專利名稱：耐火襯里系統(tǒng)中的控制接縫和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開(kāi)的主題涉及耐火容器設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
氣化器是用來(lái)使化石燃料如煤或重質(zhì)燃料油部分地氧化以產(chǎn)生能量的一類反應(yīng)器。在工作期間，氣化器容器內(nèi)的溫度會(huì)超過(guò)700°C。氣化器容器可通過(guò)多層耐火襯里 (lining)來(lái)隔熱。容器和襯里可包括同心的圓柱形層。在氣化器工作期間，高溫可引起這 些層向外或徑向地膨脹。各層均可根據(jù)特定層的溫度和熱膨脹系數(shù)(COE)而不同地膨脹。 內(nèi)層處于較高的溫度下，且可比外層具有更高的C0E。由于在氣化器工作期間產(chǎn)生了膨脹， 故內(nèi)層會(huì)推壓外層，因?yàn)橥鈱拥呐蛎浛赡苄∮趦?nèi)層。這會(huì)引起外層形成裂紋或張開(kāi)的接縫 (joint)，導(dǎo)致氣體旁通穿過(guò)耐火襯里。氣體旁通會(huì)在氣化器的外殼中引起較高的表層溫度 或熱點(diǎn)。如果熱點(diǎn)變得嚴(yán)重，則會(huì)要求氣化器被迫停機(jī)，導(dǎo)致成本高昂的維護(hù)和生產(chǎn)力的損 失。因此，本領(lǐng)域中保持需要耐受開(kāi)裂的耐火襯里。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種耐火襯里系統(tǒng)包括內(nèi)部耐火層；以及定位在內(nèi)部耐 火層外的外層，該外層包括多個(gè)層區(qū)段；以及定位在該多個(gè)層區(qū)段之間的至少一個(gè)控制 接縫，該至少一個(gè)控制接縫構(gòu)造成用以容許在外層中的膨脹和收縮。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種耐火襯里外層的區(qū)段包括定形成對(duì)應(yīng)于控制接縫的 邊緣，該控制接縫構(gòu)造成用以容許在外層中的膨脹和收縮。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，一種制造耐火襯里的外層的方法，包括形成多個(gè)外層 區(qū)段，各區(qū)段均包括定形成對(duì)應(yīng)于控制接縫的邊緣，該控制接縫構(gòu)造成用以容許在外層中 的膨脹和收縮；以及組裝該多個(gè)區(qū)段以形成耐火襯里的外層。通過(guò)結(jié)合附圖的如下描述，這些及其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更為明顯。


在權(quán)利要求中具體地指出且明確地主張了認(rèn)作是本發(fā)明的主題。通過(guò)結(jié)合附圖的 如下詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在附圖中圖1為耐火襯里實(shí)施例的側(cè)部截面。圖2為包括非連續(xù)接縫的耐火襯里實(shí)施例的頂部截面。圖3示出了包括控制接縫的外部熱層的實(shí)施例的一部分。圖4示出了制造包括控制接縫的外部熱層的方法的實(shí)施例。本詳細(xì)說(shuō)明通過(guò)舉例的方式參照附圖闡述了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。零 件清單100氣化器101內(nèi)部耐火層102外部熱層103外殼200耐火襯里201內(nèi)部耐火 層202a區(qū)段202b區(qū)段202c區(qū)段202d區(qū)段203a控制接縫203b控制接縫203c控制 接縫203d控制接縫204外殼300外部熱層部分301a區(qū)段301b區(qū)段302控制接縫303 滑動(dòng)面400鑄造包括控制接縫的外部熱層的方法401形成包括控制接縫的多個(gè)外層區(qū)段 402組裝多個(gè)區(qū)段來(lái)形成外層
具體實(shí)施例方式氣化器容器包括多個(gè)耐火襯里，用以隔離在氣化過(guò)程所出現(xiàn)的高溫。如果襯里層 裂開(kāi)，則來(lái)自于氣化過(guò)程的氣體可穿過(guò)襯里而傳遞至氣化器的外殼，導(dǎo)致在外殼上形成熱 點(diǎn)且有可能破壞氣化器。通過(guò)在耐火襯里的外層中提供多個(gè)控制接縫，可防止在氣化器外殼中的熱點(diǎn)的主要成因?？刂平涌p也稱為非連續(xù)接縫、滑動(dòng)接縫或搭疊裝置(shiplap)，是 一種容許在結(jié)構(gòu)中膨脹和收縮的機(jī)械構(gòu)造?？刂平涌p減小在氣化器襯里各層之間的徑向膨 脹差異?？刂平涌p內(nèi)的滑動(dòng)面防止在接縫張開(kāi)期間形成連續(xù)的氣體路徑。控制接縫可滑 動(dòng)張開(kāi)很小的限度(margin)而不發(fā)生顯著的氣體旁通，從而減少了可鑄造層的應(yīng)力和失 效模式。減小外層中的應(yīng)力伴隨著內(nèi)層中相對(duì)的應(yīng)力量成比例地減小，從而減小了在氣化 器襯里中的失效率和長(zhǎng)期變形或蠕變。氣化器的可靠性得到提高，由于減少了非計(jì)劃停機(jī) 而導(dǎo)致工作成本的下降。將控制接縫結(jié)合到外層中并非必然會(huì)顯著增加安裝程序或材料成 本，因?yàn)橐言谑褂玫牟牧虾桶惭b技術(shù)可用來(lái)在外層中實(shí)現(xiàn)非連續(xù)接縫。
參看圖1，氣化器100可包括多個(gè)耐火襯里層，包括但不限于內(nèi)部耐火層101、外部 熱層102以及外殼103。盡管圖1中所示的氣化器實(shí)施例示出了三層，但氣化器可包括任何 適合數(shù)目的襯里層。在一些實(shí)施例中，外部熱層102可包括整體式耐火材料，例如混凝土。 在氣化器工作期間，內(nèi)部耐火層101徑向地膨脹，且推壓外部熱層102。由于各種因素，包括 初始收縮、相對(duì)較低的拉伸強(qiáng)度，以及較小的徑向膨脹，故這會(huì)引起外部熱層102裂開(kāi)。裂 紋可大致從耐火層101的背面(back)直接延伸至外殼103。這些裂紋可導(dǎo)致氣體旁通穿過(guò) 外部熱層102，引起在外殼103中的熱點(diǎn)。圖2示出了包括控制接縫的耐火襯里200的實(shí)施例的頂部截面。耐火襯里200包 括外殼204、內(nèi)部耐火層201，以及外部熱層，該外部熱層包括由控制接縫203a，203b，203c 和203d連結(jié)的區(qū)段202a，202b，202c和202d。外部熱層可分成多個(gè)區(qū)段；圖2的實(shí)施例中 所示的四個(gè)區(qū)段202a至202d僅用于說(shuō)明性目的?？刂平涌p203a至203d通過(guò)在壓力下張開(kāi)、在區(qū)段202a至202d之間形成空間來(lái)防 止外部熱層裂開(kāi)?？刂平涌p203a至203d以一定方式定形成使得控制接縫203a至203d的 張開(kāi)不會(huì)為氣體提供從耐火層201旁通至外殼204的連續(xù)路徑?？刂平涌p203a至203d因 而減輕了在氣化器工作期間因內(nèi)部耐火層201增長(zhǎng)而引起在區(qū)段202a至202d中的應(yīng)力， 從而防止了耐火襯里裂開(kāi)，同時(shí)還防止了熱點(diǎn)的形成。圖3示出了包括控制接縫的外部熱層300的實(shí)施例的部分。外部熱層包括區(qū)段 301a和301b ；控制接縫302處在區(qū)段之間。區(qū)段301a和301b中的各者均包括與相鄰區(qū)段 的邊緣互鎖的邊緣?？刂平涌p302包括中心滑動(dòng)面303，其防止張開(kāi)的接縫從內(nèi)部耐火層 201直地延伸至外殼204?；瑒?dòng)面303成一定角度，以禁止氣體在非連續(xù)接縫302張開(kāi)期間 在區(qū)段301a和301b之間旁通。在一些實(shí)施例中，滑動(dòng)面303可包括搭疊接縫。非連續(xù)接 縫302具體的角度、曲率和尺寸取決于氣化器和組成耐火襯里的各層的尺寸。區(qū)段301a和 301b可移動(dòng)分開(kāi)，而不容許氣體穿過(guò)熱層。包括控制接縫的外部熱層可由整體式材料、現(xiàn)澆耐火材料、可變形陶瓷形成，或可 利用預(yù)制的形狀構(gòu)造而成。圖4中示出了用于鑄造包括控制接縫的外部熱層的方法400的 實(shí)施例。在方框401中，形成了外層的多個(gè)區(qū)段。各區(qū)段均包括定形為對(duì)應(yīng)于控制接縫的 邊緣，該控制接縫構(gòu)造成用以容許在外層中的膨脹和收縮。在方框402中，將區(qū)段組裝起來(lái) 形成耐火襯里的外層。盡管上文為了說(shuō)明的目的而以氣化器為背景描述了耐火層中的控制接縫，但控制 接縫可結(jié)合到包括耐火襯里的任何圓柱形容器中，這可包括但不限于豎爐、石化反應(yīng)器或 圓柱形混凝土窯。
盡管本發(fā)明僅結(jié)合了有限數(shù)量的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)容易理解的是， 本發(fā)明并不限于這些公開(kāi)的實(shí)施例。相反，本發(fā)明可進(jìn)行修改，以結(jié)合任意數(shù)目的此前并未 描述但與本發(fā)明的精神和范圍相匹配的變型、備選方案、替換方案或等效布置。此外，盡管 已描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的方面可僅包括所述實(shí)施例中的一部分。因此，本發(fā)明不應(yīng)看作是由以上說(shuō)明所限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍來(lái)限制。
權(quán)利要求
一種耐火襯里系統(tǒng)(100，200)，包括內(nèi)部耐火層(101，201)；以及定位在所述內(nèi)部耐火層外側(cè)的外層(102)，所述外層(102)包括多個(gè)層區(qū)段(202a)；以及定位在所述多個(gè)層區(qū)段(202a)之間的至少一個(gè)控制接縫(203a)，所述至少一個(gè)控制接縫(203a)構(gòu)造成用以容許在所述外層(102)中的膨脹和收縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)控制接縫(203a)包括滑動(dòng) 面(303)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)控制接縫(203a)包括搭疊接縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外層(102)包括整體式材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述整體式材料包括預(yù)澆鑄的混凝土。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述整體式材料包括現(xiàn)澆混凝土或可變 形陶瓷中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)控制接縫(203a)還構(gòu)造成 用以張開(kāi)，以減輕在所述多個(gè)層區(qū)段(202a)和所述內(nèi)部耐火層(101，201)中的應(yīng)力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)控制接縫(203a)還構(gòu)造成 用以不容許氣體在所述至少一個(gè)控制接縫(203a)張開(kāi)期間在所述多個(gè)層區(qū)段(202a)之間勞通ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括外殼(103，204)。
10.一種耐火襯里(100，200)的外層(102)區(qū)段(202a)，包括定形為對(duì)應(yīng)于控制接縫 (203a)的邊緣，所述控制接縫(203a)構(gòu)造成用以容許在所述外層(102)中的膨脹和收縮。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐火襯里系統(tǒng)中的控制接縫和方法。一種耐火襯里系統(tǒng)(100，200)包括內(nèi)部耐火層(101，201)以及定位在內(nèi)部耐火層(101)外側(cè)的外層(102)，該外層(102)包括多個(gè)層區(qū)段(202a)；以及定位在該多個(gè)層區(qū)段(202a)之間的至少一個(gè)控制接縫(203a)，該至少一個(gè)控制接縫(203a)構(gòu)造成用以容許在外層(102)中的膨脹和收縮。耐火襯里(100，200)外層(102)的區(qū)段(202a)包括定形為對(duì)應(yīng)于控制接縫(203a)的邊緣，該控制接縫(203a)構(gòu)造成用以容許在外層(102)中的膨脹和收縮。
文檔編號(hào)C10J3/72GK101798532SQ201010003288
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月7日
發(fā)明者W·A·塔伯 申請(qǐng)人:通用電氣公司