本目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
通過已知的方式，冶金反應(yīng)堆(尤其是高爐)的爐床包括外部金屬支撐結(jié)構(gòu)(后文中稱為外殼)，在高爐的情況下，該外部金屬支撐結(jié)構(gòu)具有用于熔融金屬出爐的至少一個(gè)出鋼孔。為了容納包括熔融金屬的熔池，所述爐床具有耐火材料制成的環(huán)形的完全周向的壁內(nèi)襯，所述壁內(nèi)襯容納在外殼內(nèi)部并且通常由冷卻系統(tǒng)支持，比如,所述冷卻系統(tǒng)為外殼與內(nèi)襯之間的板條冷卻器的外環(huán)。本發(fā)明尤其涉及壁內(nèi)襯的下部區(qū)域的配置，最典型地所述下部區(qū)域暴露在最惡劣的條件中。在高爐中，下部區(qū)域位于出鋼孔之下。根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)下部區(qū)域包括面向所述爐床的內(nèi)部的第一徑向內(nèi)層，并且包括耐火元件的至少一個(gè)并且通常為幾個(gè)豎直層疊的環(huán)，比如，小型磚塊或較大的塊。下部區(qū)域進(jìn)一步包括面向所述外殼并且支持內(nèi)層的第二徑向外層。該外層也包括耐火元件的至少一個(gè)并且通常為幾個(gè)設(shè)置層疊的環(huán)。而且，根據(jù)本發(fā)明，下部區(qū)域內(nèi)的內(nèi)環(huán)中的至少一個(gè)包括由第一碳質(zhì)耐火材料制成的元件，所述第一碳質(zhì)耐火材料與制成所述外層內(nèi)的元件的一種或多種碳質(zhì)耐火材料不同。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，至少一個(gè)內(nèi)環(huán)的碳質(zhì)耐火材料為高性能耐火材料，為此目的,該耐火材料包含質(zhì)量百分比占總質(zhì)量至少為5%的至少一種性能增強(qiáng)添加劑，夕卜層中的元件的耐火材料中未包含所述性能增強(qiáng)添加劑，并且所述性能增強(qiáng)添加劑被添加至或替換比較便宜的眾所周知的性能增強(qiáng)添加劑金屬硅和/或碳化硅。根據(jù)另一個(gè)重要方面，在所討論的內(nèi)環(huán)的高度處，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)的厚度小于所述壁內(nèi)襯的總壁厚的45%、優(yōu)選地小于35%。要理解的是，本發(fā)明提出了與認(rèn)可的慣例和普遍持有的觀念相反的做法，據(jù)此，在露出的熱面上應(yīng)設(shè)置更經(jīng)濟(jì)(即，更便宜)的耐火材料(比如，參見上述的US 3，520，526)。而且，在導(dǎo)致本發(fā)明的發(fā)展的過程中，當(dāng)設(shè)置在露出的表面上時(shí)，甚至較小厚度的高性能耐火材料(比如，TiC增強(qiáng)耐火材料)理論上也可以明顯提高內(nèi)襯性能和耐久性。因此，所提出的配置允許減小支持外層的厚度，并且更一般地，與現(xiàn)有技術(shù)相比，顯著減小壁內(nèi)襯的總厚度。而且，人們希望所提出的配置能夠以相當(dāng)?shù)偷某杀荆沟脙?nèi)襯性能等同于迄今僅僅通過全范圍厚度(熱面到冷面)的相應(yīng)高性能耐火材料可實(shí)現(xiàn)的性能。因此，通過性能改進(jìn)的耐火材料(比如，通過液態(tài)熱金屬而增大的耐磨損性)構(gòu)成內(nèi)層，就允許減小壁內(nèi)襯厚度，而對(duì)壁內(nèi)襯具有最小的不利影響或沒有不利影響。優(yōu)選的額外性能增強(qiáng)添加劑包含占總質(zhì)量的百分比為5-20%的金屬鈦或鈦化合物。更優(yōu)選地，第一耐火材料包含質(zhì)量百分比為50-85%的碳，并且包含占總質(zhì)量的百分比為5-20%的選自由金屬鈦、碳化鈦、氮化鈦、以及碳氮化鈦或氧化鈦組成的組中的一種或多種材料，來作為額外的性能增強(qiáng)添加劑。最優(yōu)選的耐火材料進(jìn)一步包含占總質(zhì)量的百分比為5-15%的金屬硅；以及占總質(zhì)量的百分比為5-15%的氧化鋁。如，從EP I 275 626可以了解制造這種耐火材料的一種示例性方法。根據(jù)另一方面，第一耐火材料在600°C處具有至少15W/mK的導(dǎo)熱率，比如，通過這個(gè)最優(yōu)選的耐火材料實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)包括在外表面上具有錨固部分的元件，并且所述至少一個(gè)外環(huán)包括在內(nèi)表面上具有錨固部分的元件，每對(duì)錨固部分配合以便相對(duì)于所述外環(huán)的相對(duì)元件固定所述內(nèi)環(huán)的元件，以免發(fā)生徑向向內(nèi)和沿周向正切的錯(cuò)位。要理解的是，這種配置能夠進(jìn)一步減小內(nèi)層的厚度，而不損害所述內(nèi)層的與簡(jiǎn)單的砌石狀結(jié)構(gòu)相對(duì)的結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性。在這種配置中，配合的錨固部分優(yōu)選地具有共軛的、理想地平滑圓形的形狀，該形狀在面對(duì)的元件的外部面與內(nèi)部面之間提供連續(xù)的間隙。通過上述的錨固，所述至少一個(gè)外環(huán)可有利地包括由第二碳質(zhì)耐火材料制成的大寬度塊，所述至少一個(gè)外環(huán)包括大寬度塊，該大寬度塊具有的寬度大于在所述外環(huán)的高度處的所述壁內(nèi)襯的總壁厚的65%。因此，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)可包括小寬度塊，該小寬度塊具有的寬度小于在這個(gè)高度處所述壁內(nèi)襯的總壁厚的35%。在一個(gè)優(yōu)選以及簡(jiǎn)單類型的錨固中，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)具有在外部面上具有蘑菇形錨固突出部的小寬度塊，而所述至少一個(gè)外環(huán)具有在內(nèi)部面上具有共軛的蘑菇形錨固凹槽的大寬度塊。所述突出部和凹槽因此接合并且配合，以便相對(duì)于所述大寬度塊固定所述小寬度塊，以免發(fā)生徑向向內(nèi)和沿周向正切的錯(cuò)位，從而進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在通過錨固裝置減少特定塊的量從而降低制造成本的配置中，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)包括以交替的方式設(shè)置的第一類型的小寬度塊和第二類型的小寬度塊。所述第一類型具有錨固部分，而所述第二類型沒有錨固部分。為了固定第二類型的小寬度塊，所述第一和第二類型的小寬度塊具有相應(yīng)的共軛水平橫截面。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，下部區(qū)域進(jìn)一步包括在外層與內(nèi)層之間豎直地延伸的中間夯實(shí)層。優(yōu)選地，這個(gè)夯實(shí)層由合成物制成，其包括主要由石墨組成的細(xì)顆粒相以及主要由微孔碳組成的粗顆粒相。在最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)中，內(nèi)環(huán)在徑向方向上由寬度等于內(nèi)環(huán)的厚度的單個(gè)耐火塊制成，并且類似地，外環(huán)在徑向方向上由寬度等于外環(huán)的厚度的單個(gè)耐火塊制成。通常，內(nèi)層包括耐火元件的豎直順序的至少兩個(gè)、優(yōu)選地三個(gè)到四個(gè)豎直堆疊的內(nèi)環(huán)，所述耐火元件特別地為由所述第一耐火材料制成的耐火塊。關(guān)于可實(shí)現(xiàn)的總壁厚的減小，在內(nèi)層形成所述內(nèi)襯的熱面的情況下，內(nèi)層可具有的厚度范圍在200mm到600mm，優(yōu)選地在250到550mm，并且壁內(nèi)襯的總厚度小于1350mm，優(yōu)選地小于IlOOmm(在最低內(nèi)環(huán)的水平高度處)。在提供陶瓷杯以形成熱面的情況下，內(nèi)層具有的厚度范圍在250mm到400mm，并且壁內(nèi)襯(包括所述陶瓷層)的總壁厚小于1500mm (在最低內(nèi)環(huán)的水平高度處)。要理解的是，雖然并非排他性地，但是根據(jù)本發(fā)明的爐床尤其適合于高爐中的工業(yè)應(yīng)用，作為通過給現(xiàn)有爐換內(nèi)襯的更新方式或者作為用于新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。


參看附圖，通過下面對(duì)幾個(gè)非限制性實(shí)施方式的具體描述，本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見，附圖中圖1A-圖1B顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的高爐爐床，圖1A為爐床的豎直剖視圖，并且圖1B為下部區(qū)域沿著圖1A中的剖面線IB-1B的示意性水平剖視圖；圖2A-圖2B顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的高爐爐床，圖2A為爐床的豎直剖視圖，并且圖2B為下部區(qū)域沿著圖2A中的剖面線IIB-1IB的示意性水平剖視圖；圖3A-圖3B為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的高爐爐床的示意性水平剖視圖，圖3B顯示了圖3A的區(qū)域的放大圖；圖4A-圖4B為根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的高爐爐床的示意性水平剖視圖，圖4B顯示了圖4A的區(qū)域的放大圖。在所有這些圖中，具有基本相同的功能或結(jié)構(gòu)的特征由相同的參考標(biāo)號(hào)表示。
具體實(shí)施例方式圖1A-圖1B示意性顯示了冶金反應(yīng)堆(更具體而言，高爐)的爐床。該爐床總體上由參考標(biāo)號(hào)10表示。通過已知的方式，爐床10具有外殼12。外殼12為焊接鋼結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可如圖1A中所示為柱形或者其豎直截面(未顯示)可為錐形。通過已知的方式，一個(gè)或多個(gè)出鋼孔14 (見圖3-圖4)位于外殼12的上部區(qū)域內(nèi)，以便熔融生鐵和爐渣排出。爐床10包圍環(huán)形周向壁內(nèi)襯,所述內(nèi)襯總體上由參考標(biāo)號(hào)16表示。爐床10也具有底部?jī)?nèi)襯，比如，本身已知配置的爐床襯墊17。壁內(nèi)襯16的內(nèi)表面和襯墊17的頂部表面徑向并且軸向地界定爐床10內(nèi)部的有用容積。環(huán)形壁內(nèi)襯16在爐床10的整個(gè)周邊上延伸，并且具有如圖1B中所示的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的配置，但除了具有10-35°的延度的在出鋼孔14周圍的有限周向角度區(qū)段以外。圖1A-圖1B進(jìn)一步示意性顯示了液體冷卻的冷卻構(gòu)件18,比如，由鑄鐵或銅制成的冷卻板條。冷卻構(gòu)件18設(shè)置在固定在外殼12內(nèi)部的環(huán)內(nèi)，位于外殼12和壁內(nèi)襯16的外表面之間，并且連接到一種已知的強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)中。冷卻構(gòu)件18也可以由用于噴射以冷卻外殼12的裝置來代替或補(bǔ)充。導(dǎo)熱搗實(shí)料塊19 (比如，合適的碳質(zhì)料塊)的外層保證冷卻構(gòu)件18與壁內(nèi)襯16的外部面的導(dǎo)熱接觸。通過已知的方式，冷卻構(gòu)件18冷卻壁內(nèi)襯16，以便總體上減少其磨損，并且具體而言，以便在操作的過程中，在壁內(nèi)襯16的內(nèi)表面上形成凝固物質(zhì)的永久保護(hù)性爐結(jié)(渣殼/廢料)。在外殼12與冷卻構(gòu)件18之間，可以提供絕緣搗實(shí)料塊(未顯示)，以便降低外殼12的溫度。本發(fā)明具體地涉及壁內(nèi)襯16的下部區(qū)域的配置，如圖1A中的“h”所示。因此省略有關(guān)爐床10的構(gòu)造的其他已知細(xì)節(jié)。眾所周知，下部區(qū)域h通常為磨損相關(guān)的其中一個(gè)最關(guān)鍵區(qū)域，其中，在高爐的情況下，通常發(fā)生所謂的“象腳(el印hant-foot)”磨損樣式。這個(gè)下部區(qū)域h通常部分延伸到爐床襯墊17內(nèi)，并且從爐床的底部表面(襯墊的頂部)向上延伸大約1000-1400mm。要理解的是，后文中描述的實(shí)施方式有利地應(yīng)用在這個(gè)臨界區(qū)域h內(nèi)。然而，當(dāng)然也可在比如在更高的水平處應(yīng)用以下教導(dǎo)內(nèi)容，比如在從出鋼孔14之下到襯墊17的頂部的整個(gè)高度H上，這通常是從出鋼孔中心線到襯墊頂部(未顯示)的800-3500mm的尺寸。沿著圖1A的剖面線IB-1B，圖1B顯示了穿過壁內(nèi)襯16最下面一行的耐火元件的剖面，更具體而言，在襯底17的頂部處或直接在襯墊頂部之上的剖面。這個(gè)水平高度通常具有最厚的壁內(nèi)襯，即，圖1中用D所指示的壁內(nèi)襯16的總厚度在壁內(nèi)襯16的直接位于襯墊17的頂部的下端處最大。然而，如圖1A中所示，壁內(nèi)襯16的下部區(qū)域可以具有均勻的厚度(在徑向方向上的延度)，該厚度與壁內(nèi)襯從襯墊的頂部到出鋼孔14的整個(gè)高度H上的總壁厚D對(duì)應(yīng)。在任何幾何形狀和類型的反應(yīng)堆內(nèi)，壁內(nèi)襯16為由適合于包含熔池的耐火材料制成的自支撐結(jié)構(gòu)，所述熔池主要包括熔融金屬(尤其是熔融生鐵)以及爐渣等其他組分。更具體而言，如圖1A-圖1B中所示，壁內(nèi)襯16在爐床10的內(nèi)部的側(cè)面上具有第一內(nèi)層20和在外殼12的側(cè)面上支持內(nèi)層20的第二外層22。形成壁內(nèi)襯16的下部區(qū)域的這兩個(gè)層20、22中的每個(gè)分別由幾個(gè)豎直堆疊的內(nèi)環(huán)和外環(huán)24、26構(gòu)成，所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)由在周向方向上裝配的耐火元件制成。每個(gè)環(huán)24、26因此形成完全圍繞爐床10的中心延伸的水平環(huán)形物。如圖1中所示，耐火元件為較厚的塊，以使得每個(gè)環(huán)24、26在徑向方向上由相應(yīng)的單個(gè)的耐火塊21、23構(gòu)成，所述耐火塊具有相應(yīng)環(huán)24、26的厚度。塊21、23的寬度因此也分別限制內(nèi)層和外層20、22的相應(yīng)厚度。然而，雖然未進(jìn)行闡述并且不是優(yōu)先考慮，但是任一個(gè)環(huán)22、26均可由較小磚塊的多個(gè)環(huán)形層制成。與磚塊相反，在現(xiàn)有情況下，表述塊表示具有至少20dm3 (0.02m3)的總體積的元件，比如，超過200X200mm (高度X寬度)的尺寸以及超過500mm (在周向方向上)的長(zhǎng)度。在圖1A-圖1B的實(shí)施方式中，這兩各層20、22中的每個(gè)均為塊21、23的具有磚石型結(jié)構(gòu)(masonry-type construction)的自支撐環(huán)形壁。更具體而言，并且根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)環(huán)24的耐火塊21由特別的高性能碳質(zhì)第一耐火材料制成，該第一耐火材料包含很大一部分的占總質(zhì)量的百分比為至少5%的特別的性能增強(qiáng)添加劑，以作為眾所周知的金屬硅和/或碳化硅的附加物或替換物。優(yōu)選的碳質(zhì)耐火材料包含質(zhì)量百分比為50-85%的碳，并且包含占總質(zhì)量的百分比為5-20%的選自由金屬鈦、碳化鈦、氮化鈦、碳氮化鈦或氧化鈦構(gòu)成的組中的一種或多種材料，以作為性能增強(qiáng)添加劑。最優(yōu)選地，根據(jù)EP I 275 626的碳化鈦或碳氮化鈦(TiC)增強(qiáng)的耐火材料用于制成內(nèi)部行24的塊21，該專利通過引證方式結(jié)合于此。根據(jù)EP I 275 626的耐火材料進(jìn)一步包括占質(zhì)量的百分比為5-15%的金屬硅以及占總質(zhì)量的百分比為5-15%的氧化鋁。并不排除用于制造適用于根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)環(huán)24內(nèi)的耐火塊21的其他高性能耐火材料。其他添加物包括石墨顆粒和碳化硅以外的陶瓷，所述其他添加物可以包含在碳質(zhì)耐火材料中以便提高其性能。從US 3，007，805中獲知另一種不太優(yōu)選的耐火材料，該方案另外提出了一種碳化鋯鍵合的石墨耐火材料，來作為碳化硅鍵合的石墨耐火材料的替換物。然而，在內(nèi)部耐火塊21中，根據(jù)EP I 275 626的耐火材料(比如從Nippon Electrode Company Ltd的商品標(biāo)記BC-15SRT下可購買到)是優(yōu)選的，這是因?yàn)樵撃突鸩牧蠈?duì)滲碳溶解具有其額外的抵抗力，尤其是在熔池10的碳未飽和的情況下(比如，由于減少二氧化碳排放)。在圖1A-圖1B中所示的實(shí)施方式中，在內(nèi)層20內(nèi)具有由相同的高性能耐火材料(見相同的陰影線)制成的幾個(gè)豎直堆疊的內(nèi)環(huán)24，比如，達(dá)6-8個(gè)環(huán)。即，在整個(gè)高度H上，應(yīng)用與關(guān)鍵的下部區(qū)域h中的配置相似的配置。外層22進(jìn)而可包括一種或多種不同材料的外環(huán)26，比如，在幾個(gè)下部行26內(nèi)具有第二耐火材料(由交叉陰影線表示)，該第二耐火材料比上部行內(nèi)第三材料的導(dǎo)熱性更高。而且，根據(jù)本發(fā)明，并且如圖1B中所示(未按比例)，內(nèi)環(huán)24的厚度d小于壁內(nèi)襯16的總壁厚D的45%，比如，在200-600mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在250_550mm的范圍內(nèi)。這個(gè)比率應(yīng)用于構(gòu)成襯墊17之上的相關(guān)的主區(qū)域(尤其是壁內(nèi)襯16的下部區(qū)域h)的每個(gè)豎直堆疊內(nèi)環(huán)24，無論所述內(nèi)環(huán)的絕對(duì)厚度多大，并且在厚度變化的情況下，在所討論的內(nèi)環(huán)24的豎直水平處相應(yīng)地考慮這個(gè)比率(如圖2A中所示)。內(nèi)環(huán)24具有圖1A-圖1B中所示的單個(gè)塊21的厚度時(shí)，根據(jù)壁內(nèi)襯16的預(yù)定尺寸，將塊21加工成具有與內(nèi)環(huán)的厚度d的相等的寬度。因此，如圖1B中進(jìn)一步所示，外環(huán)26包括具有較大寬度( D-d)的塊23，在有關(guān)外環(huán)26的水平高度處，該較大寬度大于壁內(nèi)襯16的總壁厚D的50%，優(yōu)選地大于55%，并且更優(yōu)選地大于65%。有關(guān)耐火材料，外部塊23可以由任何合適的第二常規(guī)碳質(zhì)材料制成，優(yōu)選地由高質(zhì)量微孔或超微孔耐火材料制成，其具有較高的導(dǎo)熱率。根據(jù)位置，可以使用不同類型的外部塊23 (見圖1A)。優(yōu)選地，內(nèi)層20 (更具體而言，耐火塊21)由這樣的材料構(gòu)成，該材料在600° C下也具有至少15W/mK的較高導(dǎo)熱率，如通過根據(jù)EP I 275 626的材料可實(shí)現(xiàn)的那樣。在圖1A-圖1B中進(jìn)一步可見，壁內(nèi)襯16具有設(shè)置在外層22與內(nèi)層20之間的中間夯實(shí)層28，以便避免熱機(jī)械應(yīng)力損傷。除了允許在層20、22之間具有不同的熱膨脹，中間夯實(shí)層28還保證所述層之間的傳熱遞。中間夯實(shí)層28由任何合適的合成物制成，優(yōu)選地為專用的三相碳質(zhì)夯實(shí)合成物。該夯實(shí)合成物的第一相為主要由石墨組成的細(xì)顆粒相，優(yōu)選地為在高溫下通過無煙煤煅燒所獲得的人造石墨。第二相為主要由研磨的低孔隙度的微孔碳組成的粗顆粒相。優(yōu)選地，所述粗顆粒相通過研磨高質(zhì)量超微孔碳質(zhì)耐火材料的生產(chǎn)殘留物來獲得。以通常的方式，該合成物包括合適的已知結(jié)合相，該結(jié)合相為夯打材料提供夯實(shí)性。對(duì)于中間夯實(shí)層28而言，高導(dǎo)熱率的夯實(shí)合成物用于在暴露于熱的塊21與由冷卻構(gòu)件18冷卻的外部塊23之間可能最好地?zé)醾鬟f。如圖1A中最佳所示，環(huán)形夯實(shí)層28在內(nèi)層20與外層22之間以不間斷的柱形方式基本豎直地延伸。根據(jù)圖1A-圖1B的以上描述的壁內(nèi)襯16的出鋼孔14之下的下部區(qū)域的配置的一個(gè)特定優(yōu)選實(shí)例如下實(shí)例1:
權(quán)利要求
1.一種爐床，用于冶金反應(yīng)堆，尤其用于高爐，所述爐床(10)包括 外殼(12)以及環(huán)形壁內(nèi)襯(16 ；216 ;316)，所述壁內(nèi)襯設(shè)置在所述外殼內(nèi)部并且由耐火材料制成以用于容納包括熔融金屬的熔池； 所述壁內(nèi)襯具有下部區(qū)域，所述下部區(qū)域包括 徑向內(nèi)層(20)，所述徑向內(nèi)層面向所述爐床的內(nèi)部并且包括耐火元件的至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)； 徑向外層(22)，所述徑向外層面向所述外殼并且包括耐火元件的至少一個(gè)外環(huán)(26)；所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)包括由第一碳質(zhì)耐火材料制成的元件(21 ；221 ;321，321’)，所述第一碳質(zhì)耐火材料與制成所述外層的所述元件(22)的一種或多種碳質(zhì)耐火材料不同；其中， 所述第一耐火材料包含占總質(zhì)量的百分比為至少5%的除了金屬硅或碳化硅之外的至少一種性能增強(qiáng)添加劑，并且 所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24 )具有的壁厚(d)小于所述壁內(nèi)襯(16 ; 216 ;316 )在所述內(nèi)環(huán)的高度處的總壁厚(D)的45%、優(yōu)選地小于35%， 并且其中， 所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)包括在外部面上具有錨固部分(231 ；331)的元件(221 ;321)，并且所述至少一個(gè)外環(huán)(26)包括在內(nèi)部面上具有錨固部分(233 ；333)的元件(223 ;323)，每對(duì)錨固部分配合以便將所述內(nèi)環(huán)(24)的元件(221 ；321)固定至所述外環(huán)的對(duì)應(yīng)元件(223 ;323)，以免發(fā)生徑向向內(nèi)和沿周向正切的錯(cuò)位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐床，其特征在于，所述第一耐火材料包含占總質(zhì)量的百分比為5-20%的金屬鈦或鈦化合物，以作為額外的性能增強(qiáng)添加劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的爐床，其特征在于，所述第一耐火材料包含質(zhì)量百分比為50-85%的碳，并且包含占總質(zhì)量的百分比為5-20%的作為額外的性能增強(qiáng)添加劑的一種或多種材料，所述一種或多種材料選自金屬鈦、碳化鈦、氮化鈦以及碳氮化鈦或氧化鈦的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的爐床，其特征在于，所述第一耐火材料進(jìn)一步包含 占總質(zhì)量的百分比為5-15%的金屬硅；以及 占總質(zhì)量的百分比為5-15%的氧化鋁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐床，其特征在于，所述配合的錨固部分具有共軛的、優(yōu)選地平滑倒圓的形狀，所述形狀構(gòu)造成在對(duì)應(yīng)元件(221，223 ;321，323)的外部面與內(nèi)部面之間提供連續(xù)的中間間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的爐床，其特征在于，所述下部區(qū)域進(jìn)一步包括在所述外層(22)與所述內(nèi)層(20)之間豎直延伸的中間夯實(shí)層(28)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的爐床，其特征在于，所述夯實(shí)層(28)由合成物制成，所述合成物包括 主要由石墨組成的細(xì)顆粒相； 主要由微孔碳組成的粗顆粒相。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的爐床，其特征在于，所述至少一個(gè)外環(huán)(26)包括由第二碳質(zhì)耐火材料制成的大寬度塊(23)，所述至少一個(gè)外環(huán)包括寬度大于所述壁內(nèi)襯(16 ；216 ;316)在所述外環(huán)的高度處的總壁厚(D)的65%的大寬度塊，并且，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)包括寬度小于所述壁內(nèi)襯(216)在所述內(nèi)環(huán)的高度處的總壁厚(D)的35%的小寬度塊(221)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的爐床，其特征在于， 所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)包括在外部面上具有蘑菇形(231)錨固突出部的小寬度塊(221);以及 所述至少一個(gè)外環(huán)(26)包括在內(nèi)部面上具有共軛蘑菇形錨固凹槽(233)的大寬度塊(221)； 所述錨固突出部(231)和所述錨固凹槽(233)接合并且配合，以便相對(duì)于所述大寬度塊固定所述小寬度塊，以免發(fā)生徑向向內(nèi)和沿周向正切的錯(cuò)位。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的爐床，其特征在于，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)包括以交替方式設(shè)置的第一類型的小寬度塊(321)和第二類型的小寬度塊(321’)，所述第一類型(321)包括錨固部分(331)并且所述第二類型(321’)沒有錨固部分，所述第一類型和第二類型(321 ;321’)的小寬度塊具有配合以固定所述第二類型(321’)的小寬度塊的相應(yīng)共軛水平截面。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的爐床，其特征在于，所述第一耐火材料在600° C下具有至少15W/mK的導(dǎo)熱率。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的爐床，其特征在于，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)在徑向方向上由寬度等于所述內(nèi)環(huán)(24)的厚度(d)的單個(gè)耐火塊(21 ；221 ;321，321’)制成，并且，所述至少一個(gè)外環(huán)在徑向方向上由寬度等于所述外環(huán)的厚度的單個(gè)耐火塊制成。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的爐床，其特征在于，所述內(nèi)層(20)包括由所述第一耐火材料制成的耐火元件的一系列至少兩個(gè)、優(yōu)選地三個(gè)到四個(gè)豎直堆疊的內(nèi)環(huán)(24),所述耐火元件特別是耐火塊(21;221;321，321’)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的爐床，其特征在于， 所述內(nèi)層(20)形成所述內(nèi)襯的熱面，并且在最下部?jī)?nèi)環(huán)的水平高度處，所述內(nèi)層(20)具有的厚度(d)的范圍在200mm到600mm，優(yōu)選地在250到550mm，并且 所述壁內(nèi)襯(16)具有的總壁厚(D)小于1350mm，優(yōu)選地小于IlOOmm ;或者 所述壁內(nèi)襯進(jìn)一步包括設(shè)置在所述內(nèi)層(20)的內(nèi)部面上的環(huán)形陶瓷層(30)，在所述最下部?jī)?nèi)環(huán)的水平高度處，所述內(nèi)層具有的厚度(d)的范圍在250mm到400mm，并且包括所述陶瓷層的所述壁內(nèi)襯具有的總壁厚小于1500mm。
15.一種高爐，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的爐床(10)。
全文摘要
一種爐床(10)，用于冶金反應(yīng)堆，尤其用于高爐，具有外殼(12)以及在所述外殼內(nèi)的耐火材料的環(huán)形壁內(nèi)襯(16；216；316)。壁內(nèi)襯具有多層結(jié)構(gòu)的下部區(qū)域。徑向內(nèi)層(20)面向所述爐床的內(nèi)部，并且包括耐火元件的至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)。徑向外層(22)面向外殼并且具有耐火元件的至少一個(gè)外環(huán)(26)。在至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)內(nèi)，元件(21；221；321，321')由第一碳質(zhì)耐火材料制成，所述第一碳質(zhì)耐火材料與所述外層內(nèi)的元件(22)的一種或多種碳質(zhì)耐火材料不同。根據(jù)本發(fā)明，除了金屬硅或碳化硅，第一耐火材料還包含占總質(zhì)量的百分比為至少5%的至少一種性能增強(qiáng)添加劑。與所述性能增強(qiáng)添加劑進(jìn)行有利的組合時(shí)，所述至少一個(gè)內(nèi)環(huán)(24)的壁厚(d)小于壁內(nèi)襯(16；216；316)的對(duì)應(yīng)總壁厚(D)的45%、優(yōu)選地小于35%。
文檔編號(hào)F27D1/14GK103038592SQ201180037069
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者雅克·皮雷, 吉勒斯·卡斯 申請(qǐng)人:保爾伍斯股份有限公司