加热容器的盖结构的制作方法

专利名称：加热容器的盖结构的制作方法
技术领域：
本发明关于高温加热容器，特别是保护玻璃配料熔化炉盖的内表面从而延长其使用寿命的技术以及玻璃熔化炉的抗热抗磨的盖。
一种类型的玻璃熔化工艺要求把玻璃配料送到装在罐式熔化炉的熔化玻璃池中，把热能加到熔化玻璃池中以熔化配料。熔化罐通常具有较大的熔化玻璃的容积，从而在玻璃出料进行成形加工之前为熔化玻璃流提供足够的停留时间以达到一定程度的均匀性。
授与Kunkle和Matesa的美国专利第4381934可供参考，它公开了另一种玻璃熔化方案，特别是一种增强的配料液化工艺，其中大容积的玻璃配料在相当小的液化容器中有效地液化了。在这种工艺中，特别当使用增强的热源，如氧焰燃烧器时，产生较少量的高温废气。
在加热和熔化的过程中，配料中的某些成分汽化，这些蒸气可能对暴露的金属和耐熔表面有腐蚀，而当它们与美国专利4381934公开的那类容器中循环的热废气流联合作用时，就会腐蚀暴露的内表面、尤其是容器盖。另外，在容器内废气可能携带颗粒状材料，它们在暴露的表面上可以起到磨料的作用。这种腐蚀性和磨损性的气流大大减小容器盖的使用寿命，从而增加了盖子修理和置换的成本和附加停机时间。
由于容器内废气流的腐蚀作用，由高温和所带颗粒的磨蚀而加速腐蚀，所以容器内的暴露面，特别是容器盖，一定要设计成能经受住这些有害条件，从而减少由于盖内表面过度磨损而进行的维护或置换工作。
容器内的高温还可能造成另外的工艺问题，例如，热损失将影响工作效率。在液化过程中，通过未隔离的或暴露的内表面损失的热量越多，液化过程的效率就越低。为考虑此热量损失，可能要求在容器内输入附加热量。为了减小热损坏和延长使用寿命采用冷却容器盖带走热量的办法减少了整个工作中的热效率。如果能控制和减少热损失，那末整个工作效率将可增加。
如果一个加热容器盖在其暴露面上有一层保护涂层，它能隔开盖子从而减少热容器的热损失，并能在带有磨损颗粒的高温腐蚀性气流中保护暴露的内表面，从而增加盖子使用寿命、减少整个工作成本，那将是非常有利的。另外，如果设计一个能经受住这类工作条件并能延长工作寿命的抗磨盖，那也是非常有利的。
授与Riviere的美国专利第3165301提出了一种保护耐高温炉壁的方法和装置。置于细长的横卧式炉顶部的一个燃烧器沿着该顶流过一层碳颗粒的气体悬浮物，以防止该顶部由于炉内燃烧器形成火焰的热辐射，碳颗粒悬浮物在炉内平行于顶部、并在主燃烧器火焰的对面方向循环。这种设计要求附加的气体加到加热系统中，而且，碳颗粒在加热过程中又是一种附加的杂质。
授与Nanjyo等的美国专利4021603提出了一种冷却金属顶部的组件，它可用具有耐高温内衬的电弧炉来保护内顶表面使其不受高温影响。为改善炉顶组件的抗热性能，在顶部内表面的糟内装有耐火砖或别的耐高温材料。为保证合适的隔热作用，耐火材料必须定期更换。另外，盖子中央是消耗性构件，包括三个电极孔，而在盖子的这一部分则没有提供保护。
Mizuno等人的美国专利4182610提出了一种炼钢或熔化炉的水冷金属盖。在盖的环状部分的内表面延伸着栅格结构的叶片，使炉内溅起的炉渣粘到表面上。粘到叶片上的溅起的炉渣隔开了盖冷却套的下表面。包含电极开口的盖子中心部分没有接纳炉渣的栅格结构，因而盖子的这一部分就没有保护。另外炉渣的自由溅射不能为整个盖表面提供一层均匀的隔热材料。
Tomizawa等人的美国专利第4434495提出了电弧炉的冷却管结构，其中冷却管镶在耐高温块内。为增强冷却表面效果，管子装在高温块朝向炉子内表面的表面附近。溅射到块表面的炉渣凝结并附着到高温块上以形成隔膜。
Settino的美国专利3765858提出一种滚筒在高温下由使玻璃形成玻璃带状物的方法，当玻璃仍处熔化状态时，与朝着铁基合金滚筒相接触，铁基合金除其它元素外，包含重量为5.0～5.8%的铬。该专利还公开了其它滚筒构形，其中滚筒具有AISI类410或420不锈钢表面。
Greenberger的美国专利4216348提出了用于电弧炉的水冷顶板组件。铜板焊到具有整体管道的钢衬板上使冷却液穿过顶板循环，在顶部组件的周围有一外环，用作顶板的水源和排水。
Mizuno等的美国专利4182610和Fuchs等的4197422提出了一种具有若干冷却箱或套的水冷却炉盖，它具有管道，冷却液可在冷却箱内循环以冷却炉盖。在Mizuno等人的专利中，炉盖的下面上伸出叶片状构件，一层炉渣可粘着到叶片上形成隔热层。在Fuchs等人的专利中，在冷箱的下部布有耐高温材料的保护层，从而为盖子提供附加的热保护。
Lauria等的美国专利4453253提出了一种电弧炉的壁和顶结构，它由石墨块和可拆卸的液体冷却板构成。板上含有沿石墨块内表面分布的用以循环冷却液的导管以冷却石墨块。
先有技术提出了盖结构炉子，但没有公开盖子的控制和冷却使炉内循环的热气中携带的材料沉积在盖子的内表面上以形成比较均匀和连续的隔热保护层，其中这层厚度及与之相关的隔热性能都能通过改变盖子的冷却来调节。先有技术也未提到过在经受高温、腐蚀和磨损条件下的抗热抗磨的容器盖。
本发明的目的是在加热容器的暴露的内表面上提供一层保护层。在容器内循环的热废气含有携带的颗粒和熔化的材料，它们可能腐蚀和热损伤容器暴露的表面。冷却这些表面，使与表面接触的的颗粒和熔化材料凝结和粘着到表面上，附加的携带材料聚集在前面沉积的材料上，从而增加该材料层的厚度。这个材料层既能为表面隔热，又能防止循环废气流中材料对它的腐蚀。当层厚增加时，隔热性也增大。当加热容器内的温度上升到足够高的时候，保护层上的新沉积的材料将熔化掉，从而在表面保持相对不变的层厚。为了改变聚集层的厚度，可以改变加热容器内的加热速率或盖子的冷却速率。
本发明的另一个目的是提供一种控制冷却布局的加热容器盖，使在容器中循环的废气所携带的材料沉积在盖子的内表面上，聚集一层保护隔热层。
本发明还为一种加热容器提供耐热耐磨盖，该加热容器在加热时，它的内表面经受腐蚀、高温和磨损条件下，由如低碳钢制成的主撑板上复盖着一层保护性的表面构件，以增加盖子的有用的工作寿命。盖子可以冷却，从而进一步减少高温在盖腐蚀方面加速进行的损伤。
在本发明的一特殊实施例中，保护构件是由含铬的合金制成，其中铬含量大约为重量的10～25%。保护构件还可以是铬钢合金板或焊接的复盖层。盖子经过冷却使该构件的温度大约保持在900°F～1200°F(482℃～649℃)之间，从而使循环废气内携带的材料粘着并聚集到构件的暴露面上，形成隔热和保护层。用铬合金钢作保护构件，是因为它的高温和抗磨性及它的抗氧化和硫化性能。
本发明还为加热设备提供一个盖组件，它具有一个刚性支撑板，迭在支撑板上的保护表面构件，和独立支撑每个组件、组件与相邻组件之间的连接和冷却每个组件的设计方案。该保护构件是铬的合金，并可包括若干复盖构件。
本发明还进一步提供一种防止腐蚀性气体对加热容器暴露的内表面损伤的方法，由于提供了保护构件，从而使暴露表面的温度保持在使它破裂的温度范围以外。
下面概述附图。


图1是有一盖子的液化容器的剖视图，它的盖具有本发明的特征，具有保护隔热层。
图2是一个图表，它表示当配料附着到内部的盖表面上时，液化容器内冷却金属盖的隔热性能。
图3、4和5表示本发明其它实施例的放大的剖面图。
图6是图5中所示实施例的金属网的平面视图。
图7是另一液化容器的剖视图，它具有本发明的特征，包含一个抗热抗磨的盖。
图8是图7所示的加热容器盖组件的放大了顶视图，为清楚起见部分零件已拆除。
图9是沿图8中9-9线的剖视图，它表示了保护表面构件，配料聚集层，金属网固持器，冷却管道和吊装支撑设施。
图10是沿图8的10-10线的剖面图，它表示盖组件连接设施，为清楚起见部分零件拆除。
图11类似于图10，表示本发明的另一实施例。
图12是图11中12-12线方向的视图，它表示图7中所示加热容器盖的暴露表面。
本发明宜用于一种有害的环境对加热容器的暴露内表面有不好影响的工艺中。尤其适用这样一种加热工艺中，其中加热容器中的高温和其它附加的条件诸如腐蚀和磨损性材料的循环加速了加热容器的盖或顶部的磨损。本发明与Heithoff的美国专利4381934提出的玻璃液化工艺有关，但应该看到，本发明能用在任何有关热的工艺中，在那些要减少热损失或如加热容器壁的暴露表面要求隔热和保护涂层的工艺中。
参见图1，液化容器10类似于美国专利第4381934中公开的一种容器，容器10包含一个支撑在环形支架14上的钢罐12，环形支架再装到若干支撑辊16和直立辊18上从而可绕罐12的中心垂线转动。罐12的下方的出口组件20包括衬套22，它具有通向汇集容器26的中心开口24。盖28由具有盖支撑块31的环形支架30提供静态支撑。盖28起码具有一个插燃烧器34的开口32。燃烧器34最好是多口式的并最好烧诸如甲烷那样的氧气和气体燃料，当然也能用任何其它热源如等离子焰炬产生热量来加热容器10内的配料36。
在容器10里，绕中心腔的罐12的壁上保持着一层未熔化的配料36，燃烧和液化都发生在中心腔里。来自燃烧器34火焰的热量使配料36的一部分38液化，并向下流过底部开口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收集起来按要求作进一步加工。废气通过盖28上的开口40向上进入废气管(图中未示)或通过加热容器的底部开口(图中未示)逸出。
在容器10内的液化过程中，来自燃烧器34的热废气能携带多种材料，例如，在典型的钠钙玻璃配料中，携带的材料可以包括氢氧化钠蒸汽，但又不仅限于这种蒸汽，可以包括硫酸钠或碳酸钠颗粒，但又不仅限于这种颗粒，所有这些对金属和耐高温材料都具有很强的腐蚀性。在加热容器10内处于高温时，加速了容器10内暴露的内表面的化学侵蚀。另外，容器10内的磨损颗粒可以与热的废气联合在容器10内形成循环的腐蚀性磨损气流。盖28的内表面42在容器10内具有很大的暴露表面，它对高温侵蚀是很敏感的。
通常，表面42用抗腐蚀钢诸如铬合金钢、但又不仅限于这种钢制成。虽然不仅限于本发明，在本发明的最佳实施例中，盖28最好是如图1所示的流体冷却的金属盖。冷却流，例如空气或水通过进口44进到盖28，并流到充流箱46内。然后，冷却流体通过开孔板48沿盖28暴露内部表面42的内表面50分布开。流体沿内表面50循环并经出口52从盖28排出。图1中的箭头表示冷却流体通过盖28的循环情况，当流体流过盖28时，它从内部表面42吸取热量，使表面42的温度保持低于容器10内部温度。为使盖28保持较低的温度，从而减少热侵蚀并延长服务寿命，通过盖28取走过剩的热量，这种做法的结果会导致加热效率不高，这是由于为了补偿损失掉的或取走的热量，必须在系统中加入附加的热量。
在图1所示的本发明的实施例中，把表面42的温度冷却到容器10内热废气循环的材料开始粘着到该表面上的温度上，在容器10加热的初始阶段，容器10的废气可能包括、但不仅限于空气携带的颗粒，如砂粒、白云石和石灰石，熔化的碳酸钠和熔化的碎玻璃颗粒。在足够低的盖表面42的温度上，熔化的碎玻璃和碳酸钠将凝结和“冻结”在盖面42上，此时盖面上已聚集了附加的碎玻璃、碳酸钠及其固态颗粒材料和凝结的蒸汽。这个聚集层54的热传导系数起码比金属盖28低一个数量级，因而提供了隔热效果，这样较多的热量留在容器10内，通过冷却盖28取走较少的热量。当容器10内的温度由于热损失较少增加时，废气流内的附加颗粒开始软化，也粘着到先前沉积的配料层54上，进一步增加它的隔热性能。这又进一步减少了通过盖28的热量损失，增加了容器10内的温度。另外，未软化的颗粒被热的软化层捕获、进一步增加了层厚和隔热性能。在容器10内的温度达到了足够高时，层54中的沉积材料在暴露在容器10内部的表面上将开始熔化并滴回容器10内，因此限制了配料层54的厚度的聚集，并使层厚保持一个常值，相应减少了热损失。在这个稳定的条件下，最终配料层54的厚度将直接与所加热的材料的类型和容器10的内部温度有关。结果，很显然，容器的设计和容器10内材料的类型之间的关系要求盖28的冷却和容器10内的温度平衡，从而产生特殊加热工艺要求的层54的厚度。
应该注意，表面42应采用没有早期氧化的材料，因为金属氧化物可以与层54的材料结合形成一种熔点比层54低的交接面，结果该交接面将从盖28上松脱开，层54将落回容器10内，暴露盖表面42。此外，如果金属确已氧化，必须小心，在盖表面42上形成的任何氧化物在它们混到玻璃中以后，不会对最终的玻璃加上任何颜色或任何其它的有害杂质。
配料层54的厚度能通过改变容器10内的加热速率或盖28的冷却速率来修改。例如，如果燃烧器34提供的热量减少了，由于容器10内的温度降低，在该隔热层的性能使容器10内部的温度升到使层54暴露的外表面熔化之前，使层厚增加，所以该层的厚度将增加。反之，燃烧器34增加热量，层54会减少。正如已讨论过的那样，层54的厚度也可由改变盖28的冷却速率来修改，虽然并不限于本发明，进口44上的阀55可以控制盖28内的冷却液流，如图1所示。尤其在增加冷却速率时，从该系统通过隔热层取走的热量增加，因此冷却了层54，直到该层增加的隔热效果增高容器内部的温度，达到层54的暴露表面熔化时为止，层的厚度增加。
配料层54具有许多互相关联的功能。层54保护表面使之免受容器内循环的磨损颗粒的摩擦，还可预计有这类颗粒将粘附到层54上而成为它的一部分。层54还能起到隔热器的作用，它既能减少加热容器10内通过盖28的热量损失，又能降低盖表面42的温度，因此减小了热损坏效应。层54还能密封盖表面42使之免受化学侵蚀。具体地说，层54在盖28的表面42和在容器10内循环的氧、湿气和腐蚀性的蒸汽间提供一屏障，上述腐蚀性气体有、但不仅限于，硫酸钠，所有这类气体都将侵蚀和腐蚀盖表面42。此外，由于化学反应通常由于高温而加速，由于有隔热层54，盖28表面42的温度的降低而减低了腐蚀性材料对盖表面42的化学侵蚀的速率，因此延长了盖的寿命。
图2表示在类似于图1所示的液化容器中温度和燃烧器气体的使用对配料层54聚集盖的影响。在这个例子中，冷却气体是空气。应该注意当隔热层54开始聚集在盖上经过30分钟和70分钟的间隔时，为使容器10内大致保持在常温上，燃烧器气体用量减少了。在配料聚集在盖上之前，参见图2，金属温度大约是1140°F(616℃)冷却气体的热函大约是每小时115×103BTU，冷却空气出口温度大约是550°F(291℃)，在室温约为85°F(29℃)时燃烧器气体用量大约是每小时90立方英尺(CFH)。在允许配料层聚集到盖上大约100分钟以后，上述值分别为825°F(441℃)、0.5×103BTU/小时，小于400°F(204℃)和80CFH。由图可见，由于在盖上聚集了配料层，盖子金属温度，冷却气体的热函量和冷却气体的出口温度都大大降低了。可以相信在经过55分钟和85分钟时盖的金属温度的两个峰值(如图2所示)是聚集预期部分从盖表面42上脱落下来，然后盖温度重新稳定。通常可以预计，在液化容器10内温度达到足以熔化典型的钠钙玻璃配料、盖表面42的温度大约保持在900°F±150°F(481℃±66℃)时，将形成一层隔热和保护层。层厚取决于加热和冷却条件，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)之间。
当层54厚度增加时，层54的一部分可能会脱落，使盖28的内表面42上暴露出一部分，结果需要突然改变冷却和加热要求，可能暂时会损失隔热效果，这可能给控制容器内部温度和盖28所需的冷却剂量带来困难。如果需要，盖的表面42可以包含固持装置，诸如但不仅限于按纳和固定配料的槽56。槽56的深度可以在3/32英寸(0.24厘米)的量级上。参见图3，虽然不仅限于本发明，槽56可做成燕尾槽形来协助把配料层54固定到面42上。槽54还为最初的层54的聚集提供附加的表面积，并可分散和减少由容器10内温度变化引起的层54和盖表面42之间的面对面的剪切力。参见图4，盖28上表面42的初始粘结，不论表面是光滑的还是带槽的，都可用耐高温的水泥58的涂复表面42来增强，这层耐高温水泥在容器内提供了初始的隔热，并由于层54初始部分产生较高温度，层54的粘接较好。
图5和6表示本发明的另一个实施例，为了更进一步将层54固持到盖28上，将带小孔的构件62，诸如网状金属、开孔的板或筛网固定到盖28的表面42上。这些带小孔的构件必须是耐热的，并充分地连接到盖28上，从而当层54聚集到盖表面28上时，它能协助支撑层54。图6表示可以使用的网状金属外形，虽然不仅限于本发明。在本发明的一个特殊实施例中，用410不锈钢制造的N.16网状金属在大约2～3英寸的中部(5.08～7.62厘米)焊接到盖28上。
对于熟悉本专业的人来说可以理解，在冷却金属盖28上的配料层54带来的好处是与盖结构如耐高温块的好处等同的。层54将协助密封和隔离盖子，在容器10内保持低的热损失，对加速的化学和磨料的侵蚀提供保护，并可使耐高温表面保持在较低的温度上，因此增加了盖的有效服务寿命。另外，本发明还可以用来保护该容器10的暴露部分而不光是盖28，例如，本发明可以用来为盖支撑块31的内表面60提供一保护层。另外，块31可被做成类似于图1所示的盖28那样，即流体冷却金属结构，这样块31的冷却速率可以控制，以改变聚集保护层的厚度。
图7表示另一种液化容器110，它类似于Newcamp等人的美国专利第4668272号公开的类型，该专利可供参考。钢罐112由支杆116悬挂于环形支架114上，支架114安装到若干支辊118和直立辊120上，可绕与罐112中心线对应的垂直轴转动。罐112的下方出口122包括带有中部开口126的衬套124。本发明的目标是提供一个用支架130静态支撑的盖128，该支架独立地安装在转动罐112的上方，如图7所示。盖128包括一个或多个用来将高温燃烧器134插入容器110内的开口132。
在液化容器110内，在罐112的壁上，围绕着进行燃烧和熔化的中心腔保留着一层稳定的未熔化的配料136。来自燃烧器的热量使配料表面部分138液化，向下流过底部开口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内，以便按需要作进一步加工，这些正如Kunkle等人的美国专利第4381934号表明的那样，它的内容可作参考。废气或向上通过盖128上的开口进入废气出口142、或向下通过衬套124上的底部开口126逸出。
在液化容器110的熔化过程中，在热废气流内将携带多种材料。例如，在典型的钠钙玻璃配料中，这些携带材料可能包括但不仅限于诸如氧化钠蒸汽、硫酸钠或碳酸钠颗粒，所有这些都有很强的腐蚀性。这些蒸汽和颗粒与废气联合，形成腐蚀和磨损性气流，将腐蚀暴露在这些气体中的盖128的内表面144。尤其在高温环境下内表面144将受到氧化或硫化。在液化容器110内靠近盖表面144处的温度范围一般约为2400°F～2600°F(1316℃～1427℃)，这个高温加速了腐蚀和磨损。另外，气流中携带的颗粒还会进一步侵蚀表面144。已经知道，这个机械的和化学的侵蚀可以磨损氧化铝/二氧化锆/二氧化硅抗高温材料，磨损速率每24小时超过四分之一英寸(0.64厘米)。
一种减少废气对容器110暴露部分、尤其是盖128的磨损作用的方法是如Tsai的美国专利4675041提到的，在废气和暴露部分之间用一气体喷嘴通入高速气体，这里该美国专利可供参考。这种高速气体使废气和容器暴露部分之间的接触减到最小，从而减小了由于腐蚀性损坏引起的磨损。
本发明还指出了另一种保护容器暴露表面使之免受循环废气损害的方法。参见图8到图10，本发明的盖128由若干盖组件146构成，每个盖组件包括主基板148和复盖在盖128的热面144上的抗高温抗磨损的复盖层150。这里使用的术语“抗磨损”包括但不仅限于抗腐蚀、磨损、氧化或其它减少盖128有效工作寿命的减损机制。复盖层150最好是一块板或是下面将讨论的迭焊层。在本发明的最佳实施例中，虽然不仅限于本发明，复盖层150采用铬合金不锈钢。铬合金钢的表面将氧化，留下一层氧化铬层，它将保护和密封下面的钢使之下不被进一步氧化和化学侵蚀。铬合金也是抗磨损的。
在玻璃熔化领域，铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢要好，因为前者含有少量或不含有镍。如果盖128中的镍进入熔化的玻璃中，会在最终的玻璃带中形成硫化镍的石头状缺陷。在下面的讨论中将参照的铬钢特性是铁素体钢的性能，不过应该看到采用奥氏体钢会出现类似的问题。
通常，在钢中铬含量越大，它的抗氧化抗腐蚀性能就越好，但使用铬钢会出现附加的问题。例如，含铬重量比大约超过15%的铬钢，暴露持续的温度范围750°F～1050°F(399℃～566℃)可增加其硬度，延展性相应减小。这个脱性随着铬含量的增大和加温时间的增长而增大。结果，即使直接暴露在大于1000°F(538℃)的高温中盖表面144用高含量铬的铬钢制成，如果通过复盖层厚度的温度变化率使复盖层部分保持在临界的预定的温度范围内，盖128也会产生内部裂纹。
为了延长盖128的有用寿命，盖128的温度，具体地说复盖层150的温度要控制到避免脆裂。在图8～10表示的本发明的具体实施例中，盖128的每个组件146由循环的冷却液、最好是水通过一系列导管152冷却，作为一个例子，导管152由沿着它们的纵向构件分开的管状构件造成，并焊接到基板148的冷面154上。这个冷却设计易于制造并避免了将基板148与整个管道做成一体的要求。分开的入口156和出口158使通过管道152循环的冷却液的量可以改变，从而可以按需要为每个盖128的组件146提供单独的温度控制。此外，进口156和出口158允许单个组件146从盖128上拆去而不影响冷却剂在其它组件146中的循环，这将在下面讨论。
为复盖层150提供一保护层可进一步延长盖128的使用寿命。在本发明的最佳实施例中，盖128冷却到某一温度，在这一温度上容器10内热废气循环的材料开始以与Kunkle等人1987年6月27日申请的系列号为68375号中类似的方法附着到盖上，这里该申请可作参考。在容器110加热的初始阶段，容器110中的废气可能包括但不仅限于空气中携带的颗粒，如砂粒、白云石和石灰石，熔化的碳酸钠、熔化的碎玻璃。在足够低的热面144的温度上，如熔化的碎玻璃和碳酸钠这样的材料和附加的碎玻璃和碳酸钠以及另一些聚结的固态颗粒材料和凝结蒸汽将凝结和“冻结”、在热面144上。聚集层160的导热系数起码比金属盖128低一个数量级，因此可起隔热效果，使较多的热量留在容器110内，较小的热量通过盖128散出。由于热损失较少，随着容器110内温度升高，废气流内附加的颗粒开始软化，并粘附到先前沉积的配料层160上，进一步增加了隔热性能。这又进一步减少了通过盖128的热损失，增加了容器110内的温度。此外，未软化的颗粒可由热的软化层捕获，进一步增加层厚和保温性能。当容器110内的温度达足够高时，层160内沉积材料在暴露到110内部的表面上开始熔化并滴回到容器110内，因此，限制了配料层160聚集的厚度，使它保持在恒定的层厚上，相应地减少了热损失。在这个稳定的条件下，最终配料层160的厚度将直接与所加热的材料类型和容器110内的内部温度有关。
配料层160具有若干相互关联的功能。层160保护了表面，使之免受容器内循环的磨损颗粒的损伤。可以预料，一些颗粒将粘附到层上成为层160本身的一部分。层160还进一步起到隔热器的作用，既能减少加热容器110通过盖128的热损失，又能降低热面144的温度，因此减小了热损坏的影响。层160也密封了面144，并保护它使之免受化学侵蚀。具体地说容器110内循环着氧气、湿气及多种腐蚀性气体，所有上述气体都将侵蚀和腐蚀盖的热面144，而层160在盖128的面144和这些气体之间提供了一层屏障。通常高温加速了化学反应，由于隔热层160的存在，降低了盖128热面144的温度，减小了腐蚀性材料对面144的化学腐蚀的速率，因此延长了盖的寿命。然而，应该注意，配料层160本身也是腐蚀性的，这是由于例如在层160中的硫化物含量就会导致硫化作用的侵蚀，因此盖128的热面144也必须是抗化学侵蚀的。
当层160厚度增加时，可能它的一部分会脱落，暴露出盖128的一块热面144，结果隔热效果暂时丧失，要求突然改变加热和冷却要求。这可能导致控制内部温度和盖128要求的冷却剂用量的困难。如果需要，盖的热面144可以包含固持装置，例如但不仅限于是带小孔的构件162象网状金属、打孔的板或筛网等，它们象图7、9和10所示的那样固定到盖128的面144上，固持住层160。这种带小孔的构件162必须是耐热的，并牢固地固定到盖128上，以充分地进行冷却，当层160聚集到热面144上时能协助支撑住层160。
在图8到图10表示的本发明的具体实施例中，盖128由一层基板148、中间板164和暴露的内板166制成。基板148厚1.5英寸(3.81厘米)，用象A I S I1010钢那样低碳钢制成，中间板164厚1/4英寸、(0.64厘米)，材料是铬钢，铬的重量含量约为10～16%，暴露的内板厚1/4～3/8英寸(0.64～0.95厘米)，材料是铬钢，铬的重量含量约为16～27%。最好的冷却剂是水，它通过管道152循环，使盖表面144的温度保持在900°F到1200°F(482℃～649℃)之间。如果需要，可以加上铬钢侧板168，以保护基板148的侧面，如图8到图10所示。用410不锈钢制的金属网格在中心距为约2～3英寸处(5.08厘米～7.62厘米)点焊到盖128的板166上。
正如上面所讨论的，如果板166太厚，板的一部分可由水冷却和/或层160的聚集的联合作用来冷却到某一温度范围，在此范围内，由于通过板厚度的温度梯度，板上可出现裂纹。例如，板166用铬重量含量为25%的铬钢制成，冷却板166，从面144通过板166的温度梯度使板厚度的一部分保持在其脆性的温度上，那末在内板166上就有可能出现内部裂纹。加上铬钢的中间板164，它的铬含量低于暴露的内板166的含量，并确定板164和166的厚度，这样，在预先设定的工作参数下，通过该复盖层150的温度梯度使板166整个厚度保持在25%铬含量铬钢的脆性温度范围之上，板166将不会由于脆性而开裂。低铬含量钢能保持其温度梯度在25%铬含量铬钢引起脆裂的范围内，因为它的铬含量低，脆性温度范围也低。这样，中间板164在25%铬含量铬钢的脆性温度范围内将不会出现同样的有害的影响，这就减少了复盖层150中任何一块板脆裂的危险性。
最好能使用一块铬钢板，它的脆性温度范围处于复盖层150温度梯度的温度范围之外，这样尽量消除脆性裂纹。低铬含量的铬钢的脆性温度范围可以低于该温度梯度范围，这样就不会由于脆性而出现裂纹。但是它的抗磨性低于高铬含量的钢。另一方面，脆性温度范围在上述温度梯度范围之上的高铬含量铬钢可提供足够的抗磨性，但比低铬含量铬钢贵一些。
作为一种选择，热面144上的复盖层150可以用多层同样铬含量铬钢制成。在这种设计中，采用高铬含量钢时，位于主板148和暴露的最外层铬钢板之间的钢板可能开裂，但裂纹不延伸穿过复盖层150到盖128的热面144上;如果采用低铬含量钢，暴露的最外层板可能开裂，但内部的板将不开裂，这样保护了主板148。
板164和166可以用若干现有技术中已知的方法如普通的焊接、爆炸焊接和滚轧连接等方法固定到主板148上。应该注意，普通焊接系统的整体性受到焊接工艺中固有的缺陷如微裂纹、孔隙等的限制。另外，普通焊接不能提供在高温操作中要求的板之间的热传导程度。对高温应用来说，爆炸焊接是一种好方法，因为它能在板之间提供连续的密切的结合，这对于通过盖的优良的导热性来说是必要的。如果在制造中采用爆炸焊接，必须小心确保板材的冲击强度要高到足以能经受爆炸焊接工艺的冲击。
虽然在本发明的优选实施例中，复盖层150是铬钢的也可使用其它合金，例如，Alpha Ⅳ，这是一种可从宾夕法尼亚州的Alleggny Lundlum有限公司得到的铝铬合金;Stellite 6，这是一种可从印地安纳州Cabot Stellite 6分部得到的钴铬合金。
作为一种方案，复盖150层可以是焊接的复合层，也就是说用若干焊球边靠边地沉积复盖住盖128的整个热面144。在图11和图12表示的本发明的具体实施例中，铬钢焊珠170用已知的焊接技术、例如埋弧焊-一种最好的办法，以及金属插入气焊法加到基板148上。在使用长焊珠的情况下，焊区172最好要小，以减少基板148可能出现的翘曲或弯曲等损坏。焊接复合层174加上以后，可以上下层焊接复合层176，如果需要，为避免上面讨论的脆裂问题，附加层可具有不同的铬含量。
为使其板148和层174之间具有良好的导热性，焊接复合层能提供与基板148密切接触，但是这里还必须说清焊接还有附加的担心问题。当铬合金珠加到基板148上时，两种金属结合在一起，合成焊珠的铬含量被稀释，即此时的铬含量将大约为基材和复合材料铬含量的平均值。例如如果基材不含铬，焊接复合材料含重量为20%的铬，合成焊珠含铬约10%，即(0%基板含铬量)+20%(复合材料含铬量)/2。应该注意，为聚集成复盖层150的厚度，铬复盖层材料的连续加工将使稀释程度减小，因为下层材料是含铬的。接着前面的例子，如果同样的第二层焊接复合材料加到第一层上，在第二层上合成的铬含量将大约是15%，即10%(第一层)+20%(第二层)/2。显然，悍接的次数越多，铬含量减少得越小，因此合成的铬含量就越高。
另外，基板148的材料类型可以影响焊接复合层的效能。已经发现，当基板148中的碳含量太高，例如铸铁，复合层材料中的铬与碳结合形成碳化铬。这项结合物减少或去掉了前面讨论过的形成铬氧化物保护层的铬。为避免这种情况，应使用低碳和/或低碳铬钢基板材料。作为一种替代方案，如果基板的碳含量太高，可以在基板148和铬合金钢焊接复盖层之间放一层如纯铁那样的低碳含量材料的焊接复盖层，以此作缓冲来减少焊接复合层中铬的降低。
在图11和12表示的具体实施例中，厚度为1/8英寸(0.32厘米)、25%铬含量的合金钢焊珠170加到大约6英寸×6英寸(15.24厘米×15.24厘米)的焊接区172，盖住2.5英寸(6.35厘米)厚的低碳钢基板148。两层1/8英寸(0.32厘米)厚的焊接复盖层178保护基板148的侧面，用不锈钢金属网180复盖热面144并支撑住前面讨论过的可能形成的配料层182。
在本发明的任一实施例中，基板148和复盖层150的厚度。冷却设计全都是相互关联的，并都取决于容器110内的工作条件。盖128的热面144的温度取决于容器110内的温度和盖128内的冷却量。反过来冷却取决于基板148和复盖层150的厚度和它们各自的热传导系数、冷却导管152在基板148的冷面154的放置，以及热面144所需要的温度。另外，正如前面讨论过的，铬复盖层150的脆性将确定层厚。
在本发明的优选实施例中，每个单独的组件146都支撑成可以拆掉而不影响其余组件146的工作，基方法类似于Matesa等人1986年6月11日提出的美国系列号为873003的申请中公开的方法，该申请的内容可作参考。在图7和图9所表示的本发明的具体实施例中，组件146是由支架130的梁184通过拉杆186和吊具188来支撑的。拉杆186的U形构件190销到吊具188上，而杆186的上端可拆卸地固定到梁184上。
每个组件146最好以任何方便的方式与相邻的组件连在一起以形成整体的盖结构。在图10表示的本发明的具体实施例中，螺柱192穿过连板194相对两面，拧入主板148的螺孔196中。撑住连板194的轴套198把它与主板148隔开。
放置板200，结构上类似于吊具188，当用一起升机构如桥式吊车(图中未示)来把组件放到盖128内或拆出时，可用它来吊装组件146。吊车可以降下某一装置以便连到放置板200上(图中未示)，然后当连杆186和连板194松开，进口156和出口158从冷却剂供给设备(图中未示)上脱开时拉紧吊车的缆绳支撑住组件146。吊车从盖128上吊起盖组件146，送到卸载位置，然后带着新的盖组件146返回到盖128的开口处。作为一种替代方案，组件146可直接用连杆186吊装。
应该看到，虽然从图7到12中公开的本发明的实施例都是一种具有矩形可拆卸的组件的平板式盖，也可采用其它形状盖子或组件。例如，正如美国系列号873003所公开的，盖128可以是圆拱形的，组件146可以是楔形的。
盖128的组件或结构允许在不同的地方使用具有不同厚度复盖层的组件。例如，在可能出问题的地方的组件146的复盖层150，例如在靠近装料槽(图中未示)或废气出口142处，其厚度比盖的其它部分厚一些。
另外，在仅顶部的有选择的部分需要进行连续的监视和由于加热容器内的温度和/或腐蚀和/或磨损条件下的置换时，本发明的盖设计可与其它的盖或顶的构形相联合使用。例如，顶部可以是连续的，在可能出问题的区域，在容器主体上的一片结构上装有可拆卸的组件146。
在这篇公开材料中表明和描述的本发明的形式表示说明性的实施例，应该理解，可以作出各种变化而不超出本发明的范围。
权利要求
1.一种用一隔热层来保护加热容器暴露的内表面的方法，包括加热上述容器内的上述材料，在上述容器内建立循环型式，其中上述废气包括携带的颗粒和熔化的材料，并且上述气体对着上述暴露内表面移动；和冷却上述暴露表面到一温度，在此温度上接触上述冷却表面的上述颗粒和熔化的材料将附着到上述表面上，在上述表面形成保护层，其中，附加的携带材料附着到先前沉积的携带材料上、这样来增加上述层的厚度。
2.按照权利要求1的方法，其中，上述保护层为上述内表面隔热，在上述容器内的温度达到足以熔化上述层上的新的沉积的携带材料之前，还进一步包括增加上述层厚度的步骤;从而使上述表面保持比较恒定的层厚，并使上述容器内保持比较恒定的温度。
3.按照权利要求2的方法，还进一步包括改变上述容器内热量的步骤，这样来改变上述层的厚度。
4.按照权利要求2的方法，还进一步包括改变上述暴露表面的冷却来改变上述层厚度的步骤。
5.按照权利要求1的方法，其中上述暴露表面是上述容器盖的暴露表面，进一步还包括在上述加热步骤之前，用耐高温水泥涂复上述盖表面的步骤。
6.按照权利要求1的方法，其中上述暴露表面是上述容器盖的暴露表面，进一步还包括在上述盖表面上提供固持器以协助固定上述层到上述盖表面上。
7.按照权利要求1的方法，其中上述暴露表面是上述容器盖的暴露表面，进一步还包括把抗热的开小孔的构件固定到上述盖表面上以协助把上述层固定到上述盖表面上的步骤。
8.按照权利要求1的方法，其中上述材料是玻璃配料，上述表面是上述加热容器盖的暴露的表面。
9.一种配料加热容器的盖，其中由加热设施向上述容器的配料含有腔里加热而产生的废气在容器内循环，在上述废气内携带有颗粒和熔化的材料，上述盖包括一个主体部分，它具有暴露到上述腔内的内表面;一层保护层，它包括在上述内表面上提供的上述颗粒和熔化的材料，以保护和隔离上述表面;和控制上述内表面的冷却以改变上述保护层厚度的设施。
10.按照权利要求9的盖，进一步还包括增加上述内表面面积的设施。
11.按照权利要求9的盖，进一步还包括将上述层固持到上述内表面上的设施。
12.按照权利要求9的盖，其中上述内表面包括开槽的表面部分。
13.按照权利要求9的盖，进一步还包括固定到上述盖的上述内表面上的开小孔的构件。
14.按照权利要求13的盖，其中上述开小孔的构件是网状金属。
15.按照权利要求9的盖，其中上述配料是玻璃配料。
全文摘要
玻璃配料熔化容器的盖会受到腐蚀和热损坏。冷却这盖，使它的暴露内表面温度控制在使容器内循环的废气携带的颗粒和熔化材料附着到盖表面，形成保护的隔离层，以延长盖的服务寿命。另外，加热容器的多层的冷却金属盖具有用低碳钢制造的主支撑板和暴露到容器内部的铬钢覆盖层，铬钢覆盖层的铬重量含量大约是10～25％。
文档编号F27D1/12GK1072663SQ92111550
公开日1993年6月2日 申请日期1992年10月20日 优先权日1987年7月1日
发明者J·E·孔克尔, G·A·佩克拉罗, H·M·德马雷斯特, G·N·休思 申请人:Ppg工业公司