專利名稱：高爐熱風爐蓄熱格子磚的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及高爐熱風爐用蓄熱體，具體地指一種作為換熱中間媒體的高爐熱風爐蓄熱格子磚。
背景技術：
熱風爐作為高溫蓄熱式換熱裝置，其蓄熱室內砌筑了大量的蓄熱體，在熱風爐的換熱過程中，蓄熱體作為換熱中間媒體，通過周期性的蓄熱(燒爐期)和放熱(送風期)， 實現(xiàn)高爐的高風溫鼓風。蓄熱體的熱工性能直接影響到熱風爐的熱效率與高爐鼓風溫度水平，進而影響到高爐的能耗、冶煉強度等技術經濟指標。熱風爐常用的蓄熱體為格子磚。現(xiàn)有技術研究多為通過縮小格孔尺寸、減薄格子磚的當量厚度以及提高單位體積換熱表面積等手段，來改善格子磚的熱工性能，提高換熱效率、延長使用壽命。授權公告號為CN201072233Y的中國專利《多孔蜂窩狀格子磚》公開了一種孔徑范圍為Φ^ Φ 10mm、格孔數(shù)為31 61的多孔蜂窩狀格子磚，通過減小格孔直徑、增加格孔數(shù)量、提高格子磚換熱表面積來增加格子磚加熱面積與蓄熱體積。然而，受格子磚強度要求的限制，致使換熱表面積的提高幅度有限。同時，其豎向通孔為等直徑通道， 表面換熱系數(shù)低，制約了其換熱效率的進一步提高。公開號為CN1595042A的中國專利《一種熱交換器強化換熱裝置》公開了一種螺旋式或葉片式換熱強化旋流裝置，通過在耐火格子磚的管孔內設置一定數(shù)量的旋流裝置，使格子磚通孔內流體直線流動轉化為強烈的旋轉流動，從而減薄孔壁層流底層厚度，強化表面對流換熱并提高化熱效率。授權公告號為CN201232067Y的中國專利《用于高爐熱風爐的格子磚》公開了一種采用導流片組強化格孔換熱的格子磚，通過在格孔內壁周向均勻間隔設置的導流片組，實現(xiàn)格孔內氣流的旋轉，達到強化格孔壁面換熱的目的。此兩件專利的技術方案為在格子磚的通孔內設置旋流裝置或導流片組，其不足之處在于它不僅增大了格子磚的制作難度與流動阻力，同時也增大了旋流裝置耐火材料的熱應力剝落與通孔堵塞的風險。公開號為CN1414117A的中國專利《熱風爐用組合式蓄熱體》公開了一種由蓄熱磚體和格子磚組成的組合式蓄熱體，格子磚的格子結構形式可為方形、長方形、圓形或多邊形中的任一種；蓄熱磚體可為圓柱體、錐形體或球體中任一種。與現(xiàn)有整體穿孔的格子磚蓄熱體相比，組合式蓄熱體的氣流阻力增加5 10%時，則單位體積的加熱面積可提高50%以上。其不足之處在于組合式結構蓄熱體同樣增大了制作難度與流動阻力，尤其是結構異形的蓄熱磚，同時也增大了蓄熱磚耐火材料的熱應力剝落與通孔堵塞的風險，并降低了蓄熱體的綜合穩(wěn)定性。授權公告號為CN201688705U的中國專利《多孔波浪形蜂窩格子磚》公開了一種多孔波浪形蜂窩格于磚，該格子磚是俯視方向為等邊六邊形的棱柱體，包括上表面、下表面和側壁，所述格子磚表面設置有多個波浪形完整格孔，每個側壁上分別設置有間距相同的波浪形半孔，每個棱上各設置一個三分之一波浪形孔，解決帶圓孔格子磚傳熱面積偏小和熱交換面積提高困難的難題。雖然波浪形格孔有效地擴展了格孔的換熱表面積，但波峰波谷間換熱條件存在差異，導致波浪形格孔溫差熱應力大，在格子磚吸熱與放熱交替變化過程中，易引起波峰耐火材料熱應力剝落，不僅惡化了格子磚的換熱效果，還可能導致格孔通道堵塞。文獻《熱風爐蓄熱體高發(fā)射率節(jié)能涂層的制備及應用》(鋼鐵，2007，42(12)， 81-84) —文報道了在熱風爐格子磚表面制備高輻射涂層及其應用效果，通過在350m3和 1750m3高爐熱風爐上的應用，使熱風溫度分別提高571和，同時減小送風溫度的波動， 降低廢氣排放溫度，節(jié)約燃料消耗10%左右。雖然高輻射率涂層增強了格孔避免的輻射換熱性能，強化了輻射氣體與格孔壁面之間的輻射換熱，但由于格孔直徑小，氣體輻射平均射線行程短，輻射換熱對綜合換熱貢獻較小，同時，送風期的空氣中主要為非極性分子，不易發(fā)生輻射傳熱，從而影響了高輻射率涂層的實際使用效果。授權公告號為CN201318798Y的中國專利《新型多孔格子磚》公開了一種豎向通孔由等直徑段與變直徑段構成的多孔格子磚，變直徑段外口與磚體上相連的斜向大孔徑構成喇叭狀通道，等直徑段的外底面上有與等直徑段相通的平行水平通道；其堆砌方法是在一個層面上相鄰格子磚水平通道相通，便于氣流的水平方向流動，在上下格子磚之間是小孔徑連接大孔徑，通過格孔形狀的突變強化對流換熱。其不足之處在于等直徑段與變直徑段交界部截面面積的快速變化，導致氣流沖刷磨損嚴重，特別是上下格子磚之間是小孔徑與大孔徑連接，由于通孔截面積的突變，導致磨損劇烈與內凹部的熱應力剝落，增大了通孔的流動阻力與堵塞的風險。
發(fā)明內容本實用新型的目的就是要提供一種表面對流換熱能力強，具有抗沖刷磨損、抗熱震與熱應力破損能力的高爐熱風爐蓄熱格子磚，解決格孔內氣流分布不均勻、粉塵堆積與格孔堵塞的技術問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所設計的高爐熱風爐蓄熱格子磚包括磚體，磚體上開設有若干個垂直貫穿的格孔。所述格孔由相對于磚體的中位橫截面自上而下對稱布置的截面漸縮段和截面漸擴段構成，所述格孔呈兩端粗中間細狀。進一步地，為了保證格孔通道波峰和波谷的圓滑過渡，所述截面漸縮段和截面漸擴段沿中心軸線的截面輪廓線由以中心軸線為基準外凸或內凹的三段弧線相切而成，靠近磚體上下端面為外凸弧線，靠近磚體中部為內凹弧線，所述外凸弧線和內凹弧線的半徑相同，外凸弧線弧度為內凹弧線弧度的一半。再進一步地，所述磚體為等邊六邊形棱柱體。所述磚體上設置有間距相同、均勻分布的完整格孔；所述磚體的每個側壁面上還設置有間距相同、均勻分布的半格孔；所述磚體的每個棱上還設置有三分之一格孔，使格子磚砌筑后形成完整的格孔通道。所述完整格孔的數(shù)量為7、19、31、37、61或91，對應磚體每個側壁面上的半格孔的數(shù)量分別為1、2、1、3、 4或5。更進一步地，所述磚體的上下端面設置有用于連通相鄰格孔的凹槽，在上下層格子磚結合面形成水平通道，促使氣流均勻分布；為避免各層格子磚的格孔錯位，保證格孔通道的連續(xù)性，所述磚體的上端面設置有鎖槽，所述磚體的下端面設置有與鎖槽尺寸和數(shù)量相對應的凸臺。本實用新型的優(yōu)點在于所設計的高爐熱風爐蓄熱格子磚的格孔通道采用截面漸縮段和截面漸擴段結構，且其中垂截面輪廓線為相切的外凸和內凹弧線設計，每層格子磚的格孔形成一個完整的收縮與擴張段，多層格子磚砌筑形成的格孔通道為周期性收縮與擴張的波紋管式通道，并通過波紋管式通道中波峰與波谷對流體的擾動，加強了格孔通道表面對流換熱能力。此外，由于保證了格孔波紋管式通道的波峰、波谷的圓滑過渡，提高了波紋管式通道的抗沖刷磨損、抗熱震與熱應力破損能力，解決了粉塵堆積與格孔堵塞的技術問題。通過格子磚體上下端面設置的與格子磚正六邊形兩條相鄰邊平行的凹槽，在上下層格子磚結合面形成水平通道，促使了氣流的均勻分布。與常規(guī)的圓錐形格孔相比，格孔壁面擴展面積增加一倍，換熱強化效果大幅提高。 通過磚體上端面的鎖槽與下端面的凸臺相互咬合，在多層格子磚的砌筑過程中，避免了各層格子磚的格孔錯位，保證格孔通道的連續(xù)性，提高了蓄熱室格子磚的整體穩(wěn)定性。

圖1是本實用新型高爐熱風爐蓄熱格子磚的俯視結構示意圖。圖2是圖1中的A-A剖視結構示意圖。圖3是多層格子磚組合后的格孔通道結構示意圖。圖4是多塊格子磚組合后的平面結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述。如圖1和圖2所示，本實用新型的高爐熱風爐蓄熱格子磚包括等邊六邊形棱柱體形的磚體1，磚體1上開設有若干個垂直貫穿的格孔2。格孔2由相對于磚體1的中位橫截面Ia自上而下對稱布置的截面漸縮段加和截面漸擴段2b構成，格孔2呈兩端粗中間細狀。 截面漸縮段加和截面漸擴段2b沿中心軸線的截面輪廓線由以中心軸線為基準外凸或內凹的三段弧線相切而成，靠近磚體1上下端面為外凸弧線a，靠近磚體1中部為內凹弧線b，所述外凸弧線a和內凹弧線b的半徑相同，外凸弧線a弧度為內凹弧線b弧度的一半。每層格子磚的格孔2形成一個完整的收縮與擴張段，多層格子磚砌筑形成的格孔2通道為周期性收縮與擴張的波紋管式通道，并通過波紋管式通道中波峰與波谷對流體的擾動，加強了格孔2通道表面對流換熱能力。實際制作中，磚體1上設置有間距相同、均勻分布的完整格孔2 ；磚體1的每個側壁面上還設置有間距相同、均勻分布的半格孔3 ；磚體1的每個棱上還設置有三分之一格孔 4。完整格孔2的數(shù)量可以為7、19、31、37、61或91，對應磚體1每個側壁面上的半格孔3的數(shù)量分別為1、2、1、3、4或5。磚體的上端面設置有鎖槽lc，下端面設置有與鎖槽Ic尺寸和數(shù)量相對應的凸臺 Id。在多層格子磚的砌筑過程中，通過下層磚體1的鎖槽Ic與上層磚體1的凸臺Id相互咬合，避免各層格子磚的格孔2錯位，保證格孔2通道的連續(xù)性，提高了蓄熱室格子磚的整體穩(wěn)定性。多層格子磚組合后的格孔通道結構如圖3所示。磚體1的上下端面設置有凹槽 lb，用于連通相鄰格孔2，形成上下層格子磚結合面水平通道，促使氣流均勻分布。多塊格子磚組合后的平面結構如圖4所示。
權利要求1.一種高爐熱風爐蓄熱格子磚，包括磚體(1)，磚體(1)上開設有若干個垂直貫穿的格孔O)，其特征在于所述格孔O)由相對于磚體(1)的中位橫截面(Ia)自上而下對稱布置的截面漸縮段Oa)和截面漸擴段Ob)構成，所述格孔( 呈兩端粗中間細狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述截面漸縮段Oa) 和截面漸擴段Ob)沿中心軸線的截面輪廓線由以中心軸線為基準外凸或內凹的三段弧線相切而成，靠近磚體(1)上下端面為外凸弧線(a)，靠近磚體(1)中部為內凹弧線(b)，所述外凸弧線(a)和內凹弧線(b)的半徑相同，外凸弧線(a)弧度為內凹弧線(b)弧度的一半。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述磚體(1)為等邊六邊形棱柱體；所述磚體(1)上設置有間距相同、均勻分布的完整格孔O)；所述磚體 ⑴的每個側壁面上還設置有間距相同、均勻分布的半格孔⑶；所述磚體⑴的每個棱上還設置有三分之一格孔(4)。
4.根據(jù)權利要求3所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述完整格孔O)的數(shù)量為7、19、31、37、61或91，對應磚體(1)每個側壁面上的半格孔(3)的數(shù)量分別為1、2、 1、3、4 或 5。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述磚體(1)的上下端面設置有用于連通相鄰格孔O)的凹槽(lb)。
6.根據(jù)權利要求3所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述磚體(1)的上下端面設置有用于連通相鄰格孔O)的凹槽(lb)。
7.根據(jù)權利要求4所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述磚體(1)的上下端面設置有用于連通相鄰格孔O)的凹槽(lb)。
8.根據(jù)權利要求5所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述磚體的上端面設置有鎖槽(Ic)，所述磚體的下端面設置有與鎖槽(Ic)尺寸和數(shù)量相對應的凸臺(Id)。
9.根據(jù)權利要求6所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述磚體的上端面設置有鎖槽(Ic)，所述磚體的下端面設置有與鎖槽(Ic)尺寸和數(shù)量相對應的凸臺(Id)。
10.根據(jù)權利要求7所述的高爐熱風爐蓄熱格子磚，其特征在于所述磚體的上端面設置有鎖槽(Ic)，所述磚體的下端面設置有與鎖槽(Ic)尺寸和數(shù)量相對應的凸臺(Id)。
專利摘要一種高爐熱風爐蓄熱格子磚，包括磚體，磚體上開設有若干個垂直貫穿的格孔。所述格孔由相對于磚體的中位橫截面自上而下對稱布置的截面漸縮段和截面漸擴段構成，所述格孔呈兩端粗中間細狀。截面漸縮段和截面漸擴段沿中心軸線的截面輪廓線由以中心軸線為基準外凸或內凹的三段弧線相切而成，靠近磚體上下端面為外凸弧線，靠近磚體中部為內凹弧線。本實用新型砌筑形成的格孔通道為周期性收縮與擴張的波紋管式通道，表面對流換熱能力強，抗沖刷磨損、抗熱震與熱應力破損能力高，解決了粉塵堆積與格孔堵塞的技術問題。通過格子磚體上下端面設置凹槽，在上下層格子磚結合面形成水平通道，氣流分布均勻。
文檔編號C21B9/06GK202039080SQ201120104390
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權日2011年4月12日
發(fā)明者宋中華, 李懷遠, 歐陽德剛, 趙思 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司