专利名称：包括一电熔耐火材料构件以及高度抗腐蚀和侵蚀元件的复合结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由基于陶瓷氧化物、耐火材料和其它材料以及矿物氧化物的电熔耐火构件构成的复合耐火结构，该结构中至少包括一个形状不同的结构元件，该元件能很好地抵抗由熔池，特别是熔融玻璃之类的熔池所产生的腐蚀和侵蚀。
本发明还包括了一种生产所述整体型复合耐火结构的工艺方法，所述耐火结构可以被用来制造用于玻璃制造的熔炉，特别是可以用于熔炉中受到熔融玻璃腐蚀作用最严重的区域。技术背景已知的是，建造一玻璃制造用熔炉的技术中要使用由电熔耐火材料制成的、经适当组合的整体型的诸元件，这些组合起来的元件通常被称作“电熔块”。
这些电熔块被制成各种形状、尺寸、类型和质量，并且都是如1987年2月23日的意大利专利19461中所披露的那样，通过在一个三相电弧炉中对一熔融的耐火材料氧化物的混合物进行模制而获得的。
熔融的混合物进入到经过适当设计并具有适当形状的模具内，在那里经受到一第一部分冷却并且形成预想的形状。然后，电熔耐火材料在受到控制的条件下完成其冷却周期；在这个周期的最后，通常对其进行机加工并且进行机械地精加工。
最终获得的产品通常被称作“电熔耐火块”。
还知道的是，由于所述耐火材料经受在熔炉中的每个部分都会发生的各种机械、物理、和化学的条件，所以它在使用过程中会受到侵蚀。
电熔耐火材料所遭受的侵蚀会使其造成损耗。损耗的程度决定电熔耐火块的工作寿命，并在根本上决定玻璃熔炉的工作寿命。
根据电熔材料块的质量、类型以及在熔炉中所处位置的不同，它们的损耗也有所不同。实际上已经知道，在熔炉中有些区域内内的损耗比其它的区域更为严重。一般都知道，在发生磨损最严重的区域内，构成熔炉喉部的电熔块会有损耗，特别是在玻璃入口处、止回壁处的覆盖块，或者是处在技术上被限定为“液面线(flux line)”或“金属线(metal line)”之区域内的覆盖块尤其如此。
为了尽可能地延长玻璃熔炉的寿命，实际操作中较佳的是，选择并且组装具有不同质量和特性的电熔耐火材料，以平衡熔炉内每个部分的损耗程度。
在制造玻璃熔炉时，实际上现在通常是同时具有电熔耐火材料块，这些耐火块具有不同的化学成份(Al2O3-ZrO2-SiO2、α和β的Al2O3、ZrO2、Al2O2-Cr2O3-SiO2-ZrO2，等等)，并且根据所生产之玻璃的质量和类型以及根据它必须承受的应力而处在各特定的区域内。
在已有技术中，尽管采用了不同的材料，但是还是不能在玻璃熔炉各区域内的损耗之间达到一个让人满意的平衡，因此，由于熔炉内某些构件的过早损耗使得所述熔炉仍不能达到最佳的寿命。
为了减少这种损耗不均的影响并确保熔炉具有最长的工作寿命，通常要依靠一种机械型的其它解决办法，例如从外侧冷却所述结构，或者是在熔炉还是热的和正在运行的时候来修复损耗最严重的区域。发明的揭示因而，本发明的一个目标在于提供一种复合型并且是整体型的耐火结构，该结构的形状像是一具有各种尺寸和化学-物理性质的电熔耐火材料块，它能够很好地抵抗由熔池特别是熔融玻璃熔池所产生的腐蚀/侵蚀，因此能达到通常由任何类型和组份的电熔材料都无法达到的较长的寿命。
本发明的一个目的在于，提供一种复合型耐火结构，它是由化学和/或物理性质互不相同、而且互相之间紧密且连续接触的诸构件构成，一个构件是由经过电熔的或其它模制方法模制的耐火材料构成的，而一个或更多的部件则是由能耐高温和耐腐蚀的材料构成，它能构成一个耐火构件的有效保护层以抵抗熔融玻璃或类似物的连续侵蚀。
本发明的另一个目的在于，提供一种用于制造所述复合耐火结构的方法，以便很容易和高效地进行生产制造，无需特别而且昂贵的设备。
这一目标、这些和通过下文中描述而变得明确的其它一些目的都可藉一复合及整体型的耐火结构来达成，该耐火结构特别适合于但并不限于熔融玻璃熔炉的制造，根据本发明，该耐火结构是由一个基于铝、锆、硅之类氧化物的电熔耐火材料制成的块状构件构成的，并且具有适于其使用的形状和尺寸，在该耐火结构中一体地插入了至少一个保护元件，所述保护元件能够很好地抵抗熔融玻璃熔池之类的侵蚀，它是从金属、贵金属、耐火金属、耐火材料、传统的和非传统的陶瓷材料，例如碳化物、氮化物、硼化物之类或者是石墨基的材料、合金和/或它们的混合物和/或组合物中加以选择的；所述元件大致被赋予一个具有一定形状和尺寸的板形的形状，以具有一个类似于耐火块之外周形状的外形并被安置在所述耐火块中，故其表面位于或接近于将暴露在熔池的侵蚀之下的耐火块的表面，因而为处在它后面的耐火构件构成了一个抵抗所述侵蚀的连续的保护层。
更特别的是，所述保护元件被设置成刚性的板状或层状的形状，它形成了“C-”、“I-”、“L-”、“O-”、“S-”、“U-”、“V-”形等不同的几何形状；被设置成带有一藉开放的或封闭之外周构成的底面形状的圆柱形或锥形的管子；被设置成它们的组合或组件，以构成一个开放的或封闭的实心或盒状的本体；所述层或内插件是由至少一种金属构成的，最好是从钼、钽、钨、铂、耐火金属、传统的和非传统的陶瓷材料，例如石墨、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等，以及这些材料的合金和/或混合物和/或组合物中加以选择的。
根据本发明，还提供了一种用于所述复合耐火结构的方法，所述方法是在一于一合适的模具内生产电熔耐火材料块的传统的生产周期中，在特别的条件和操作步骤下进行的，所述耐火块最好是用来建造玻璃熔炉。
根据本发明的这种方法实际上包括--制备一个用于制造一具有所需尺寸的电熔耐火材料块的传统模具；--制备至少一个能很好地抵抗熔融玻璃之侵蚀的保护内插件，所述内插件具有一定的形状和尺寸，至少能为那些受到侵蚀最严重的耐火块区域形成一个连续的保护层；--在所述模具内定位那些用于所述内插件的支承和/或悬挂件，这些支承和/或悬挂件的形状及配置能稳固地保持所述内插件，并且使之完全浸没在模具中从而在模制之后完全被埋在耐火块中，而且使组成保护层的表面平行于并且接近于耐火块的那些将受到熔融玻璃侵蚀的表面；以及随后--根据一种能避免内插件相对模具的壁移动的引入熔融材料的方法和设备，在清楚地确定和计划好的时间内在所述模具中模制熔融的耐火材料；以及最终--当模具被充满时停止模制，然后，根据连续的周期，使包含内插件的耐火材料块冷却，从而在内插件、支承件和耐火材料部分之间达到一个紧密、连续并且是永久的接触。
更具体地说，所述耐火材料是从那些能够用电熔或其它方法，特别是主要成分为单种化学物质或是其组合的耐火材料中选择的，所述材料包括Al2O3、SiO2、ZrO2、Cr2O3、MgO，以及它们的混合物或组合物。
此外，所述诸内插件最好是由那些主要成分为Mo、Pt、Ta、W、贵金属或耐火材料、石墨、陶瓷材料、还有如氮化物、硼化物、碳化物、硅化物之类的特别材料以及它们的合金或混合物和/或组合物构成的。
同样地，为了使耐火材料部分和诸内插件之间达到稳固、紧密和相互的接触，用于耐火材料部分、诸内插件、诸支承和/或悬挂件的材料必须选择得具有相似的膨胀性。附图的简要说明本发明的其它特征和优点将通过下面结合各附图对仅为非限制性例子所作的描述而变得清楚。附图中
图1，1b和1a分别是一形状像L形金属薄板的整体型金属内插件的立体图、前视图和侧视图；图2和2a分别是一金属的板状内插件的侧视图和前视图；图3和3a分别是一形状像金属薄板的内插件的侧视图和前视图；图4和4a分别是一大致为U形的薄板内插件的侧视图和前视图；图5，5b，5a分别是另一个弯折成L形的薄板内插件的立体图、前视图和侧视图；图6是一由实心圆棒构成的内插件的视图；从图6副图到图11a是一系列用来在一模具内支承和/或悬挂一内插件(如前面各附图所示)之诸元件的视图；所述诸元件可以由具有各种形状和尺寸的金属、石墨、耐火材料、陶瓷材料或其它适合的材料制成；图12是一个用于生产电熔耐火材料块传统模具的中剖视图，在所述模具中，通过采用从图6副图到11a所示诸元件中挑选的元件来定位一L形的金属薄板内插件；图12a和12b分别是沿着图12中的平面XII-XII和图12中的“A”向的模具的横剖视图；图13是根据本发明的复合结构的使用情况的一个例子的示意图，更精确地示出了一个被称作“喉部”的玻璃流动区域的形状，并且示出了熔融玻璃从熔化箱流动到“成型箱”的方向(F)；以及图14是一耐火块的时间-腐蚀的曲线图，更精确地示出了与耐火块的最初形状相比，耐火块逐渐腐蚀后的形状。实施本发明的方式参照上述各附图和已经进行的描述，根据本发明的复合耐火结构基本上是由一耐火材料制成的整体型构件构成的，这些耐火材料是用基于陶瓷氧化物，特别是AZS系列氧化物的电熔(或其它模制方法)来形成的，所述耐火结构还包括至少一个完全浸没而隐藏起来的金属内插件，所述内插件充当了一个保护耐火材料不受熔融玻璃或类似腐蚀产品侵蚀的保护层。
根据电熔材料块的类型以及它们中的大部分在包括一熔融玻璃熔炉的结构中所处的相对位置，可以采用例如图1到6或者是其它合适形状的金属内插件，并且可以采用例如图6副图到图11a中所示的或者是类似的各种类型的支承件来在一用于电熔块的模具内对所述诸内插件加以支承。
这样，一第一类型的内插件便由一个矩形的金属薄板(图1，1a)构成，该薄板被弯折成L形，并且沿着一个预设为R的曲率半径具有两个相同的(或可选择为不同)翼部1a，1b；在例如翼部1a的相对两端上有着一半圆形的(或其它形状)并且是旨在中断内插件外周边连续性的凹槽或缺口2。
同样地，图2的金属内插件也是由一个金属薄板2构成，它也被弯折成L形并且形成两个翼部2a和2b。翼部2a终止在一个被弯折成一个角度的2c部分处，该翼部上并设有一半圆形的凹槽2e。翼部2b也终止在一个像2c部分那样弯折的部分。
同样地，图3，4和5也是由被弯折成L形或U形的金属板构成的，它们分别由标号3、4和5来表示、并且也设有一凹槽3a，4a和5a。
只有内插件4的端部没有被弯折。
所述各内插件通常是由Mo、Pt、Te、W等金属制成的；它们也可以由例如包括陶瓷材料、石墨、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和其它类似材料的材料制成，所述材料可以是上述那些以及它们的合金或混合物和/或组合物。所述内插件还可以通过化学的、物理的或机械的处理，以使它们能适应工作需要。同样地，它们的长度、宽度和厚度的尺寸也可以根据所述内插件必须为其构成保护层的耐火块的尺寸来进行变化。
所述内插件的形状复制耐火块部分的外周形状，以用来抵抗熔融玻璃熔池的侵蚀。
可采用如图6副图到图11a中所示的各种类型的支承件将各种内插件稳固地定位在模具中。
图6副图和图7中示出了一种由金属、石墨、耐火材料、陶瓷材料或其它合适的材料制成的销钉或销子，可以用这些销子在模具中定位由一实心圆棒构成的图6的内插件。
图6副图中的销子的较窄端插入在模具的壁中，而图6的圆棒形内插件的一端则被安置在具有较大直径的凸出部分的座内。图7中的支承件基本上是由一金属的或其它材料制成的板件7构成的，该板件上设有一适配孔7a，圆棒形内插件的自由端插入在该孔内；阴影线所示的7b部分被妥贴地插入在模具的壁内。图8到11a示出了圆柱形的或截头锥形的其它支承件，它们具有横向形成的缺口8b和10b，或者是在其端部形成凹槽9b和11b。所述凹槽或缺口旨在妥贴地接纳各种薄板内插件的翼部边缘，以使它们得以稳固地定位。
图12，12a和12b示出了在模制熔融耐火材料之前，一内插件在图12所示一形状像矩形平行六面体的模具中之定位情况的一个完整的例子。
设置在这些图中的内插件是图1中标号1所表示的那种类型，也就是说，它是一个具有L形轮廓并且具有垂直安置的翼部1a和1b的薄板。翼部1a的下边缘被接纳在两个垂向的圆柱支承件9(图9)的凹槽9b中，而支承件的与设有凹槽之端部相对的端部则被妥贴地插在模具12的后壁上；如图12a所示，翼部1b同样被安置在两个相同的支承件9上，这两个支承件也被妥贴地插在模具的后壁上。此外，在模具的顶部还有两个水平地妥插在模具之连续壁中的圆柱件8(图12b)对所述翼部1a和1b起着保持作用。
内插件1之翼部的这种保持方式使得所述内插件能完全地容纳在模具中，因而也完全处于加工完成的耐火块之中，而且还能使其翼部稳固地平行于并靠近模具壁的内表面。
当然，可以采用其它类型的支承件来定位和支承其它类型的内插件，例如仅仅是为了举例起见而在附图中示出的那些。
用来在模具中模制熔融的耐火材料以完成本发明之复合结构的方法包括如下操作步骤--借助于所述合适的结构和具有一定构造的诸支承件，在所述铸模中定位、支承和/或悬挂至少一个内插件，因而使所述内插件浸没在由电熔耐火材料制成的部件中，从而使构成抵抗熔融玻璃熔池之保护层所必须的表面处在接近于将会受到侵蚀的耐火块表面的地方；--用合适的方法和设备在模具中模制熔融的耐火材料，所述设备能控制流速，并且能充分控制模制流体的方向性，以在一个计划好的时间内引入熔融的材料，从而防止了一个或多个内插件相对于模具的移动，因此可以完成对所述模具的均匀而且完整的充注。
在这一个步骤中，对构成用来定位和支承一个或多个内插件之各元件的材料、形状和尺寸的选择的重要性是显而易见的。
对这些相关特性的限定必须是根据内插件和耐火部件的性质进行，并保证--在模制过程中防止诸元件经历一个会使内插件从其原始预定位置发生移动的任何性质变化；--在耐火块冷却之后，于诸元件和复合结构的耐火部件之间产生永久的结构连续性；以及--在耐火块冷却之后，于诸元件和内插件之间的界面处产生永久的、紧密的并且是相互的接触，而且没有任何的不连续。
还进一步需要根据一个合适的热循环来冷却由耐火材料部件和内插件构成的复合结构，以确保在耐火部件中产生均匀的微晶结构，并且使所述耐火材料部件和内插件之间紧密地接触。
为此，必须对耐火材料部件、内插件和诸支承件的性质作出选择，使它们具有均匀膨胀的特性。
根据所描述的方法制造的耐火块可以用于例如图13中数字1到9中的每一个位置。所述图13示出了技术上被称作“喉部”的玻璃熔炉之区域的一个可能的实施例。
对电熔耐火材料的强烈腐蚀就发生在这个区域，而在位置1，2和3，特别是位置1对耐火块的影响最大，因此位置1处的构件最为重要，从其在图13中喉部内的结构上的功能来看也是如此。
喉部是炉子结构中的一个关健构件，实际上它的损耗情况决定了所述熔炉的工作寿命，有时必然需要较早的关停熔炉。构成喉部之耐火块的腐蚀情况如图14中的典型形状所示，图中的F表示熔融玻璃的流向，B表示耐火块最初的形状，而t1和t2则表示在t1和t2时间内逐渐腐蚀后的形状，其中t2是在t1之后。
在位置1上的耐火块中用虚线表示的内插件I通过将其本身插在熔融玻璃熔池和耐火材料之间而充当了一个保护耐火材料本体的保护层，防止了所述本体与熔融玻璃的接触，因而避免了它的腐蚀和/或侵蚀，实际上增加了耐火块的工作寿命。
根据一些较佳实施例对本发明所作的描述和阐述当然是显而易见的，在实际实施过程中，在不偏离本发明保护范围的情况下，还可以有一些结构上和功能上的等价改进和变化，特别是对耐火材料、内插件、支承件，以及所述内插件和支承件的数量和相对位置。
权利要求
1.复合的并且是整体型的耐火结构，特别适用于玻璃制造之类的熔炉，其特征在于，它是由一个基于铝、锆、硅之类氧化物的电熔耐火材料制成的块状构件构成的，并且具有适于其适用的形状和尺寸，在该耐火结构中一体地插入了至少一个保护元件，所述保护元件能够很好地抵抗熔融玻璃熔池之类的侵蚀，它是从金属、贵金属、耐火金属、耐火材料、传统的和非传统的陶瓷材料，例如碳化物、氮化物、硼化物等，或者是石墨基的材料、合金和/或它们的混合物和/或组合物中加以选择的；所述元件大致被赋予一个具有一定形状和尺寸的板形的形状，以具有一个类似于耐火块之外周形状的外形并被安置在所述耐火块中，故其表面位于或接近于将暴露在熔池的侵蚀之下的耐火块的表面，于是便为处在它后面的耐火构件构成了一个抵抗所述侵蚀的连续的保护层。
2.如权利要求1所述的耐火结构，其特征在于，所述保护元件被设置成刚性的板状或层状的形状，它形成了“C-”、“I-”、“L-”、“O-”、“S-”、“U-”、“V-”形等不同的几何形状；被设置成带有一藉开放的或封闭之外周构成的底面形状的圆柱形或锥形的管子；被设置成它们的组合或组件，以构成一个开放的或封闭的实心或盒状的本体；所述层或内插件是由至少一种金属构成的，最好是从钼、钽、钨、铂、耐火金属、传统的和非传统的陶瓷材料例如石墨、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等，以及这些材料的合金和/或混合物和/或组合物中加以选择的。
3.用于制造如权利要求1和2所述的一整体型复合耐火结构的方法，它采用了用来制造由电熔耐火材料制成的耐火块的传统的模具，其特征在于--制备一个用于制造一具有一定尺寸的电熔耐火材料块的传统模具；--制备至少一个能很好地抵抗熔融玻璃之侵蚀的保护内插件，所述内插件具有一定的形状和尺寸，至少能为那些受到侵蚀最严重的耐火块区域形成一个连续的保护层；--在所述模具内定位那些用于所述内插件的支承和/或悬挂元件，这些支承和/或悬挂件的形状及配置能稳固地保持所述内插件，并且使之完全浸没在模具中从而在模制之后完全被埋在耐火块中，而且使组成保护层的表面平行于并且接近于耐火块的那些将受到侵蚀的表面；以及随后--根据一种能避免内插件相对模具的壁移动的引入熔融材料的方法和设备，在清楚地确定和计划好的时间内在所述模具中模制熔融的耐火材料；以及最终--当模具被充满时停止模制，然后，根据连续的周期，使包含内插件的耐火材料块冷却，从而在内插件、支承件和耐火材料部分之间达到一个紧密、连续并且是永久的接触。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述模制步骤包括模制耐火材料，这些耐火材料是从那些能够用电熔或其它方法，特别是主要成分为单种化学物质或是其组合的耐火材料中选择的，所述材料包括Al2O3、SiO2、ZrO2、Cr2O3、MgO，以及它们的混合物或组合物。
5.如权利要求3和4所述的方法，其特征在于，在所述制备步骤中，诸内插件最好是由那些主要成分为Mo、Pt、Ta、W的材料、普通的耐火金属、石墨基的材料、传统的和非传统的陶瓷材料、还有如氮化物、硼化物、碳化物、硅化物之类的特别材料以及它们的合金或混合物和/或组合物构成的，这些材料可以经受局部的或总体的化学、物理、机械的处理或加工，以局部地或总体地改变其性质、外观、尺寸、形状或表面状况。
6.如权利要求3到5所述的方法，其特征在于，在所述制备和模制步骤中，为了使耐火材料部分和诸内插件之间达到稳固、紧密和相互的接触，用于耐火材料部分、诸内插件、诸支承和/或悬挂件的材料必须选择得具有均匀一致的膨胀性。
全文摘要
一种复合的并且是整体型的耐火结构，特别适用于玻璃制造之类的熔炉，其特征在于，它是由一个基于铝、锆、硅之类氧化物的电熔耐火材料制成的块状构件构成的，并且具有适于其应用的形状和尺寸，在该耐火结构中一体地插入了至少一个保护元件，所述保护元件能够很好地抵抗熔融玻璃熔池之类的侵蚀，它是从金属、贵金属、耐火金属、耐火材料、传统的和非传统的陶瓷材料，例如碳化物、氮化物、硼化物等，或者是石墨基的材料、合金和/或它们的混合物和/或组合物中加以选择的；所述元件大致被赋予一个具有一定形状和尺寸的板形的形状，以具有一个类似于耐火块之外周形状的外形，并且被安置在所述耐火块中，所述元件的表面接近于暴露在熔池的侵蚀之下的耐火块的表面，于是便为处在它后面的耐火构件构成了一个抵抗所述侵蚀的连续的保护层。在本发明范围内还包括了一种在传统的模具内生产这种复合耐火结构的方法。
文档编号C03B5/00GK1150793SQ95193603
公开日1997年5月28日 申请日期1995年6月19日 优先权日1994年6月20日
发明者贾恩卡洛·迪内利, 亚历山德罗·凡蒂内 申请人:雷弗股份公司