CN101960244B

CN101960244B - 格子砖

Info

Publication number: CN101960244B
Application number: CN2008801275038A
Authority: CN
Inventors: 亚历山大·克利马
Original assignee: Paul Wurth Refractory and Engineering GmbH
Current assignee: Paul Wurth Deutschland GmbH
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: JP2011517726A; JP5465681B2; EP2101134A1; ZA201005935B; MX2010009452A; KR101525509B1; WO2009106186A1; CN101960244A; US20100326621A1; EP2260252B1; EA023241B1; CA2715216A1; CN201228267Y; MY153527A; US8991475B2; AU2008351561A1; UA100878C2; AU2008351561B2; EA201001361A1; KR20100124780A

Abstract

本发明公开了一种格子砖(10)，具体地，用于热风炉的格子砖，该格子砖具有顶部表面(12)以及相对的底部表面(14)，其中，多个通道(16)从顶部表面(12)延伸至底部表面(14)，以使得流体穿过格子砖(10)流动，相邻通道(16)之间形成有间隔壁(18)。根据本发明的一个方面，通道(16)具有基于六边形形状(20)的横截面，该六边形形状具有交替的凸出侧(24)和凹入侧(26)。

Description

格子砖

技术领域

一般而言，本发明涉及一种格子砖，具体地，涉及用于在换热器中(具体地，在热风炉中)补偿热的耐火格子砖。

背景技术

在冶金工业中，对用于鼓风炉的空气的预热通常是在邻近的公知为热风炉的蓄热加热器(regenerative heater)中进行的。对于具有内燃烧室的炉来说，这些炉通常由圆柱形耐火壁和内部竖直间隔壁组成，该内部竖直间隔壁将炉划分成燃烧室以及由格子砖构成的蓄热室，或者对于具有外部燃烧室的炉来说，这些炉通常由具有连接圆顶(dome)的两个圆柱形的耐火材料内衬室组成。通过一个或两个开口将空气和燃料引入到用于燃烧的燃烧室中的所谓的陶瓷燃烧器或金属燃烧器内，并且使所产生的燃烧气体从燃烧室向上流过燃烧室、向下流经格子体室(check work chamber)，直到最终它们在该格子体室的底部处被排出为止。随着燃烧气体穿过由多个格子砖构成的格子体室，来自燃烧气体的热被传递至格子砖并保留在其中。一旦格子砖已达到足够高的温度，炉中流体流动的方向就反向。将冷风引入到格子体室的底部处并使其流过该格子体室，在该格子体室中，冷风从格子砖吸收热并越过间隔壁且穿过燃烧室，在该燃烧室中，冷风通过炉外壳中的热风出口离开炉以被供应至鼓风炉。

在过去的数年中已对格子砖设计出多种不同的设计和布置。这种格子砖设计的实例例如可参见US 4,436,144，其中描述了一种具有八角形外轮廓以及横截面为四边形的中央通道的格子砖。而且，该砖具有基本均一的壁厚。这种砖优选地以层的形式堆叠并彼此交错。这使得形成了具有用于气体的竖直通道的格子砖堆。为了便于格子砖的堆叠，砖的顶部表面处设置有凸起部并且砖的底部表面处设置有相应的凹入部。

这种格子砖设计的另一实例例如可参见US 2,017,763，其中基本为正方形的格子砖设置有多个通道，每个通道均由矩形部分和锥形部分构成。由于具有多个通道，因此，在这些通道之间形成间隔壁。与US 4,436,144相比，这些间隔壁有助于增加格子砖的强度。多个通道还使得能够增加气体与格子砖之间的总接触表面，进而增加受热表面以用于更好的热交换。

已提出了与US 2,017,763中所公开的格子砖相类似的格子砖，其中，通道具有圆形、正方形或六边形横截面，而具有六边形横截面的通道是尤其优选的，这是由于它们使得间隔壁具有基本均一的厚度。具有六边形横截面的格子砖在商业上还公知为GSI型格子砖。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有更好热力学性能的进一步改进的格子砖。该目的通过如权利要求1中所要求的格子砖来实现。

为了实现该目的，本发明提出了一种格子砖，具体地用于热风炉的格子砖，该格子砖具有顶部表面和相对的底部表面，其中，多个通道从顶部表面延伸至底部表面，以使得流体能够穿过格子砖流动，相邻通道之间形成有间隔壁。根据本发明的一个方面，这些通道具有基于六边形形状的横截面，该六边形形状具有交替的凸出侧和凹入侧。该特定形状使得受热表面增大，即，通道与格子砖之间的表面增大，在此，格子砖和穿过通道的气体之间产生热传递。相对于六边形通道而言，例如相对于存在于现有技术的GSI型格子砖上的六边形通道而言，受热表面可增大近40％。通道的减小的水力学直径导致产生更大的热交换系数。还实现了几乎恒定的自由截面(free cross-section)。因此，包含具有这种横截面的通道的格子砖有着更好的热力学性能。

优选地，相邻通道被布置为使得一个通道的凹入侧面向所相邻通道的凸出侧。相邻通道优选地被布置为使得在相邻通道之间形成具有基本恒定厚度的间隔壁。基本恒定的壁厚使得能够实现均匀的热传递，且更重要地，使得间隔壁自身能够实现均一的升温和降温，因此避免了由于间隔壁内的温度变化而造成的对间隔壁的损坏。

凹入侧可以形成为具有第一半径的曲率，而凸出侧可以形成为具有第二半径的曲率。该第一半径可基本对应于该第二半径。通过使该第一半径和第二半径基本相同，相邻格子砖的凸出侧f(tx+(1-t)y)＜tf_(x)+(1-t)f_(y)和凹入侧f(tx+(1-t)y)＞tf_(x)+(1-t)f_(y)互补。

根据优选实施例，凸出侧具有两个边缘区以及位于这两个边缘区之间的中央区，其中，凸出侧形成为具有第一半径的曲率，凸出侧的中央区形成为具有第二半径的曲率，而凸出侧的边缘区形成为具有第三半径的曲率，该第三半径小于该第一和第二半径。该第三半径可以例如约为该第二半径的一半。该凸出侧的边缘区的较小半径使得能够产生从凸出侧向凹入侧的更平滑的过渡。

有利地，通道沿朝向格子砖顶部表面的方向逐渐变细。

优选地，格子砖具有基本为六边形的横截面，六个侧面从顶部表面延伸至底部表面。

格子砖的侧面有利地设置有沟槽(channel)，这些沟槽具有的横截面与通道的横截面的一半对应；以这样的方式来布置这些沟槽，即，当并排布置两个相邻格子砖时，格子砖的侧面的室形成通道。因此，格子砖的外壁也具有增大的受热表面。而且，当并排布置两个相邻格子砖时，在两个相邻格子砖之间可形成额外的通道。然而，更重要地，正如间隔壁一样，格子砖的外壁也具有基本恒定的厚度。因此，还保证了这些外墙中的均一的热传递。

根据本发明的优选实施例，顶部表面与底部表面中的一个设置有至少一个凸起部，而顶部表面与底部表面中的另一个设置有相应的至少一个凹入部，该至少一个凸起部和至少一个凹入部在所堆叠的格子砖之间形成榫槽接合。该至少一个凸起部可包括位于相应的顶部表面或底部表面上的中央凸起部。该中央凸起部可具有三次旋转对称(3-fold rotational symmetry)的横截面。榫槽接合使得避免了格子砖的不正确地安装。而且，现在的榫槽结构会产生更大的底部面积，这提供了改进的压缩蠕变(creep-in-compression)。因此，可使用由较低质量材料的格子砖来达到相对等的效果，因此降低了格子砖的成本。可将热风炉构造得更小且更轻，这将降低材料成本并缩短装配时间，然而却不降低热风炉的性能。

而且，至少一个凸起部优选地包括外围凸起部，这些外围凸起部位于相应的顶部表面或底部表面的拐角区中，外围凸起部被尺寸设计(dimensioned)并布置为以便与相邻格子砖的外围凸起部互补。可将这些外围凸起部被尺寸设计并布置为以便所具有的横截面与中央凸起部的横截面对应。中央凸起部可与外围凹入部相互作用，同时外围凸起部可与中央凹入部相互作用。因而，凸起部与凹入部的这种结构使得格子砖能够交错地堆叠。由于凸起部和凹入部的形状，从而确保了始终正确地设置格子砖。

还应该注意的是，在本文中，术语“凹入的”应该理解为具有“严格地凹入的”的数学意义，由此排除了直线。类似地，术语“凸出的”应该理解为具有“严格地凸出的”的数学意义，由此排除了直线。

附图说明

本发明将会从以下参照附图对一个非限定性实施例的描述而变得更显而易见，附图中示出了：

图1：根据本发明的格子砖的透视图；

图2：图1的格子砖的通道的横截面图；以及

图3：图1的格子砖的顶部表面上的俯视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的格子砖10。格子砖10具有基本为六边形的横截面，并且具有顶部表面12、相对的底部表面14以及从顶部表面12延伸至底部表面14的六个侧面15。该格子砖设置有从顶部表面12延伸至底部表面14的多个通道16，以使得流体能够穿过格子砖10流动，相邻通道16之间形成有间隔壁18。通道16具有特定的横截面，可参照图2更清楚地描述该横截面。

图2示出了通道16的横截面。该横截面基于如以点划线20表示的六边形形状，然而其中，已将六边形的直侧22改变成交替的凸起侧24和凹入侧26。凹入侧26形成为具有第一半径r1的曲率，而凸起侧24通常形成为具有第二半径r2的曲率。根据图2中所示的具体实施例，凸起侧24包括两个边缘区28、30以及位于这两个边缘区之间的中心区32，凸起侧24的中心区32形成为具有第二半径r2的曲率，而凸起侧24的边缘区28、30形成为具有第三半径r3的曲率，其中，第三半径r3小于第二半径r2。优选地，第三半径r3约为第二半径r2的一半。而且，第一半径r1有利地与第二半径r2基本对应。有利地，这些半径被选择为使得在凸起侧24与凹入侧26之间形成平滑过渡。

还可将通道16的横截面的形状描述为具有六个拐点(inflectionpoint)的封闭有机形状，这些拐点中的每一个均位于六边形形状的拐角上。

图3示出了图1的格子砖的俯视图，其中，可清楚地看出通道16相对于彼此的布置。以这样的方式来布置相邻通道16、16′、16″，即，使得一个通道的凹入侧26面向相邻通道的凸出侧24。而且，布置为使得相邻通道16、16′、16″之间的间隔壁18具有基本恒定的厚度。

如还可以从图3中看出的，格子砖10的侧面15设置有沟槽34，这些沟槽所具有的横截面对应于通道16的横截面的一半。这些通道34被布置为，当并排布置两个相邻格子砖10时，相邻格子砖10的接触侧面15的沟槽34形成通道16。

尽管从附图中无法看出，但通道16沿朝向方格砖10的顶部表面12的方向逐渐变细(taper)，即，底部表面14处的通道16的横截面大于顶部表面12处的通道16的横截面。

设置榫槽接合以改善格子砖10的堆叠能力。如从图1和图3中所看出的，格子砖10的顶部表面12设置有凸起部36，而格子砖10的底部表面14设置有相应的凹入部38。图3所示的六边形格子砖10包括中央凸起部40，该中央凸起部具有三次旋转对称的横截面，由此确保了所堆叠的格子砖的正确定向。该中部凸起部40围绕中央通道16布置，该中央通道被六个相邻通道16所环绕。中央凸起部40具有大体上为三角形的横截面，其中，该三角形的拐角区被倒圆以与三个相邻格子砖的凹入侧26的曲率一致，这三个相邻格子砖的凹入侧26面向中央格子砖。

除了中央凸起部40之外，图3的六边形格子砖10包括外围凸起部42，这些外围凸起部位于顶部表面12的拐角区44中。外围凸起部42所具有的横截面与中央凸起部40的横截面的三分之一对应，并且该外围凸起部被布置为，当并排布置三个相邻格子砖10时，这些相邻格子砖10的外围凸起部42形成与中央凸起部40相对应的凸起部。这使得以交错结构堆叠的格子砖能够正确定向。如从图1中可以看出的(然而，在此未详细描述)，格子砖10的底部表面14包括中间凹入部和外围凹入部。

还应该注意的是，如果顶部表面12上设置有凹入部38，则底部表面14上也可设置有凸起部36。

参考标号

10 格子砖 r2 第二半径

12 顶部表面 28 边缘区

14 底部表面 30 边缘区

15 侧面 32 中央区

16 通道 r3 第三半径

18 间隔壁 34 沟槽

20 六边形形状 36 凸起部

22 直侧 38 凹入部

24 凸起侧 40 中央凸起部

26 凹入侧 42 外围凸起部

r1 第一半径 44 拐角区。

Claims

1.一种格子砖，具体地，用于热风炉的格子砖，所述格子砖包括：

顶部表面以及相对的底部表面，

多个通道，所述多个通道从所述顶部表面延伸至所述底部表面，以使得流体能够穿过所述格子砖流动，

间隔壁，所述间隔壁形成在相邻通道之间，

其特征在于，

所述通道具有基于六边形形状的横截面，其中，所述六边形形状的直侧被凸出侧和凹入侧交替替代，所述横截面具有六个拐点，这些拐点中的每一个均位于六边形形状的拐角上。

2.根据权利要求1所述的格子砖，其中，相邻通道被布置成使得一个通道的凹入侧面向相邻通道的凸出侧。

3.根据权利要求2所述的格子砖，其中，相邻通道被布置成使得在相邻通道之间形成具有恒定厚度的间隔壁。

4.根据权利要求1所述的格子砖，其中：

所述凹入侧形成为具有第一半径(r1)的曲率；并且

所述凸出侧形成为具有第二半径(r2)的曲率。

5.根据权利要求4所述的格子砖，其中，所述第一半径(r1)与所述第二半径(r2)对应。

6.根据权利要求1所述的格子砖，其中，所述凸出侧具有两个边缘区以及位于所述两个边缘区之间的中央区，并且其中：

所述凹入侧形成为具有第一半径(r1)的曲率；并且

所述凸出侧的所述中央区形成为具有第二半径(r2)的曲率，并且所述凸出侧的所述边缘区形成为具有第三半径(r3)的曲率，所述第三半径(r3)小于所述第一半径和第二半径(r2)。

7.根据权利要求6所述的格子砖，其中，所述第一半径(r1)与所述第二半径(r2)对应。

8.根据权利要求6所述的格子砖，其中，所述第三半径(r3)约为所述第二半径(r2)的一半。

9.根据权利要求1所述的格子砖，其中，所述通道沿朝向所述格子砖的所述顶部表面的方向逐渐变细。

10.根据权利要求1所述的格子砖，其中，所述格子砖具有基本为六边形的横截面，六个侧面从所述顶部表面延伸至所述底部表面。

11.根据权利要求10所述的格子砖，其中，所述格子砖的所述侧面设置有沟槽，所述沟槽具有的横截面对应于所述通道的横截面的一半；所述沟槽被布置为，当并排布置两个相邻格子砖时，所述格子砖的所述侧面的所述室形成通道。

12.根据权利要求1所述的格子砖，其中，所述顶部表面与底部表面中的一个设置有至少一个凸起部，而所述顶部表面与底部表面中的另一个设置有相应的至少一个凹入部，所述至少一个凸起部和所述至少一个凹入部在堆叠的格子砖之间形成榫槽接合。

13.根据权利要求12所述的格子砖，其中，所述至少一个凸起部包括位于相应的顶部表面或底部表面上的中央凸起部。

14.根据权利要求12所述的格子砖，其中，所述至少一个凸起部包括位于相应的顶部表面或底部表面上的中央凸起部，并且其中，所述中央凸起部具有三次旋转对称的横截面。

15.根据权利要求12所述的格子砖，其中，所述至少一个凸起部包括位于相应的顶部表面或底部表面的拐角区中的外围凸起部，所述外围凸起部的尺寸被设计并布置为与相邻格子砖的外围凸起部互补。

16.根据权利要求15所述的格子砖，其中，所述外围凸起部的尺寸被设计并布置为具有的横截面与所述中央凸起部的横截面对应，并且其中，所述至少一个凸起部包括位于相应的顶部表面或底部表面的拐角区中的外围凸起部，所述外围凸起部的尺寸被设计并布置为与相邻格子砖的外围凸起部互补。