耐火炉中的加热壁的修补 【技术领域】
本发明整体涉及对耐火炉中的硅砖加热壁的修补，更具体地，在非限制性和示例性的实施例中涉及焦炉中的硅砖加热壁、顶板和/或托臂区域的修补。
背景技术
典型地，在焦炉组中产生焦炭，该焦炉组包括由加热壁彼此分开的多个并排的焦化室或炉，该加热壁延伸室的整个长度。炉有时被称作为“推炉”，这是因为在焦化过程以后焦炭被沿纵向方向推出炉外。典型的焦炉装置可以包括例如30至超过100个成并排关系的单个的焦化室或者炉，每一个室是3至7米高，典型地为14米或更长，且大约1/2至1米宽。每一个加热壁典型地由许多个水平地延伸的硅砖层建造，该砖块被装砌以限定在加热壁内垂直地和/或水平地延伸的内烟道或通风口(和其它通路)。
主要由于严酷的热循环环境、在一些或全部加热壁上的操作实践或焦煤压力，顶板和/或托臂区域需要及时地进行修补和/或重建。
当前，典型地通过更换在受损区域中的单个砖，对焦炉中的加热壁进行修补。例如参见美国专利No.2,476,305。更近一些的专利美国专利No.4,452,749公开了由浇铸的耐火材料模制单独的更换砖块。然而，这些过程是非常劳动密集的、昂贵的且费时的。
依然需要简单的和成本低廉的修补方法，尤其在装置的预期剩余有效寿命是在5至20年之间的情形中。
【发明内容】
根据非限制性示例性实施例，在此处公开了用于修补或更换(重建)焦炉中损坏的加热壁(和/或顶板和托臂区域)的新工艺。具体地，加热壁的所述需要修补/更换的部分经由适合的清拆程序被移除，并采用对所有相关工人安全来说所需要的防护。对于本发明的目的，假定一个加热壁的一个部分需要重建，但是应当理解此处描述的修补/重建过程适用于整个壁、顶板(或它的一部分)和/或托臂区域需要更换的情形。因此。提到“耐火砖壁”时是要包含垂直的壁以及水平的顶板和底部(托臂)区域。
在待修补的壁部分中的单个硅砖被移除以后，且根据需要安装了适合的支柱的情况下，预先工程加工预先制造的模板被建造，且可浇铸的耐火材料被注入模板中以形成新的壁部分。在优选的配置中，新的壁部分在级中建造，且高度为约2至12英寸的外部模板被沿着待修补的部分的整个长度安装。添加内部的、一次性模板，以限定例如垂直烟道通风口和任何其它需要的通路。耐火的可浇铸的材料之后被注入模板中且被允许固化。另一个模板级被堆叠到第一级上，且所述过程被重复直到新的壁到达室或炉的顶板。在此处被进一步讨论在顶板水平高度的完成程序。
因此，一个方面中，本发明涉及修补在炉中的耐火砖壁的方法，该方法包括：
(a)识别需要修补/重建的耐火砖壁或耐火砖壁的一部分；
(b)清拆所述耐火砖壁或者耐火砖壁的一部分；
(1)根据工程研究来建立更换壁的基准和构造尺寸；
(c)就地安装在外部的可再次使用的限定新壁或壁部分的模板；
(d)安装在内部的一次性的限定在新壁或壁部分中的一个或更多的通路的模板；和
(e)将可浇铸材料抽吸到由外部模板、已有的硅砖和钢结构界限的区域中，且围绕内部模板；
(f)固化可浇铸的材料；和
(g)移除所述外部模板；
(h)执行新耐火的受控制的加热
(i)用立柱弹簧拉紧新壁
(j)建立将已修补的炉返回至服务中的工厂操作的日程表。
在示例性实施例中，执行步骤(c)至(f)以形成新壁或壁部分的第一部分，所述第一部分的高度小于新壁或壁部分的最终高度，和重复步骤(c)至(e)以形成彼此堆叠的一个或更多的额外的部分，直到达到最终高度为止。
在另一方面中，本发明涉及一种更换焦炉中的硅砖加热壁的所有部分或一部分的方法，所述加热壁位于一对相邻的炉之间且包含至少一个烟道通路，所述方法包括：
(a)清拆所述壁或所述壁的一部分；
(b)在所述相邻的炉之间就地安装限定新壁或壁部分的外部模板，以及安装限定所述新壁或壁部分中的至少一个新烟道通路的内部一次性模板；
(c)将耐火的可浇铸的材料抽吸到所述外部模板中且围绕所述内部模板，并允许所述材料固化；
(d)移除所述外部模板；和
(e)执行受控制的加热
(f)用立柱弹簧拉紧新壁
(g)建立使已修补的炉返回使用的工厂操作的日程表
现在结合下文确定的附图对示例性实施例进行描述。
【附图说明】
图1是多个并排的焦化炉的示意侧视图，其中修补隔墙被安装在待修补的壁的任一侧上的炉中；
图2是图1中显示出的炉的平面示意图；
图3是类似于图2的平面视图，但隔热毯被安装在修补区域中；
图4是类似于图3的平面视图，但支撑件被安装靠近具有待修补的壁的界面；
图5是炉中的修补区域的端视图，安装了额外的可选择的纵向的支柱；
图6是在本发明的过程中采用的示例性模板的部分透视图；
图7是一部分修补的壁部分的部分透视图，显示出安装在较低的级中的外部模板和内部模板，耐火的可浇铸材料被注入到其中；
图8是显示出新壁部分是如何被构造和被注入到级中的示意图；
图9和10是显示出内部烟道通路是如何被构造和被注入到级中的示意图；和
图11-16是可以用在修补或更换过程中的不同的专门的预先工程加工的模板的视图。
【具体实施方式】
首先参考图1和2，示出较大的焦炉的一个部分10，其包括一系列或多个大致平行的并排的加热室或焦化炉12、14、16和18，它们被加热壁20、22、24、26和28分开。由参考标记30来表示底板或托臂区域，可以理解，底板的构造比此处所显示的更复杂。顶板32延伸跨过加热壁的顶部。还应当理解，为了易于理解本发明公开的内容图仅显示出焦炉的很小的一部分，且仅以某种简化的方式显示出。
在图1和2中，显示出的每个加热壁包括在壁的内部中的多个垂直地取向的烟道34。也可以有形成在加热壁中的另外的通路(例如水平的烟道部分、水平或垂直的管道等)，它们都被术语“烟道”、“通风口”或“其它通路”涵盖。每个加热壁由堆叠的硅砖构造，且为了本发明公开的内容的目的，假定加热壁24中的砖受损，因此需要如在下文更详细地描述那样重建至少一部分加热壁24。
在图2的平面视图中，可以理解，交替的加热壁和加热室或炉在相反的方向上延伸超过所显示出的范围。加热壁24的所述待修补的部分由虚线36、38显示，在实线40处终止。因此，待修补的壁24的所述部分包括4个分立的大致垂直取向的烟道34，可以理解水平取向的通路也可以出现在壁结构中。
首先，待重建的区域必须被密封，为此目的，隔墙42、44被构造到邻近的室或炉16、18中，在待修补的区域之外。隔墙42、44由砖46构成，例如4.5×9×3英寸的隔热(对1800°F或更高)粘土砖，它们如在图1中最佳地看到那样堆叠起来。可以根据需要而锯开砖用于装配，且彼此干燥地且紧密地叠放。隔墙基本延伸到顶板，有效地隔离待修补的区域。
在使炉室进入之前安装了所谓的“头痛”架(未显示)，用于在清拆已损坏的壁区域期间和以后提供保护以免遭落下的碎片砸。这些架可以包括金属网或类似物，从顶板悬挂或以任何其它适合的方式悬挂。
可选择地，隔热可以采用陶瓷纤维毯48、50的形式，其可以被应用至邻近的加热壁的暴露的壁且跨过隔墙44、46(图3)。可以以具有重叠缝的两个1英寸或1.5英寸的层的形式来应用陶瓷纤维毯，且以任何适合的方式临时固定这些纤维毯。应当理解，随着重建的进行，应当沿着实体壁40省略隔热或者在级中移除隔热。隔热是尤其有利的，因为在修补过程中邻近的工作炉依然被加热至高温。
转至图4，在安装了陶瓷纤维毯之后，一个或更多的支柱52被安装在邻近的加热壁22、26和仍然例如不需要重建的壁24的一部分之间。每个支柱52可以包括一对带螺纹的伸缩杆54、56和拧紧螺母58，从而允许支柱延伸到与邻近的壁表面接触。因为需要的许多支柱52可以从底板的附近至顶板的附近进行垂直地隔开，根据期望可以设置支柱的相似组。应当理解，还可以根据需要利用天花板支撑件。这些支柱或支撑件将稳定已有的壁和烟道。
在这样的前期工作完成时，可以开始清拆，已损坏的(和周围的，根据期望)的耐火砖被从顶部移除下来。在清拆过程中的一些时刻，可能需要或期望撑住正在修补的加热壁的已有的、剩余的一部分。更具体地，垂直地取向的“立柱”(I型柱)60可以可选择被安装远离修补壁的已有的烟道62，如在图5中最佳地看到的。一个或更多的可调节的水平取向的支柱支撑件64可以在砖立柱60和已有的烟道壁62之间延伸，从而防止已有的烟道壁朝清拆期间产生的开口向外移动。支撑件64也可以包括伸缩的螺纹杆66、68和膨胀螺母70，较宽的支撑部分72适合于接合已有的壁。
随着清拆的继续，可以根据需要安装额外的支柱。在所有的已损坏的和周围的壁砖已经被移除之后，所述区域被清除并为了构造新的壁而做好准备。通过使用类似于在典型的混凝土壁构造中所使用的可再次使用和一次性的模板的组合来构造这些新的壁。
具体地参考图6，外壁模板74、76可以由胶合板、铝、以及木材和金属的叠层板构造(例如在内侧上的胶合板和在外侧上的诸如铝的金属)、或其它的适合的材料构造而成。内部模板优选地是木材、纤维板、纸板、PVC或其它的适合的一次性材料，当在完成重建工作而加热被修补的炉时，它们会燃烧掉。优选地，在多个级中构造模板结构，且模板的高度优选地是24-30英寸，长度等于待修补壁的适用长度。
因此，构造的第一阶段涉及外壁模板74和76的放置，以及将一次性的“箱”模板78、80和82设置于外部模板的范围之内，从而限定分立的的内部的、垂直取向的烟道(或其它)通路。应当理解，可以根据需要在各种内箱模板内增加额外的模板结构或支柱(例如参见图6和7中的支柱83)，以便为内部模板提供支撑或在烟道内限定额外的次通路。对于炉侧壁，模板必须被设定成使得浇注壁将与已有的砖结构平齐。对于内部烟道，模板必须被设定成使得浇注壁离已有的砖结构的内侧约1/8英寸。可浇铸的耐火材料84被抽吸入到封闭的区域中，且在内部烟道模板周围，如图7所示。应当理解，还可以将耐火材料抽吸到内部箱模板的特定限定的区域中，如图7所示，在该区域处管子86被较大的烟道通路中的较小的箱内部分88中的耐火材料包围。
耐火材料可以是美国俄亥俄州的Brook Park的Fosbel公司销售的名称为FosKast FS-P的产品。这是熔融的硅基的零膨胀的可抽吸的、可浇铸的材料，被设计用于严酷服务应用，该应用需要高的机械强度并且能经受热冲击，且最小的服务温度为2800°F(1538℃)。优选地通过利用工业混凝土振动机将其从各个模板部分上方抽吸到支模中，将材料安装到支模中，以在抽吸时确保材料的均一性。其后，大致与上文所述的相同的(或根据需要进行修改的)第二级模板构造被堆叠到第一级的顶部上，重复抽吸过程。陶瓷焊接安装在连结处在接头中。
堆叠模板和注入/固化耐火材料的这种过程被重复，直到新的壁大致达到顶板32的高度为止。在图8中示意性地显示出这一程序，其中模板A、B、C和D在各个级1-4中被依次堆叠。图9和10显示例如利用多箱模板78，如何使用类似的堆叠配置形成内部烟道或烟囱通路。级的数量取决于壁的高度和单个模板部分的尺寸。在顶板水平高度，完成壁有两种选择。
在一个实施例中，支模被带到尽可能靠近顶板，之后抽吸的第二阶段发生，以抽吸顶板部分。在另一实施例中，对应于已修补的壁区域的一部分顶板被移除，然后支模延伸通过顶板开口，而相邻的顶板侧形成一部分支模。在这种情形中，模板的尺寸被定为使得最终的浇注将大致与顶板的外表面平齐。
之后，依照材料制造商的建议，让材料固化。随后，所有剩下的支柱将被移除且内部模板将通过复杂的受控制的加热超过60小时的干燥和固化而燃烧掉。
应当理解，可能有几种不同尺寸和不同形状的模板，这些模板需要围绕各种炉部件进行浇铸。图11-16在这一点上是说明性的。图11-13显示出方形的模板90(每一侧24英寸)，其由实体框架94围绕的实体侧面板92结合例如在参考标记96、98处显示的内支柱构成。图14-16显示矩形的细长外部模板100(48英寸×24英寸)，也由实体框架104包围的单个侧面板102构成，并也利用内部支柱106、108。模板的一端在参考标记110处被倾斜或弯曲，可以理解这种配置仅是对在任何给定的领域应用中可能需要的任何数量的模板形状的示例。由于没有两个安装是相同的，所以每个安装必须被单独地工程制造，以涵盖所有不同的加热烟道设计和内部砖结构设计以及尺寸特点。
此处描述的修补/重建过程对于在单个基础上更换损坏的硅砖的现有技术实践具有许多优点。例如，典型的长交付时间的砖交货耽搁被消除，重建的复杂的劳动密集性大大减小；更短的升温循环，所述过程容易容纳膨胀的炉壁，以及如果期望的话，已有的顶板可以被保护。另外，减小了损失的生产天数并因此减小了损失的生产成本。
可以理解，这一公开内容甚至没有以上位的术语描述所有的安全防护/程序，而这些安全防护/程序可能是强制要求的或在其他方面被认为是在焦炉或相类似的中执行修补是适合的。这样的防护/程序对本领域技术人员来说是公知的，因此不需要在此处进行描述。
如已经在上文提及的，此处公开的过程同样地可应用于炉顶板(或它的部分)和托臂或底板区域(或它的部分)。
尽管已经结合目前被认为是最实际的且优选的实施例对本发明进行了描述，但是应当理解本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，意图是覆盖包含在随附的权利要求的精神和范围中的各种修改和等价配置。