用于与加热的金属接触的预制替换表面的制作方法

本发明涉及用于容纳、支撑或输送固态加热的金属的装置。具体地讲，本发明涉及用于与例如再加热炉的抽出槽中的固态加热的金属或用于在从再加热炉出来的点处再加热钢的固态加热的金属接触的预制替换表面。本发明还涉及在用于容纳、支撑或输送加热的金属的容器、熔化器或炉中安装预制替换表面。

背景技术：

各种冶金容器，例如熔炉和熔化器，用于在冶金过程中容纳或运输固态的加热的金属。在这些容器中，封闭和支撑的耐火材料与加热的金属接触并且经受化学冲击以及热应力和机械应力。这种类型的容器包括再加热容器，例如回转式再加热炉，间歇式锻造炉，汽车底锻造炉，底槽锻造炉，铝初级和次级间歇式保温炉，顶装轮熔炉，和退火及正火炉。本发明被描述成涉及再加热炉，但是本发明可应用于包括耐火表面的任何冶金容器，这种耐火表面可能由于加热的金属在耐火表面上的机械作用、热作用和化学作用而需要维修。

再加热炉用于炼钢厂的热轧机以加热钢坯(圆锭、方锭或厚板)至钢变形并且可以在轧机中轧制的温度。钢坯在炉入口插入到再加热炉中，并且被输送通过再加热炉，并且在炉出口从再加热炉排出。在炉出口，可以使用重力作用或合适的机械装置，例如，机械挤出机，将加热的钢坯转移到通向轧机的辊道。使用燃烧器加热再加热炉的内部。热量通过来自燃烧器气体的对流和辐射并且通过透过炉壁的传导而传递到钢。

在连续的推送式炉中，通过推杆在加料侧的动作向前推冷钢坯，然后加热钢坯。耐火表面可以用于在炉的卸料侧支撑加热的钢。

在步进梁式炉中，用耐火材料作内衬的水冷钢构件通过液压或机械地致动以使钢坯移动通过炉。耐火表面可以用于在炉的卸料侧支撑加热的钢。

在步进底式炉中，钢坯被支撑在固定的耐火支柱上。炉底被抬升以支撑钢坯，然后被抬升额外的距离使得钢坯被抬升到耐火支柱上方。炉底然后向前移动，并且下降，使得钢坯在新位置被支撑于耐火支柱上。炉底然后返回到其初始位置以重复使钢坯向前移动的循环。耐火表面可以用于在炉的卸料侧支撑加热的钢。

隔热耐火材料用于防止在整个炉结构上的热损失。通常，砖用于支撑面对再加热炉内部的一层整体耐火材料和再加热的钢。本申请中可以使用的砖包括：包含等于或大于92重量％的二氧化硅的酸性砖；包含等于或大于65重量％的二氧化硅和1重量％以上至30重量％以下的氧化铝的半碱性砖；包含等于或大于30重量％的氧化铝的中性砖；包含等于或大于60％的氧化镁的碱性砖；以及包含氮化物材料和碳化物材料如碳化硅的砖。

本申请中可以使用的整体耐火材料包括可浇铸材料、可模制材料和捣打混合物。用于本申请的合适的材料可以包含60重量％以上至100重量％以下的氧化铝。

再加热炉出口可以被配置成容纳挤出机或升降机。出口配置可以包括耐火件，耐火件在水平面上形成槽口或方形齿图案，并且布置成与升降机的一部分互锁。待从再加热炉移除的工件可以被移到再加热炉出口的耐火件上的位置。挤出机的互锁部分与再加热炉出口的耐火件接合，并且被抬升以从再加热炉出口移除工件。

再加热炉出口的耐火结构通常由预制砖打底层和可浇铸材料顶层构成。这些砖和可浇铸材料层通过可以包括“i”型梁的钢结构支撑。支撑结构中可以使用周边板和水冷支撑板。

再加热炉内或从再加热炉出来的加热的钢停靠在其上面的耐火材料提供用于生产优质钢的固态的均匀表面。然而，这种耐火材料经受热应力、物理应力和磨损。这些力有损耐火材料的形状和完整性。一旦这些耐火表面被磨损和受压，它们就需要维修。未维修的耐火材料会有损移动穿过它的钢板坯的质量。当前的技术利用压力喷浆或喷射混凝土材料对被暴露以与再加热的钢接触的耐火表面进行短期修复。额外的耐火材料被喷射在磨损的部分上。这种维修将持续直到喷射混凝土层和维修的耐火材料之间的结合受损。当结合受损时，喷射混凝土层将被推出炉。作为另一种选择，去除大部分耐火材料、重新砌衬炉底或出口区域并且将衬里重新泵送或喷射就位很昂贵且费时。将衬里泵送就位得到比喷射衬里具有更好的耐火特性的衬里，但是泵送的衬里需要比喷射衬里更长的时间来干燥衬里。砖具有良好的耐火性质并且不要求干燥，但是砖需要表面耐火涂层以使得加热的板坯的氧化层(scale)不会渗透到砖之间的接缝中。另外，安装砖层很费时。

如本文所用，术语“喷射混凝土”用于描述用干拌或湿拌混凝土过程之一喷涂的混凝土或砂浆材料。在湿拌混凝土应用过程中，此前制备的混凝土，例如，预拌混凝土被泵送到喷嘴。压缩空气被供应到喷嘴以推动混凝土到表面上。在干拌混凝土应用过程中，干燥成分放置在容器中，并且气动输送到喷嘴。水被供应到喷嘴以将干燥成分的混合物推送到表面上。水和干燥混合物在表面上完全混合。

技术实现要素：

本发明利用能够在炉例如再加热炉的现有结构中精确定位的预制替换块。预制替换块可以用于例如再加热炉的炉膛或再加热炉的抽出槽结构。

预制耐火材料通常比原位铸造的耐火材料更耐热应力和机械作用。作为外层材料，可浇铸材料通常需要比预制材料更多的维修或替换。然而，用预制件维修浇铸外层表面使得在表面上准确定位预制件、在安装过程期间将预制件支撑在位并且将预制件锚固在位复杂化。

因此，本发明涉及一种具有定位结构的预制件，所述定位结构允许将预制块可调地放置在耐火表面上的位置，并且可调地支撑在耐火表面上的位置。本发明的某些实施例没有在预制件的工作表面上暴露的金属定位结构。定位结构允许砂浆在预制件下方流动。

本发明还涉及通过将预制耐火件插入到表面中来维修耐火结构的表面的方法。

在维修方法的一个实施例中，在待维修的耐火结构中形成能够容纳具有外层表面的预制件的整个体积的凹槽。具有一个或多个位置调节机构的预制件被插入到凹槽中，使得位置调节机构被定向成朝着凹槽的表面，例如，凹槽的底面。位置调节机构被调节使得耐火件的外层表面与待维修的耐火结构的外层表面共面，或者使得耐火件的外层表面平行于待维修的耐火结构的外层表面，并且相对于待维修的耐火结构的外层表面是升高的。砂浆然后被倾倒到限定在预制件与凹槽内部之间的体积中。

在维修方法的另一个实施例中，被配置成容纳预制件和部分地封闭预制件下方的体积的模具与待维修的耐火结构接合。首先从待维修的结构去除受损或磨损的材料。在典型的配置中，模具附连至预制件的一个或多个侧面，并且从预制件向下延伸。模具与预制件和待维修的底部耐火材料的准备好的部分一起限定能够放置砂浆或填料的体积。模具设置有至少一个灌注孔，砂浆或填料通过该灌注孔可以被引入到由耐火件的表面、模具的内部以及待维修的耐火材料的准备好的部分限定的填充体积中。模具也可以设置有通气孔，通气孔通常位于预制件的底部与模具的相交处，在砂浆或填料被插入或泵送到填充体积中时允许空气从填充体积排出。具有一个或多个位置调节机构的预制件被插入到模具中，使得位置调节机构(例如，在预制件的上表面与预制件的下表面之间延伸的通道内包含的内螺纹板或螺母所接合的螺纹杆)被定向成朝着耐火材料的本体。位置调节机构被调节成使得耐火件的外层表面被定向在选定的平面和位置。

一个或多个固定销通道可以设置在预制耐火件中，固定销通道从预制耐火件的上表面延伸到下表面。固定销通道用于对齐钻孔器和钻头。钻头被引入到固定销通道中，并且延伸直到其与待维修的耐火材料接触。然后在待维修的耐火材料中钻出与固定销通道同轴的孔。然后-移除钻孔器和钻头，并且将固定销插入到固定销通道中，并且插入到待维修的耐火材料的对齐孔中。固定销可以具有这种长度，即当固定销安装在固定销通道中时，其上端不延伸到预制耐火件的上表面。砂浆然后被倾倒到限定在预制件与模具内部之间的体积中。固定销通道的上端填满固定销通道填料。允许砂浆凝固或加热凝固。能够从预制件去除位置调节机构，并且能够用填料填充位置调节机构占据的通道。

预制件使用的材料可以包含55重量％以上的氧化铝至95重量％以下的氧化铝，并且可以包含或不包含尖晶石。填料可以包含40重量％以上的氧化铝至100重量％以下的氧化铝。固定销通道填料可以包含50重量％以上的氧化铝至100重量％以下的氧化铝，或者75重量％以上至95重量％以下的氧化铝，例如85重量％的镁砂。

附图说明

图1示出了根据本发明的预制替换块的垂直剖面，

图2是安装在耐火表面内的本发明的预制替换块的透视图，

图3是安装在模具内、耐火表面上的本发明的预制替换块的垂直剖面图，并且

图4是可以并入本发明中的可调式接合装置的透视图。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的预制耐火件10。预制耐火件10包括第一表面或上表面12以及布置成与第一表面12相反的第二表面或底面14。接合通道16从第一表面12穿过预制耐火件10延伸到第二表面14。可调式接合装置18布置成与第二表面14接触并且与接合通道16连通。在某些配置中，可调式接合装置18包括孔，并且接合通道16和可调式接合装置18同轴。升降杆20布置在接合通道16中，并且可调地接合可调式接合装置18。在该装置的某些配置中，升降杆20包括螺纹侧面，并且螺纹接合至可调式接合装置18。升降杆20可以由金属材料组成，或者可以由非金属材料组成。在该装置的某些实施例中，一个或更多个，或者多个固定销通道22从第一表面12穿过耐火件10延伸至第二表面14。插入固定销通道22中的固定销24被定向成从预制耐火件10的第二表面伸出，以接合待维修的耐火结构26，并且在完成维修过程之后以及在使用耐火容器或装置期间保持预制耐火件10相对于待维修的耐火结构的位置。固定销24可以在预制耐火件10被安装之后被配置成从预制耐火件10的第一表面12凹陷，固定销通道22的未被占据部分可以填满砂浆或填料。固定销通道22可以与第一表面12垂直，或者可以与第一表面12形成非垂直角度。固定销24能够给予预制耐火件10对侧向运动或在第一表面12的平面中的运动的阻力。

固定销24按照以下方式与本发明的预制耐火件10一起使用：一个或多个固定销通道22设置在预制耐火件10中。固定销通道22具有稍大于固定销24的直径的直径。例如，固定销通道22可以具有25mm的直径，固定销24可以具有22mm的直径。预制耐火件10通过使用升降杆20设置就位。还未具有固定销24存在于其中的固定销通道22用于对齐钻孔器和钻头。钻头被引入到固定销通道22中，并且延伸直到其与待维修的耐火材料接触。然后在待维修的耐火材料中钻出与固定销通道22同轴的孔，直至例如在7.5cm以上至30cm以下的范围内的深度。然后移走钻头和钻孔器，并且将固定销24插入到固定销通道22中以及待维修的耐火材料的对齐的孔中。砂浆或填料然后被引入到预制耐火件10与待维修的耐火结构之间的界面体积28中。固定销24可以在固定销通道22中凹陷，并且砂浆或填料可以被引入到固定销通道22的埋头部分中。一个或多个固定销24在耐火容器或装置的使用期间保持预制耐火件10在位，如果预制耐火件的一个或多个侧面在使用中暴露，这种配置就特别有用。

图2描绘了本发明的耐火件10在维修耐火结构26的表面30中的使用(在“凹槽安装”技术中)。为了维修耐火结构26的表面30，凹槽32形成在表面30中以容纳预制耐火件10并且留出耐火结构26与预制耐火件10之间的包围体积34。预制耐火件10然后被放置到凹槽32中，并且通过操作升降杆20来调节预制耐火件10的位置。例如，预制耐火件10可以被布置成使得其暴露表面与耐火结构26的表面30共面。预制耐火件10然后通过将可浇铸耐火材料插入到凹槽32的未占用部分(包括耐火件10下方的未占用的体积)而固定在位。固定销通道22用作用于在耐火结构26的底层部分中钻出通道的向导。固定销通道22容纳从耐火件上表面12凹陷的固定销。

在冶金容器中，例如，在炉的炉膛中，可能希望将预制形状安装在当把预制形状放置在位时对接近预制形状的底面有所限制的位置。在这种位置，预制形状与周围的耐火材料之间用于将填料或砂浆容易地引入到预制形状周围和下方的界面体积28中的空间不足。在这种情况中使用成型壁包围预制形状不够有效。在这种情况中，通过使用此前描述的升降杆机构，并且通过为预制形状提供具有从预制形状的顶面延伸到预制形状的底部的泵送端口42可以安装预制形状。泵送端口的横截面将足以允许填料或砂浆泵送到预制形状下方的体积以及预制形状与现有的耐火材料之间的体积中，但是不会广阔到形成预制形状的顶面的相当大比例。泵送端口可以具有在2cm以上至20cm以下，2cm以上至15cm以下或4cm以上至15cm以下范围内的圆形水平直径，或者可以具有在2cm2以上至70cm2以下，4cm2以上至40cm2以下，或6cm2以下至25cm2以下范围内的横截面水平面积。

在填满预制耐火件10与耐火结构30之间的体积之后，从接合通道16移除升降杆20。接合通道16以及未被固定销占用的固定销通道的上部被填满砂浆或填料。

图3描绘了本发明的预制耐火件10在维修耐火结构26的表面中的使用(在“成型壁”技术中)。图3描绘了耐火件10的第一表面或上表面12以及布置成与第一表面12相反的第二表面或底面14。接合通道16从第一表面12穿过预制耐火件10延伸到第二表面14。可调式接合装置18布置成与第二表面14接触并且与接合通道16连通。在该装置的某些配置中，接合通道16和可调式接合装置18同轴。升降杆20布置在接合通道16中，并且可调地接合可调式接合装置18。在该装置的某些配置中，升降杆20包括螺纹侧面，并且螺纹接合至可调式接合装置18。升降杆20可以由金属材料组成，或者可以由非金属材料组成。在该装置的某些实施例中，一个或更多个，或者多个固定销通道22从第一表面12穿过耐火件10延伸至第二表面14。插入固定销通道22中的固定销24被配置成接合待维修的耐火结构26，并且在完成维修过程之后以及在使用耐火容器或装置期间保持预制耐火件10相对于待维修的耐火结构的位置。固定销24可以在预制耐火件10被安装之后被配置成从预制耐火件10的第一表面12凹陷，固定销通道22的未被占据部分可以填满砂浆或填料。固定销通道22可以与第一表面12垂直，或者可以与第一表面12形成非垂直角度。固定销24能够给予预制耐火件10对侧向运动或在第一表面12的平面中的运动的阻力。

具有内部成型壁表面和外部成型壁表面的成型壁46附连至预制形状的至少一个或至少两个侧面以与预制件的第二表面相配合而部分地封闭正在安装预制件到其中的现有的耐火材料与预制件本身之间的界面体积28。例如通过在成型壁中提供孔，在预制形状的表面中提供被配置成与成型壁中的孔对齐的孔，并且通过使用附连器52(例如，螺栓或螺钉)将成型壁46附连至耐火件10，可以完成将成型壁附连至预制件。成型壁可以例如附连至预制形状的一个或多个侧面，并且可以从预制形状的侧面向下延伸。预制形状也可以设置有从成型壁的外表面延伸到成型壁的内表面的泵送端口42。泵送端口的横截面将足以允许填料或砂浆泵送到预制形状下方的体积以及预制形状与现有的耐火材料之间的体积中，但是不会广阔到形成预制形状的顶面的相当大比例。泵送端口可以具有在2cm以上至20cm以下，2cm以上至15cm以下，或4cm以上至15cm以下范围内的圆形水平直径，或者可以具有在2cm2以上至70cm2以下，4cm2以上至40cm2以下，或6cm2以上至25cm2以下范围内的横截面水平面积。成型壁也可以设置有从成型壁的内侧延伸到成型壁的外侧的至少一个通气孔50，或多个通气孔。通气孔足够大以允许空气逸出，并且在将填料泵送或插入到正在安装预制件的现有的耐火材料与预制件之间的体积或孔洞中期间不会被困住，但是不会大到允许大量砂浆或填料逸出。通气孔可以具有在1.5mm以上至25mm以下，2mm以上至20mm以下，或3mm以上至12mm以下范围内的圆形水平直径，或者可以具有在7mm2以上至120mm2以下，10mm2以上至100mm2以下，或15mm2以上至60mm2以下的范围内的横截面水平面积。在图示的实施例中，通气孔50位于成型壁46的泵送端口42的水平高度上方。在图示的实施例中，通气孔与预制耐火件的第二表面14相邻。

图4描绘了根据本发明的可调式接合装置18。可调式接合装置18布置成与本发明的预制耐火件连通，并且能够支撑预制耐火件。可调式接合装置18也可以布置成与可以设置在接合通道内的升降杆连通。操纵升降杆允许相对于待维修的可浇铸耐火结构定位预制耐火件。升降杆和可调式接合装置设置有允许受控的相对运动的相互作用的几何形状62。相互作用的几何形状可以为齿形几何形状、棘齿几何形状或螺纹几何形状。可调式接合装置18可以设置有叉状物64以相对于预制耐火件固定可调式接合装置。

预制形状可以通过使用成型壁技术安装在冶金容器的耐火表面中。在此技术中，从冶金操作装置，例如再加热炉的抽出部分，去除磨损的现有的耐火材料。通过用混凝土锯切割待替换的区域并且用手提钻去除该区域内的耐火材料可以完成去除。为了安装具有5cm、10cm或15cm的深度的预制形状，可以将耐火材料去除至大约25cm的深度。在去除磨损的耐火材料之后，将预制形状设置在砖辊上，并且在砖辊上将其移动到位使得其位于将要安装的区域上方。然后将升降杆安装在预制形状的升降通道中，并且操纵升降杆以从砖辊抬升此预制形状。然后将砖辊移出，并且通过操纵升降杆使预制形状下降至所需的高度。如果预制形状中有固定销通道，使用钻孔器在预制件下方的底层耐火材料层中钻出与固定销通道对齐的孔。然后，在固定销通道中将可以由不锈钢制成的固定销放置在位。

成型壁技术额外地包括安装与预制耐火件相连的成型壁。成型壁移动至与预制耐火件相连的位置，通常与预制耐火件侧面相连。成型壁设置有被配置成与在预制耐火件的对应的附连结构相接合的附连结构，例如，孔。例如，成型壁附连结构和预制耐火件附连结构可以包括能够容纳螺栓以相对于预制耐火件将成型壁固定在固定位置的孔。成型壁可以设置有通气孔，通气孔可以布置为使得能够实现在不形成空隙的情况下使可浇铸耐火材料(例如，喷浆混凝土)流入到预制耐火件与待维修的耐火材料之间的体积中。通常，通气孔位于待维修的耐火材料、预制耐火件和成型壁封闭的未被占用的体积的最上部的成型壁中。成型壁也设置有布置在成型壁部分封闭的体积的外部和内部之间的泵送端口。准备一定体积的填料例如喷浆混凝土，并且确认成型壁中的通气孔是开放的。填料然后通过设置在成型壁中的泵送端口泵送。泵送持续直到填料看起来要从成型壁中的通气孔出来。然后关闭并移走泵。在向填料施加热量以将其凝固在位时保持成型壁和升降杆在位，典型的填料需要大约6小时来凝固。一旦填料已硬化，就去除成型壁和升降杆。用于容纳升降杆和固定销的预制形状中的孔洞然后填满填料或砂浆，例如，含氧化铝或含菱镁矿的配方。包含嵌入式预制形状的容器或结构现在准备就绪以供使用。

预制形状可以通过使用凹槽安装技术安装在冶金容器的耐火表面中。当待替换的耐火材料部分在去除后形成能够使砂浆或填料固定在位的凹槽时，可以使用这种技术。

在凹槽安装技术中，从冶金容器的外层表面去除磨损的现有的耐火材料。通过用混凝土锯切割待替换的区域并且用手提钻去除该区域内的耐火材料可以完成去除。为了安装具有5cm、10cm或15cm的深度的预制形状，可以去除耐火材料至大约25cm的深度。在去除磨损的耐火材料之后，将预制形状设置在砖辊上，并且在砖辊上将其移动到位使得其位于将要安装的区域上方。本技术中使用的预制耐火件设置有从预制耐火件的第一表面延伸到预制耐火件的第二表面，或者从预制耐火件的顶部延伸到预制耐火件的底部的泵送端口。升降杆然后安装在预制形状的升降通道中，并且被操纵以将此预制形状抬离砖辊。然后将砖辊移走，并且通过操纵升降杆使预制形状下降至所需的高度。

准备一定体积的填料例如喷浆混凝土，并且确认成型壁中的通气孔是开放的。然后通过设置在预制耐火形状中的泵送端口泵送填料。泵送持续直到能够看见的空隙都被填充。然后关闭并移走泵。在向填料施加热量以使其凝固在位时保持升降杆在位，典型的填料需要大约6小时来固定。一旦填料已硬化，就去除升降杆。用于容纳升降杆和固定销的预制形状中的孔洞然后填满填料或砂浆配方，例如，合适的含氧化铝或含菱镁矿的配方。包含嵌入式预制形状的容器或结构现在准备就绪以供使用。

一般来讲，本发明的维修耐火结构的表面的方法可以通过提供具有第一表面和与第一表面相反的第二表面的预制耐火件、从第一表面穿过预制耐火件延伸至第二表面的接合通道，以及与第二表面和接合通道连通的可调式接合装置来实现。预制耐火件被放置为接近待维修的整体耐火结构，并且预制耐火件相对于待维修的整体耐火结构的位置通过布置在接合通道中并且布置在可调式接合装置内且与之相互作用的杆来调节。预制耐火件和待维修的整体耐火结构布置成部分地、至少部分地或完全地封闭预制耐火件与待维修的整体耐火结构之间的界面体积。具有内表面和外表面的成型壁可以附连至预制耐火件的侧面。预制耐火件、待维修的整体耐火结构和成型壁(如果存在)部分地或完全地封闭预制耐火件与待维修的整体耐火结构之间的界面体积。泵送端口在预制耐火件的第一表面与第二表面之间或在成型壁的内表面与外表面之间延伸以形成界面体积的外部与内部之间的开口。可浇铸耐火材料被插入到界面体积中并且允许被凝固。杆被从接合通道去除。

本发明还涉及将本文所述的预制耐火件应用于维修整体耐火结构。

本发明还涉及一种包括包含整体耐火材料的表面的耐火容器，其中该表面还包括本文所述的预制耐火件。

本发明还涉及耐火容器的应用，该耐火容器包括由整体耐火材料构成的表面并且包含本文所述的预制耐火件。

部件：

10.预制耐火件

12.工作表面/外层表面/第一表面/上表面

14.第二表面/底面

16.接合通道

18.可调式接合装置

20.升降杆

22.固定销通道

24.固定销

26.待维修的耐火结构

28.界面体积

30.耐火结构表面

32.耐火结构表面中的凹槽

34.耐火结构与预制耐火件之间的包围体积

42.泵送端口

46.成型壁

50.通气孔

52.附连器

62.相互作用的几何形状

64.叉状物