专利名称：一种增加容器耐火衬使用寿命的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过倾斜地铺设耐火砖增加容器耐火衬使用寿命的方法。
在冶金材料的工艺中，装盛熔化金属的容器常装有耐火衬以防其钢结构受高温破坏。耐火衬包括一层或多层质地相同或不同的耐火砖，位于反应炉中，运输容器中和后处理设备中。将要做为例子的炼钢转炉包括使用各种L.D.处理工艺的炼钢转炉，平炉，铸铁的和钢的运输铁水包，还包括二次冶金盛钢桶、煤气反应器及各种用于熔化处理工艺的容器。
通常在轴对称容器中，安装在内的衬由砖层圈辅成。个体砖的形状为在一方向是楔形，因而被称为“横楔砖”或“全楔形砖”(full wedge bridks)。它们厚度一致，在圆柱形容器中，成环形排列安装是没有问题的。
当容器呈截锥形，或有倾斜壁且砖也按上述方法排列成环形时，按照容器壁的倾斜角度，砖排列时会出现阶梯，随阶梯宽度增加引起砖的磨损程度也会增加，例如，由于平行于耐火砖受热侧的裂纹，砖的头部可能从砖与砖的粘接处脱落。
这种倾斜和截锥形容器衬的缺点是本技术领域的公知的，并有各种建议措施以减小环与环间的阶梯宽度，例如在容器壁上随其倾斜度而倾斜地铺设砖。在此情况下较适合使用的砖是有夹持措施的，通常是各种金属卡夹。美国专利3，274，742描述了一个这样的系统;而出版物“Radex-Rundschan”(1960年第4期)的第239页上描述了一种所谓“铁卡砖”，挂装于平炉的弧形壁上。
出版物“Transaction ISIJ”(1986年第26卷13-361)描述了一个使用球面楔形砖(spherical wedge brick formats)铺设的转炉的底面角部的衬。球面楔形砖不宜用于铺设环形，它还有一个明显大于5°的倾斜角，它们也没有通过倾斜方式安装。本发明通过倾斜地铺设工业用砖增加了容器耐火炉衬的使用寿命，而上述文章给出的技术不能取得这种效果。
德国专利局公开文件(2607598号)详细地描述了截头墙结构的容器衬，建议采用具有5°-30°斜面角的楔形砖，将它们沿相对于水平面呈一定斜度的面铺设一圈，使上述面的相邻的侧表面垂直布置，该出版物的内容将马上提及。
在实践中，上述出版物中所述的衬被采用主要是因为楔形砖被倾斜地安置而不考虑明显的垂直方向上存在的接缝间隙或用胶泥将其充填。这种容器衬技术比之使用特殊形状诸如有夹子或球面楔形砖的技术，即优越又经济。
然而在实施时，上述的容器衬技术也明显地暴露出缺点，例如，得国专利局的公开文件第2607598号中提到的主要表现为在铺设有所希望倾斜角度的砖环时，用于水平铺设中的加工成所需角度的成形砖，也称“托架砖”(console bricks)的薄弱之处。随着使用时间增加，这些砖出现过早的磨损。而更换它们则涉及到多达5层的适当切削或予先成形砖量，并且每只砖有至少10°的斜面，因此这种更换不能称为是对解决过早磨损问题的一个明显改进措施。
不仅“托架砖”的磨损是一个缺点，从水平铺设过度到倾斜铺设时，容器衬角度骤然变化也是一个缺点，仅铺设一层砖来适配容器的轮廓是很难的。
基于要改善或避免倾斜的或锥形的容器衬的上述缺点，即耐火砖铺设层从水平转到倾斜时其过渡区过早磨损的问题，本发明提供了一种更好的铺设方法，能产生和容器轮廓更加适配的耐火衬及更平缓的铺设层过渡区域，从而可增加耐火炉衬的使用寿命。
上述问题是通过本发明的创造性的方法得到解决的，根据本发明的方法，多层可用机器压制的具有均匀的和商用普通砖相同密度的转折处(或由水平铺设向倾斜铺设过渡的)专用砖被用来逐步形成砖层表面的倾斜度。
根据本发明的一种提高容器耐火衬使用寿命的方法将商用形状的砖，通常是用作环状铺设的楔形砖或矩形砖倾斜地在容器内铺设，其特征是砖层表面倾斜度是通过多层可用机器压制的具有均匀的和商用普通砖相同密度的转折处专用砖逐步形成的，每层砖的表面的倾斜角小于5°。
根据本发明的方法，将具有商用基本规格的机压砖倾斜地铺设，其特征是每一块转折处专用砖的一个表面相对于其背面的夹角是0.5°～5°，最好是2°～3°。
本发明方法适用于任何熔化金属反应容器的耐火衬，特别是熔化铁水容器、炼钢转炉、平炉、运输容器、煤气发生炉及熔化工艺中使用的容器。
按本发明方法将耐火砖倾斜地铺设在冶金容器中可产生奇特的效果-使耐火衬套的寿命超过想象的程度。最初的打算是将砖铺设在容器的斜壁上(例如转炉的锥形上部护罩(converter hood)以减小阶梯状砖层层与层之间阶梯宽度，从而防止剥落、避免早磨损。结果，这种安装方法使磨损小到出乎意料的程度。平面铺设时除出现早损外，损率为约每批1.8毫米，而倾斜至19°铺设时，损率降至每批1.3毫米，降低28%。
使用本发明方法取得如此效果的一个可能的解释是倾斜安置砖就受热侧而言其受力状态更合理。当砖按本发明方法被倾斜地铺设在冶金器的熔解区，例如锥形炼钢转炉的下部时，效果一样令人惊奇。在此情况下使用寿命增加约25%。
本发明进一步的基本特征是通过使每层转折处专用砖产生一个小角度变化从而逐步铺设出衬的斜度。事实证明每层变化的角度小于5°时更好。例如容器衬20°角度变化的斜面可以通过6-10层转折处专用的铺设取得。
倾斜铺设的斜面通常与水平面交角25°-40°，有些场合是5°-25°，。而普通商用规格砖通常是横楔砖，半楔形砖、全楔形砖以及矩形砖。
按本发明将砖倾斜地一步步铺成的斜面耐火衬明显地增加了耐火衬早损处的使用寿命。使用传统的方法得到倾斜面时常使耐火衬产生急剧角度变化，而本发明却能使过渡区域平缓。例如传统方法，可通过8层砖、在800毫米高的范围内使斜面产生0-20°的变化。例如，将一层砖水平地铺设直接过渡到另一倾斜的砖层上，突然的角度变化会产生不平缓过渡区。因为冶金容器的过渡区域经常产生涡流和高速度废气流，耐火衬的早损也发生在此区域。一般认为，不利的流动形式，例如涡流，将在此处使耐火材料早损。上述传统耐火衬套技术的缺点被本发明克服了。通过可多达20层的砖层角度的变化，本发明方法可以得到平缓的过渡区，从而使冶金容器中的气流流动状态得到改善，而使耐火衬该部分的使用寿命增加。
此外值得奇怪的是本发明可避免有时以洞的形式出现的早损，它们经常在传统的托架砖层面出现。精确的实验证明，手工夯的砖不如机制砖一方面，前者的密度及冷压缩强度的绝对值低，另一方面，这些数据在砖的不同断面上也不一样，例如砖的窄面(即楔形细的部分)的值经常大于宽面(即楔形宽面)。可以认为，这些技术特性不同都会产生楔形砖的早损。
本发明是使用转折处专用砖，倾斜角小于5°，1°～4°更好，2°～3°最好。这种砖可象一般砖一样通过机器制造，即使压模有必要变化也因为斜角小而不会有麻烦、所以制造费用很低。
通过将机制转折处专用砖与普通商用砖比较的实验证明，机压砖各个断面上的技术数据一致，这可能是机压转折处专用砖用作容器时衬不再出现破裂早损的原因。
上述砖的密度变化少于±10%，更好是少于±5%，最好少于±3%。
按照本发明的方法，铺设耐火衬时可以使用相应层数的转折处专用砖，例如，根据斜面高度可使用2-25层。也可以在转折处专用砖层中夹铺一层或多层普通砖，例如横楔形砖。这种结合铺设能产生从水平至一定斜角的平缓过渡区。此两种砖结合铺设的发明可有选择地改变设斜度，例如，两层转折处专用砖可产生5°的倾斜，而要加大倾斜角则可增加相应层数的转折处专用砖。
本发明的方法还包括用本发明的具有小于5°倾角的转折处专用砖反方向铺设而逐步消除用商用普通砖倾斜安装的耐火衬的倾斜角。这种倾斜安装的耐火砖的斜度当然也可以用几层普通商用砖夹在几层转折处专用砖中间而同样达到消除的目的。
按照本发明方法，通过使用多层机压转折处专用砖，在某种程度上可以使铺设的耐火衬更适合于容器的钢板壳体的外形。从一个斜度到另一个斜度，或例如从平面安装位置到一个倾斜安装位置的平缓的过渡，和铺设面角度的突变相比已被证明可以增加耐火衬的使用寿命。例如在一个转炉中，从下部锥形壁到圆柱形壁的过渡区，磨损的形式被极大地改善了。在现有的具有水平砖环和通常横楔砖环的衬中，从锥形壁过渡到圆柱形壁的角度变化为约30°，这个变化相当急剧。在此砖衬中，典型的磨损形式是过渡区域砖的早损。看上去似乎是圆柱形部分延伸到下方圆锥形部分，但是圆柱形部分第一层砖以下的6至10层砖将出现最大的磨损现象，这种磨损将导致整个容器停止运行。从该转炉底部开始，铺设8层转折处专用砖，可获得20°角的斜面以便在容器下方的截锥面铺设普通横楔砖，然后再铺设8层具有相反倾角的转折处专用砖以消除最上层横楔砖的斜度，第8层所形成的水平面可继续铺设圆柱部分的砖，通过上述措施可以立即改变原有的磨损形式。按本发明方法铺设的耐火衬在原有的过渡区域显示出均匀的磨损，其结果是使耐火衬寿命增加约25%。
在给一个用于熔化还原试验的铁制反应容器铺设耐火衬时，如果仅在衬内做改动而不考虑容器的外部形状，本发明方法显得特别灵活且适应性很强。一个水平筒形转炉内部形状的变化可通过内衬的变化取得。例如，本发明中砖的倾斜铺设方法可以使衬内部成锥形，例如在要减少转炉熔炼铁水的部分的容积，容器内部截面的改变总是可以通过铺设几层本发明的转折处专用砖层和普通商用砖层逐步实现。
用于实施本发明方法的转折处专用砖只应当在一个面上有相对于其相反的面的0.5-小于5°的倾角。1°-4°更好，2°-3°最好。象已经叙述过的，由于角度小，转折处专用砖可以通过公知的压制技术生产，这样的砖在各截面上具有一致的技术参数。在这方面，转折处专用砖具有与普通工业用砖的相同的化学和技术数据。一个典型的转折处专用砖的基本形状是横楔形砖，其相对的窄面与宽面尺寸差为约25毫米，倾斜角为约2.8°，砖长约500毫米。当具有约2.5°倾斜角和砖长90毫米时，尺寸差为40毫米。
在实施本发明时，重要的是是否能通过增减斜面砖两个基本面的尺寸差获得适当的倾斜角。例如，一个横楔形砖厚100毫米，长500毫米，如果要得到25毫米的厚度差可将一端面加厚至125毫米或减至75毫米。实际应用中，砖中心厚度为100毫米较为方便，此时厚度差可通过两端增减取得。在使用中心厚度为100毫米的斜面砖铺设砖衬时，将同一砖环的倾斜角改变或在用转折处专用砖铺设的砖环中夹铺普通砖都无不良结果。本发明包括以这种方式将衬的某部分铺设成一定倾斜度，例如，可以采用更好的铺设形状，以适合衬易被渗透的吹风口处。
用普通砖倾斜铺设时，一层砖中，砖与砖的连接缝成楔形。例如一圈水平铺设的砖，砖与砖间的垂直连接处为一楔形开口。当横楔砖的厚度为100毫米并且被倾斜20°时，此联结处楔形开口的宽为3毫米。奇怪的是这些开口并不产生任何问题，无论铺砖时使用胶泥或干的联接缝填料或不使用填充料都不产生不利结果。本发明还包括倾斜地铺设普通工业砖而不需采用现有技术之外的任何特别措施，可使用也可不使用接缝填充物。
本发明方法的应用当然不取决于使用砖的质地，而是可以使用所有已知的砖，这种砖可以包括任何所希望的化学混合物、粘合物及密度。例如，可使用耐火粘土砖或者强耐火砖，例如硅线石或麻来石或刚玉等材料制做的砖。按本发明，特别有利的是在制砖材料中加入高热膨胀物质，诸如大理石和/或镁砖，镁砖可含有多多少少成份的陶土、树脂粘合料。大理石和镁砖被加之至22%的余碳含量，能按本发明砌出很好的炼钢转炉耐火衬。
本发明方法特别地有利于给用于熔化还原和煤气发生的容器制做耐火衬。可以结合上述的砖的质地使用各种烧结的陶土镁铬砖，熔铸耐热建筑材料和镁铬矿制成的砖。金属包砖也适用。
按本发明方法，通过倾斜地铺设耐火砖和通过一层层地铺设转折处专用砖可以大幅度地提高容器耐热衬的使用寿命。转折处专用砖由于倾斜角(小于5°)较小因而使用通常的制砖机制造不成问题。本方法避免了转折处砖层里的局部早损，而倾斜地一步步铺设可得到平缓的过渡区，并使该区域的使用寿命长于用传统技术铺设。本发明进一步的优点为更易为已有的容器配置衬及可配置出所希望的内部形状。
本发明将通过非限止性的实施例及附图进行一步说明。
图1 出示了按本发明方法制成的具有衬层的容器的局部断面图。
图2 示出了转折处的一块砖。
图1 中的容器是轴对称的，它出示外示壳1及耐热衬的两层结构，绝热层为2，磨损层为3。容器的半侧视图包括一个圆柱形部分具有一个大的内径4，直径大小是3米，在图中4所述断面处，第二个圆柱形部分具有一个小的内径5，直径大小为2.2m，两圆柱形筒形之间的连接段为截锥形过渡区6，其倾斜角为20°。
大直径段的砖7是横楔砖，长500毫米，环形层混用50/36和50/60两种规格的砖。它们上方被安置8层转折处专用砖，其不仅有横楔砖的规格，且沿容器轴向还有约3°的斜倾楔面。其上安置4层常用规格的横楔砖9，这些砖和砖7的规格是完全一样的但混用两种规格砖的比例随直径减小而不同。上面是8层转折处用砖10，规格同于8，在容器轴向上的楔面的倾角也是3°但与砖8反方向铺设。其上方的小直径圆柱形部分所铺横楔砖层11的砖和砖7处所用砖的规格相同，但混用两种规格的砖的比例作了适当的修改。
通过图1可见，耐火衬和容器的轮廓线非常适配截锥部分和圆柱部分之间过渡平缓，不像传统方法那样层与层之间出现阶梯。
图2示出了一只转折处用砖做为例子。它以横楔砖规格为基础，例如一个转炉的常用规格50/36的砖。按图2所示尺寸标准13＝132毫米，14和15＝100毫米，16＝168毫米，17＝500毫米。尺寸13、14、16与17与上述例子中的转折处用砖的尺寸一样，将尺寸15再增加26毫米，即增加尺寸19，于是尺寸18为126毫米，其结果是倾斜角21为3°。
将这样的转折处用砖铺一圈(一层)，每圈砖就获得3°的倾斜度。
图2所示转折处用砖中，被加工成斜的部分即尺寸19被加到横楔砖的原始厚度14和15上，也可以通过在14或15部分上减少19的量得到倾斜角。
一种特别有优越性的取得斜角的方式是将横楔砖中部(20)的高度维持到14和15部分的高度不变，将19的量分成相等的两部分，分别在两端14和15增加和减少。在所示的横楔规格上，这意味着将14的量减少13毫米、而在15处增加13毫米。
具有这种尺寸的砖的优选性是可以在一层封闭的砖环中将上述转折处专用砖与商用的横楔砖混合使用，使砖环的仅仅部分具有倾斜的角度。
权利要求
1.一种通过将商用规格的用于环状铺设容器耐火衬的砖或矩形砖倾斜地在容器内铺设以增加容器耐火衬耐用度的方法，其特征在于砖层表面的倾斜度是通过铺设多层可用机器压制的斜面倾角小于5°的转折处专用砖逐步形成的，转折处专用砖具有均匀的与普通商用规格的砖相等的密度。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于转折处专用砖被用来形成容器砖衬的倾斜度和/或改变砖层斜面的倾斜度和/或再消除砖层的倾斜度。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于将普通商用规格的砖层夹砌在两层或多层转折处专用砖之间，还在于在同一砖层中将普通商用规格的砖夹砌在转折处专用砖之间。
4.按权利要求1-3中一项或多项所述的方法，其特征在于多层转折处专用砖和/或转折处专用砖的砖层与普通商业规格砖的砖层结合被用来铺设容器衬以适配由钢板壳体限定的容器形状。
5.按权利要求1-3中一项或多项所述的方法，其特征在于多层转折处专用砖的砖层和/或转折处专用砖的砖层与普通商业规格砖的砖层的结合被用来产生一个独立于容器的钢板壳体的，具有所希望内腔形状的砖衬。
6.按权利要求1-5中一项或多项所述的方法，其特征在于如果容器是锥形或圆形、或者通过其直径变化形成的任何形式的弧的旋转对称体，则可使用一层或多层转折处专用砖的环状砖层铺设，层间可以夹砌也可以不夹砌普通商业规格砖的环状砖层。
7.一种转折处专用砖，用于产生上述提高容器耐火衬的耐用度的方法中的砖层表面斜度，其可用机器压制并具有商用砖的基本规格，其特征在于所述转折处专用砖的一个表面相对于其背面的倾斜角为0.5°～5°，最好是2°～3°。
全文摘要
一种提高具有倾斜的或锥形内表面部分的容器的耐火衬的耐用度的方法，包括随着容器的内部轮廓倾斜地铺设耐火砖。砖层表面斜度是通过铺设多层具有与商用砖相同密度的，可用机器压制的转折处专用砖逐步形成的。本方法可以使水平铺设的砖层到倾斜铺设的砖层之间获得平缓的过渡区。
文档编号C21C5/44GK1052270SQ90109960
公开日1991年6月19日 申请日期1990年12月8日 优先权日1989年12月8日
发明者保罗-格哈德·曼蒂 申请人:Cra服务有限公司