專利名稱：加熱容器的蓋結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于高溫加熱容器，特別是保護(hù)玻璃配料熔化爐蓋的內(nèi)表面從而延長其使用壽命的技術(shù)以及玻璃熔化爐的抗熱抗磨的蓋。
一種類型的玻璃熔化工藝要求把玻璃配料送到裝在罐式熔化爐的熔化玻璃池中，把熱能加到熔化玻璃池中以熔化配料。熔化罐通常具有較大的熔化玻璃的容積，從而在玻璃出料進(jìn)行成形加工之前為熔化玻璃流提供足夠的停留時間以達(dá)到一定程度的均勻性。
授與Kunkle和Matesa的美國專利第4381934可供參考，它公開了另一種玻璃熔化方案，特別是一種增強(qiáng)的配料液化工藝，其中大容積的玻璃配料在相當(dāng)小的液化容器中有效地液化了。在這種工藝中，特別當(dāng)使用增強(qiáng)的熱源，如氧焰燃燒器時，產(chǎn)生較少量的高溫廢氣。
在加熱和熔化的過程中，配料中的某些成分汽化，這些蒸氣可能對暴露的金屬和耐熔表面有腐蝕，而當(dāng)它們與美國專利4381934公開的那類容器中循環(huán)的熱廢氣流聯(lián)合作用時，就會腐蝕暴露的內(nèi)表面、尤其是容器蓋。另外，在容器內(nèi)廢氣可能攜帶顆粒狀材料，它們在暴露的表面上可以起到磨料的作用。這種腐蝕性和磨損性的氣流大大減小容器蓋的使用壽命，從而增加了蓋子修理和置換的成本和附加停機(jī)時間。
由于容器內(nèi)廢氣流的腐蝕作用，由高溫和所帶顆粒的磨蝕而加速腐蝕，所以容器內(nèi)的暴露面，特別是容器蓋，一定要設(shè)計(jì)成能經(jīng)受住這些有害條件，從而減少由于蓋內(nèi)表面過度磨損而進(jìn)行的維護(hù)或置換工作。
容器內(nèi)的高溫還可能造成另外的工藝問題，例如，熱損失將影響工作效率。在液化過程中，通過未隔離的或暴露的內(nèi)表面損失的熱量越多，液化過程的效率就越低。為考慮此熱量損失，可能要求在容器內(nèi)輸入附加熱量。為了減小熱損壞和延長使用壽命采用冷卻容器蓋帶走熱量的辦法減少了整個工作中的熱效率。如果能控制和減少熱損失，那末整個工作效率將可增加。
如果一個加熱容器蓋在其暴露面上有一層保護(hù)涂層，它能隔開蓋子從而減少熱容器的熱損失，并能在帶有磨損顆粒的高溫腐蝕性氣流中保護(hù)暴露的內(nèi)表面，從而增加蓋子使用壽命、減少整個工作成本，那將是非常有利的。另外，如果設(shè)計(jì)一個能經(jīng)受住這類工作條件并能延長工作壽命的抗磨蓋，那也是非常有利的。
授與Riviere的美國專利第3165301提出了一種保護(hù)耐高溫爐壁的方法和裝置。置于細(xì)長的橫臥式爐頂部的一個燃燒器沿著該頂流過一層碳顆粒的氣體懸浮物，以防止該頂部由于爐內(nèi)燃燒器形成火焰的熱輻射，碳顆粒懸浮物在爐內(nèi)平行于頂部、并在主燃燒器火焰的對面方向循環(huán)。這種設(shè)計(jì)要求附加的氣體加到加熱系統(tǒng)中，而且，碳顆粒在加熱過程中又是一種附加的雜質(zhì)。
授與Nanjyo等的美國專利4021603提出了一種冷卻金屬頂部的組件，它可用具有耐高溫內(nèi)襯的電弧爐來保護(hù)內(nèi)頂表面使其不受高溫影響。為改善爐頂組件的抗熱性能，在頂部內(nèi)表面的糟內(nèi)裝有耐火磚或別的耐高溫材料。為保證合適的隔熱作用，耐火材料必須定期更換。另外，蓋子中央是消耗性構(gòu)件，包括三個電極孔，而在蓋子的這一部分則沒有提供保護(hù)。
Mizuno等人的美國專利4182610提出了一種煉鋼或熔化爐的水冷金屬蓋。在蓋的環(huán)狀部分的內(nèi)表面延伸著柵格結(jié)構(gòu)的葉片，使?fàn)t內(nèi)濺起的爐渣粘到表面上。粘到葉片上的濺起的爐渣隔開了蓋冷卻套的下表面。包含電極開口的蓋子中心部分沒有接納爐渣的柵格結(jié)構(gòu)，因而蓋子的這一部分就沒有保護(hù)。另外爐渣的自由濺射不能為整個蓋表面提供一層均勻的隔熱材料。
Tomizawa等人的美國專利第4434495提出了電弧爐的冷卻管結(jié)構(gòu)，其中冷卻管鑲在耐高溫塊內(nèi)。為增強(qiáng)冷卻表面效果，管子裝在高溫塊朝向爐子內(nèi)表面的表面附近。濺射到塊表面的爐渣凝結(jié)并附著到高溫塊上以形成隔膜。
Settino的美國專利3765858提出一種滾筒在高溫下由使玻璃形成玻璃帶狀物的方法，當(dāng)玻璃仍處熔化狀態(tài)時，與朝著鐵基合金滾筒相接觸，鐵基合金除其它元素外，包含重量為5.0～5.8%的鉻。該專利還公開了其它滾筒構(gòu)形，其中滾筒具有AISI類410或420不銹鋼表面。
Greenberger的美國專利4216348提出了用于電弧爐的水冷頂板組件。銅板焊到具有整體管道的鋼襯板上使冷卻液穿過頂板循環(huán)，在頂部組件的周圍有一外環(huán)，用作頂板的水源和排水。
Mizuno等的美國專利4182610和Fuchs等的4197422提出了一種具有若干冷卻箱或套的水冷卻爐蓋，它具有管道，冷卻液可在冷卻箱內(nèi)循環(huán)以冷卻爐蓋。在Mizuno等人的專利中，爐蓋的下面上伸出葉片狀構(gòu)件，一層爐渣可粘著到葉片上形成隔熱層。在Fuchs等人的專利中，在冷箱的下部布有耐高溫材料的保護(hù)層，從而為蓋子提供附加的熱保護(hù)。
Lauria等的美國專利4453253提出了一種電弧爐的壁和頂結(jié)構(gòu)，它由石墨塊和可拆卸的液體冷卻板構(gòu)成。板上含有沿石墨塊內(nèi)表面分布的用以循環(huán)冷卻液的導(dǎo)管以冷卻石墨塊。
先有技術(shù)提出了蓋結(jié)構(gòu)爐子，但沒有公開蓋子的控制和冷卻使?fàn)t內(nèi)循環(huán)的熱氣中攜帶的材料沉積在蓋子的內(nèi)表面上以形成比較均勻和連續(xù)的隔熱保護(hù)層，其中這層厚度及與之相關(guān)的隔熱性能都能通過改變蓋子的冷卻來調(diào)節(jié)。先有技術(shù)也未提到過在經(jīng)受高溫、腐蝕和磨損條件下的抗熱抗磨的容器蓋。
本發(fā)明的目的是在加熱容器的暴露的內(nèi)表面上提供一層保護(hù)層。在容器內(nèi)循環(huán)的熱廢氣含有攜帶的顆粒和熔化的材料，它們可能腐蝕和熱損傷容器暴露的表面。冷卻這些表面，使與表面接觸的的顆粒和熔化材料凝結(jié)和粘著到表面上，附加的攜帶材料聚集在前面沉積的材料上，從而增加該材料層的厚度。這個材料層既能為表面隔熱，又能防止循環(huán)廢氣流中材料對它的腐蝕。當(dāng)層厚增加時，隔熱性也增大。當(dāng)加熱容器內(nèi)的溫度上升到足夠高的時候，保護(hù)層上的新沉積的材料將熔化掉，從而在表面保持相對不變的層厚。為了改變聚集層的厚度，可以改變加熱容器內(nèi)的加熱速率或蓋子的冷卻速率。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種控制冷卻布局的加熱容器蓋，使在容器中循環(huán)的廢氣所攜帶的材料沉積在蓋子的內(nèi)表面上，聚集一層保護(hù)隔熱層。
本發(fā)明還為一種加熱容器提供耐熱耐磨蓋，該加熱容器在加熱時，它的內(nèi)表面經(jīng)受腐蝕、高溫和磨損條件下，由如低碳鋼制成的主撐板上復(fù)蓋著一層保護(hù)性的表面構(gòu)件，以增加蓋子的有用的工作壽命。蓋子可以冷卻，從而進(jìn)一步減少高溫在蓋腐蝕方面加速進(jìn)行的損傷。
在本發(fā)明的一特殊實(shí)施例中，保護(hù)構(gòu)件是由含鉻的合金制成，其中鉻含量大約為重量的10～25%。保護(hù)構(gòu)件還可以是鉻鋼合金板或焊接的復(fù)蓋層。蓋子經(jīng)過冷卻使該構(gòu)件的溫度大約保持在900°F～1200°F(482℃～649℃)之間，從而使循環(huán)廢氣內(nèi)攜帶的材料粘著并聚集到構(gòu)件的暴露面上，形成隔熱和保護(hù)層。用鉻合金鋼作保護(hù)構(gòu)件，是因?yàn)樗母邷睾涂鼓バ约八目寡趸土蚧阅堋?br> 本發(fā)明還為加熱設(shè)備提供一個蓋組件，它具有一個剛性支撐板，迭在支撐板上的保護(hù)表面構(gòu)件，和獨(dú)立支撐每個組件、組件與相鄰組件之間的連接和冷卻每個組件的設(shè)計(jì)方案。該保護(hù)構(gòu)件是鉻的合金，并可包括若干復(fù)蓋構(gòu)件。
本發(fā)明還進(jìn)一步提供一種防止腐蝕性氣體對加熱容器暴露的內(nèi)表面損傷的方法，由于提供了保護(hù)構(gòu)件，從而使暴露表面的溫度保持在使它破裂的溫度范圍以外。
下面概述附圖。


圖1是有一蓋子的液化容器的剖視圖，它的蓋具有本發(fā)明的特征，具有保護(hù)隔熱層。
圖2是一個圖表，它表示當(dāng)配料附著到內(nèi)部的蓋表面上時，液化容器內(nèi)冷卻金屬蓋的隔熱性能。
圖3、4和5表示本發(fā)明其它實(shí)施例的放大的剖面圖。
圖6是圖5中所示實(shí)施例的金屬網(wǎng)的平面視圖。
圖7是另一液化容器的剖視圖，它具有本發(fā)明的特征，包含一個抗熱抗磨的蓋。
圖8是圖7所示的加熱容器蓋組件的放大了頂視圖，為清楚起見部分零件已拆除。
圖9是沿圖8中9-9線的剖視圖，它表示了保護(hù)表面構(gòu)件，配料聚集層，金屬網(wǎng)固持器，冷卻管道和吊裝支撐設(shè)施。
圖10是沿圖8的10-10線的剖面圖，它表示蓋組件連接設(shè)施，為清楚起見部分零件拆除。
圖11類似于圖10，表示本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖12是圖11中12-12線方向的視圖，它表示圖7中所示加熱容器蓋的暴露表面。
本發(fā)明宜用于一種有害的環(huán)境對加熱容器的暴露內(nèi)表面有不好影響的工藝中。尤其適用這樣一種加熱工藝中，其中加熱容器中的高溫和其它附加的條件諸如腐蝕和磨損性材料的循環(huán)加速了加熱容器的蓋或頂部的磨損。本發(fā)明與Heithoff的美國專利4381934提出的玻璃液化工藝有關(guān)，但應(yīng)該看到，本發(fā)明能用在任何有關(guān)熱的工藝中，在那些要減少熱損失或如加熱容器壁的暴露表面要求隔熱和保護(hù)涂層的工藝中。
參見圖1，液化容器10類似于美國專利第4381934中公開的一種容器，容器10包含一個支撐在環(huán)形支架14上的鋼罐12，環(huán)形支架再裝到若干支撐輥16和直立輥18上從而可繞罐12的中心垂線轉(zhuǎn)動。罐12的下方的出口組件20包括襯套22，它具有通向匯集容器26的中心開口24。蓋28由具有蓋支撐塊31的環(huán)形支架30提供靜態(tài)支撐。蓋28起碼具有一個插燃燒器34的開口32。燃燒器34最好是多口式的并最好燒諸如甲烷那樣的氧氣和氣體燃料，當(dāng)然也能用任何其它熱源如等離子焰炬產(chǎn)生熱量來加熱容器10內(nèi)的配料36。
在容器10里，繞中心腔的罐12的壁上保持著一層未熔化的配料36，燃燒和液化都發(fā)生在中心腔里。來自燃燒器34火焰的熱量使配料36的一部分38液化，并向下流過底部開口24。液化的配料38流出液化容器10，可由液化容器10下方的容器26收集起來按要求作進(jìn)一步加工。廢氣通過蓋28上的開口40向上進(jìn)入廢氣管(圖中未示)或通過加熱容器的底部開口(圖中未示)逸出。
在容器10內(nèi)的液化過程中，來自燃燒器34的熱廢氣能攜帶多種材料，例如，在典型的鈉鈣玻璃配料中，攜帶的材料可以包括氫氧化鈉蒸汽，但又不僅限于這種蒸汽，可以包括硫酸鈉或碳酸鈉顆粒，但又不僅限于這種顆粒，所有這些對金屬和耐高溫材料都具有很強(qiáng)的腐蝕性。在加熱容器10內(nèi)處于高溫時，加速了容器10內(nèi)暴露的內(nèi)表面的化學(xué)侵蝕。另外，容器10內(nèi)的磨損顆粒可以與熱的廢氣聯(lián)合在容器10內(nèi)形成循環(huán)的腐蝕性磨損氣流。蓋28的內(nèi)表面42在容器10內(nèi)具有很大的暴露表面，它對高溫侵蝕是很敏感的。
通常，表面42用抗腐蝕鋼諸如鉻合金鋼、但又不僅限于這種鋼制成。雖然不僅限于本發(fā)明，在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，蓋28最好是如圖1所示的流體冷卻的金屬蓋。冷卻流，例如空氣或水通過進(jìn)口44進(jìn)到蓋28，并流到充流箱46內(nèi)。然后，冷卻流體通過開孔板48沿蓋28暴露內(nèi)部表面42的內(nèi)表面50分布開。流體沿內(nèi)表面50循環(huán)并經(jīng)出口52從蓋28排出。圖1中的箭頭表示冷卻流體通過蓋28的循環(huán)情況，當(dāng)流體流過蓋28時，它從內(nèi)部表面42吸取熱量，使表面42的溫度保持低于容器10內(nèi)部溫度。為使蓋28保持較低的溫度，從而減少熱侵蝕并延長服務(wù)壽命，通過蓋28取走過剩的熱量，這種做法的結(jié)果會導(dǎo)致加熱效率不高，這是由于為了補(bǔ)償損失掉的或取走的熱量，必須在系統(tǒng)中加入附加的熱量。
在圖1所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，把表面42的溫度冷卻到容器10內(nèi)熱廢氣循環(huán)的材料開始粘著到該表面上的溫度上，在容器10加熱的初始階段，容器10的廢氣可能包括、但不僅限于空氣攜帶的顆粒，如砂粒、白云石和石灰石，熔化的碳酸鈉和熔化的碎玻璃顆粒。在足夠低的蓋表面42的溫度上，熔化的碎玻璃和碳酸鈉將凝結(jié)和“凍結(jié)”在蓋面42上，此時蓋面上已聚集了附加的碎玻璃、碳酸鈉及其固態(tài)顆粒材料和凝結(jié)的蒸汽。這個聚集層54的熱傳導(dǎo)系數(shù)起碼比金屬蓋28低一個數(shù)量級，因而提供了隔熱效果，這樣較多的熱量留在容器10內(nèi)，通過冷卻蓋28取走較少的熱量。當(dāng)容器10內(nèi)的溫度由于熱損失較少增加時，廢氣流內(nèi)的附加顆粒開始軟化，也粘著到先前沉積的配料層54上，進(jìn)一步增加它的隔熱性能。這又進(jìn)一步減少了通過蓋28的熱量損失，增加了容器10內(nèi)的溫度。另外，未軟化的顆粒被熱的軟化層捕獲、進(jìn)一步增加了層厚和隔熱性能。在容器10內(nèi)的溫度達(dá)到了足夠高時，層54中的沉積材料在暴露在容器10內(nèi)部的表面上將開始熔化并滴回容器10內(nèi)，因此限制了配料層54的厚度的聚集，并使層厚保持一個常值，相應(yīng)減少了熱損失。在這個穩(wěn)定的條件下，最終配料層54的厚度將直接與所加熱的材料的類型和容器10的內(nèi)部溫度有關(guān)。結(jié)果，很顯然，容器的設(shè)計(jì)和容器10內(nèi)材料的類型之間的關(guān)系要求蓋28的冷卻和容器10內(nèi)的溫度平衡，從而產(chǎn)生特殊加熱工藝要求的層54的厚度。
應(yīng)該注意，表面42應(yīng)采用沒有早期氧化的材料，因?yàn)榻饘傺趸锟梢耘c層54的材料結(jié)合形成一種熔點(diǎn)比層54低的交接面，結(jié)果該交接面將從蓋28上松脫開，層54將落回容器10內(nèi)，暴露蓋表面42。此外，如果金屬確已氧化，必須小心，在蓋表面42上形成的任何氧化物在它們混到玻璃中以后，不會對最終的玻璃加上任何顏色或任何其它的有害雜質(zhì)。
配料層54的厚度能通過改變?nèi)萜?0內(nèi)的加熱速率或蓋28的冷卻速率來修改。例如，如果燃燒器34提供的熱量減少了，由于容器10內(nèi)的溫度降低，在該隔熱層的性能使容器10內(nèi)部的溫度升到使層54暴露的外表面熔化之前，使層厚增加，所以該層的厚度將增加。反之，燃燒器34增加熱量，層54會減少。正如已討論過的那樣，層54的厚度也可由改變蓋28的冷卻速率來修改，雖然并不限于本發(fā)明，進(jìn)口44上的閥55可以控制蓋28內(nèi)的冷卻液流，如圖1所示。尤其在增加冷卻速率時，從該系統(tǒng)通過隔熱層取走的熱量增加，因此冷卻了層54，直到該層增加的隔熱效果增高容器內(nèi)部的溫度，達(dá)到層54的暴露表面熔化時為止，層的厚度增加。
配料層54具有許多互相關(guān)聯(lián)的功能。層54保護(hù)表面使之免受容器內(nèi)循環(huán)的磨損顆粒的摩擦，還可預(yù)計(jì)有這類顆粒將粘附到層54上而成為它的一部分。層54還能起到隔熱器的作用，它既能減少加熱容器10內(nèi)通過蓋28的熱量損失，又能降低蓋表面42的溫度，因此減小了熱損壞效應(yīng)。層54還能密封蓋表面42使之免受化學(xué)侵蝕。具體地說，層54在蓋28的表面42和在容器10內(nèi)循環(huán)的氧、濕氣和腐蝕性的蒸汽間提供一屏障，上述腐蝕性氣體有、但不僅限于，硫酸鈉，所有這類氣體都將侵蝕和腐蝕蓋表面42。此外，由于化學(xué)反應(yīng)通常由于高溫而加速，由于有隔熱層54，蓋28表面42的溫度的降低而減低了腐蝕性材料對蓋表面42的化學(xué)侵蝕的速率，因此延長了蓋的壽命。
圖2表示在類似于圖1所示的液化容器中溫度和燃燒器氣體的使用對配料層54聚集蓋的影響。在這個例子中，冷卻氣體是空氣。應(yīng)該注意當(dāng)隔熱層54開始聚集在蓋上經(jīng)過30分鐘和70分鐘的間隔時，為使容器10內(nèi)大致保持在常溫上，燃燒器氣體用量減少了。在配料聚集在蓋上之前，參見圖2，金屬溫度大約是1140°F(616℃)冷卻氣體的熱函大約是每小時115×103BTU，冷卻空氣出口溫度大約是550°F(291℃)，在室溫約為85°F(29℃)時燃燒器氣體用量大約是每小時90立方英尺(CFH)。在允許配料層聚集到蓋上大約100分鐘以后，上述值分別為825°F(441℃)、0.5×103BTU/小時，小于400°F(204℃)和80CFH。由圖可見，由于在蓋上聚集了配料層，蓋子金屬溫度，冷卻氣體的熱函量和冷卻氣體的出口溫度都大大降低了。可以相信在經(jīng)過55分鐘和85分鐘時蓋的金屬溫度的兩個峰值(如圖2所示)是聚集預(yù)期部分從蓋表面42上脫落下來，然后蓋溫度重新穩(wěn)定。通?？梢灶A(yù)計(jì)，在液化容器10內(nèi)溫度達(dá)到足以熔化典型的鈉鈣玻璃配料、蓋表面42的溫度大約保持在900°F±150°F(481℃±66℃)時，將形成一層隔熱和保護(hù)層。層厚取決于加熱和冷卻條件，以及配料的配方，在1/8英寸到3/4英寸(0.32厘米到1.91厘米)之間。
當(dāng)層54厚度增加時，層54的一部分可能會脫落，使蓋28的內(nèi)表面42上暴露出一部分，結(jié)果需要突然改變冷卻和加熱要求，可能暫時會損失隔熱效果，這可能給控制容器內(nèi)部溫度和蓋28所需的冷卻劑量帶來困難。如果需要，蓋的表面42可以包含固持裝置，諸如但不僅限于按納和固定配料的槽56。槽56的深度可以在3/32英寸(0.24厘米)的量級上。參見圖3，雖然不僅限于本發(fā)明，槽56可做成燕尾槽形來協(xié)助把配料層54固定到面42上。槽54還為最初的層54的聚集提供附加的表面積，并可分散和減少由容器10內(nèi)溫度變化引起的層54和蓋表面42之間的面對面的剪切力。參見圖4，蓋28上表面42的初始粘結(jié)，不論表面是光滑的還是帶槽的，都可用耐高溫的水泥58的涂復(fù)表面42來增強(qiáng)，這層耐高溫水泥在容器內(nèi)提供了初始的隔熱，并由于層54初始部分產(chǎn)生較高溫度，層54的粘接較好。
圖5和6表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例，為了更進(jìn)一步將層54固持到蓋28上，將帶小孔的構(gòu)件62，諸如網(wǎng)狀金屬、開孔的板或篩網(wǎng)固定到蓋28的表面42上。這些帶小孔的構(gòu)件必須是耐熱的，并充分地連接到蓋28上，從而當(dāng)層54聚集到蓋表面28上時，它能協(xié)助支撐層54。圖6表示可以使用的網(wǎng)狀金屬外形，雖然不僅限于本發(fā)明。在本發(fā)明的一個特殊實(shí)施例中，用410不銹鋼制造的N.16網(wǎng)狀金屬在大約2～3英寸的中部(5.08～7.62厘米)焊接到蓋28上。
對于熟悉本專業(yè)的人來說可以理解，在冷卻金屬蓋28上的配料層54帶來的好處是與蓋結(jié)構(gòu)如耐高溫塊的好處等同的。層54將協(xié)助密封和隔離蓋子，在容器10內(nèi)保持低的熱損失，對加速的化學(xué)和磨料的侵蝕提供保護(hù)，并可使耐高溫表面保持在較低的溫度上，因此增加了蓋的有效服務(wù)壽命。另外，本發(fā)明還可以用來保護(hù)該容器10的暴露部分而不光是蓋28，例如，本發(fā)明可以用來為蓋支撐塊31的內(nèi)表面60提供一保護(hù)層。另外，塊31可被做成類似于圖1所示的蓋28那樣，即流體冷卻金屬結(jié)構(gòu)，這樣塊31的冷卻速率可以控制，以改變聚集保護(hù)層的厚度。
圖7表示另一種液化容器110，它類似于Newcamp等人的美國專利第4668272號公開的類型，該專利可供參考。鋼罐112由支桿116懸掛于環(huán)形支架114上，支架114安裝到若干支輥118和直立輥120上，可繞與罐112中心線對應(yīng)的垂直軸轉(zhuǎn)動。罐112的下方出口122包括帶有中部開口126的襯套124。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一個用支架130靜態(tài)支撐的蓋128，該支架獨(dú)立地安裝在轉(zhuǎn)動罐112的上方，如圖7所示。蓋128包括一個或多個用來將高溫燃燒器134插入容器110內(nèi)的開口132。
在液化容器110內(nèi)，在罐112的壁上，圍繞著進(jìn)行燃燒和熔化的中心腔保留著一層穩(wěn)定的未熔化的配料136。來自燃燒器的熱量使配料表面部分138液化，向下流過底部開口126。然后，液化的配料流出液化容器110，可收集在液化容器110下方的容器140內(nèi)，以便按需要作進(jìn)一步加工，這些正如Kunkle等人的美國專利第4381934號表明的那樣，它的內(nèi)容可作參考。廢氣或向上通過蓋128上的開口進(jìn)入廢氣出口142、或向下通過襯套124上的底部開口126逸出。
在液化容器110的熔化過程中，在熱廢氣流內(nèi)將攜帶多種材料。例如，在典型的鈉鈣玻璃配料中，這些攜帶材料可能包括但不僅限于諸如氧化鈉蒸汽、硫酸鈉或碳酸鈉顆粒，所有這些都有很強(qiáng)的腐蝕性。這些蒸汽和顆粒與廢氣聯(lián)合，形成腐蝕和磨損性氣流，將腐蝕暴露在這些氣體中的蓋128的內(nèi)表面144。尤其在高溫環(huán)境下內(nèi)表面144將受到氧化或硫化。在液化容器110內(nèi)靠近蓋表面144處的溫度范圍一般約為2400°F～2600°F(1316℃～1427℃)，這個高溫加速了腐蝕和磨損。另外，氣流中攜帶的顆粒還會進(jìn)一步侵蝕表面144。已經(jīng)知道，這個機(jī)械的和化學(xué)的侵蝕可以磨損氧化鋁/二氧化鋯/二氧化硅抗高溫材料，磨損速率每24小時超過四分之一英寸(0.64厘米)。
一種減少廢氣對容器110暴露部分、尤其是蓋128的磨損作用的方法是如Tsai的美國專利4675041提到的，在廢氣和暴露部分之間用一氣體噴嘴通入高速氣體，這里該美國專利可供參考。這種高速氣體使廢氣和容器暴露部分之間的接觸減到最小，從而減小了由于腐蝕性損壞引起的磨損。
本發(fā)明還指出了另一種保護(hù)容器暴露表面使之免受循環(huán)廢氣損害的方法。參見圖8到圖10，本發(fā)明的蓋128由若干蓋組件146構(gòu)成，每個蓋組件包括主基板148和復(fù)蓋在蓋128的熱面144上的抗高溫抗磨損的復(fù)蓋層150。這里使用的術(shù)語“抗磨損”包括但不僅限于抗腐蝕、磨損、氧化或其它減少蓋128有效工作壽命的減損機(jī)制。復(fù)蓋層150最好是一塊板或是下面將討論的迭焊層。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，雖然不僅限于本發(fā)明，復(fù)蓋層150采用鉻合金不銹鋼。鉻合金鋼的表面將氧化，留下一層氧化鉻層，它將保護(hù)和密封下面的鋼使之下不被進(jìn)一步氧化和化學(xué)侵蝕。鉻合金也是抗磨損的。
在玻璃熔化領(lǐng)域，鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼要好，因?yàn)榍罢吆猩倭炕虿缓墟?。如果蓋128中的鎳進(jìn)入熔化的玻璃中，會在最終的玻璃帶中形成硫化鎳的石頭狀缺陷。在下面的討論中將參照的鉻鋼特性是鐵素體鋼的性能，不過應(yīng)該看到采用奧氏體鋼會出現(xiàn)類似的問題。
通常，在鋼中鉻含量越大，它的抗氧化抗腐蝕性能就越好，但使用鉻鋼會出現(xiàn)附加的問題。例如，含鉻重量比大約超過15%的鉻鋼，暴露持續(xù)的溫度范圍750°F～1050°F(399℃～566℃)可增加其硬度，延展性相應(yīng)減小。這個脫性隨著鉻含量的增大和加溫時間的增長而增大。結(jié)果，即使直接暴露在大于1000°F(538℃)的高溫中蓋表面144用高含量鉻的鉻鋼制成，如果通過復(fù)蓋層厚度的溫度變化率使復(fù)蓋層部分保持在臨界的預(yù)定的溫度范圍內(nèi)，蓋128也會產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。
為了延長蓋128的有用壽命，蓋128的溫度，具體地說復(fù)蓋層150的溫度要控制到避免脆裂。在圖8～10表示的本發(fā)明的具體實(shí)施例中，蓋128的每個組件146由循環(huán)的冷卻液、最好是水通過一系列導(dǎo)管152冷卻，作為一個例子，導(dǎo)管152由沿著它們的縱向構(gòu)件分開的管狀構(gòu)件造成，并焊接到基板148的冷面154上。這個冷卻設(shè)計(jì)易于制造并避免了將基板148與整個管道做成一體的要求。分開的入口156和出口158使通過管道152循環(huán)的冷卻液的量可以改變，從而可以按需要為每個蓋128的組件146提供單獨(dú)的溫度控制。此外，進(jìn)口156和出口158允許單個組件146從蓋128上拆去而不影響冷卻劑在其它組件146中的循環(huán)，這將在下面討論。
為復(fù)蓋層150提供一保護(hù)層可進(jìn)一步延長蓋128的使用壽命。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，蓋128冷卻到某一溫度，在這一溫度上容器10內(nèi)熱廢氣循環(huán)的材料開始以與Kunkle等人1987年6月27日申請的系列號為68375號中類似的方法附著到蓋上，這里該申請可作參考。在容器110加熱的初始階段，容器110中的廢氣可能包括但不僅限于空氣中攜帶的顆粒，如砂粒、白云石和石灰石，熔化的碳酸鈉、熔化的碎玻璃。在足夠低的熱面144的溫度上，如熔化的碎玻璃和碳酸鈉這樣的材料和附加的碎玻璃和碳酸鈉以及另一些聚結(jié)的固態(tài)顆粒材料和凝結(jié)蒸汽將凝結(jié)和“凍結(jié)”、在熱面144上。聚集層160的導(dǎo)熱系數(shù)起碼比金屬蓋128低一個數(shù)量級，因此可起隔熱效果，使較多的熱量留在容器110內(nèi)，較小的熱量通過蓋128散出。由于熱損失較少，隨著容器110內(nèi)溫度升高，廢氣流內(nèi)附加的顆粒開始軟化，并粘附到先前沉積的配料層160上，進(jìn)一步增加了隔熱性能。這又進(jìn)一步減少了通過蓋128的熱損失，增加了容器110內(nèi)的溫度。此外，未軟化的顆粒可由熱的軟化層捕獲，進(jìn)一步增加層厚和保溫性能。當(dāng)容器110內(nèi)的溫度達(dá)足夠高時，層160內(nèi)沉積材料在暴露到110內(nèi)部的表面上開始熔化并滴回到容器110內(nèi)，因此，限制了配料層160聚集的厚度，使它保持在恒定的層厚上，相應(yīng)地減少了熱損失。在這個穩(wěn)定的條件下，最終配料層160的厚度將直接與所加熱的材料類型和容器110內(nèi)的內(nèi)部溫度有關(guān)。
配料層160具有若干相互關(guān)聯(lián)的功能。層160保護(hù)了表面，使之免受容器內(nèi)循環(huán)的磨損顆粒的損傷?？梢灶A(yù)料，一些顆粒將粘附到層上成為層160本身的一部分。層160還進(jìn)一步起到隔熱器的作用，既能減少加熱容器110通過蓋128的熱損失，又能降低熱面144的溫度，因此減小了熱損壞的影響。層160也密封了面144，并保護(hù)它使之免受化學(xué)侵蝕。具體地說容器110內(nèi)循環(huán)著氧氣、濕氣及多種腐蝕性氣體，所有上述氣體都將侵蝕和腐蝕蓋的熱面144，而層160在蓋128的面144和這些氣體之間提供了一層屏障。通常高溫加速了化學(xué)反應(yīng)，由于隔熱層160的存在，降低了蓋128熱面144的溫度，減小了腐蝕性材料對面144的化學(xué)腐蝕的速率，因此延長了蓋的壽命。然而，應(yīng)該注意，配料層160本身也是腐蝕性的，這是由于例如在層160中的硫化物含量就會導(dǎo)致硫化作用的侵蝕，因此蓋128的熱面144也必須是抗化學(xué)侵蝕的。
當(dāng)層160厚度增加時，可能它的一部分會脫落，暴露出蓋128的一塊熱面144，結(jié)果隔熱效果暫時喪失，要求突然改變加熱和冷卻要求。這可能導(dǎo)致控制內(nèi)部溫度和蓋128要求的冷卻劑用量的困難。如果需要，蓋的熱面144可以包含固持裝置，例如但不僅限于是帶小孔的構(gòu)件162象網(wǎng)狀金屬、打孔的板或篩網(wǎng)等，它們象圖7、9和10所示的那樣固定到蓋128的面144上，固持住層160。這種帶小孔的構(gòu)件162必須是耐熱的，并牢固地固定到蓋128上，以充分地進(jìn)行冷卻，當(dāng)層160聚集到熱面144上時能協(xié)助支撐住層160。
在圖8到圖10表示的本發(fā)明的具體實(shí)施例中，蓋128由一層基板148、中間板164和暴露的內(nèi)板166制成?；?48厚1.5英寸(3.81厘米)，用象A I S I1010鋼那樣低碳鋼制成，中間板164厚1/4英寸、(0.64厘米)，材料是鉻鋼，鉻的重量含量約為10～16%，暴露的內(nèi)板厚1/4～3/8英寸(0.64～0.95厘米)，材料是鉻鋼，鉻的重量含量約為16～27%。最好的冷卻劑是水，它通過管道152循環(huán)，使蓋表面144的溫度保持在900°F到1200°F(482℃～649℃)之間。如果需要，可以加上鉻鋼側(cè)板168，以保護(hù)基板148的側(cè)面，如圖8到圖10所示。用410不銹鋼制的金屬網(wǎng)格在中心距為約2～3英寸處(5.08厘米～7.62厘米)點(diǎn)焊到蓋128的板166上。
正如上面所討論的，如果板166太厚，板的一部分可由水冷卻和/或?qū)?60的聚集的聯(lián)合作用來冷卻到某一溫度范圍，在此范圍內(nèi)，由于通過板厚度的溫度梯度，板上可出現(xiàn)裂紋。例如，板166用鉻重量含量為25%的鉻鋼制成，冷卻板166，從面144通過板166的溫度梯度使板厚度的一部分保持在其脆性的溫度上，那末在內(nèi)板166上就有可能出現(xiàn)內(nèi)部裂紋。加上鉻鋼的中間板164，它的鉻含量低于暴露的內(nèi)板166的含量，并確定板164和166的厚度，這樣，在預(yù)先設(shè)定的工作參數(shù)下，通過該復(fù)蓋層150的溫度梯度使板166整個厚度保持在25%鉻含量鉻鋼的脆性溫度范圍之上，板166將不會由于脆性而開裂。低鉻含量鋼能保持其溫度梯度在25%鉻含量鉻鋼引起脆裂的范圍內(nèi)，因?yàn)樗你t含量低，脆性溫度范圍也低。這樣，中間板164在25%鉻含量鉻鋼的脆性溫度范圍內(nèi)將不會出現(xiàn)同樣的有害的影響，這就減少了復(fù)蓋層150中任何一塊板脆裂的危險性。
最好能使用一塊鉻鋼板，它的脆性溫度范圍處于復(fù)蓋層150溫度梯度的溫度范圍之外，這樣盡量消除脆性裂紋。低鉻含量的鉻鋼的脆性溫度范圍可以低于該溫度梯度范圍，這樣就不會由于脆性而出現(xiàn)裂紋。但是它的抗磨性低于高鉻含量的鋼。另一方面，脆性溫度范圍在上述溫度梯度范圍之上的高鉻含量鉻鋼可提供足夠的抗磨性，但比低鉻含量鉻鋼貴一些。
作為一種選擇，熱面144上的復(fù)蓋層150可以用多層同樣鉻含量鉻鋼制成。在這種設(shè)計(jì)中，采用高鉻含量鋼時，位于主板148和暴露的最外層鉻鋼板之間的鋼板可能開裂，但裂紋不延伸穿過復(fù)蓋層150到蓋128的熱面144上;如果采用低鉻含量鋼，暴露的最外層板可能開裂，但內(nèi)部的板將不開裂，這樣保護(hù)了主板148。
板164和166可以用若干現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法如普通的焊接、爆炸焊接和滾軋連接等方法固定到主板148上。應(yīng)該注意，普通焊接系統(tǒng)的整體性受到焊接工藝中固有的缺陷如微裂紋、孔隙等的限制。另外，普通焊接不能提供在高溫操作中要求的板之間的熱傳導(dǎo)程度。對高溫應(yīng)用來說，爆炸焊接是一種好方法，因?yàn)樗茉诎逯g提供連續(xù)的密切的結(jié)合，這對于通過蓋的優(yōu)良的導(dǎo)熱性來說是必要的。如果在制造中采用爆炸焊接，必須小心確保板材的沖擊強(qiáng)度要高到足以能經(jīng)受爆炸焊接工藝的沖擊。
雖然在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，復(fù)蓋層150是鉻鋼的也可使用其它合金，例如，Alpha Ⅳ，這是一種可從賓夕法尼亞州的Alleggny Lundlum有限公司得到的鋁鉻合金;Stellite 6，這是一種可從印地安納州Cabot Stellite 6分部得到的鈷鉻合金。
作為一種方案，復(fù)蓋150層可以是焊接的復(fù)合層，也就是說用若干焊球邊靠邊地沉積復(fù)蓋住蓋128的整個熱面144。在圖11和圖12表示的本發(fā)明的具體實(shí)施例中，鉻鋼焊珠170用已知的焊接技術(shù)、例如埋弧焊-一種最好的辦法，以及金屬插入氣焊法加到基板148上。在使用長焊珠的情況下，焊區(qū)172最好要小，以減少基板148可能出現(xiàn)的翹曲或彎曲等損壞。焊接復(fù)合層174加上以后，可以上下層焊接復(fù)合層176，如果需要，為避免上面討論的脆裂問題，附加層可具有不同的鉻含量。
為使其板148和層174之間具有良好的導(dǎo)熱性，焊接復(fù)合層能提供與基板148密切接觸，但是這里還必須說清焊接還有附加的擔(dān)心問題。當(dāng)鉻合金珠加到基板148上時，兩種金屬結(jié)合在一起，合成焊珠的鉻含量被稀釋，即此時的鉻含量將大約為基材和復(fù)合材料鉻含量的平均值。例如如果基材不含鉻，焊接復(fù)合材料含重量為20%的鉻，合成焊珠含鉻約10%，即(0%基板含鉻量)+20%(復(fù)合材料含鉻量)/2。應(yīng)該注意，為聚集成復(fù)蓋層150的厚度，鉻復(fù)蓋層材料的連續(xù)加工將使稀釋程度減小，因?yàn)橄聦硬牧鲜呛t的。接著前面的例子，如果同樣的第二層焊接復(fù)合材料加到第一層上，在第二層上合成的鉻含量將大約是15%，即10%(第一層)+20%(第二層)/2。顯然，悍接的次數(shù)越多，鉻含量減少得越小，因此合成的鉻含量就越高。
另外，基板148的材料類型可以影響焊接復(fù)合層的效能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基板148中的碳含量太高，例如鑄鐵，復(fù)合層材料中的鉻與碳結(jié)合形成碳化鉻。這項(xiàng)結(jié)合物減少或去掉了前面討論過的形成鉻氧化物保護(hù)層的鉻。為避免這種情況，應(yīng)使用低碳和/或低碳鉻鋼基板材料。作為一種替代方案，如果基板的碳含量太高，可以在基板148和鉻合金鋼焊接復(fù)蓋層之間放一層如純鐵那樣的低碳含量材料的焊接復(fù)蓋層，以此作緩沖來減少焊接復(fù)合層中鉻的降低。
在圖11和12表示的具體實(shí)施例中，厚度為1/8英寸(0.32厘米)、25%鉻含量的合金鋼焊珠170加到大約6英寸×6英寸(15.24厘米×15.24厘米)的焊接區(qū)172，蓋住2.5英寸(6.35厘米)厚的低碳鋼基板148。兩層1/8英寸(0.32厘米)厚的焊接復(fù)蓋層178保護(hù)基板148的側(cè)面，用不銹鋼金屬網(wǎng)180復(fù)蓋熱面144并支撐住前面討論過的可能形成的配料層182。
在本發(fā)明的任一實(shí)施例中，基板148和復(fù)蓋層150的厚度。冷卻設(shè)計(jì)全都是相互關(guān)聯(lián)的，并都取決于容器110內(nèi)的工作條件。蓋128的熱面144的溫度取決于容器110內(nèi)的溫度和蓋128內(nèi)的冷卻量。反過來冷卻取決于基板148和復(fù)蓋層150的厚度和它們各自的熱傳導(dǎo)系數(shù)、冷卻導(dǎo)管152在基板148的冷面154的放置，以及熱面144所需要的溫度。另外，正如前面討論過的，鉻復(fù)蓋層150的脆性將確定層厚。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，每個單獨(dú)的組件146都支撐成可以拆掉而不影響其余組件146的工作，基方法類似于Matesa等人1986年6月11日提出的美國系列號為873003的申請中公開的方法，該申請的內(nèi)容可作參考。在圖7和圖9所表示的本發(fā)明的具體實(shí)施例中，組件146是由支架130的梁184通過拉桿186和吊具188來支撐的。拉桿186的U形構(gòu)件190銷到吊具188上，而桿186的上端可拆卸地固定到梁184上。
每個組件146最好以任何方便的方式與相鄰的組件連在一起以形成整體的蓋結(jié)構(gòu)。在圖10表示的本發(fā)明的具體實(shí)施例中，螺柱192穿過連板194相對兩面，擰入主板148的螺孔196中。撐住連板194的軸套198把它與主板148隔開。
放置板200，結(jié)構(gòu)上類似于吊具188，當(dāng)用一起升機(jī)構(gòu)如橋式吊車(圖中未示)來把組件放到蓋128內(nèi)或拆出時，可用它來吊裝組件146。吊車可以降下某一裝置以便連到放置板200上(圖中未示)，然后當(dāng)連桿186和連板194松開，進(jìn)口156和出口158從冷卻劑供給設(shè)備(圖中未示)上脫開時拉緊吊車的纜繩支撐住組件146。吊車從蓋128上吊起蓋組件146，送到卸載位置，然后帶著新的蓋組件146返回到蓋128的開口處。作為一種替代方案，組件146可直接用連桿186吊裝。
應(yīng)該看到，雖然從圖7到12中公開的本發(fā)明的實(shí)施例都是一種具有矩形可拆卸的組件的平板式蓋，也可采用其它形狀蓋子或組件。例如，正如美國系列號873003所公開的，蓋128可以是圓拱形的，組件146可以是楔形的。
蓋128的組件或結(jié)構(gòu)允許在不同的地方使用具有不同厚度復(fù)蓋層的組件。例如，在可能出問題的地方的組件146的復(fù)蓋層150，例如在靠近裝料槽(圖中未示)或廢氣出口142處，其厚度比蓋的其它部分厚一些。
另外，在僅頂部的有選擇的部分需要進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)視和由于加熱容器內(nèi)的溫度和/或腐蝕和/或磨損條件下的置換時，本發(fā)明的蓋設(shè)計(jì)可與其它的蓋或頂?shù)臉?gòu)形相聯(lián)合使用。例如，頂部可以是連續(xù)的，在可能出問題的區(qū)域，在容器主體上的一片結(jié)構(gòu)上裝有可拆卸的組件146。
在這篇公開材料中表明和描述的本發(fā)明的形式表示說明性的實(shí)施例，應(yīng)該理解，可以作出各種變化而不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用一隔熱層來保護(hù)加熱容器暴露的內(nèi)表面的方法，包括加熱上述容器內(nèi)的上述材料，在上述容器內(nèi)建立循環(huán)型式，其中上述廢氣包括攜帶的顆粒和熔化的材料，并且上述氣體對著上述暴露內(nèi)表面移動；和冷卻上述暴露表面到一溫度，在此溫度上接觸上述冷卻表面的上述顆粒和熔化的材料將附著到上述表面上，在上述表面形成保護(hù)層，其中，附加的攜帶材料附著到先前沉積的攜帶材料上、這樣來增加上述層的厚度。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中，上述保護(hù)層為上述內(nèi)表面隔熱，在上述容器內(nèi)的溫度達(dá)到足以熔化上述層上的新的沉積的攜帶材料之前，還進(jìn)一步包括增加上述層厚度的步驟;從而使上述表面保持比較恒定的層厚，并使上述容器內(nèi)保持比較恒定的溫度。
3.按照權(quán)利要求2的方法，還進(jìn)一步包括改變上述容器內(nèi)熱量的步驟，這樣來改變上述層的厚度。
4.按照權(quán)利要求2的方法，還進(jìn)一步包括改變上述暴露表面的冷卻來改變上述層厚度的步驟。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述暴露表面是上述容器蓋的暴露表面，進(jìn)一步還包括在上述加熱步驟之前，用耐高溫水泥涂復(fù)上述蓋表面的步驟。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述暴露表面是上述容器蓋的暴露表面，進(jìn)一步還包括在上述蓋表面上提供固持器以協(xié)助固定上述層到上述蓋表面上。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述暴露表面是上述容器蓋的暴露表面，進(jìn)一步還包括把抗熱的開小孔的構(gòu)件固定到上述蓋表面上以協(xié)助把上述層固定到上述蓋表面上的步驟。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其中上述材料是玻璃配料，上述表面是上述加熱容器蓋的暴露的表面。
9.一種配料加熱容器的蓋，其中由加熱設(shè)施向上述容器的配料含有腔里加熱而產(chǎn)生的廢氣在容器內(nèi)循環(huán)，在上述廢氣內(nèi)攜帶有顆粒和熔化的材料，上述蓋包括一個主體部分，它具有暴露到上述腔內(nèi)的內(nèi)表面;一層保護(hù)層，它包括在上述內(nèi)表面上提供的上述顆粒和熔化的材料，以保護(hù)和隔離上述表面;和控制上述內(nèi)表面的冷卻以改變上述保護(hù)層厚度的設(shè)施。
10.按照權(quán)利要求9的蓋，進(jìn)一步還包括增加上述內(nèi)表面面積的設(shè)施。
11.按照權(quán)利要求9的蓋，進(jìn)一步還包括將上述層固持到上述內(nèi)表面上的設(shè)施。
12.按照權(quán)利要求9的蓋，其中上述內(nèi)表面包括開槽的表面部分。
13.按照權(quán)利要求9的蓋，進(jìn)一步還包括固定到上述蓋的上述內(nèi)表面上的開小孔的構(gòu)件。
14.按照權(quán)利要求13的蓋，其中上述開小孔的構(gòu)件是網(wǎng)狀金屬。
15.按照權(quán)利要求9的蓋，其中上述配料是玻璃配料。
全文摘要
玻璃配料熔化容器的蓋會受到腐蝕和熱損壞。冷卻這蓋，使它的暴露內(nèi)表面溫度控制在使容器內(nèi)循環(huán)的廢氣攜帶的顆粒和熔化材料附著到蓋表面，形成保護(hù)的隔離層，以延長蓋的服務(wù)壽命。另外，加熱容器的多層的冷卻金屬蓋具有用低碳鋼制造的主支撐板和暴露到容器內(nèi)部的鉻鋼覆蓋層，鉻鋼覆蓋層的鉻重量含量大約是10～25％。
文檔編號F27D1/12GK1072663SQ92111550
公開日1993年6月2日 申請日期1992年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1987年7月1日
發(fā)明者J·E·孔克爾, G·A·佩克拉羅, H·M·德馬雷斯特, G·N·休思 申請人:Ppg工業(yè)公司