CN1468363A - 为一表面提供一防火和/或耐磨衬垫的方法 - Google Patents

为一表面提供一防火和/或耐磨衬垫的方法 Download PDF

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Abstract

为一表面提供防火和/或耐磨衬垫的方法，该方法包括下述步骤：a)将锚固装置机械地固定到该表面上，该锚固装置被预先涂覆有一层在40℃－100℃的温度范围内可以熔化的涂层；b)将衬垫材料施加到设置有锚固装置的表面上；c)固化衬垫材料，以获得固体块；d)干燥该衬垫，到至少足以熔化在该锚固装置上的涂层的温度，以获得防火和/或耐磨的衬垫。在该方法中使用锚固装置。

Description

为一表面提供一防火和/或耐磨衬垫的方法
本发明涉及一种为一表面提供一防火和/或耐磨衬垫(lining)的方法，这种防火和/或耐磨衬垫在本申请中进一步称为衬垫。在工程上，把一层防火和/或耐磨材料的衬垫施加到一表面是通常的作法，该表面承受高温和/或机械和/或化学负载，例如用在石油产品裂化中使用的容器的表面、容器内部的表面或者连接容器的管件的表面。
目前使用的将这样的衬垫施加到表面上的方法的一个主要缺点是：在商业上毫无吸引力的安装时间。例如，由六边形网格或者底板钢(floor steel)锚固系统构成的防火和/或耐磨衬垫和磷酸盐粘结的捣打料(ramming mass)结合在一起的安装时间能够高达75小时/m2。另外，这种类型的衬垫对热冲击敏感，并且难于维修。此外，保持一致的质量是困难的。
在商业上，通过使用包括例如在US-A-5353503中描述的单点锚固系统(single point anchoring system)的衬垫可以获得更加具有吸引力的较短安装时间。这些较大的锚固器的问题是，由于这些锚固器和衬垫的热膨胀不同，所以在这些锚固器和衬垫之间产生张力，导致衬垫中的裂纹。这种开裂甚至能够发生在该衬垫干燥期间使用的相对温和的温度下。当将具有低的耐磨性能的所谓的全部或者部分的水泥粘接材料用作衬垫材料时，尤其会遇到这一问题。
在1982年8月30日出版的Oil & Gas Journal(石油和气体期刊)第122-125页的标题为“Equation helps select refractoryanchor system(方程式有助于选择耐火锚固系统)”的文章中，M.S.Crowley描述了在施加衬垫材料之前用胶带、蜡和塑料涂层来覆盖独立的锚固器端部。根据这篇文章，在使用中也即在工作中，该涂层烧空，并且在该锚固器的周围留下一小的空隙空间，从而它能够热膨胀，而不会使该衬垫受到应力。然而，该文章对由于衬垫干燥过程中的应力集中引起的开裂问题方面保持沉默。
因为描述的锚固装置被焊接到表面上，所以只能在焊接步骤之后施加该涂层，以避免对涂层的损坏。这就给该安装过程增加了另外的步骤，使它更加复杂且更加费力，导致安装时间的增加。
本发明的目的是提供一种较不费力的方法，该方法为一表面提供一种防火和/或耐磨衬垫。由此带来在商业上更具吸引力的安装时间，同时防止该衬垫在其干燥过程中的开裂。
通过为一表面提供防火和/或耐磨衬垫的方法可以达到这一目的，该方法包括下述步骤：
a)将锚固装置机械地固定到该表面上，该锚固装置被预先涂覆一层在40℃-100℃的温度范围内可以熔化的涂层；
b)将衬垫材料施加到设有锚固装置的表面上；
c)固化衬垫材料，以获得固体块；
d)干燥该衬垫，到达至少足以熔化在该锚固装置上的涂层的温度，以获得防火和/或耐磨的衬垫。
已经发现，使用这种为一表面提供防火和/或耐磨衬垫的方法带来了一种较少费力的方法，该方法在商业上具有吸引力的安装时间。
在步骤a)该锚固装置能够具有适合保持住该衬垫材料的任何一种形状。合适的形状包括(部分的)Y形、V形或者U形或者杯子的形状，可选择地设置有开口，该衬垫材料通过该开口能够进入该杯子。
该锚固装置的尺寸即锚固装置的高度和直径取决于使用的衬垫材料的种类、防火和/或耐磨衬垫的目标厚度和锚固装置本身的形状。根据这些因素，该锚固装置的尺寸能够在宽的范围内改变。当锚固装置具有大直径也即至少3cm的直径时，本发明的好处将特别明显。如果该锚固装置具有Y形、V形或者U形的形状，那么在此将该直径限定为在顶部的两端之间的最大距离。如果该锚固装置具有杯状的形状，那么在此将该直径限定为在该杯子的圆周上的两点之间的最大距离。与该直径垂直地测量高度。该直径优选在3-15cm的范围内，高度优选在1-15cm的范围内。较好地是，杯状的锚固装置具有从0.5-5cm范围内的高度，更好的是在1-2cm的范围内，较好地是，直径在3-10cm的范围内，更好地是在从3-7cm的范围内。这样的杯状锚固装置的壁厚较好地位于从0.1-5mm的范围内，更好地是位于从0.5-2mm的范围内。
相对较大的锚固装置的一个例子是在US-A-5353503中描述的杯状的锚固装置。在US-A-5353503中描述的该锚固装置，具有多边形的基底部分，从该多边形的基底部分垂直伸出的多个唇边，用来将该锚固装置螺纹紧固到基底部分上的穿过所述唇边的一部分延伸的多个槽孔和穿透该多边形基底部分延伸的螺纹孔。
这样的杯状的锚固装置的例子是所谓的“SPEED CELL”(SPEED CELL是由Silicon拥有的商标)。杯状的锚固装置的另一个例子是TACO锚固器(TACO是Plibrico的商标)。
当与这种较大的杯状锚固装置结合使用时，本发明具有特别的好处。通常将该杯状的锚固装置完全埋入衬垫材料中。因为该杯状锚固装置被完全地包埋，由于在该杯状锚固装置和衬垫材料之间的热膨胀不同的应力不能或者很难被该锚固装置的四周吸收。如果没有采取措施，那么在该杯状锚固装置和其衬垫材料之间的热膨胀的不同会导致该衬垫的开裂。根据本发明涂覆的该杯状锚固装置可以防止该衬垫的开裂。
能够由适于承受在物体的干燥和/或烧制和工作期间的高温的任意材料来制造该锚固装置，其中已经施加了该防火和/或耐磨衬垫。该锚固装置优选由金属或者合金制造。该锚固装置更加优选由奥氏体的不锈钢制造。
在安装之前预先涂覆该锚固装置，因此也就是在连接到该表面上或者例如连接到已经连接在该表面上的基底部分上之前预先涂覆该锚固装置。较合适地是，该涂层在40-100℃的温度范围内可以熔化，优选在60到90℃的范围内，更加优选在60到70℃的范围内。在步骤d)的衬垫干燥过程中，该涂层熔化并且在该锚固器和固体的衬垫材料之间留下小的空隙空间。该涂层可以是对于本领域技术人员来讲公知的任意涂层，能够在如在此描述的步骤d)的干燥过程中熔化。应相信，熔化的材料将被包围该锚固器的多孔衬垫吸收。该涂层优选蜡。更好的是微晶蜡，因为这样的微晶蜡涂层具有较小的脆性，并且能够比普通蜡更好地粘结到该锚固装置上。当将要运输该预先涂覆的锚固器时，这样是有利的。微晶蜡的熔点能够在上述的宽的范围内改变。合适的微晶蜡的例子包括Shell LMP、MMP和HMP蜡。最好的是具有低熔点即60到70℃范围内的熔点的微晶蜡。具有低熔点的微晶蜡又比具有高熔点的微晶蜡具有更小的脆性，并且更好地粘结到该锚固装置上。具有低熔点的微晶蜡的一个例子是Shell LMP蜡，它具有在62到66℃范围内的熔点。
该优选的微晶蜡具有在43℃(PEN43℃)时用于针刺的ASTM D1321测试方法确定的从70到160dmm(1dmm＝0.1mm)的硬度。具有在这一范围内的硬度的蜡涂层更加柔软，这在运输过程中是有利的。
能够以本领域技术人员公知的任意方法将该涂层施加到锚固装置的表面上。当该涂层是蜡时，通过将锚固装置浸入熔化的蜡中或者用熔化的蜡喷洒，可以有利地将蜡涂覆到锚固装置上。最好的是通过将锚固装置浸入熔化的蜡中，将蜡涂覆到锚固装置上。
较好的是，该涂层具有在0.01到2mm范围内的厚度，更好的是在0.1到0.5mm的范围内。该涂层最好涂覆到整个锚固装置上。
将在步骤a)中预先涂覆的锚固装置通过其他部件(基部部件)直接或者间接地固定到该表面上。最好通过基部部件，例如销子或者双头螺栓将锚固装置固定到表面上。通过使用例如螺纹连接或者卡合的机械方法固定锚固装置。如果借助基部部件间接地固定锚固装置，那么最好将该锚固装置螺纹紧固到这样的基部部件上。
以一种机械的方法将预先涂覆的锚固装置固定到其他部件(基部部件)或者该表面上，这样该涂层保持大体上的完好。保持大体上的完好意味着：在将该锚固装置连接到其他部件(基部部件)或者该表面上的过程中，较好的是75％或者更多的涂层保持完好，更好地是90％或者更多的涂层保持完好，甚至再好的是99％或者更多的涂层保持完好。
如果有的话，该基部部件通常具有销子或者双头螺杆的形状。然而，为了本发明的目的，它也可以是多于一个的销子或者小平板或者弹簧或者能够将其连接到表面上且能够将该锚固装置连接到其上的其他装置。该基部部件的尺寸即高度和直径取决于使用的衬垫材料的种类以及防火和/或耐磨衬垫的目标厚度。限定为基部部件从该表面凸起的距离的基部部件的高度主要取决于最终的防火和/或耐磨衬垫的目标厚度。为了实用的目的，该基部部件的高度合适地位于从0.1到10cm的范围内，更合适地位于从0.5到5cm的范围内。该基部部件的直径能够在宽的范围内改变。为了实用起见，该基部部件合适地具有从0.2到2cm的直径，更合适地具有从0.2到1cm的直径。能够由适于承受在物体的干燥和/或烧制和工作期间的高温的任意材料来制造该基部部件，其中该物体已经被施加了该防火和/或耐磨衬垫。合适的材料包括金属或者金属合金。该基部部件优选由金属或者合金制造。该基部部件更加优选由奥氏体的不锈钢制造。
通过额外的部件将该锚固装置的可选择的基部部件一侧直接或者间接地固定到要被加衬垫的表面上，另一侧固定到锚固装置上。如果该基部部件由金属或者金属合金制造，那么最好在步骤a)中将其焊接到该表面上。如果合适，利用焊接之外的其他方法例如螺纹连接或者卡合，也能将该基部部件连接到该表面上。可以涂覆或者不涂覆该基部部件。如果该基部部件由金属或者合金制造并且被焊接到该表面上，那么该基部部件最好不要涂覆。
最好按照下面的步骤将锚固装置连接到该表面上：
i)将具有远离该表面的螺纹端的基部部件焊接到该表面上。
ii)将锚固装置螺纹连接到基部部件上。
在步骤b)中的衬垫材料可以是在本领域中公知的适合这一目的的任何材料。合适的衬垫材料是整体的耐火的材料。合适的例子包括：传统的磷酸盐粘结材料，例如Resco AA22(Resco Products UK的一种产品)和Curas 90 PF(Gouda Vuurvast的一种产品)；水泥粘结材料，包括传统的可浇铸材料，也称作自由流动材料，例如Sureflow93LC(Resco Products UK的一种产品)；具有混合的粘结系统的材料，即：一部分水泥粘结材料和一部分磷酸盐粘结材料，例如Actchem(Dramicon的一种产品)。
当使用水泥粘结材料或者部分使用水泥粘结材料时，其具有高的耐磨性，本发明的一个优点变得特别清楚。具有高的耐磨性的材料应该理解为具有磨损的材料，该磨损按照ASTM(美国材料实验学会)方法C704测量为小于5的磨损。磨损优选在0.1-4的范围，更加优选在1-3的范围内。该衬垫材料最好包含小于3％的磷酸盐。
根据本发明的方法，能将水泥粘接衬垫或者部分水泥粘接的衬垫并且特别是自由流动的水泥粘接衬垫和杯状的锚固装置尤其是具有至少3cm直径的较大的杯状锚固装置结合，以获得基本上没有开裂的衬垫。因此本发明也提供一种防火和/或耐磨的衬垫，其包括水泥粘接或者部分水泥粘接的衬垫材料和杯状的锚固装置，其中，在该锚固装置和该衬垫材料之间存在有一小的空隙空间。
该衬垫材料可以被纤维加固，优选用金属纤维加固，更加优选用钢纤维加固。
防火和/或耐磨衬垫的目标厚度取决于使用其的单元。影响该目标厚度的因素是这一单元的目的和它的形状。合适的衬垫厚度是在1.5到15cm之间，更加优选的是在1.5到3cm之间。涂覆衬垫材料的合适的方法包括模压、手工填充、倾倒、简单的铸造或者振动铸造、喷射和锤击方法。除了在步骤b)期间在锚固器上的涂层不应消失之外，在步骤b)中施加衬垫材料的过程中使用的温度和压力根本不重要。用于步骤b)中的优选的加工条件包括大气压和周围环境温度，合适的温度为在0到40℃的范围内。
在步骤c)的过程中，或多或少的流体的衬垫材料被固化，优选在6到24小时期间，以获得固体块。在固化期间的温度合适地位于0到50℃的范围内，更加优选的是在0到40℃的范围内。在干燥期间使用的压力不重要。为了实用的目的，优选大气压。
可以如本领域技术人员所公知的那样，例如像在SubrataBanerjee的“ Monolithic refractories(整体的耐火材料)”的第54-56页中描述的那样，实施干燥步骤d)。使用的温度至少足以熔化在锚固装置上的涂层。在该步骤期间，水分将会从该衬垫中蒸发，并且该涂层将熔化。合适的温度位于从40℃逐渐增加到600℃的范围内。在干燥期间使用的压力不重要。为了实用的目的，优选大气压。
在步骤d)之后，能够在更高的温度下可选择地烧制该衬垫，合适地位于从600到900℃的范围内，或者能够进一步加热到在一物体中实施该过程所需要的温度。
本发明还提供了锚固装置，其涂覆有在40到100℃的温度范围内可以熔化的涂层，通过其他部件(基部部件)可以直接或者间接地将其机械地固定到一个表面上。优选的是如此前描述的那样。
较好地，和基部部件结合起来使用该锚固装置，因此本发明也提供一套部件，其包括a)基部部件；b)如上所述的锚固装置，能够将其机械地固定到该基部部件上。
当修理或者更换在用于提炼或者化学加工单元中的现有衬垫时，或者用于修复损坏的现有的衬垫时，能够有利地使用将防火和/或耐磨衬垫施加于一表面上的本发明的方法。使用本发明的方法将导致费力较少的修理过程和较短的修理时间。损坏的现有的衬垫可以是本领域技术人员公知的任何类型的衬垫，包括例如六边形网格、底板钢的结合或者具有砖块、磷酸盐粘接捣打料或者水泥粘接衬垫材料的单点锚固系统。
在本领域技术人员公知的将要被涂覆防火和/或耐磨衬垫的所有表面上，能够有利地实施根据本发明的方法。根据这一方法将防火和/或耐磨衬垫施加到一表面上的应用对于曲面或者其他非平面表面特别有利，在此，传统的以六边形网格或者底板钢为基础的系统和磷酸盐粘结材料的结合需要使该锚固系统弯曲和再成形的额外的劳动密集型步骤。根据本发明的防火和/或耐磨衬垫的有利的用途是：例如应用在精炼和化学加工的单元中。能够有利地将该防火和/或耐磨衬垫应用于反应器、再生器，尤其是旋风分离器，并且特别是用于流化的催化裂化的反应器、再生器和旋风分离器。
现在将通过下面的非限制性例子来解释本发明。
例子1
通过浸入具有低熔点的熔化的微晶蜡(从SHELL得到的LMP微晶蜡，它具有62-66℃的凝固点)，可以给在US-A-5353503中描述的杯状的锚固装置(从Silicon获得的SPEED CELL)涂覆一层0.3mm厚的涂层，在表1中列出了典型值。
表1：微晶蜡的详细说明
    性能     典型值
    熔点℃(ASTM D938)     64
    在43℃时的针入度(0.1mm)(ASTM D1321)     101
    油含量％m(ASTM D721)     ＜0.1
例子2
制造一种透明的有机玻璃模具(1m2)。在该模具的前板和后板之间的内部间隔为25mm。使用与不锈钢分隔器管道(在铜螺栓周围)结合的铜螺栓，将例子1中的speed cell锚固器连接到该模具的有机玻璃的后板上。该锚固装置几乎接触该前板。用于该speed cell的间距为8-10cm。具有大约2mm的颗粒的Sureflow 93 LC(从RescoProducts UK可以得到)被倾倒入该模具中。
在周围环境温度即大约20℃的温度下固化24小时之后，拿走该模具的前板，并且从后板拆下该锚固器。显然，该锚固装置完全被材料填满。在大约110℃的温度下干燥之后，该平板没有开裂。将该平板在24小时期间烧制到815℃的温度。测试的平板仍然保持没有开裂。
比较例A
除了使用在US-A-5353503(从Silicon获得的SPEED CELL)中描述的没有涂覆的杯状锚固装置代替例子1的涂覆过的锚固装置之外，重复例子2。在大约110℃的温度下干燥后，会观察到细小的裂纹，在24小时期间烧制到815℃的温度，可以看到在锚固装置周围该测试板有严重的开裂。

Claims (18)

1.为一表面提供防火和/或耐磨衬垫的方法，该方法包括下述步骤：
a)将锚固装置机械地固定到该表面上，该锚固装置被预先涂覆一层在40℃-100℃的温度范围内可以熔化的涂层；
b)将衬垫材料施加到设置有该锚固装置的该表面上；
c)固化衬垫材料，以获得固体块；
d)干燥该衬垫，到至少足以熔化在该锚固装置上的涂层的温度，以获得防火和/或耐磨的衬垫。
2.根据权利要求1所述的方法，另外包括步骤：
e)烧制该衬垫。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过基部部件将该锚固装置连接到该表面上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将该基部部件焊接到该表面上，并且将锚固元件螺纹连接到该基部部件上。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于，该锚固装置具有至少3cm的直径。
6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于，该锚固装置具有杯子状的形状。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于，该锚固装置由不锈钢制造。
8.根据权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于，该锚固装置被涂覆一层在60℃-90℃的温度范围内可以熔化的涂层。
9.根据权利要求1-8中任一所述的方法，其特征在于，该涂层是微晶蜡，其具有从60℃-70℃的温度范围内的熔点。
10.根据权利要求1-9中任一所述的方法，其特征在于，该涂层是具有从70到160dmm的PEN43℃值的蜡。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过将该锚固装置浸入熔化的蜡中，得到该预先涂覆的锚固装置。
12.根据权利要求1-11中任一所述的方法，其特征在于，在步骤b)中的衬垫材料是水泥粘结或者部分水泥粘结的衬垫材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该水泥粘结或者部分水泥粘结的衬垫材料具有根据ASTM方法C704测定小于5的磨损。
14.锚固装置，其涂覆有一层在40℃-100℃的温度范围内可以熔化的涂层，通过其他(基部)部件能够直接或者间接地将其机械地固定到一表面上。
15.一套部件，包括：
a)一基部部件；
b)一如权利要求1-11中任一限定的锚固装置，它能够被机械地固定到该基部部件上。
16.防火和/或耐磨衬垫，其包括一种水泥粘结或者部分水泥粘结的衬垫材料和杯状的锚固装置，其中，在该锚固装置和该衬垫材料之间存在一小的空隙空间。
17.根据权利要求1-13中任一所述的方法将防火和/或耐磨衬垫施加到一表面上的用途，其用在一种旋风分离器中。
18.根据权利要求1-13中任一所述的方法将防火和/或耐磨衬垫施加到一表面上的用途，其用在一种流化催化裂化过程的反应器、再生器和旋风分离器中。
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