非烧制耐火产品作为大容量工业炉内衬的用途和以所述非烧制耐火产品为内衬的工业炉的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及以压制模制体的形式或者作为可模制或塑性物或捣打物来形成耐火 砌体（下文也作为衬里或内衬）的非烧制耐火产品在大容量工业炉中的用途，其中，在所述 大容量工业炉中，在氧化气氛或基本上是氧化的气氛中烧制水泥、石灰、氧化镁或煅烧白云 石。本发明进一步涉及一种由上述用途产生的大容量工业炉。"基本上是氧化的气氛"是 指，在工业炉的运行过程中，随着时间的推移主要是以氧化气氛，而只有部分时间也以中性 气氛作用于砌体。
【背景技术】
[0002] 在氧化气氛或基本上是氧化的气氛中，在大容量回转窑或竖窑中烧制水泥、石灰、 氧化镁或煅烧白云石；这些窑炉内衬一般由烧制的耐火产品组成。
[0003] 在EP1 599 697A1中，提出在水泥、石灰、白云石以及菱镁矿工业中使用耐火材 料的非烧制砖作为大容量工业炉的衬里，这些砖含有石墨或烟灰形式的碳载体，以及在内 衬的砌体的烧制侧表面区域中由碳质粘合剂产生的碳。所述砖可以由不同的耐火材料组 成，其中也可以包括除了MgO之外的尖晶石。
[0004] 碳载体（特别是石墨）赋予已知的砖不希望的高热传导性，从而必须采取措施保 护总是存在的金属窑护套。此外，石墨使得耐火产品更加昂贵。另外，石墨导致砖的光滑表 面，由于滑倒的危险，其在形成炉内衬期间时妨碍了铺设砖的人员。此外，当氧化气氛长时 间作用于砖的碳键时，尽管存在被认为保护碳防止其氧化的抗氧化剂，但是结构的结合效 应在较低的温度已减弱或实际上丧失，从而砖的结构的强度值显著减弱。
[0005] AT171428B报道了关于由非酸性耐火材料制成的非烧制砖在水泥回转窑炉中的 用途，其中，该砖具有作为粘合剂的氧化镁与碳酸（其为二氧化碳处理的结果）的化合物。
[0006] 目前，用于生产水泥、石灰、氧化镁和煅烧白云石的大容量工业炉用以烧制砖形式 的基于MgO和/或基于CaO的烧制耐火产品衬里。这些烧制砖是
[0007] 镁铬砖，
[0008] 镁氧尖晶石和尖晶石砖，
[0009] 氧化镁氧化错和氧化镁错砖，
[0010] 氧化镁铁尖晶石和氧化镁锰尖晶石砖，
[0011] 白云石和白云石-氧化镁砖，
[0012] 镁橄榄石和橄榄石砖，
[0013] 氧化镁镁橄榄石砖，
[0014] 氧化镁镁铁尖晶石砖，
[0015] 镁砖。
[0016](GeraldRoutschka，Hartmutffuthnow：TaschenbuchFeuerfestefferkstoffe [PocketBookofRefractoryMaterials(耐火材料袖珍书）]，第4版，2007年， Vulkan-Verlag[出版公司]，第171至185页和第197至235页）。
[0017] 在耐火产品领域中，具有至少40质量％的MgO的镁氧尖晶石砖与含有超过20质 量％且小于40质量％的1%0的尖晶石砖之间在分类上作出区分。烧结的尖晶石和熔化的 尖晶石作为原料。
[0018] 在根据本发明的用途的范围内，铁铝尖晶石、锰尖晶石、镁铁尖晶石的矿物组成被 认为是尖晶石种类的一部分。
[0019] 一般情况下，由颗粒化耐火材料组成的耐火砖需要粘合粒化颗粒以保持砖的形 状。在室温下，例如，由木素磺酸酯或酸性淀粉溶液或者合成树脂组成的有机粘合剂通常用 于使例如水泥工业的基于MgO的碱性耐火砖成型。
[0020] 通过压制方式成型后，压制砖形状稳定，可以处理并设置到炉支架上。随后，为了 除去液态水而进行干燥，然后进行烧制。在此烧制期间，其以氧化方式进行，烧去有机粘合 剂。事实是，在最大达约1000°c的温度下可以检测粘合剂残留物，但粘合力在约400°C开始 丧失。因此，人们也提及临时粘合剂或临时粘合。然而，砖的强度足够使其通过烧制过程。 可以赋予烧制砖用于工业炉的内衬的强度的陶瓷烧结在大约900°C (取决于耐火材料）开 始；之后烧结速度随着温度而增加，并且也受烧制时间的影响。烧制之后，由于烧结，则在整 个砖结构上存在完整的陶瓷结合；由于碳被完全燃烧，在所述结合中没有再发现有机成分。
[0021] 由于烧制过程中必须在压制之后进行，目前正在使用的上述的已知烧制耐火材料 产品具有生产非常复杂的缺点。除了上述烧制过程是非常耗能的事实之外，还可能发生称 为烧制缺陷的大量缺陷。在这方面，例如，应当提及裂缝、隆起、渗滴和变形。另外，在每一 个实例中，即使煅烧前的砖坯的组成是相同的，在烧制窑炉中自然发生的温度分布的非均 匀性会导致砖具有不同的特性。因此，可能发生砖性能（例如强度、孔隙度、弹性）中的不 希望的变化。此外，因为在烧制中由于发生不同的收缩，砖的形状变化，不能充分保证砖彼 此之间的尺寸稳定性。
【发明内容】
[0022] 本发明的目的是在最大可能的程度上避免已知的基于MgO和/或基于CaO的耐火 的烧制的和非烧制的含石墨产品的缺点，并以很少的花费制备具有相应较低的热导率的不 含石墨的耐火产品，该耐火产品可以保证砖彼此之间的尺寸稳定性并且保证耐火产品在原 位（换言之，在工业炉的烧制操作期间）的足够的与温度无关的结构强度。
[0023] 上述目的是由权利要求1以及权利要求8和9的特征实现的。本发明的有利的进 一步改进的特征在从属权利要求中。
[0024] 根据本发明的一种实施方式，使用由上面列出的以前用于烧制砖的耐火材料或者 至少两种耐火材料的混合物的颗粒组成的非烧制砖，并且由此压制砖。根据本发明的另一 种实施方式，进一步由所述颗粒生产所谓的非模制耐火物料，并且用它们内衬炉壁区域。
[0025] 对于本领域技术人员来说，用于上面列出的已知的烧制耐火产品的耐火原料是已 知的。其在上文提及的袖珍书中进一步描述（同前文献）。因为制造者使用他们自己的用 于耐火产品的特定配方和颗粒，在本发明的范围之内不要求关于根据本发明的非烧制产品 的具体组成的更精确的信息。本发明的范围之内，更精确的信息也是不合适的，因为重要的 不是特定的配方，而是根据本发明对于粘合剂、压力应用以及压制之后的温度处理（如果 适用）在规划上的变化。
[0026] 根据现有的知识水平，在对于压制压力和压制装置的类型的通常压制条件下，上 面列出的用于烧制砖的非烧制耐火材料或材料混合物是不适合由其制造具有如下性能的 砖，对于强度和结构成分的反应，所述砖可以以非烧制状态在烧制水泥、石灰、氧化镁或煅 烧白云石时原位用于内衬工业炉，并且保证与由其烧制的耐火产品相同的耐火性能和其他 强度特性。一方面，这是因为生产措施没有针对性地调整，例如，特别是，凭经验确定合适的 压制压力的设置、适合的干燥、适合的回火。然而，另一方面，这也特别是因为这样的事实， 颗粒没有根据本发明协调的多种温度依赖型粘合剂的结合，其中，具有至少一第一临时粘 合剂，通常已经通过在压制之后干燥和/或在90至400°C(特别是150至300°C)温度范 围内回火，所述第一临时粘合剂保证了足够的用于处理性能和安装到内衬的强度；和至少 一第二临时粘合剂，设置第二临时粘合剂以保证在300到1000°C(特别是在400至900°C) 的温度范围内在原位足够的强度。甚至在更高的温度范围内，耐火材料的颗粒进入其由材 料决定的陶瓷结合。
[0027] 就强度而言，根据本发明的非烧制耐火产品必须从其炉内侧到其炉壳侧原位长时 间地耐受存在于它们的体积的显著的温度梯度，或者无损伤地存留下来；该梯度介于内衬 炉内侧的高温（例如1500°C)和内衬外侧的接近室温之间。
[0028] 由于烧制，烧制砖显示贯穿始终地陶瓷结合，而这不会在原位引起任何问题。
[0029] 在耐火材料颗粒的陶瓷烧制以制成烧制砖期间（其中烧制是在陶瓷窑炉中进 行），例如通过烧结、转化、固态下的反应、重结晶，熔融相的形成以及溶解和沉淀过程，通常 在约900°C开始形成特征耐火结构作为陶瓷结合。相比之下，通过至少一个第二临时中间粘 合步骤，利用第一临时粘合剂产生的根据本发明的非烧制砖也最终在烧制侧的表面区域在 原位（也就是说在烧制工业炉中）生成陶瓷结合和通常与烧制砖相同的结构，但是这并不 总是相同的，因为除了温度和时间（加热能量）之外，工业炉的炉内气氛和与砖接触的用于 生产水泥、石灰、氧化镁和煅烧白云石的原料的成分，在原位作用于非烧制砖的烧制侧表面 区域的耐火材料的矿物。
[0030] 令人惊讶地显示，与具有相同材料的烧制耐火材料产品相比，根据本发明的粘合 剂组合与所述工业炉原位参数的影响对于改善根据本发明所使用的耐火非烧制产品的性 能具有显著贡献。显然，这些参数，特别是氧分压，已经影响以如下形式在表面区域中在原 位形成的陶瓷结合的矿物结构，即，未发生因矿物学引起的砖体积的变化，例如，这可能导