專利名稱：用于耐火襯里的錨固系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于過程容器(process vessel)襯里的錨固件。特別地，本發(fā)明涉及 用于支承過程容器的雙層襯里的錨固件。
背景技術(shù)：
用耐火混凝土、磚和其它陶瓷材料加襯的過程容器用于多種應(yīng)用中，包括在水泥、 石油、石油化工、礦物加工、氧化鋁和其它工業(yè)中。這些過程容器通常包括具有耐火襯里的 外殼體(通常由鋼或其它金屬制成)。襯里有時會損毀且需要替換或修復(fù)。過程容器襯里 的失效包括耐火層的脫粘(de-bonding)，錨固件支承件失效，耐火層中的分層剝離、空隙化 (voiding)、開裂或蜂窩化等。為了維持用耐火材料加襯的過程容器，大體上需要使得過程容器脫機(jī)，并檢查耐 火襯里，然后根據(jù)需要進(jìn)行修復(fù)或替換。使得過程容器脫機(jī)以對耐火襯里進(jìn)行檢查和修復(fù) 導(dǎo)致顯著的生產(chǎn)力損失。某些過程容器可能需要數(shù)小時，或甚至數(shù)天來充分冷卻、或處于檢 查和修復(fù)的狀態(tài)。對耐火襯里的檢查和修復(fù)也是一種潛在危險的操作。操作者進(jìn)入過程容 器以便檢查并確定襯里狀態(tài)。已經(jīng)出現(xiàn)過當(dāng)操作者在容器內(nèi)時襯里從過程容器掉落的事 件。希望最小化對耐火襯里容器修復(fù)的需要。過程容器常常利用雙層襯里系統(tǒng)來加襯，雙層襯里系統(tǒng)合并了絕熱層和熱面層。 絕熱層由耐火錨固件加以支承而抵靠著過程容器的內(nèi)壁。熱面層被支承而抵靠著絕熱層， 且也由耐火錨固件加以支承。用于支承襯里系統(tǒng)的錨固件大體上由鋼棒形成且常常為V形或Y形。V形錨固件 使它們的相應(yīng)臂發(fā)散地延伸穿過絕熱層進(jìn)入熱面層內(nèi)。在用于支承雙層襯里的替代系統(tǒng)中，也已使用Y形耐火錨固件，在使用中，這些Y 形錨固件附連到過程容器上且延伸到襯里內(nèi)。雙層襯里是被澆鑄的，從而使得Y的分叉或 頂點(diǎn)嵌入于絕熱層內(nèi)、或者在絕熱層與熱面層之間的交界面處。雖然這些錨固件提供用于支承雙層襯里的適用且有效的錨固系統(tǒng)，但替換襯里的 高成本，特別是在過程容器的停機(jī)時間方面，意味著需要更可靠且有效的錨固系統(tǒng)來改進(jìn) 過程容器的效率和操作。在過程容器中，特別是在兩層襯里系統(tǒng)(絕熱和熱面)中，諸如鋼耐火錨固件這樣 的耐火錨固件的失效大體上由兩種主要失效模式造成，這兩種主要失效模式可被描述為蠕 變斷裂和屈服。蠕變斷裂是由于錨固件上的小恒定負(fù)荷造成，且這可能是耐火的可澆鑄材料的重 量和/或操作期間的熱負(fù)荷。蠕變斷裂應(yīng)力是將會導(dǎo)致錨固件失效的1，000，10，000或 100，000小時的負(fù)荷。負(fù)荷越高和溫度越高，意味著達(dá)到失效之前的時間將會有所縮短。錨 固件的屈服是由于在操作期間施加到錨固件上的過量負(fù)荷造成。其通常與熱面可澆鑄材料 的移動相關(guān)聯(lián)，這是由于可澆鑄材料缺少支承/約束、或?qū)蓾茶T材料的不正確的支承/約 束O
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)用于過程容器的雙層耐火襯里的錨固系統(tǒng)降低了雙層耐火襯里的失效 率，并且克服或減輕上述缺點(diǎn)中的至少一種缺點(diǎn)。通過下文的描述，本發(fā)明的其它目的和優(yōu) 點(diǎn)將變得顯而易見
發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種錨固系統(tǒng)用于支承過程容器的雙層耐火襯里， 過程容器的雙層耐火襯里包括鄰近著過程容器的內(nèi)表面而定位的第一層、和鄰近著第一層 而定位的第二層，其中，該錨固系統(tǒng)包括多個分叉錨固件，分叉錨固件從過程容器的內(nèi)表面 穿過第一層并延伸到與第一層鄰近的雙層襯里的第二層內(nèi)，其中所述多個分叉錨固件具有 安置于第二層內(nèi)的分叉。在某些實施例中，分叉點(diǎn)位于第二層中、且與介于第一層與第二層之間的界面隔 開。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在分叉點(diǎn)定位于距第一層與第二層之間的界面盡可能遠(yuǎn)的點(diǎn)的情況下實 現(xiàn)最佳結(jié)果。但應(yīng)了解錨固件的頂端或分叉點(diǎn)不應(yīng)過于靠近第二層的暴露表面而定位。應(yīng) 了解第二層的暴露表面在使用期間形成熱面。如果錨固件的頂端或分叉點(diǎn)靠近熱面而定 位，則它們暴露于更高溫度，這可能會導(dǎo)致錨固件的有所增加的腐蝕或氧化。在某些實施例 中，分叉點(diǎn)(如從錨固件頂點(diǎn)測量)在距第一層與第二層之間的界面一定距離處定位于第 二層中，且該距離等于第二層厚度的至少15%，更優(yōu)選地為第二層厚度的15%至75%。還 希望錨固件的頂端(或者實際上，位于距過程容器的內(nèi)表面最遠(yuǎn)處的錨固件的任何部分) 在距第二層的暴露表面一定距離處定位于第二層的暴露表面下方，該距離為第二層厚度的 至少20%。在某些實施例中，錨固系統(tǒng)還包括多個其它錨固件，這些錨固件從過程容器的內(nèi) 表面延伸到第一層內(nèi)。在其它實施例中，錨固系統(tǒng)還可包括安裝至過程容器內(nèi)表面的一或多個加強(qiáng)件。 加強(qiáng)件可包括從過程容器的內(nèi)表面延伸到第一層或第二層內(nèi)的一或多個加強(qiáng)板。該一或多 個加強(qiáng)板可(例如)通過焊接而安裝到過程容器的內(nèi)表面。在又一實施例中，錨固系統(tǒng)包括錨固件與加強(qiáng)板的組合，加強(qiáng)板從過程容器的內(nèi) 表面延伸到與過程容器的內(nèi)表面鄰近的雙層襯里的第一層或第二層內(nèi)，且該錨固件包括一 或多個第一錨固件和多個第二錨固件，該一或多個第一錨固件從過程容器的內(nèi)表面延伸到 第一層內(nèi)，該第二錨固件包括分叉錨固件，分叉錨固件從過程容器的內(nèi)表面延伸穿過第一 層并進(jìn)入到與第一層鄰近的雙層襯里的第二層內(nèi)，其中所述多個分叉錨固件具有安置于第 二層內(nèi)的分叉。本發(fā)明的某些實施例的錨固系統(tǒng)提供延伸到熱面層內(nèi)的錨固件上的張應(yīng)力的減 小。雖然本發(fā)明的錨固系統(tǒng)可在第一錨固件上施加相對較高的張應(yīng)力，但第一錨固件位于 非關(guān)鍵區(qū)域中，其中溫度較低且失效的結(jié)果并不太顯著。本發(fā)明的錨固系統(tǒng)可用于多種過程容器中，諸如在石油、石油化工產(chǎn)品的生產(chǎn)中、 在礦物加工、氧化鋁和其它工業(yè)中所使用的那些過程容器。該耐火系統(tǒng)可用于向過程容器 的內(nèi)表面或殼體加襯。該過程容器的內(nèi)表面可被配置成用以接收錨固件。在一實施例中，過程容器的內(nèi) 表面可具有附連到其上用于接收耐火錨固件的套筒。在另一實施例中，該過程容器的內(nèi)表面可具有凹口、凸耳或其它附連件用于固結(jié)耐火錨固件。雙層襯里的第一層通常為絕熱層，該絕熱層可被配置成提供所希望的過程容器的熱性質(zhì)。在典型配置中，絕熱層可具有50至150mm的厚度。第一層可由耐火混凝土或類似 物形成。第一層的組成對于本發(fā)明而言并不特別關(guān)鍵。在根據(jù)本發(fā)明的加襯過程容器的構(gòu)造中，第一錨固件和分叉的第二錨固件附連到 過程容器的內(nèi)表面并且第一層被澆鑄到所希望的厚度，優(yōu)選地覆蓋第一錨固件從而使得第 一層得以被支承而抵靠著過程容器的內(nèi)表面?？蔀榱朔奖闫鹨娺x擇第一錨固件的形狀。已發(fā)現(xiàn)合意的情況是使用具有V字形狀 的第一錨固件。優(yōu)選地，V字形第一錨固件的臂之間的角度是銳角。雙層襯里的第二層通常為熱面層且被澆鑄于第一層上方，從而使得分叉的第二錨 固件嵌入于熱面層內(nèi)，優(yōu)選地在其表面下方至少25mm處。已發(fā)現(xiàn)通過提供經(jīng)分割的第二 層，可減小第二錨固件上的張應(yīng)力源。優(yōu)選地，第二層被分割成與錨固系統(tǒng)中錨固件陣列中 第二錨固件分布相對應(yīng)的正方形或長方形。優(yōu)選地，第二層被分割為正方形，其具有范圍在 從大約200mmX 200mm變化至IOOOmmX 1000mm的尺寸。分叉的第二錨固件從過程容器的殼體延伸穿過第一層并進(jìn)入到雙層襯里的第二 層內(nèi)。第二錨固件具有分叉、或分支，其安置于第二層內(nèi)。為了方便起見，可使分叉的第二 錨固件的分支成角度。但優(yōu)選地，分叉的第二錨固件的分支形成鈍角。在本發(fā)明的錨固系統(tǒng)中，優(yōu)選地，第一錨固件和分叉的第二錨固件被排列成規(guī)則 的陣列，其中第一錨固件插置于分叉的第二錨固件之間。優(yōu)選地，在分叉的第二錨固件之間 的中心到中心的尺寸為大約200mm。錨固件可由任何方便構(gòu)造材料制成。構(gòu)造材料將大體上基于過程容器中的工作條 件進(jìn)行選擇。對用于整體式襯里的錨固件材料的選擇大體上是基于溫度。這意味著工藝 氣體溫度越高，所使用的合金就越不穩(wěn)定(exotic)。對于高于1000°C的條件，所選的最常 用的鋼合金是310不銹鋼(310ss)。但也可使用其它合金鋼，包括253MA、因科鎳鉻不銹鋼 DSdncoloy DS)、因科內(nèi)爾鉻鎳鐵合金601 (Inconel 601)。本發(fā)明在其范疇內(nèi)涵蓋了常規(guī) 情況下用來制作耐火錨固件的任何材料的使用。雖然310ss在氧化氣氛下具有高的起氧化皮溫度(sealingtemperature)，據(jù)報道 為1150°C，已知其合金在550°C至900°C的溫度范圍中經(jīng)受σ相形成。σ相以兩種方式影 響鋼，一為其降低抗氧化性(由于鉻已從溶液移除)，且二為在低于200°C的溫度顯著地降 低了抗沖擊性。但其它合金鋼也具有等于或小于310ss的起氧化皮溫度。特種金屬公司(SpecialMetal Corporation) [SMC-097]主張的是，合金 DS 抗 σ相脆化且可在600°C至900°C范圍內(nèi)無定限地加熱而不用擔(dān)心、或者可在更高溫度操 作而不會有σ相形成。但是，我們的研究表明合金DS可形成類似于ο相的鉻相絡(luò)合物 (complex)0雖然非常重點(diǎn)地強(qiáng)調(diào)了通過使用氧化氣氛中的材料的起氧化皮溫度來進(jìn)行的對 耐火錨固件的選擇，但已發(fā)現(xiàn)僅基于起氧化皮溫度來選擇鋼可能會導(dǎo)致耐火系統(tǒng)的過早失 效，因為這個選擇標(biāo)準(zhǔn)并未充分考慮蠕變或熱誘導(dǎo)應(yīng)變(熱負(fù)荷)。已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的耐火錨 固系統(tǒng)用來減小耐火錨固件上的熱誘導(dǎo)負(fù)荷和蠕變斷裂的影響。對錨固系統(tǒng)的分析發(fā)現(xiàn)， 由于在高溫所施加的低水平應(yīng)力，蠕變斷裂應(yīng)力是非常關(guān)鍵的。
蠕變斷裂與靜態(tài)結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，其中在錨固件上的應(yīng)力較低但恒定。應(yīng)力可由于耐 火混凝土層的自身重量和/或熱應(yīng)變而造成。已發(fā)現(xiàn)通過理解蠕變失效，可做出更好的結(jié) 構(gòu)壽命預(yù)測且可減小災(zāi)變性失效的可能性。對用于耐火錨固件的310ss、合金DS和Inconel 601而言的蠕變斷裂應(yīng)力是時間 的函數(shù)。在1100°c，在35，040小時后，Inconel 601和310ss的蠕變斷裂應(yīng)力分別從2. 8MPa 和1. 4MPa發(fā)生變動。溫度對蠕變斷裂能力具有顯著影響。舉例而言，在9，636小時，Inconel 601的蠕變斷裂應(yīng)力從980°C的7. 7MPa減少至1150°C的3. 4MPa。
在許多環(huán)境下，耐火錨固件上的應(yīng)力隨著時間增加，這是由于在氧化環(huán)境中在針 對可澆鑄材料對氧化率的影響而經(jīng)校正過的溫度下發(fā)生鋼氧化所造成的厚度損失。假定鋼 氧化沿著錨固件均勻地進(jìn)行、且以比在空氣中更慢的速率進(jìn)行。310ss、Inconel 601和DS 合金的腐蝕率類似。但是，工藝條件可顯著地改變腐蝕率。對于用于耐火錨固件的某些鋼合金，例如310ss，合金DS和Inconel 601，根據(jù) Larsen Millar參數(shù)(LMP)，蠕變斷裂應(yīng)力(CRS)與時間和溫度相關(guān)。結(jié)果是基于已發(fā)布 的數(shù)據(jù)且當(dāng)使用所發(fā)布的范圍之外的數(shù)據(jù)時必須要謹(jǐn)慎。在1050°C在30，000小時后對于 253MA和DS合金耐火錨固件的預(yù)測CRS分別為4MPa和1. 5MPa，且不會出現(xiàn)鋼的腐蝕。如 果將在1050°C時錨固件鋼(由于氧化而造成的)腐蝕考慮在內(nèi)，那么失效前的時間對于 253MA鋼估計為 7，000小時且對于DS合金錨固件估計為 9，000小時。將錨固件暴露溫 度增加至IlOiTC可使得壽命從數(shù)萬小時顯著地縮短到數(shù)千小時。如果(例如)通過將材 料(熱面)密度從2300kg/m3變成3000kg/m3來增加錨固件上的負(fù)荷，那么錨固件(253MA) 上的應(yīng)力也將增加30%。這意味著由于蠕變斷裂應(yīng)力，錨固件的壽命從 30，000小時縮 短至 8，000小時。或者，如果耐火(熱面)增加7.7%，S卩，額外的10mm，這意味著錨固件 (253MA)的壽命將從 30，000小時縮短至 20，000小時。但使用ATENA (—種使用非線性 斷裂力學(xué)的建模程序包)的數(shù)值分析已發(fā)現(xiàn)這種簡單的線性彈性負(fù)荷檢測是不準(zhǔn)確的。合金601具有優(yōu)于310ss和Incoloy DS合金的蠕變斷裂應(yīng)力。簡單說來，通過使 用這種合金(601)，錨固件的壽命在理論上可延長到> 40，000小時。但也知道由于高的鎳 含量，這種材料在硫環(huán)境中非常易于腐蝕。使用蠕變斷裂應(yīng)力數(shù)據(jù)，已計算出8mm 310不銹鋼錨固件的斷裂應(yīng)力以1. 16MPa 的軸向應(yīng)力為條件，在1050°C壽命為大約28，000小時(3年)。如果考慮腐蝕，那么錨固件 壽命可縮短至大約 16，000小時( 1. 9年)。已發(fā)現(xiàn)在絕熱層與熱面層之間的界面上方移動V字形錨固件的分叉將會降低由 于材料重量造成的錨固件張應(yīng)力。還發(fā)現(xiàn)在較大錨固件之間包括較小錨固件將會轉(zhuǎn)移來自 較大錨固件的某些應(yīng)力至較小錨固件。有可能利用金屬加強(qiáng)板來替換小的V字形錨固件。 金屬加強(qiáng)板可以按至少Im隔開的間距而焊接到殼體上，且彼此成直角放置。金屬加強(qiáng)件的 使用減小了該結(jié)構(gòu)中由于熱膨脹造成的彎折。相稱地，金屬加強(qiáng)件的深度為絕熱層的至少 50% (在整個本說明書中，絕熱層也被稱作第一層)。而且通過將“熱面”分成200X200的 正方形區(qū)塊，最大為1000mm，將會降低錨固件張應(yīng)力。最終結(jié)果是，較大分叉錨固件上的張 應(yīng)力可被顯著降低。對于具有直徑IOmm大錨固件且具有焊接到殼體上的加強(qiáng)板的一種致 密混凝土熱面(3000kg/m3)，大錨固件上的張應(yīng)力將減小至小于IMPa，與之相對比的是，在 僅采用為Y形的、且有錨固件分叉在界面處或界面下方的耐火錨固件的一種設(shè)計中張應(yīng)力為 23MPa。所分析的襯里系統(tǒng)代表著一種大體上最差情況位置和一種耐火襯里系統(tǒng)，以及使 用較低密度的材料將會在錨固件上具有較低張應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于過程容器的襯里，其包括鄰近過程容器的 內(nèi)表面定位的第一層和鄰近第一層定位的第二層，襯里具有多個分叉錨固件，所述多個分 叉錨固件從過程容器的內(nèi)表面延伸穿過第一層且進(jìn)入到鄰近第一層的雙層襯里的第二層 內(nèi)，其中所述多個分叉錨固件具有安置于第二層內(nèi)的分叉。在某些實施例中，錨固件安置于襯里中從而使得分叉點(diǎn)(如從錨固件頂點(diǎn)測量) 定位于第二層中、在遠(yuǎn)離介于第一層與第二層之間的界面的一定距離處，且該距離等于第 二層厚度的至少15%，更優(yōu)選地為第二層厚度的15%至75%。還希望錨固件的頂端(或?qū)?際上，位于與過程容器內(nèi)表面最遠(yuǎn)離處的錨固件的任何部分)定位于第二層的暴露表面下 方、在遠(yuǎn)離第二層的暴露表面一定距離處，該距離為第二層厚度的至少20%。
在某些實施例中，襯里還包括安裝到過程容器的內(nèi)表面上的一或多個加強(qiáng)件。加 強(qiáng)件可包括從過程容器的內(nèi)表面延伸到第一層內(nèi)的一或多個加強(qiáng)板。該一或多個加強(qiáng)件可 安裝到過程容器的內(nèi)表面，例如，通過焊接。加強(qiáng)件可延伸到第一層內(nèi)一段距離，該距離等 于第一層深度至少50%的距離。在某些實施例中，加強(qiáng)件可延伸到第二層內(nèi)。加強(qiáng)件可包 括彼此成直角且以至少Im隔開的間距而焊接到過程容器的內(nèi)表面上的加強(qiáng)板。換言之，在 此實施例中，加強(qiáng)板可在過程容器的內(nèi)表面上形成大體上矩形或正方形的網(wǎng)格，正方形或 矩形由最大寬度或長度為Im的加強(qiáng)板限定。在其它實施例中，襯里可包括延伸到第一層內(nèi)但未延伸到第二層內(nèi)的多個錨固 件。第二層也可被分成寬度或長度為從200mm至IOOOmm的矩形或正方形區(qū)塊。合適 地，第二層被分成尺寸在大約200mmX200mm至IOOOmmX IOOOmm的范圍的正方形區(qū)塊。錨固件可附連到過程容器從而用以確保獲得從錨固件的良好傳熱。就此而言，沿 著錨固件到過程容器殼體的傳熱被合意地最大化以便于降低靠近第一層與第二層之間界 面處的錨固件或錨固件桿的溫度。為了獲得良好的熱交換，例如，錨固件可被焊接到過程容 器的外殼體上、或者錨固件可安裝于安裝卡夾中，安裝卡夾附連到殼體上且向卡夾涂覆傳 熱化合物。這些布置可將第一層與第二層界面處或附近的錨固件溫度減小100°c至150°C。 在蠕變斷裂方面而言，以這個量降低是顯著的，因為蠕變斷裂能力隨溫度呈對數(shù)增加，意味 著溫度的較小降低對應(yīng)于蠕變斷裂應(yīng)力的較大減小。


為了可以更全面地理解并實行本發(fā)明的各個方面，將參看附圖來描述幾個優(yōu)選實 施例，在附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的錨固系統(tǒng)與襯里的側(cè)視示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的錨固系統(tǒng)和襯里的側(cè)視示意圖；圖3是示出適用于本發(fā)明的分叉錨固件的實施例的側(cè)視示意圖；圖4是示出適用于本發(fā)明的分叉錨固件的另一實施例的側(cè)視示意圖；圖5是示出適用于本發(fā)明的分叉錨固件的較詳細(xì)視圖的側(cè)視示意圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的襯里的示意圖，其示出錨固件形狀和耐火襯里構(gòu) 造；圖7示出用于耐火襯里的根據(jù)本發(fā)明實施例的錨固件設(shè)計的ATENA軸對稱模 型(Im部段)的側(cè)視示意圖，其示出由于重力負(fù)荷造成的位移和錨固件應(yīng)力。材料密度 3000kg/m3且錨固件直徑為大的直徑為10mm，小的直徑為8mm ；圖8示出用于耐火襯里的根據(jù)本發(fā)明實施例的錨固件設(shè)計的ATENA模型(Im部 段)的側(cè)視示意圖，耐火襯里具有區(qū)塊熱面和在絕熱層中的切口，其示出由于溫度和重力 負(fù)荷造成的位移和軸向錨固件應(yīng)力。材料密度為3000kg/m3且錨固件的大的直徑為IOmm ； 以及
圖9示出根據(jù)本發(fā)明用于Im長耐火襯里的錨固件設(shè)計的ATENA模型的側(cè)視示意 圖，其示出由于溫度和重力負(fù)荷造成的位移和軸向錨固件應(yīng)力。熱面層和絕熱層可自由膨 脹。材料密度為3000kg/m3且錨固件直徑為10mm。殼體被固定以表示鋼加強(qiáng)件的存在。
具體實施例方式應(yīng)了解，提供附圖是為了對本發(fā)明實施例加以說明的目的。因此，應(yīng)了解本發(fā)明不 應(yīng)被認(rèn)為限于附圖所示的特點(diǎn)。圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例的錨固系統(tǒng)和襯里的側(cè)視示意圖。在圖1中，通常由 諸如鋼這樣的金屬制成的過程容器的外殼體10具有固結(jié)到其內(nèi)表面11上的多個第一錨固 件12。外殼體10還具有固結(jié)到其內(nèi)表面11上的多個第二錨固件14。多個第二錨固件中 的每一個包括桿16和分叉臂18、20。分叉臂基本上從分叉點(diǎn)22延伸。在圖1中，襯里還包括第一絕熱襯里層24。第一層24位于與外殼體10的內(nèi)表面 11鄰近處。然后，致密混凝土(熱面)的第二層26位于第一層24上。第二層26可(例 如)為絕熱層或更致密的混凝土層，其在使用中形成過程容器里的熱面。應(yīng)了解第二層26 向在過程容器操作期間所經(jīng)歷的高加工溫度暴露。如從圖1可以看出，分叉臂18、20的端部并不一直延伸到第二層26的暴露表面。 以此方式，在過程容器使用期間，熱面層26向分叉臂提供保護(hù)使其免受過程容器內(nèi)所經(jīng)歷 的高溫的損壞。而且，如從圖1可以看出，對分叉點(diǎn)22加以定位從而使得分叉點(diǎn)22安置于第二層 26內(nèi)。圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的錨固系統(tǒng)和襯里的側(cè)視示意圖。圖2的實施例 包括與圖1所示的實施例共同的多個特點(diǎn)，并且為了方便起見，圖2中這些共同特點(diǎn)由與圖 1中所用附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記來表示，但添加了'。這些特點(diǎn)無需進(jìn)一步描述。其中， 圖2所示的實施例與圖1所示的實施例的不同之處在于并非具有如圖1所示的第一錨固件 12，圖2所示的實施例具有多個加強(qiáng)板30。加強(qiáng)板30焊接到過程容器10'的壁的內(nèi)表面 11'上。加強(qiáng)板30還包括與圖2所示的加強(qiáng)板30成直角延伸的其它加強(qiáng)板。為了清楚起 見，這些額外加強(qiáng)板在圖2中未示出。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解加強(qiáng)板30和額外加強(qiáng)板 (未圖示)在過程容器10'的內(nèi)表面上形成大體上網(wǎng)格狀圖案。網(wǎng)格狀圖案中限定的正方 形或開口合適地在對網(wǎng)格開口的相對壁加以限定的相對置加強(qiáng)板之間具有至少一米的最 小開口。
圖3示出用于本發(fā)明的替代分叉錨固件的示意圖。在圖3中，錨固件40包括桿 42，桿42具有第一臂44和第二臂46。臂44和46基本上與桿42成直角延伸。因此，臂44 和46基本上是共線的。圖3所示的錨固件40可被描述為“T”形錨固件。圖3所示的錨固 件40的分叉點(diǎn)48的位置使得其在完成的壁襯里中位于第二絕熱層內(nèi)。圖4示出適用于本發(fā)明的替代錨固件。圖4所示的錨固件50具有桿52、第一分叉 臂54和第二分叉壁56。臂54、56從分叉點(diǎn)58向外延伸。分叉點(diǎn)58定位于完成的壁襯里 中第二絕熱層中。圖4所示的錨固件50類似于圖1所示的錨固件14，除了錨固件50的分 叉臂形成比錨固件14的分叉臂更鈍的角。圖4所示的錨固件比圖3所示的錨固件更適用于本發(fā)明。圖3所示的錨固件的臂 44,46彎曲成與錨固件桿42成直角延伸。相比而言，圖4所示的錨固件50的臂54、56相對 于桿52彎曲成小于直角的角度。這用于降低冷應(yīng)力，冷應(yīng)力是由于錨固件制造期間錨固件 彎曲或箍縮(pinching)在該點(diǎn)造成，其可導(dǎo)致圖3所示錨固件中的應(yīng)力剃刀(razor)。圖5示出圖4所示的錨固件50的較詳細(xì)視圖。圖5所示的錨固件50'包括第一 線60，第一線60在分叉點(diǎn)62處彎曲以形成臂64和桿部66。錨固件50'還包括第二線70， 第二線70在分叉點(diǎn)72處彎曲以形成臂74和桿部76。為了完成圖5所示的錨固件50‘的 構(gòu)造，桿部66和76接合在一起，例如通過焊接。盡管在圖5中未示出，錨固件50'還可包 括從桿部66和76的下端垂直地延伸的小的選擇，以使得能將端部容易地安裝到過程容器 的內(nèi)表面上。圖6至圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的錨固系統(tǒng)和耐火襯里的實施例的各種模 型，包括由這些布置的ATENA模型化所獲得的結(jié)果。在圖6中，錨固件的分叉點(diǎn)被定位成遠(yuǎn)高于第一絕熱層與第二絕熱層之間的界 面。第二層或“熱面”層已被分成尺寸200mmX200mm的正方形。膨脹線被切到絕熱層或第 一層內(nèi)。已發(fā)現(xiàn)這些步驟將會降低錨固件上的張應(yīng)力。發(fā)現(xiàn)在第一層中的額外的小V字形 錨固件可減小較長錨固件上僅由于材料重量引起的張應(yīng)力。還發(fā)現(xiàn)利用焊接到殼體上的金 屬加強(qiáng)板來替換小錨固件(如圖6所示)將降低或控制由于熱負(fù)荷引起的錨固件張應(yīng)力。 最終結(jié)果是可顯著地降低大錨固件上的張應(yīng)力。圖7示出在錨固件上由于具有直徑為8mm在第一層中的小錨固件以及直徑為IOmm 的大錨固件的致密混凝土熱面(每立方米3000kg)的重力負(fù)荷所致的實際應(yīng)力。當(dāng)與現(xiàn)有 錨固系統(tǒng)相比較時，在大錨固件上的張應(yīng)力已減至大約IMPa，而與之相比常規(guī)設(shè)計中為大 約 13MPa。在做出圖7所示的這些變化時，發(fā)現(xiàn)小V字形錨固件中的軸向張應(yīng)力在某些位置 已增至大約6MPa的值。但是，這個錨固件處于較低溫度區(qū)(由于其較遠(yuǎn)離熱面定位)，其中 蠕變斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力是高得多的。這些小錨固件也處于非關(guān)鍵區(qū)域，其中在靠近頂端 的點(diǎn)處的失效將不會影響熱面襯里的完整性。圖8示出Im長部段，其中熱面分成區(qū)塊并允許完全膨脹，且且向第一絕熱材料層 添加切口。過程容器的殼體在每一端處被固定且允許由于熱膨脹而彎曲。第一層中的切口 具有大約每200mm的間距。分析示出在小于或等于1150°C的溫度，對于用于耐火襯里的大多數(shù)合金，在第一層與第二層之間界面周圍的錨固件軸向張應(yīng)力低于蠕變斷裂應(yīng)力。圖9示出熱面與絕熱的Im長部段，其中允許熱面充分膨脹。第一絕熱層并無膨脹切口但在每一端處受到約束，如同被焊接到殼體上的金屬加強(qiáng)件所包含。殼體沿著其長度 保持就位，如同在兩個方向中有剛度，其將由于熱膨脹而引起某些彎折。圖8和圖9示出錨固件張應(yīng)力最差的情況，即，熱面的自由膨脹和由于熱膨脹造成 的結(jié)構(gòu)彎折。分析示出在小于或等于1150°C的溫度，對于用于耐火襯里的大多數(shù)耐火合金， 在第一層與第二層之間的界面周圍的錨固件張應(yīng)力低于蠕變斷裂應(yīng)力。在設(shè)計根據(jù)本發(fā)明的錨固系統(tǒng)和壁襯里中，應(yīng)了解隨著第二層(熱面層)厚度增 力口，錨固件直徑必須增加。隨著第一層(或絕熱層)的密度或彈性模數(shù)降低，那么錨固件直 徑必須增加。當(dāng)與頂板位置相比時，第二層的嵌板大小在豎直壁位置可增加。本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)利用軟涂層來涂覆第一層中錨固件桿的下部以允許絕熱層中錨 固件的橫向移動也可具有有益效果。錨固件桿的下部可用(例如)塑料薄膜來涂覆。另外， 將第一層中的切口置于第一層厚度至少50 %的深度有助于控制開裂和減小熱膨脹應(yīng)力。切 口可為大約2mm至4mm寬且它們可間隔開200至500mm。 在本發(fā)明的最優(yōu)選實施例中，過程容器具有焊接到殼體內(nèi)側(cè)或外側(cè)上(但優(yōu)選地 在殼體內(nèi)側(cè)上)的金屬加強(qiáng)板以阻止殼體撓曲或變形并控制第一層的膨脹。加強(qiáng)板可具 有絕熱層厚度至少50%的深度且可延伸到熱面層內(nèi)。加強(qiáng)板也可彼此成直角定向且具有 不大于Im隔開的間隔。第二層(或熱面層)可形成為區(qū)塊形狀的一系列嵌板，區(qū)塊具有 200mmX 200mm至IOOOmmX 1000mm的尺寸。熱面層(或第二層)也可具有膨脹接頭從而使 得第二層在設(shè)計或操作溫度下被壓縮。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解可對本發(fā)明做出本文未具體描述的變化或修改。應(yīng)了解本 發(fā)明涵蓋屬于本發(fā)明的精神和范疇內(nèi)的所有變化和修改。
權(quán)利要求
一種用于支承過程容器的雙層耐火襯里的錨固系統(tǒng)，所述雙層耐火襯里包括鄰近過程容器的內(nèi)表面定位的第一層和鄰近第一層定位的第二層，其中所述錨固系統(tǒng)包括多個分叉錨固件，所述分叉錨固件從過程容器的內(nèi)表面延伸穿過第一層且進(jìn)入到與第一層鄰近的雙層襯里的第二層內(nèi)，其中所述多個分叉錨固件具有安置于第二層內(nèi)的分叉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨固系統(tǒng)，其中分叉點(diǎn)(如從錨固件頂點(diǎn)測量)定位在第 二層中在遠(yuǎn)離第一層與第二層之間的界面一定距離處，所述距離等于第二層厚度的至少 15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錨固系統(tǒng)，其中分叉點(diǎn)(如從錨固件頂點(diǎn)測量)定位在第二 層中在遠(yuǎn)離第一層與第二層之間的界面一定距離處，所述距離等于所述第二層厚度的15% 至 75%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的錨固系統(tǒng)，其中所述錨固件的頂端(或者實際 上，位于距過程容器的內(nèi)表面最遠(yuǎn)離處的錨固件的任何部件)定位在遠(yuǎn)離第二層的暴露表 面一定距離處、在第二層的暴露表面下方，所述距離為第二層厚度的至少20%。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的錨固系統(tǒng)，其還包括從過程容器的內(nèi)表面延伸到 第一層內(nèi)的多個其它錨固件。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的錨固系統(tǒng)，其還包括安裝到過程容器的內(nèi)表面上 的一或多個加強(qiáng)件。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的錨固系統(tǒng)，其包括錨固件與加強(qiáng)板的組合，所述 加強(qiáng)板從過程容器的內(nèi)表面延伸到與過程容器的內(nèi)表面鄰近的雙層襯里的第一層內(nèi)，且所 述錨固件包括一或多個第一錨固件和多個第二錨固件，所述第一錨固件從過程容器的內(nèi)表 面延伸到第一層內(nèi)，所述第二錨固件包括分叉錨固件，所述分叉錨固件從過程容器的內(nèi)表 面延伸穿過第一層且進(jìn)入到與第一層鄰近的雙層襯里的第二層內(nèi)，其中所述多個分叉錨固 件具有安置于第二層內(nèi)的分叉。
8.一種用于過程容器的襯里，其包括與過程容器的內(nèi)表面鄰近定位的第一層和與所述 第一層鄰近定位的第二層，所述襯里具有多個分叉錨固件，所述分叉錨固件從過程容器的 內(nèi)表面延伸穿過第一層并進(jìn)入到與第一層鄰近的雙層襯里的第二層內(nèi)，其中所述多個分叉 錨固件具有安置于第二層內(nèi)的分叉。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的襯里，其中分叉點(diǎn)(如從所述錨固件頂點(diǎn)測量)定位在第 二層內(nèi)在遠(yuǎn)離第一層與第二層之間的界面一定距離處，且所述距離等于第二層厚度的至少 15%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的襯里，其中分叉點(diǎn)(如從所述錨固件頂點(diǎn)測量)定位在第 二層內(nèi)在遠(yuǎn)離第一層與所述第二層之間的界面一定距離處，且所述距離等于第二層厚度的 15%至 75%。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項所述的襯里，其中所述錨固件的頂端(或?qū)嶋H上，位 于距過程容器的內(nèi)表面最遠(yuǎn)離處的錨固件的任何部分)定位在遠(yuǎn)離第二層的暴露表面一 定距離處、在第二層的暴露表面下方，所述距離為第二層厚度的至少20%。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項所述的襯里，其中所述襯里還包括安裝到過程容器 的內(nèi)表面上的一或多個加強(qiáng)件。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項所述的襯里，其中所述襯里還包括延伸到第一層內(nèi)但未延伸到第二層內(nèi)的多個錨固件。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項所述的襯里，其中第二層被分段成矩形或正方形區(qū) 塊，所述區(qū)塊具有200mm至IOOOmm的寬度或長度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于對過程容器的雙層耐火襯里加以支承的錨固系統(tǒng)。耐火襯里包括鄰近過程容器的內(nèi)表面定位的第一層(絕熱層)和鄰近第一層定位的第二層(熱面層)。該錨固系統(tǒng)包括多個分叉錨固件，這些分叉錨固件從過程容器的內(nèi)表面穿過第一層延伸到與第一層鄰近的雙層襯里的第二層，其中所述多個分叉錨固件具有安置于第二層內(nèi)的分叉。
文檔編號F27D1/14GK101842654SQ200880102005
公開日2010年9月22日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者G·帕爾默 申請人:帕爾默科技股份有限公司