一种用于熔炉的壁衬和采用该壁衬铺衬熔炉的方法技术

一种用于熔炉（１０）的壁，包括具有暴露于熔炉内部的热面（１６）的耐火层（１４）。多个由高热传导率材料（１８）制成的元件、如铜线或铜杆从熔炉外壳（１２）伸入耐火层（１４）。元件（１８）提供一通向熔炉的外壳（１２）的连续热通道。冷却套（２２）将热量从外壳上除去。元件（１８）散布在耐火层（１４）中以在元件附近的熔炉上提供基本上均匀的温度。壁衬可通过将元件排安装到熔炉的外壳内壁上并将耐火材料施加到内壁上而形成。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于熔炉的耐火墙衬层。特别地，本专利技术涉及用于耐火墙衬层的冷却结构。在高温下运行的熔炉用于多种不同的工艺中，包括金属的熔融工艺。大多数熔炉的结构都为由金属材料通常为钢制成的外壳。外壳衬有一层耐火砖以将外壳与炉内极高的温度隔开并且还可防止炉内所装的非常热的材料接触外壳。耐火层应具有较长的寿命以使更换炉衬时所需的停炉时间最短。耐火层通常由几乎完全不与炉内的物质起反应的材料制成。尽管如此，耐火层的腐蚀和损坏仍时有发生，并且已经发现衬层的腐蚀和损坏速率是随着衬层的热面(即暴露于熔炉内部的衬层表面)温度增加而增加的。因此，为了延长耐火层的寿命已作了大量努力来降低衬层热面的温度。一种推荐用来降低热面温度的结构包括安装在耐火层中的水—冷却回路。当水流过冷却回路时，从耐火层中吸取热量而起到降低衬层热面温度的作用。虽然这种结构能令人满意地减少衬层的温度，但它们牵涉到使用在衬层中的冷却水回路。冷却回路中水的任何泄漏都具有渗入熔炉的可能性并会引起耐火层的爆炸和水合作用。这显然是极其危险的情况并且普遍认为应该避免使用具有内部水—冷却回路的耐火层。另一种已在工业上采用的措施包括在衬层中放置在炉壁方向具有高热导率的固体冷却件。固体冷却件的外部保持在耐火层的外侧。位于熔炉外部的冷却件部分由一水冷却回路冷却。因此，一旦水—冷却回路发生泄漏，水也不会进入并与炉内的物质接触，这就避免了水合作用的发生并且减少了爆炸的危险。固体冷却件一般相互间隔开半米。这使得在耐火层中产生较大的温度梯度。衬层中的高温面积比较低温处损耗得快得多，并且衬层的损耗是非常不均匀的。而且，在衬层中的较大的温度梯度在耐火层中形成较大的热应力。英国专利第1,585,155号揭示了一种具有复合层的电弧炉，并且包括面朝熔炉内部的耐火材料制成的暴露的内层。还设有背对内层的耐火材料制成的外层，并且该耐火材料外层是与内层热接触的。外层由具有比内层高的导热性能的材料制成。外层可与炉壳接触，它将热分散到周围空间或通常分散到风冷或水冷介质中。耐火层的复合结构起到增加流过侧壁衬层的热量的作用从而减轻耐火层的损耗程度。这种结构具有需要在炉中安装复合耐火壁的缺点。而且，虽然耐火层的外层被描述成由高传导性能的耐火材料制成，但这种耐火材料的传导性还是相对较低并且某种程度上限制了可从炉中除去的热量。复合衬层还比较贵，并且可能发生反应。一种解决高温熔炉中耐火层腐蚀和渗透现象的方案描述在转让给了Hatch集团有限公司(Hatch Associates Limited)的美国专利第3,849,587号中。该专利揭示了通过在衬层中放置沿炉壁方向具有高导热性能的固体冷却件来保护在高温下运行的熔炉的耐火层，固体冷却件的外部保持在耐火层的外侧。嵌入衬层的冷却件在位于熔炉衬层中的那部分基本上不配备水—冷却通道，这可避免水渗漏到炉中。位于熔炉外侧的冷却件部分则一般由一水冷回路冷却。冷却件的长度、横截面积、间隔和材料的选择都考虑到避免使冷却材料熔化并且能将足够的热量引出衬层以减少衬层的腐蚀。插入衬层中的冷却件最好由铜制成。在此专利中描述的冷却件为直径较大、一般大约4inches(100mm)，并且相互间隔开较大的距离。这导致形成一贯穿耐火层热面的温度梯度，并产生由这种温度梯度所致的损耗不均匀和热应力本专利技术提供一种耐火层，它克服了或至少改善了上述已有技术的一个或多个缺陷。首先，本专利技术提供了一种用于熔炉的壁衬，该熔炉具有一个外壳和与外壳连接的外部冷却源，所述壁衬包括一靠近外壳的耐火层，该耐火层具有一在熔炉运行过程中暴露在高温下的热面，耐火层包括多个高热传导率材料制成的元件，这些元件延伸进朝向热面的耐火层，每个元件具有从位于靠近热面的元件末端至熔炉外壳的连续的热传导通道，元件散布在耐火层中以在元件附近形成一横贯熔炉热面的基本上均匀的温度。所谓“基本上均匀的温度”，是指横贯热面的温度变化不会超过100℃。较佳地，横贯热面的温度变化不超过50℃。多个元件可以存在于基本上全部壁衬中以获得所希望的横贯热面的均匀的温度。另外，多个元件可如此布置在壁衬中，以使它们较集中于可能成为熔炉中的过热点处。同样地，熔炉的较冷部分可有较少量的元件，并且元件可能不伸出熔炉的全部。当熔炉的构造和运行在不存在多个元件时将产生显著的过热和过冷点的情况下尤其如此，应当理解，在熔炉的较冷区域中可能不需要由多个元件来提供进一步的热提取。本专利技术的熔炉衬层可用来保证贯穿元件附近的熔炉热面达到基本上均匀的温度。或者，衬层可设计成以保证贯穿熔炉的整个热面上获得基本上均匀的温度。由于防止了在热面上形成不希望的温度梯度，这是比较有利的。在任一种情况下，基本上均匀的温度可低于一个温度，在该温度下耐火层的破坏和/或腐蚀将达到一个不能接受的高速率。应当认识到当不存在多个元件时熔炉内有显著的过热和过冷点时，元件仅在或靠近可能成为过热点处需要。较佳地，高热传导率材料可是金属或金属合金。铜尤佳。在本专利技术的一个较佳实施例中，多个由高热传导率材料制成的元件伸入朝向热面的耐火层中，但不足以伸到热面。这使得元件的末端与热面被一耐火层隔开，从而减少经过壁的热辐射并且使元件与熔炉运行过程中热面所经受的非常高的温度隔绝。这可保护元件并减少剥蚀的可能性和对元件的热损坏。高热传导率材料制成的多个元件从熔炉的外壳内壁上伸出并进入耐火层以提供一从更靠近热面的元件末端至外壳的连续的热传导通道。热量沿着元件被传导到外壳。一个外部冷却回路可与外壳结合以从熔炉壁上除去热量。因此，多个元件有助于从熔炉中除去热量并且能使耐火层的热面保持在一具有长的使用寿命的温度下。多个元件散布在耐火层中，使得热面有元件的部位附近有基本上均匀的温度。这可避免在熔炉中形成过热点，减少耐火层中的热应力并在热面上形成稳定的状态。就此而言，应当注意到美国专利3,849,587号中所描述的采用在衬层中互相隔开较大距离的相对较大的冷却体的熔炉是不能获得这些所期望的情况的。高热传导率材料制成的元件可形成为金属线或金属杆，优选材料为铜。杆或线的直径可为几分之一毫米至25mm。更大的直径是不足取的，因为此时很难在贯穿耐火层的热面上保持一基本上均匀的温度的同时，又从熔炉中除去所需的热量。另外，元件还可通过在耐火砖中注入熔融金属并使熔融金属固化而制成的。当用熔融金属注入耐火砖时，熔融金属沿着耐火砖的孔流入砖中。一旦熔融金属固化，即形成从砖的一面伸入砖中的金属固体，并且当砖用来铺衬熔炉时，这些金属固体起到多个高热传导率材料制成的元件的作用。应当认识到经受金属注入的砖表面将成为靠近熔炉外壳的内壁放置的砖的表面。熔融金属还应当仅仅注入经过砖的部分通道以保证耐火层保持在金属和熔炉的热面之间。本专利技术的壁衬可以冷却耐火层而不需要衬层的内部冷却。多个元件将热量传导至熔炉的外壳并可由外部冷却回路将热量从外壳去除。外部冷却回路可以是风冷或自然对流冷却结构，或者较佳地为水冷回路。例如，外壳可以包在一个水套中，当然其它的水冷回路也可采用。多个元件具有一个通到外壳的连续的导热通道。它们也使来自耐火层的热传递的接触阻力最小。与某些已有技术中所描述的复合层相比，可获得更有效的热传递，因为本专利技术的壁衬呈现更佳的总体热传导性能。在一个实施例中，多个元件可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于具有外壳和与外壳连接的外部冷却源的熔炉的壁衬，所述壁衬包括一邻近外壳的耐火层，所述耐火层具有在熔炉工作过程中暴露在高温下的热面，耐火层包括多个由高热传导率材料制成的元件，元件伸入耐火层朝向热面，各个元件具有从靠近热面的元件端部至熔炉外壳的连续的热通道，元件散布在耐火层中以在元件附近的熔炉热面上提供基本上均匀的温度。２．如权利要求１所述的用于熔炉的的壁衬，其特征在于，由高热传导率材料制成的多个元件伸入耐火层中朝向熔炉的热面，但不伸过耐火层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔汶格雷，乔纳森阿兰哈里斯，安东尼雷格纳尔莱格特，巴里约翰布里托，
申请(专利权)人：墨尔本大学，WMC资源有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]