转化器烟气隧道及其耐火部件

1.一种用于蒸汽转化炉的耐火隧道组件，所述隧道组件包括：
多个中空的基底部件，每个所述基底部件包括多个对应机械配合件；
多个中空的墙砌块，每个所述墙砌块包括多个进一步对应于所述基底部件的所述机械配合件的对应机械配合件；
多个中空的盖部件，每个所述盖部件包括多个进一步对应于所述基底部件和所述墙砌块的所述机械配合件的机械配合件；
其中，所述基底部件被设置为沿着定义了所述隧道组件的宽度的水平排列方向延伸、和沿着定义了所述隧道组件的长度的纵向排列方向延伸；
其中，所述墙砌块在垂直排列方向上、沿所述纵向排列方向通过所述对应的机械配合件堆叠在所述基底部件上并与之机械地相互连接而不使用砂浆；并且所述墙砌块同时在所述垂直排列方向和纵向排列方向上通过所述对应的机械配合件堆叠在另一个墙砌块上并与之机械地相互连接而不使用砂浆，从而定义出两个平行的隧道墙，所述隧道墙在水平排列方向上彼此间相隔一段距离，其中所述隧道墙在所述垂直排列方向上、沿所述基底部件上的隧道组件的长度从所述基底部件向上延伸，和
其中，所述多个盖部件在垂直排列方向上、沿所述纵向排列方向通过所述机械配合件堆叠在所述墙砌块上并与之机械地相互连接而不使用砂浆，从而使所述盖部件沿纵向排列方向和水平排列方向延伸，用以覆盖沿所述隧道组件的所述长度的至少一部分的所述隧道墙之间的距离。
2.根据权利要求1所述的耐火隧道组件，其中所述基底部件、所述墙砌块和所述盖部件都包含相同的材料。
3.根据权利要求1所述的耐火隧道组件，其中所述多个机械配合件包含至少一对凸形部件和凹形部件，所述凸形部件和凹形部件设置在每个所述基底部件、所述墙砌块和所述盖部件的上表面和下表面的对应位置中。
4.根据权利要求3所述的耐火隧道组件，其中所述凸形部件包含从每个所述基底部件、每个所述墙砌块和每个所述盖部件的每个的上表面延伸的突出部分，并且其中所述凹形部件包含在每个所述基底部件、所述墙砌块和所述盖部件的下表面中的对应开口。
5.根据权利要求3所述的耐火隧道组件，其中至少一对所述对应的凸形部件和凹形部件包含设置在每个所述基底部件、所述墙砌块和所述盖部件的上表面和下表面的对应位置中的两对凸形部件和凹形部件。
6.根据权利要求1所述的耐火隧道组件，其中至少一部分所述多个墙砌块还包含至少一个通孔，所述通孔在墙砌块的相对侧的表面中形成有开口，所述通孔与所述隧道连通但不与所述墙砌块的内腔连通。
7.根据权利要求1所述的耐火隧道组件，其中至少一部分所述多个砌块还包含在砌块的侧表面中接近其上表面处形成的拉杆支架。
8.根据权利要求7所述的耐火隧道组件，还包括至少一个在所述隧道墙之间、在所述水平延伸方向上延伸的拉杆。
9.根据权利要求1所述的耐火隧道组件，其中所述墙砌块的壁厚的范围为0.65-0.875英寸。
10.根据权利要求1所述的耐火隧道组件，其中所述基底部件和所述盖部件的壁厚的范围为0.65-0.875英寸。
11.一种用于蒸汽转化炉隧道的耐火砌块，所述耐火砌块包含：
中空的主体部分，其具有定义出第一端、相对的第二端、上表面、相对的下表面、第一侧面和相对的第二侧面的外周表面；
至少一个第一机械配合件，其定义为从所述主体部分的所述上表面的一部分延伸的突出部分；
至少一个第二对应的机械配合件，其定义为在所述主体部分的所述下表面的一部分中形成的与所述突出部分相对应的开口；
至少一个第三机械配合件，其定义为设置在所述主体部分的所述第一端和所述相对的第二端中的一个的一部分中、或者设置在所述主体部分的所述第一侧面和所述相对的第二侧面中的一个的一部分中的突出部；
至少一个第四机械配合件，其包含设置在所述主体部分的所述第一端和所述第二端中的另一个中、或者设置在所述主体部分的所述第一端和所述相对的第二端中的另一个中的与所述突出部对应的槽；和
至少一个空腔，其形成在所述耐火砌块的所述主体部分的所述下表面中。
12.根据权利要求11所述的耐火砌块，其中所述耐火砌块的壁厚的范围为0.65-0.875英寸。
13.根据权利要求11所述的耐火砌块，其中所述至少一个第一机械配合件包含两个第一机械配合件，所述至少一个第二对应的机械配合件包含两个第二对应的配合件。
14.根据权利要求13所述的耐火砌块，其中所述砌块包含用于隧道组件的基底部件，所述至少一个第三机械配合件包含设置在所述主体部分的所述第一侧面和所述相对的第二侧面中的一个的水平相对部分中的两个突出部，所述至少一个第四机械配合件包含在所述主体部分的所述第一侧面和所述相对的第二侧面中的另一个的相应位置中形成的两个槽。
15.根据权利要求13所述的耐火砌块，其中，所述砌块包含用于隧道组件的盖部件，所述至少一个第三机械配合件包含设置在所述主体部分的所述第一侧面和所述相对的第二侧面中的一个的水平相对部分中的两个突出部，所述至少一个第四机械配合件包含在所述主体部分的所述第一侧面和所述相对的第二侧面中的另一个的相应位置中形成的两个槽。
16.根据权利要求13所述的耐火砌块，其中所述耐火砌块包含用于隧道组件的墙砌块，所述突出部设置在所述主体部分的所述第一端和所述相对的第二端中的一个的一部分中，所述槽在所述主体部分的所述第一端和所述第二端中的另一个中形成。
17.根据权利要求16所述的耐火砌块，其进一步包含至少一个通孔，所述通孔在所述主体部分的所述第一侧面和所述相对的第二侧面中形成有开口，并且所述通孔与所述耐火砌块的所述主体部分的至少一个空腔不连通。

转化器烟气隧道及其耐火部件\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种用于在蒸汽甲烷转化工艺中使用的氢气转化炉的耐火隧道及其耐火部件，所述耐火隧道也被称为转化器烟气隧道。具体而言，本发明提供了一种不使用砂浆的重量轻、独立式隧道结构，其更好地适用于氢气转化器，它使用具有机械学上更坚固的设计的耐火部件，所述耐火部件由比目前使用的材料性能更高的材料制备。\n背景技术\n[0002] 氢气转化炉通过一系列的催化反应将天然气转化为氢气。将甲烷(CH4)转化为石油化学产品的一种最普遍的路径是通过生产氢气，或氢气和一氧化碳的混合物。该氢气/一氧化碳材料被称为“合成气体”或“合成气”。事实上，天然气或合成气的蒸汽甲烷转化(SMR)是生产商业级(bulk)氢气以及用于工业合成氨的氢气的最常用方法。在大约1000℃的温度下，在金属基催化剂存在的情况下，蒸汽与甲烷反应以产生一氧化碳和氢气。\n[0003] 这两个反应本质上是可逆的：\n[0004]\n[0005] 该反应是吸热的，需要导入大量的热以维持反应。加热气体占整个工艺气体需求量的80％。\n[0006] 氢气转化炉的一个常见类型被称为“自顶向下”，或“顶烧式”加热炉。图1是一个传统型氢气转化炉800的透视剖视图。天然气燃烧炉(未显示)被设置在加热炉800的顶部并在催化剂管道70的列(也被称为道)之间，并通过燃烧产生热量。燃烧炉向下燃烧，并与烃蒸汽混合物流体平行，其方向穿越催化剂管道70，所述催化剂管道70是离心浇铸的铬镍管道，其一般为10-40英尺长，并垂直地安装在加热炉800中。管道70包括呈例如颗粒状或球状的附着在氧化铝载体上的活化的镍催化剂。将处理气体和蒸汽穿过催化剂向下供给，并从管道\n70的底部去除。\n[0007] 在700-800℃的温度范围操作主转化器。然后，热气体穿过对流传热区域，产生的蒸汽反过来供给至主转化器。该单元被用来产生合成燃料，其可以变成多种为内燃机提供动力的液体燃料。还经常被用于在工厂燃烧炉中产生用于其它工艺的氢气，所述工厂燃烧炉中，火焰和热气体辐射为管道提供热输入以支持高的吸热反应。气体从加热炉800的底部一侧排出。根据燃烧炉和加热炉出口的位置，气流和热分布是不均一的。在这种情况下，热气体直接流动到出口是很常见的，这导致该单元的背后产生冷区域以及临近出口前产生温度高至足以损坏催化剂管道的热点。为了校正这种情况，提供起燃烧气体集合管的作用的烟气隧道80，从而促进均匀的热分布以提高效率和延长管道70的寿命。\n[0008] 尽管SMR是成熟的工艺，并且随着时间推移也付出了大量努力来优化该工艺的各方面以提高效率，但大部分焦点围绕于以下方面来改善这些转化器：催化剂、金属合金、燃烧炉、原料等。然而，与SMR工艺改善有关的一个方面完全被忽略了。也就是说，在构造这些单元中使用的耐火设计数十年来保持停滞不前。特别是，尽管显然需要基于性能可靠性问题的改善，运输燃烧气体通过火焰加热器的烟气隧道并没有进行改变。\n[0009] 这些隧道80平均为约8英尺高、3英尺宽，并贯穿加热炉单元100的整个长度运行(例如40-50英尺)。由于这些隧道80的尺寸及其结构中使用的耐火材料的体积，它们传统上使用基本的砖形状(例如标准的矩形形状，如图2所示)，并以建造任何结构性砖墙相似的方式制造。隧道80的墙81顶端覆盖有一系列矩形砌块82以形成盖(见例如图1-3)。历史上，传统的隧道墙81在加热条件下以及随着时间推移很容易出现机械故障。这些烟道隧道失败的主要模式涉及耐火设计、安装工艺、运行中机械滥用、以及初始材料选择。\n[0010] 虽然存在问题，但这些隧道80对于加热炉单元800的均匀加热和实现所需的效率是必须的。例如，如果顶烧式转化器没有将隧道80包含在它的单元结构中，那么所有的燃烧气体将会在转化器的出口进入烟道。如上所述，这会在整个单元中导致不均匀的温度，即远离烟道的寒冷区域和靠近单元出口的热点。结果，转化器不仅会效率降低，而且会使靠近出口的催化剂管道过热导致发生过早的故障。\n[0011] SMRs中传统的烟气隧道80的设计和结构涉及使用典型尺寸为3英寸×9英寸×6.5英寸的平砖。建造墙81使得一半的砌块(block)以规则模式被排除以允许气体透过墙81进入隧道80(未显示)。典型地，在建造中砖被砂浆固定在原地以使得墙81保持在一起。标准平砖的常见取代是标准的舌槽砖83、84(见例如图4和图5)。尽管这些类型的砖存在多种大小和构造，当以常规方式垂直地堆叠时，这种传统类型的砖一般使用简单的舌槽特征以使得彼此机械接合。如图4和图5所示，传统的砖83和84包括垂直地堆叠时可以组装在一起的简单的舌832、842和槽型配合特征833、843。\n[0012] 在过去，在传统的隧道结构中，提供了较大的、沿隧道墙每6-10英尺设置的膨胀间隙，以允许系统的热膨胀。该膨胀间隙是设计和建造的关键方面，因为必须容纳预期的热膨胀。然而，在该情况下，由于这些较大的膨胀间隙的存在，每个隧道实际上是由若干较大的独立式墙组成的。为了协助支撑隧道墙的这些独立部分，因此也提供了中间支撑墙或半露方柱(未显示)。这些中间支持墙连接催化剂管道之间的隧道的外墙，以防止墙倾斜或倒塌。\n半露方柱也被称为扶壁，起相同的作用，并且被构造成位于隧道墙外侧的一列列砖(未显示)。\n[0013] 隧道墙结构的另一个特征是端墙(未显示)。也称为交叉墙(cross-over wall)或靶墙(target wall)，这些砖墙部分在单元的出口连接隧道，防止气体绕道穿过周围内衬(surrounding lining)。除了提供额外的横向支撑，端墙也确保所有的燃烧气体可以经由烟气隧道80排出。\n[0014] 一旦建造好隧道墙，就将隧道盖子(盖)放在上面。这些盖子，经常被称为棺材盖，一般是由耐火材料的大板制造的。尽管设计可能很简单，但是它们起重要的目的，因为不成功的盖子会降低单元效率，导致隧道墙因倒塌而失效，以及导致更短的管道寿命。棺材盖有四种主要类型。主要的类型是矩形或方形实心设计(见例如图3的盖82)。这代表了传统方法，其仅仅是跨越墙81之间的水平距离(间隙)的耐火材料的实心板。这些实心盖82也可具有凹口表面或在底部或侧面上形成有配合特征，其可以和隧道墙机械地接合并提供额外的支撑(未显示)。另一种类型是中空或挤出的盖821(见图6和图7)。盖821的这些类型具有与矩形实心盖82相同的外观尺寸，但是在中间包括一对被挖空的部分(空腔)822以降低盖的重量和合成应力。\n[0015] 另一种常见的盖设计是偏置盖831，如图8所示。该实心盖的特征是倾斜的几何结构，其可以有助于相邻盖子之间的接合，其在翻倒期间提供额外的支撑，并在盖失效时帮助支撑破裂的盖子。图9显示了带舌槽盖851，它是偏置盖831的另一种类型，但是它的机械配合特征(即舌851a和槽851b)提供了与相邻盖851更多的接合。\n[0016] 该领域出现的失败的当前一种类型是隧道全长的一部分盖子或全部盖子塌陷。一旦安装完，盖子起到横梁的作用，盖子中间的裂缝经常是跨距和材料厚度的比例的结果。然后，增加替换盖的横切面(厚度)，但是在另一次运行(campaign)之后，失效一般比前一次更严重。这是因为，盖子的失效不是静负重的结果。手动计算结合计算机模拟表明仅静负重本身给予盖子传递的压力很小，其并不会导致失效。在稳定的操作温度1900℉下，使用计算机对安装在隧道的9英寸宽×9英寸高×42英寸长的实心矩形盖(见例如图3)运行有限元分析(FEA)表明，除了它自身的重量，没有外力作用于盖子。结果是最大应力为非常适中的\n10psi。\n[0017] 通过多种材料，断裂模量(MOR)在更高的温度下显著降低，也可能选择较低级耐火盖材料，其MOR在操作偏离温度时降低至即使轻微的与静负重有关的应力也能导致失效的点。然而，大多数工程耐火材料供应商会表征断裂热模量(HMOR)，并提供用于盖的材料选项，其具有足够高的HMOR使得即使强度降低，静负重仍然具有非常显著的与之相关的安全系数。基于FEA结果与公布的HMOR的比较，可以得出结论：大多数盖子的失效不是静负重本身的结果，其是与热状态有关的应力导致的结果。\n[0018] 在该情况下的热应力以多种方式显示。一方面，如果没有合适地控制热膨胀，导致过度的压缩力，那么部件可能失效。因为盖子被放置在墙部分的顶部上并且唯一的限制物是摩擦力或砂浆，故热膨胀不会限制到故障点。通常使用的耐火砂浆的HMOR大约为500psi，远低于选择用于隧道盖的耐火材料的HMOR。因此，如果热应力达到该水平，砂浆会断裂，盖子会根据需要自由地膨胀。\n[0019] 作为热应力的结果，部件也可能失效，所述热应力是操作期间产生的任何温度差异所导致产生的，其不限为大翻倒的例子。当部件的一个区域的热膨胀不同于另一个区域的热膨胀时的热应力失效结果，导致应力高于材料的屈服强度。如果加热炉的对流部分的温度不同于隧道内的温度，即使出现时间较短，也存在热应力的可能。安装在隧道上的9英寸宽×9英寸高×42英寸长的实心矩形盖(见例如图3)中，在盖上表面的温度为1910℉以及盖下表面的温度为1900℉的情况下，其FEA显示，除了自身重量，没有额外的力作用在盖上。\n整个盖的10度温差导致1500psi的最大应力，其高于下端耐火材料的HMOR。当在相同的运行期间隧道的大量盖子均失效而没有任何的墙塌陷时，失效的模式很有可能是热应力。\n[0020] 隧道盖性能的另一个重要因素是材料的抗蠕变性。当材料在长时间暴露于高水平的低于材料屈服强度的应力下缓慢但永久地变形时，会产生蠕变。这对隧道墙的结果是在垂直方向传送盖子质量，这补充了隧道墙的强度和结构。盖子的蠕变会导致中央跨度的“下垂”，并将改变盖子和隧道墙之间的相互作用力，并最终导致失效。蠕变可以通过ASTM标准测试表征，其为使用隧道盖的代表，并且是材料选择的重要部分。高级砖的ASTM测试的结果在2,600℉下有7.86％偏差。对隧道墙的结果是以一定的角度传送盖子质量，所述角度偏离垂直轴一些度数，其使得隧道墙在顶部比底部彼此间更进一步分离。\n[0021] 全部隧道塌陷可能实际上是若干不同的失效模式的结果。传统的隧道建造使用成百上千吨耐火砖和盖子，其构成的质量最终依赖于防火砖(IFB，未显示在图1A和图1B中)的最终基底层。带有6英寸宽的砖，96英寸高的隧道墙，以及9英寸厚的实心盖子的传统的隧道横切面导致支持性IFB层上的负重为11.6psi。使用ASTM测试公布的数据表明，在转化炉中的温度下，IFB基底层会在100小时内在那些负重下变形1％。IFB基底层的变形表现为如下两种方式中的一种：要么该变形会过早地压缩纤维以允许热膨胀，或该变形会降低IFB基底的整体隔热值(insulating value)。已知两种情况均导致失效。\n[0022] 温度和隧道质量的效应不限于加热炉内部，也可以引起支持性加热炉结构的变形，从而导致不均匀的炉底。传统的隧道设计使用砂浆接缝以将砖彼此稳固，有效地将大量的小砖转变成少量的大的墙壁部分。这些墙壁部分以单个墙体起作用，并且加热炉底不能包含任何主要的尺寸变化。支持性加热炉结构的变形会因此导致传统型隧道的失效。\n[0023] 差异性热膨胀不仅在使用不同设计材料的情况下发生，而且在预计能担任单个墙体的大部分材料的情况下发生。传统的隧道设计也在每隔约6-10英尺墙壁长度处使用纤维膨胀接头，其中全部的建筑成分使用耐火砂浆彼此间粘结。该耐火砂浆也导致墙壁部分表现得像单个墙体。没有加热炉具有完全均一的温度分布，然而，在某些点，差异性热膨胀会在整个墙壁部分发生。施加到墙壁部分的应力和在单个墙体内导致热冲击的那些应力是相同的。\n[0024] 执行FEA以测定与完全砂浆化的10英尺墙壁部分从顶端至底端的差异性温度有关的应力水平，其中，出于分析的目的，完全砂浆化墙壁部分作为单个墙体进行处理。墙壁部分的底部为1925°F，墙壁部分的顶部为1900°F，底部和顶部之间的温度分布均一。FEA还包括隧道盖的模拟重量和重力。但是没有其它外力。这表明系统的应力超过了标准耐火砂浆的500psi HMOR。由于砂浆接缝是墙壁最脆弱的点，故它们会裂开以减轻应力。砂浆墙壁发生的开裂越多，该墙壁部分会变得越小，并且任何一部分的应力会变得越低。\n[0025] 适当地容纳热膨胀是任何热应用设计中最困难的方面之一。传统的隧道设计，针对隧道盖和隧道基底使用不同的材料和设计。很多隧道在支撑IFB列的墙之间的“基底”区域具有低密度耐火或纤维绝缘。隧道盖可以膨胀至多3/8英寸，因此推开隧道墙，其中纤维绝缘不会对隧道墙产生任何膨胀力。所产生的梯形易屈曲和塌陷。在特定情况下，在加热炉运行(campaign)完结时，发现隧道在横向方向具有另外的运动。这更普遍称为“蛇行”，它是整个隧道试图比内置允许膨胀的更大的结果。该运动会使得砂浆破裂，将墙壁与盖子分离，并将墙壁推离IFB基底；这均导致失效。尽管带有圆形截面的传统型舌槽砖的设计(见图4和图5)在防止横向运动方面多少是有效的，但该设计不足以阻止屈曲，因为一个砌块相对于它下面的砌块的旋转会使得舌从槽中分离出，从而导致完全的系统塌陷(见例如图15)。\n[0026] 除了上述传统型墙壁设计和部件本身的问题，安装传统型隧道系统需要大量的熟练工人，这变得越来越有挑战性，特别是针对临时的需求。这经常产生一种情况，其中没有具有适当水平的熟练工人，并且所得安装的隧道系统的整体质量会妥协，或者安装成本比预期更高。在一些情况下，传统型隧道系统已经操作了其原始设计的整个寿命跨度，但是由于短时间框架的周转时间安排，隧道不能完全被维修或被替换，因此必须在延长的运行期间继续使用。安装传统型隧道系统所需的时间长度和高技术水平因此成为可靠性问题的一个原由。可能给予隧道系统的完全程度的损害，在周转之前经常是不为人知的，因此维修工程人员只有几周时间来检查、设计和执行维修，那意味着仅仅保持隧道系统可操作直至下次周转而已，其中可以再次尝试这种维修。当失效导致计划外的中断时，考虑与替换隧道相关的较长的研发时间和安装时间，这对于工厂可能是非常危险的赌博。\n[0027] 安装和维修所需的延长的时间框架和高技术水平，给传统型隧道系统的质量输出带来不期望的变化。因此，维修需要比工厂周转时间的可用时间窗更长不是一个可行的选择，并经常导致不期望的延长的隧道运行(campaign)。为了降低质量上的变化，存在降低整体安装时间以及降低对高度熟练工人的需要的强烈意愿。在一些情况下，传统的隧道系统需要安装空中吊车以帮助处理较重的隧道盖。\n发明内容\n[0028] 本发明的目的在于提供一种不使用砂浆的重量轻、独立式隧道结构，从而可以更好地适用于氢气转化器，它使用机械上更坚固的耐火部件，所述耐火部件由性能更高的材料制备。更具体而言，本发明的一个目的是通过以下方法来克服现有技术中的缺陷：提供重量轻、结构稳定的部分，实行避免将单个部件置于张力下的系统设计，并使用带有均匀分布、高度工程化膨胀间隙的网络的设计，以确保用于热生长的适量空间；且安装不需要进行任何精确的测量。\n[0029] 根据本发明，提供了一种用于蒸汽转化炉的耐火隧道组件。耐火隧道组件包括：\n[0030] 多个中空的基底部件，每个基底部件包括多个对应机械配合件；多个中空的墙砌块，每个墙砌块包括多个对应的与基底部件的机械配合件对应的机械配合件；多个中空的盖部件，每个盖部件包括多个与基底部件和墙砌块的机械配合件对应的机械配合件。基底部件被设置为沿定义所述隧道组件的宽度的水平排列方向(第一方向)延伸，和沿定义所述隧道组件的长度的纵向排列方向延伸。墙砌块在垂直排列方向(第二方向)上沿纵向排列方向通过对应的机械配合件堆叠在基底部件上并与之机械地相互连接而不使用砂浆；所述墙砌块在垂直排列方向和纵向排列方向上通过对应的机械配合件堆叠在另一个墙砌块上并与之机械地相互连接而不使用砂浆，从而定义出两个平行的隧道墙，所述隧道墙在水平排列方向(定义隧道的内部宽度)上彼此间相隔一段距离，其中隧道墙从基底部件沿垂直排列方向向上延伸并沿基底部件上的隧道组件的长度(沿纵向排列方向)延伸。所述多个盖部件在垂直排列方向上沿纵向排列方向通过机械配合件堆叠在墙砌块上并与之机械地相互连接而不使用砂浆，从而使盖沿纵向排列方向和水平排列方向延伸，用以覆盖所述两个隧道墙之间沿所述隧道组件的所述长度的至少一部分的水平排列方向的距离。\n[0031] 优选地，基底部件、墙砌块和盖部件都包括相同的材料。\n[0032] 根据一个方面，多个机械配合件包括在每个基底部件、墙砌块和盖部件的上表面和下表面的对应位置提供的至少一对凸形部件和凹形部件。\n[0033] 优选地，凸形部件包括从每个基底部件、每个墙砌块和每个盖部件的每个的上表面延伸的突出部分，并且凹形部件包括每个基底部件、墙砌块和盖部件的下表面中的对应开口。\n[0034] 根据另一个方面，至少一对对应的凸形部件和凹形部件包括在每个基底部件、墙砌块和盖部件的上表面和下表面的对应位置提供的两对凸形部件和凹形部件。\n[0035] 也优选，多个墙砌块中的至少一部分还包括至少一个通孔，所述通孔在墙砌块的相对侧表面中形成有开口，所述通孔与所述隧道连通但不与所述中空墙砌块的内腔连通。\n[0036] 优选地，多个墙砌块中的至少一部分还包括在砌块的侧表面中接近其上表面处形成的拉杆支架，以及耐火隧道组件还包括至少一个在隧道墙之间、在水平延伸方向上延伸的拉杆。\n[0037] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于蒸汽转化炉隧道的耐火砌块，该耐火砌块包括：\n[0038] 中空的主体部分，其具有定义第一端、相对的第二端、上表面、相对的下表面、第一侧面和相对的第二侧面的外周表面。\n[0039] 提供至少一个定义为突出部分的第一机械配合件，其从主体部分的上表面的一部分开始延伸；在主体部分的下表面的一部分中形成至少一个定义为与突出部分相对应的开口的第二对应的机械配合件；在主体部分的第一端和相对的第二端的一个的一部分中或者主体部分的第一侧面和相对的第二侧面的一个的一部分中，提供至少一个定义为突出部的第三机械配合件；在主体部分的另一个第一端和第二端中或者主体部分的另一个第一侧面和相对的第二侧面中形成至少一个第四机械配合件，其包括与突出部对应的槽，以及形成在耐火砌块的主体部分的下表面中的至少一个空腔。\n[0040] 优选地，耐火砌块的壁厚的范围为0.65-0.875英寸。\n[0041] 优选地，至少一个第一机械配合件包括两个第一机械配合件，以及至少一个第二对应的机械配合件包括两个第二对应的配合件。\n[0042] 根据本发明的一个方面，砌块包括用于隧道组件的基底部件，并且至少一个所述第三机械配合件包括设置在主体部分的第一侧面和相对的第二侧面中的一个的水平相对部分中的两个突出部，以及至少一个第四机械配合件包括在主体部分的第一侧面和相对的第二侧面中的另一个的相应位置中形成的两个槽。\n[0043] 根据本发明的另一个方面，砌块包括用于隧道组件的盖部件，并且至少一个第三机械配合件包括在主体部分的第一侧面和相对的第二侧面中的一个的水平相对部分中设置的两个突出部，并且至少一个第四机械配合件包括在主体部分的另一个第一侧面和相对的第二侧面中形成的两个槽。\n[0044] 根据本发明的另一个方面，耐火砌块包括用于隧道组件的墙砌块，所述第三机械配合件的突出部设置在主体部分的第一端和相对的第二端中的一个的一部分中，对应突出部的所述槽(第四机械配合件的)在主体部分的另一个第一端和第二端中形成。还优选，墙砌块还包括至少一个通孔，该通孔具有在墙砌块的第一侧面和相对的第二侧面中形成的相对的开口，并且通孔与耐火砌块的主体部分的至少一个空腔不连通。\n[0045] 与整个墙体的温度差异相关的热应力能导致源自热冲击的失效。目前有多种用来将热应力降低到低于耐火部件的屈服强度的方法。降低耐火部件的壁厚使得材料可以进行热传导以维持墙体温度均衡并消除与热差异相关的应力。在不影响隧道系统整体稳定性的情况下，壁厚应当尽可能的薄。由于隧道系统是仅自支撑的，故降低全部部件的壁厚也会降低整个系统的重量。\n[0046] 通过适当的平衡强度和重量，可实现提供最佳壁厚。越薄的墙体可以降低热应力和系统重量，但是越厚的墙体可以支撑更多的负重。综上，壁厚范围优选为大约0.5-1.5英寸，最优选范围为0.625-0.875英寸。每个部件的理想重量如此处所述：即砌块为约40-60lb(磅)、盖为50-75lb(磅)，以及基底为70-150lb(磅)。\n[0047] 除了减少单个部件的壁厚，也减少隧道系统中的“部分”从而使得单个部分中观察到的差异性温度最小化。理想地，隧道系统中的“部分”应当和单个构建部件一样大。为了实现该目标，每个砌块都必须处理它自身的热膨胀，并且整个系统必须不含砂浆，但是为了稳定性维持，整个系统又必须完全相互连接。通过提供精确形成的、坚固的机械相互连接的耐火部件来完成上述目标，并且安装工艺自动地容纳每个部件的变化。\n[0048] 为了确保适当的热膨胀处理，隧道系统也使用由相同材料制造的基底部件，并且该基底部件和盖(盖子)部件具有实质相同的尺寸。这确保了隧道在墙壁的上部和底部均等膨胀和收缩，以维持整体结构和降低应力，否则会引起屈曲。通过墙部件中具有坚固和紧密的公差互锁机械配合特征可以防止屈曲，使得砌块相对于它下面的砌块的旋转不会破坏直接接触。\n[0049] 即使可以适当的处理热膨胀，为了进一步防止出现因延迟点火或不均一的加热炉底导致的屈曲问题，在预定位置处还提供横梁或拉杆(连杆)支撑。\n[0050] 选择适当的材料和安装工艺对于防止“蛇行”也是非常重要的。当再加热时，很多材料会增加整体尺寸，这会增加可变性并给热膨胀处理增加挑战。由于耐火部件的热膨胀系数是非线性的，它必须完全被表征和理解以确保产生适当的膨胀接头。选择适当的材料一直是与传统的隧道设计相关的妥协和牺牲。也就是说，传统上，砖具有足够的耐火值以防止加热炉支持物变形，但其并不总是具有足够的强度以充分地支撑隧道系统；并且具有更高强度的砖不具有所需的耐火值。传统的材料包括各种耐火砖和超级耐用砖。\n[0051] 所选材料的热膨胀系数(CTE)不应当简单地视为隧道系统中使用的材料的线性函数。具有充分表征(fully characterized)的CTE对于确保膨胀行为的适当处理是优选的。\n当在单个部件水平上处理热膨胀时，这变得更加关键。适当的材料选择优选包括，当与相关的静负重应力相比时，确定加热炉工作时的断裂模量和加热炉的温度偏移具有足够的安全系数。选择HMOR提高的材料可以立刻增加系统的安全系数。\n[0052] 仅仅知道耐火材料的室温MOR不足以适当地设计隧道系统。\n[0053] 此外，选择用于转化炉的任何材料应优选具有合理可用的最高的抗蠕变性，因为蠕变的降低可以延长隧道系统的寿命并防止过早的失效。优选使用抗蠕变性提高的材料，这可以降低顶部盖子的底侧的张力，并减少顶部盖子对隧道砖墙施加的外力。使用具有完全表征的CTE、更高的HMOR以及抗蠕变性增加的材料可以共同改善隧道系统的整体可靠性。\n[0054] 综上，在本发明中，用于砖(砌块)、基底和盖子(盖)的适当的材料包括但不限于：\n例如氧化铝基耐火材料、堇青石(镁铝硅酸盐)、和氧化锆。更优选，砌块、盖和基底是由选自于由以下物质构成的组中的材料制造的：中级耐火砖(氧化物结合氧化铝，包括至少30重量％的氧化铝)、高级耐火砖(氧化物结合氧化铝，包括至少35重量％的氧化铝)、超级耐火砖(氧化物结合氧化铝，包括至少40重量％的氧化铝)以及高铝耐火砖(氧化物结合氧化铝，包括至少60重量％的氧化铝)。最优选，本发明使用莫来石结合氧化铝，其包括88重量％的氧化铝，或氧化物结合氧化铝，其包括95重量％的氧化铝。\n[0055] 根据本发明的隧道也使用在比传统设计大出约5倍的区域上分散墙体的重量负载的基底部件。本发明的重量轻设计以及本发明的基底部件，典型地导致了基底层的负重为\n1.4psi。这允许高度绝缘材料的使用，使得可以改善加热炉的结构支撑的整体可靠性以及整个系统的整体可靠性。\n[0056] 如前所述，砖的宽度为6英寸、隧道墙高为96英寸、以及实心盖为9英寸厚的传统的隧道横切面，会导致支撑性IFB层在运行(campaign)的第一个100个小时内的负载为\n11.6psi和变形为1％。将整个隧道系统的整体重量降低60％可产生显著较低的PSI负载，并使得基底层产生更低数量级的变形，从而增加隧道的有效生产寿命和效率。\n[0057] 根据本发明提供的降低的壁厚和改善的材料，通过两位工人可以容易地安装或去除重量轻的隧道盖。此外，一位工人可以容易地处理具有互锁部件的重量轻、无砂浆的砌块设计，该隧道结构还可根据需要安装、维修和/或拆开而不会产生重大后果或不需要高水平的技能。在周转期间，可以容易地增加或去除横梁支持物(即拉杆)而不限制进入其它隧道部件，这可以确保维修是彻底的和有效的。快速安装和维修时间允许更容易地进行适当的维修，从而改善系统的整体可靠性。\n[0058] 降低部件的重量并维持建筑砌块的结构完整，使得可以消除对下游砖的大部分挤压力。提供重量轻、结构正确的盖子(盖)部件可以克服前述与使那些部件变得更厚以更强从而给整个系统不利地增加额外的负重相关的缺点。在每块砖之间包含膨胀间隙和从系统中去除砂浆，确保组件可以膨胀和收缩，而不会产生大的累积应力，并降低隧道整体的安装时间。\n附图说明\n[0059] 为了更好地理解本发明的本质和目的，需要参考下述实施本发明的优选的模型的细节描述，并结合附图进行阅读，其中：\n[0060] 图1A是传统的氢转化炉的透视剖视图，图1B是图1A所示的转化炉的截面(sectional)端视图；\n[0061] 图2是用于图1A和1B所示的转化炉的传统的隧道组件的透视图；\n[0062] 图3是传统的实心盖的透视图；\n[0063] 图4是传统的单舌槽型砌块(砖)的透视图；\n[0064] 图5是传统的双舌槽型砌块(砖)的透视图；\n[0065] 图6是传统的中空盖的端视图；\n[0066] 图7是图6所示的传统的中空盖的透视图；\n[0067] 图8是传统的偏置(off-set)盖的透视图；\n[0068] 图9是传统的舌槽盖的透视图；\n[0069] 图10是根据本发明一个方面所述的半个砌块(砖)的顶部透视图；\n[0070] 图11是根据本发明一个方面所述的完整砌块(砖)的顶部透视图；\n[0071] 图12是图11所示的完整砌块的底部透视图；\n[0072] 图13是图11所示的两个砌块堆叠排列的截面端视图；\n[0073] 图14是图13所示的堆叠排列在旋转力下的截面端视图以说明堆叠的砌块不会分离；\n[0074] 图15是图4所示的现有技术的砌块在旋转力下的端视图以说明那些砌块在相同类型的旋转力下会分离；\n[0075] 图16A和16B是包括通孔的完整砌块的顶部透视图和底部透视图；\n[0076] 图17是具有两个通孔的完整砌块的透视图；\n[0077] 图18A和18B是根据本发明的另一个方面的水平互锁的完整砌块的顶部透视图和底部透视图；\n[0078] 图19是图18所示的砌块的端视图；\n[0079] 图20是图18所示的砌块的部分组件堆叠的透视图；\n[0080] 图21是根据本发明的全宽基底部件的顶部透视图；\n[0081] 图22是图21所示的全宽基底部件的底部透视图；\n[0082] 图23是根据本发明的另一方面的单侧基底部件的顶部透视图；\n[0083] 图24是图23所示的单侧基底部件的底部透视图；\n[0084] 图25是图16所示的完整砌块的透视图，还设有拉杆支架；\n[0085] 图26是拉杆的透视图；\n[0086] 图27是根据图25的两个完整砌块和根据图26的拉杆的透视图，所述拉杆位于各自的拉杆支架中并跨越其间的水平距离；\n[0087] 图28是根据本发明另一方面的两个完整砌块和另一拉杆的透视图；\n[0088] 图29是根据本发明的盖的顶部透视图；\n[0089] 图30是图29所示的盖的底部透视图；\n[0090] 图31是根据本发明的隧道组件的透视图；\n[0091] 图32是图31所示的隧道组件的侧视图；\n[0092] 图33是图31和图32所示的隧道组件的端视图；和\n[0093] 图34是图31所示的组件的透视图，其中去除了部分墙砌块以显示拉杆的位置。\n具体实施方式\n[0094] 砌块(在本文中也可互换地称为砖)\n[0095] 根据本发明的烟气隧道包括多个耐火砌块或耐火砖，其设计有精密互锁机械配合特征，以便于堆叠互连从而形成独立式、不需要使用砂浆的隧道墙。这些机械配合特征还特别设计为允许使用期间的热膨胀，并同时防止隧道墙过早地分离。\n[0096] 配合特征的一个例子是具有需要水平安装并防止砌块垂直地分离的几何结构。图\n10显示了根据本发明的“半块砖”1，以及图11显示了根据本发明的“整块砖”10。图12是图11中显示的整块砖10的底视图。应当理解，图10所示的半块砖1的相应的底视图(未显示)应该和图12所示的相同，只是其尺寸的一半。标准砖的尺寸为，例如6.5英寸宽×18英寸长×10英寸高，但是该设计也同样适用于小至2英寸宽×4英寸长×2英寸高的砖和大至9英寸宽×\n24英寸长×18英寸高的砖。优选地，每个砌块(砖)的重量范围为20-70lb(磅)，更优选40-\n50lb，使得一个人可以容易地单独操纵砌块，同时将构建隧道墙所需的砌块的总数降低至可能的最小数量。\n[0097] 每块砖1、10具有定义第一端(1a、10a)、相对的第二端(1b、10b)、上表面(1c、10c)和相对的下(底)表面(1d、10d)的外周表面。这些砖1、10被挖空以从非关键区域除去所有可能的材料。优选地，这些砖1、10的墙壁的壁厚“t”(参见例如图12)在0.5-1.5英寸范围，优选\n0.625-0.875英寸。所得隧道组件只有传统隧道重量的约60％。该挖空部分在各自砌块1、10中限定出一个或多个、优选多个空腔2。\n[0098] 砌块1、10的上表面1c、10c各自包括根据本发明的耐火砌块的精密互锁机械配合特征的凸形部分。突出部分3从表面1c、10c抬高一定距离以定义从砌块1、10中延伸的几何构件，并且用作与在砌块1、10的下表面1d、10d中形成的开口4精确配合的锁定部分。如图所示，突出部分3是具有倒角和圆形开口3a的大致矩形隆起，所述圆形开口3a穿过它的中心且连通空腔2。圆形开口3a仅仅是出于制造和去除材料的考虑，其并不关键。如图10和图11所示，开口3a连通空腔2。然而，如下面更详细描述地，并不总是这种情况。\n[0099] 尽管突出部分3的精确形状无需限定于此处所示的形状，但是优选地与对应的开口4的形状几何匹配，稍微错位(off-set)以适应工艺公差(tolerance)。砌块1、10的突出部分3必须精确地配合在垂直相邻的砌块1、10的开口4内以确保垂直相邻的砌块1、10彼此牢固地接合，以便于构建不使用砂浆的独立式隧道墙。也必须有足够的公差以解决如上所述的热膨胀的考虑，并保持接触以防止屈曲。\n[0100] 开口4与砌块1、10的空腔2相通，并且以紧密的互锁方式接收突出部分3，以便以如图13所示垂直堆叠的方式将砌块1、10彼此牢固地连接而不使用砂浆。考虑到如上所述的机械因素和热量问题，开口4的形状不是关键的，只要它的形状和大小可以精确地与突出部分\n3的形状和大小相对应即可。\n[0101] 重点是相应的突出部分3与突出部分3配合到其中的开口4之间具有微小错位的几何匹配。优选地，错位的范围是0.020至0.060英寸。由导致砌块对砌块的可变性的工艺公差能力来限定最小错位。如果发生屈曲，必须有足够的高度和紧密性以牢固接合。为了确保与开口4充分接合并防止屈曲，优选地，突出部分3的总高度“h”或突出部分3从砌块1、10的上表面1c、10c延伸的距离为至少0.75英寸。开口4的大小应尽可能地紧贴突出部分，同时允许工艺公差。理想地，与制造需求相平衡的均一的壁厚决定该大小。\n[0102] 单个砌块1、10进一步包括额外的机械配合特征，例如一端上的突出部和另一端上的槽，其间隙允许每个砌块随着操作温度增加而膨胀直到它的密封部分(seals)抵靠到水平排列方向任一侧的砌块。如图10-12所示，砌块1、10的第一侧面1a、10a包括槽或狭槽5，以及相对的第二侧面1b、10b被形成为包括垂直配合到水平相邻的砌块1、10的相应槽5中的相应“突出部”或突出部6。优选地，该槽比突出部大最小工艺公差；优选地，该突出部是砌块的总宽度的30-75％。\n[0103] 也可以提供一种可压缩的高温绝缘纤维(未显示)，其位于槽5中以减少气体旁路，同时在使用中容纳一定范围的温度波动。纤维被指定为具有足够的压缩可变性，以在600-\n1200℃的较宽操作温度范围内减少气体旁路。该纤维也可以用在砌块的层之间以防止点负载。如下所述，基底部件和顶盖(盖子)均具有类似的突出部和槽设计，并使用纤维衬垫或纤维编结物来减少在操作温度范围内的气体旁路。\n[0104] 优选地，由于砌块1、10被排列形成隧道墙，砌块1、10水平错位砌块长度的一半，或一组机械配合特征，以增加该排列的机械坚固性(参见例如图34)。如图14所示，该排列也帮助防止屈曲，其通过坚固且紧密的公差互锁机械配合特征来阻止屈曲，使得一个砌块相对于它下面的另一个砌块的旋转不会导致各自的突出部分3和开口4之间的直接接触断裂。另一方面，图15显示了现有技术的舌槽型砌块(见图4)上的旋转力如何能够导致砌块之间的分离，并且显著地破坏各自舌和槽特征之间的直接接触，这会导致墙塌陷。\n[0105] 为了使隧道能够合适地用作加热炉出口的烟道，它必须具有可变的入口条件(墙上的开口)，以允许更多的气体进入距出口最远的隧道以及更少的气体进入最接近出口的隧道。这在炉内产生了更均一的气体和温度分布。如上所述，传统的隧道墙设计仅仅利用半砖在不同位置形成墙壁中的间隙。然而，这种传统的半砖在方形开口的顶部上产生没有支撑的位置，从而产生失效位置。如图16-17所示，根据本发明的隧道系统使用耐火砌块100、\n101，其包括形成在其中的一个以上通孔7，以允许气体进入隧道。该设计将由通孔7产生的载荷均匀地分布到周围材料。通孔7可以在砖100、101最初形成(例如铸造)时形成，或通过加工工艺或任何适当的工艺随后形成。\n[0106] 通孔7可以具有任何几何形状，但是优选为半圆形。通孔7的大小可以从1平方英寸变化至与砌块100、101的整个尺寸基本相等，其整个尺寸一般为约144平方英寸，但是优选为12-36平方英寸。砌块100、101优选每个砌块具有1个或2个通孔7，但是可以在各个位置具有多个孔以便根据需要获得相同的最终结果。如图所示，这些通孔7可以是闭合的，即不与构成隧道墙内部区域的砌块100、101中的互连的内部空腔2相通；或替代地，少量的砌块可以具有开向隧道墙的内部区域的通孔。\n[0107] 如图16A和16B所示，突出部分3中的开口3b仅仅是材料去除部分，并且不与空腔2相通(不流体连通)。通孔7类似于穿过腔体2的管道，但是通孔7的内表面7a不与空腔2流体连通，因此，通过通孔7的外表面7b，通孔7(气体从此处通过)对空腔2(即隧道墙的内表面区域)封闭。图17显示了具有两个通孔7的砌块101，但是在那种情况下，突出部分3不包括任何材料去除部分。该突出部分3替代地具有实心几何形状以防止引入隧道中的气体进入壁腔空间(即，隧道墙的内表面区域)。\n[0108] 图18-20显示了根据本发明另一方面的具有不同类型的机械配合特征的耐火砌块\n20的一个例子，该特征要求垂直安装并且可以防止砌块20水平分离。每块砖20均具有定义第一端20a、相对的第二端20b、上表面20c、和相对的下(底)表面20d的外周表面。\n[0109] 每个砌块20的上表面20c均包括多个根据本发明的精密互锁机械配合特征的凸形部分。突出部分23从表面20c抬高以定义几何构件，该几何构件用作当可滑动地水平引入时，精确地配合到形成在砌块20的下表面20d中的开口(狭槽)24中的锁定部。如图所示，突出部分23的端面和砌块20的第一端20a(端面)及砌块20的第二端20b(端面)齐平地形成。如图18B所示，砌块20是中空的，并且包括多个(例如2个)空腔2。如果砌块20包括通孔7(未显示)，那么将形成更浅的空腔，并且在大多数情况下，将形成穿过空腔但不与其相通的通孔。\n砌块20的壁厚“t”与前述相同。\n[0110] 突出部分23是具有倒角且形状为大致矩形的隆起或截顶的矩形隆起。然而，突出部分23的确切形状不限于此处所示的形状，即任何顶部尺寸大于底部尺寸的横截面形状，例如改进的倒梯形形状。砌块20的突出部分23必须精确地水平装配(滑动)在垂直相邻的砌块的开口(狭槽)24内，以将垂直相邻的砌块彼此牢固地接合，以便于构造独立的隧道墙，而不需要使用砂浆。公差必须足以确保牢固的机械接合并考虑到如上所述的热膨胀因素和制造可变性。\n[0111] 如图18B所示，开口24在砌块墙壁上形成，基本沿着砌块20的整个长度从第一端\n20a到第二端20b延伸，并且以紧密的互锁方式可滑动地容纳突出部分23从而使得砌块20以垂直堆叠的方式彼此牢固地连接，如图20所示。每个突出部分23也包括唇缘(lip)23a，其沿着开口24与脊(ridge)24a接合以进一步防止堆叠的砌块20的垂直脱离。开口24的形状不是关键的，只要它的形状和大小可以精确地与突出部分23的形状和大小相对应即可。如图所示，Dl>D2>D3。\n[0112] 如图20所示，这些砌块20的安装还优选交错半个宽度距离，而不使用砂浆，使得单个砌块20接合其上方的行中的两个砌块20，以及其下方的行中的两个砌块20(例如，如上所述通过一个配合特征接合错位)。该类型的机械配合也通过限制任何单个部件从其初始位置相对于其周围的砌块20可以偏离多远，来控制砌块20的膨胀。\n[0113] 上述两个机械配合特征通过机械地接合砌块而为系统增加了冗余(redundancy)，这防止了隧道墙倾斜和倒塌，而不需要切断配合特征或以其他方式穿透它们所连接的砌块的墙。\n[0114] 基底部件\n[0115] 根据本发明的隧道的另一个特征是如图21和22所示的基底部件30。多个基底部件\n30沿着隧道的长度延伸并跨越隧道的水平宽度“w”，以使用与如上所述的墙砌块10、100相同的配合特征将两个墙连接在一起(参见例如图33和34)。\n[0116] 每个基底部件30均具有带有上表面30c和相对的下(底)表面30d的外周表面，互锁机械配合特征33、34在其上形成。突出部分33对应与砌块1、10、100相关的如上所述的突出部分3；以及开口34对应与砌块1、10、100相关的如上所述的开口4。与上述机械配合构件和壁厚相同的关键尺寸要求也适用于基底部件。优选地，每个基底部件30的总重量在约75-\n150lb范围内，更优选约100lbs。\n[0117] 突出部分33设置在基底部件30的上表面30a上，靠近两个相对端30a、30b，以便与其上将构建的隧道墙的横向(水平)相对位置相对应。如图22所示，开口34在相应位置处设置在基底部件30的底表面30d中。基底部件30具有多个空腔32，从中去除不必要的材料以降低基底砌块的重量。如图所示，开口4与这种空腔32连通，并且沿着基底部件30的长度设置多个额外的空腔32，空腔32由具有足够厚度“t”的内部砌块壁分开，以提供足够的材料从而确保保持部件的结构完整性。该壁厚优选范围为0.5-1.5英寸，优选0.625-0.875英寸。基底部件30还具有附加的机械配合/膨胀特征，例如在侧表面30f上形成的槽35(见图22)和在侧表面30e上形成的突出或突出部36(见图21)。这些特征起到与砌块1、10相关的上述特征5和\n6相同的目的和作用。这些机械/膨胀特征35、36的位置对应于与另一个基底部件30和要在其上堆叠的壁砌块的配合对准(特征)，以下结合图31-34更详细地描述。\n[0118] 如上所述，为了适当地并有效地补偿热因素和应力因素，如本领域技术人员所知，虽然基底是更重的部件，但是基底部件30的尺寸和材料与盖(以下将更详细讨论)基本相同是很重要的。\n[0119] 另一种基底部件40的例子如图23和24所示。该基底部件被称为单个侧基底，并且它基本上是一个标准的具有增大的底部横截面面积42的墙砌块10(见例如图11)以将墙的重量分散在高至标准砌块3倍的面积上。如图所示，在基底砌块40的一侧或两侧上可以设置切开的、支撑的凸缘41。\n[0120] 当砌块40被浇铸时，凸缘结构41、42可以作为砌块40设计的整体部分而形成，并可以作为独立的元件形成并随后通过粘附剂和/或共烧工艺而添加，或可以使用已知的工艺进行机械成形(加工)。该设计在下述应用中是特别适合的，其中二次加工的使用允许其它制造工艺生产相同形状的铸件。\n[0121] 拉杆(在本文中也交替地称之为横梁支撑)\n[0122] 在本发明中，如图33和34所示，在组件不同位点中使用拉杆部件以固定墙从而防止向内和向外移动。拉杆50(也被称为连杆或横梁支撑)如图26所示。如下所述，该拉杆50以多种方式接合并支撑隧道墙。\n[0123] 图25显示了根据本发明的砌块100的一个实施例，其进一步包括在其上形成的拉杆支架15，它是一个在面向隧道墙内侧的砌块100的上表面10c和侧表面10e上形成的预铸式鞍(支架)。拉杆支架15是一个具有内部环形边缘特征的半圆柱状突出物，当垂直地放置在其内时，以在拉杆50的端50a、50b处引导、接收和保持相应的环形凸缘51(见图27)。当建设隧道墙时，带有在其上形成的支架15的耐火砌块100可以位于隧道墙的多个位置，并且拉杆50可以在安装期间容易地添加，或根据需要后续去除，而不需要实质性的停机时间或产生有害的维修问题。\n[0124] 如本领域技术人员可以容易地确定，拉杆50位于系统的多个位点处以改善工作中的隧道的整体稳定性。如图27所示，连杆52可以接合墙的任一侧的单个点，或多个点。\n[0125] 例如，不使用单个横梁形状的拉杆50，可以使用H形拉杆(未显示)以同时接合相对的隧道墙上的多个点(每侧两个点)。拉杆50的跨距与顶盖和基底部件的跨距基本相同，其可小至12英寸或宽至60英寸，虽然优选的大小范围是24-36英寸(对应隧道的内部宽度)。本领域技术人员理解拉杆的长度严格受隧道的设计宽度控制，其间隙允许热膨胀。拉杆50的横截面直径优选为1-8英寸，更优选3-4英寸。\n[0126] 图28显示了隧道墙初始建造时，另一种在隧道墙中放置连杆52的方法。然而，在该情况下，将每个砌块102的接近上表面10c的相应部分10g的四分之一圆的面积去除，从而提供一个足以容纳将连杆52放置在凸缘51和53之间的俘获区域的位置。\n[0127] 盖(在本文中也交替地称之为盖子)\n[0128] 在本发明中，虽然优选的尺寸范围为24-36英寸，但顶盖60的跨距可以小至12英寸，或宽至60英寸。优选地，每个盖部件的总重量范围为50-125lb，更优选范围60-80lbs。\n[0129] 如图29所示，盖60的上表面60c具有成角的侧面的平顶。盖的上表面60c包括如上所述相同的连接砌块1、10和基底部件30的互锁机械配合特征63。针对盖60，突出部分63起两个作用。首先，突出部分63以与上述相同的方式为其它墙砌块10、100提供了与对应开口4相关的机械配合特征，使得可以在组件中使用盖60，其中最上面的部件不是盖60，而是放置在盖60的顶部的额外的隧道墙砌块10、100，并且墙继续垂直向上。其次，由于突出部分63沿着盖60的整体表面几何(沿垂直方向)延伸至少0.5英寸的距离，这允许在盖60的顶部放置夹板(plywood board)以定义加热炉周转期间的走道(walkway)。因为直接位于隧道墙上，走道允许工人在隧道顶部进入加热炉而不会对盖的无支撑的跨距的中心产生重量，反过来可以将他们的重量导向可以容易地被支撑的隧道墙。\n[0130] 盖60也是从底表面60d挖空以去除非关键区域的全部可能的材料，通过改善横截面单位面积上的力比值来最小化应力。如图30所示，由此形成较大的中央空腔62，以及连通定义机械配合特征的开口64的两个较小的空腔62。机械配合特征(开口)64与砌块10、100的突出部分3接合形成墙8以安全地将盖60结合至墙8的一侧，并将内部隧道宽度横跨在墙结构之间。机械配合特征的关键尺寸与上述相同。优选地，盖的壁厚“t”的范围为0.5-1.5英寸，更优选0.625-0.875英寸。\n[0131] 盖60也有额外的机械配合特征，例如在侧面30f上形成的槽65(见图30)和在侧面\n60e上形成的突出或突出部66(见图29)。这些特征起到下述相同的目的和作用：如上所述与砌块1、10、100相关的机械配合特征/膨胀间隔特征5和6，以及如上所述与基底部件30相关的35、36。这些配合/膨胀特征65、66的位置对应于与其它盖60和其下面堆叠的墙砌块10、\n100匹配对准，以下结合图31-34对此进行更详细描述。在本发明中，虽然优选的尺寸范围是\n24-36英寸，但盖60的跨距可以小至12英寸，或宽至60英寸。\n[0132] 隧道组件(在本文中也交替地称之为隧道)\n[0133] 排列多个基底部件30以水平地延伸(以第一方向或水平排列方向，即定义隧道的宽度)，并将该多个基底部件30彼此之间相对以定义沿隧道纵向延伸方向(长度)的基本连续的基底表面。通过机械配合件35、36将基底部件30彼此间固定而不使用砂浆。将多个形成墙的砌块10沿着隧道的纵向延伸方向垂直地堆叠在基底部件30相对的两侧，这进一步帮助固定基底部件30。使用各自的机械配合件33(来自基底部件30的突出部分)和4(砌块10上的开口)将砌块10安全地固定在基底部件30上而不使用砂浆，砌块10通过一半长度在基底部件30上以顺序错位方式排列。通过各自的机械配合件5、6，砌块10也彼此间固定。以相似的、半砌块错位的方式，沿砌块10这排的纵向延伸方向，将多个砌块100垂直地堆叠。\n[0134] 然后，通过各自的机械配合件3、4、5和6继续以半砌块错位方式将其它砌块10、100交替地堆叠在另一个上以垂直地和水平地固定彼此而不使用砂浆，从而定义两个平行的、垂直导向的隧道墙8，其从基底部件30沿隧道的第二方向(即垂直排列方向)和纵向延伸方向延伸。如图所示，一些砌块对应如图11所示的砌块10(不含通孔7)，一些砌块对应如图16所示的砌块100，其包括通孔7。\n[0135] 隧道墙8在水平排列方向彼此间隔预定距离(即12-16英寸，优选24-36英寸)，由基底部件30的水平跨距确定。根据需要，拉杆50在预定位置插入到支架15。通过贯穿隧道墙8的顶部放置多个盖60来固定隧道组件；所述盖60通过机械配合特征(例如盖中的开口64和墙砌块10的突出部分3)固定到最上面的砌块10上，并通过盖60上的机械配合件65、66进一步固定到另一个盖60以建造隧道200(也被称为隧道组件，见例如图31-34)。\n[0136] 如上所述，根据本发明的隧道200中，降低全部部件的重量并维持每个单独部件的结构完整性，使得可以消除其对下游砖的大部分挤压力(即基底部件30)。提供重量轻、结构正确的盖子(盖)部件60可以克服之前为了更坚固使得传统盖子更厚相关的缺点，该缺点给整个系统不利地增加了额外的负重。在每个砖之间包含受控制的膨胀间隙，并从整个系统中去除砂浆可以确保隧道组件200可以膨胀和收缩而不会产生大的累积应力，并减少整个隧道组件200的安装时间。\n[0137] 通过降低壁厚以及改善用于根据本发明的部件的材料，可以通过两位工人容易地安装或简单地去除该重量轻的隧道盖60。此外，一位工人可以容易地处理该重量轻、无砂浆的带有互锁机械配合特征的砌块，并且该隧道结构200还可根据需要被安装、维修和/或拆开而不会产生重大后果或不需要高水平技能。在周转期间，横梁支撑物(即拉杆50)可以容易地被添加到隧道组件20或从隧道组件20中去除，而无需限制通向其它隧道部件的入口，这使得维修是完整的和有效的。更快的安装和维修时间也允许更容易地进行适当的维修，从而提高系统的整体可靠性。\n[0138] 虽然结合具体实施例，已经对本发明进行了上述解释和描述，但是本领域技术人员理解本发明绝不限于这些实施例，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以容易地对本发明做一些变化和修改。