專利名稱：格子磚的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明涉及一種格子磚，具體地，涉及用于在換熱器中(具體地，在熱 風爐中)補償熱的耐火格子磚。
背景技術(shù)：
在冶金工業(yè)中，對用于鼓風爐的空氣的預(yù)熱通常是在鄰近的公知為熱風爐的蓄熱 加熱器(regenerative heater)中進行的。對于具有內(nèi)燃燒室的爐來說，這些爐通常由圓柱 形耐火壁和內(nèi)部豎直間隔壁組成，該內(nèi)部豎直間隔壁將爐劃分成燃燒室以及由格子磚構(gòu)成 的蓄熱室，或者對于具有外部燃燒室的爐來說，這些爐通常由具有連接圓頂(dome)的兩個 圓柱形的耐火材料內(nèi)襯室組成。通過一個或兩個開口將空氣和燃料引入到用于燃燒的燃燒 室中的所謂的陶瓷燃燒器或金屬燃燒器內(nèi)，并且使所產(chǎn)生的燃燒氣體從燃燒室向上流過燃 燒室、向下流經(jīng)格子體室(check work chamber)，直到最終它們在該格子體室的底部處被 排出為止。隨著燃燒氣體穿過由多個格子磚構(gòu)成的格子體室，來自燃燒氣體的熱被傳遞至 格子磚并保留在其中。一旦格子磚已達到足夠高的溫度，爐中流體流動的方向就反向。將 冷風引入到格子體室的底部處并使其流過該格子體室，在該格子體室中，冷風從格子磚吸 收熱并越過間隔壁且穿過燃燒室，在該燃燒室中，冷風通過爐外殼中的熱風出口離開爐以 被供應(yīng)至鼓風爐。在過去的數(shù)年中已對格子磚設(shè)計出多種不同的設(shè)計和布置。這種格子磚設(shè)計的實 例例如可參見US 4，436，144，其中描述了一種具有八角形外輪廓以及橫截面為四邊形的中 央通道的格子磚。而且，該磚具有基本均一的壁厚。這種磚優(yōu)選地以層的形式堆疊并彼此 交錯。這使得形成了具有用于氣體的豎直通道的格子磚堆。為了便于格子磚的堆疊，磚的 頂部表面處設(shè)置有凸起部并且磚的底部表面處設(shè)置有相應(yīng)的凹入部。這種格子磚設(shè)計的另一實例例如可參見US 2，017，763，其中基本為正方形的格子 磚設(shè)置有多個通道，每個通道均由矩形部分和錐形部分構(gòu)成。由于具有多個通道，因此，在 這些通道之間形成間隔壁。與US 4，436，144相比，這些間隔壁有助于增加格子磚的強度。 多個通道還使得能夠增加氣體與格子磚之間的總接觸表面，進而增加受熱表面以用于更好 的熱交換。已提出了與US 2,017, 763中所公開的格子磚相類似的格子磚，其中，通道具有圓 形、正方形或六邊形橫截面，而具有六邊形橫截面的通道是尤其優(yōu)選的，這是由于它們使得 間隔壁具有基本均一的厚度。具有六邊形橫截面的格子磚在商業(yè)上還公知為GSI型格子 磚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有更好熱力學性能的進一步改進的格子磚。該目的通 過如權(quán)利要求1中所要求的格子磚來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明提出了一種格子磚，具體地用于熱風爐的格子磚，該格子磚具有頂部表面和相對的底部表面，其中，多個通道從頂部表面延伸至底部表面，以使得流 體能夠穿過格子磚流動，相鄰通道之間形成有間隔壁。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這些通道具 有基于六邊形形狀的橫截面，該六邊形形狀具有交替的凸出側(cè)和凹入側(cè)。該特定形狀使得 受熱表面增大，即，通道與格子磚之間的表面增大，在此，格子磚和穿過通道的氣體之間產(chǎn) 生熱傳遞。相對于六邊形通道而言，例如相對于存在于現(xiàn)有技術(shù)的GSI型格子磚上的六邊 形通道而言，受熱表面可增大近40%。通道的減小的水力學直徑導致產(chǎn)生更大的熱交換系 數(shù)。還實現(xiàn)了幾乎恒定的自由截面(free cross-section)。因此，包含具有這種橫截面的 通道的格子磚有著更好的熱力學性能。優(yōu)選地，相鄰通道被布置為使得一個通道的凹入側(cè)面向所相鄰通道的凸出側(cè)。相 鄰通道優(yōu)選地被布置為使得在相鄰通道之間形成具有基本恒定厚度的間隔壁?；竞愣ǖ?壁厚使得能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的熱傳遞，且更重要地，使得間隔壁自身能夠?qū)崿F(xiàn)均一的升溫和降 溫，因此避免了由于間隔壁內(nèi)的溫度變化而造成的對間隔壁的損壞。凹入側(cè)可以形成為具有第一半徑的曲率，而凸出側(cè)可以形成為具有第二半徑的曲 率。該第一半徑可基本對應(yīng)于該第二半徑。通過使該第一半徑和第二半徑基本相同，相鄰 格子磚的凸出側(cè) f (tx+(l-t) y) < tf(x)+(l-t) f(y)和凹入側(cè) f (tx+(l-t) y) > tf(x)+ (l_t) f(y) 互補。根據(jù)優(yōu)選實施例，凸出側(cè)具有兩個邊緣區(qū)以及位于這兩個邊緣區(qū)之間的中央?yún)^(qū)， 其中，凸出側(cè)形成為具有第一半徑的曲率，凸出側(cè)的中央?yún)^(qū)形成為具有第二半徑的曲率，而 凸出側(cè)的邊緣區(qū)形成為具有第三半徑的曲率，該第三半徑小于該第一和第二半徑。該第三 半徑可以例如約為該第二半徑的一半。該凸出側(cè)的邊緣區(qū)的較小半徑使得能夠產(chǎn)生從凸出 側(cè)向凹入側(cè)的更平滑的過渡。有利地，通道沿朝向格子磚頂部表面的方向逐漸變細。優(yōu)選地，格子磚具有基本為六邊形的橫截面，六個側(cè)面從頂部表面延伸至底部表格子磚的側(cè)面有利地設(shè)置有溝槽(channel)，這些溝槽具有的橫截面與通道的橫 截面的一半對應(yīng)；以這樣的方式來布置這些溝槽，即，當并排布置兩個相鄰格子磚時，格子 磚的側(cè)面的室形成通道。因此，格子磚的外壁也具有增大的受熱表面。而且，當并排布置兩 個相鄰格子磚時，在兩個相鄰格子磚之間可形成額外的通道。然而，更重要地，正如間隔壁 一樣，格子磚的外壁也具有基本恒定的厚度。因此，還保證了這些外墻中的均一的熱傳遞。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，頂部表面與底部表面中的一個設(shè)置有至少一個凸起 部，而頂部表面與底部表面中的另一個設(shè)置有相應(yīng)的至少一個凹入部，該至少一個凸起部 和至少一個凹入部在所堆疊的格子磚之間形成榫槽接合。該至少一個凸起部可包括位于 相應(yīng)的頂部表面或底部表面上的中央凸起部。該中央凸起部可具有三次旋轉(zhuǎn)對稱(3-fold rotational symmetry)的橫截面。榫槽接合使得避免了格子磚的不正確地安裝。而且，現(xiàn)在 的榫槽結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生更大的底部面積，這提供了改進的壓縮蠕變(ere印-in-compression)。 因此，可使用由較低質(zhì)量材料的格子磚來達到相對等的效果，因此降低了格子磚的成本?？?將熱風爐構(gòu)造得更小且更輕，這將降低材料成本并縮短裝配時間，然而卻不降低熱風爐的 性能。而且，至少一個凸起部優(yōu)選地包括外圍凸起部，這些外圍凸起部位于相應(yīng)的頂部
5表面或底部表面的拐角區(qū)中，外圍凸起部被尺寸設(shè)計(dimensioned)并布置為以便與相鄰 格子磚的外圍凸起部互補?？蓪⑦@些外圍凸起部被尺寸設(shè)計并布置為以便所具有的橫截面 與中央凸起部的橫截面對應(yīng)。中央凸起部可與外圍凹入部相互作用，同時外圍凸起部可與 中央凹入部相互作用。因而，凸起部與凹入部的這種結(jié)構(gòu)使得格子磚能夠交錯地堆疊。由 于凸起部和凹入部的形狀，從而確保了始終正確地設(shè)置格子磚。還應(yīng)該注意的是，在本文中，術(shù)語“凹入的”應(yīng)該理解為具有“嚴格地凹入的”的數(shù) 學意義，由此排除了直線。類似地，術(shù)語“凸出的”應(yīng)該理解為具有“嚴格地凸出的”的數(shù)學 意義，由此排除了直線。


本發(fā)明將會從以下參照附圖對一個非限定性實施例的描述而變得更顯而易見，附 圖中示出了圖1 根據(jù)本發(fā)明的格子磚的透視圖；圖2 圖1的格子磚的通道的橫截面圖；以及圖3 圖1的格子磚的頂部表面上的俯視圖。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的格子磚10。格子磚10具有基本為六邊形的橫截面，并且 具有頂部表面12、相對的底部表面14以及從頂部表面12延伸至底部表面14的六個側(cè)面 15。該格子磚設(shè)置有從頂部表面12延伸至底部表面14的多個通道16，以使得流體能夠穿 過格子磚10流動，相鄰通道16之間形成有間隔壁18。通道16具有特定的橫截面，可參照 圖2更清楚地描述該橫截面。圖2示出了通道16的橫截面。該橫截面基于如以點劃線20表示的六邊形形狀， 然而其中，已將六邊形的直側(cè)22改變成交替的凸起側(cè)24和凹入側(cè)26。凹入側(cè)26形成為具 有第一半徑rl的曲率，而凸起側(cè)24通常形成為具有第二半徑r2的曲率。根據(jù)圖2中所示 的具體實施例，凸起側(cè)24包括兩個邊緣區(qū)28、30以及位于這兩個邊緣區(qū)之間的中心區(qū)32， 凸起側(cè)24的中心區(qū)32形成為具有第二半徑r2的曲率，而凸起側(cè)24的邊緣區(qū)28、30形成 為具有第三半徑r3的曲率，其中，第三半徑r3小于第二半徑r2。優(yōu)選地，第三半徑r3約為 第二半徑r2的一半。而且，第一半徑rl有利地與第二半徑r2基本對應(yīng)。有利地，這些半 徑被選擇為使得在凸起側(cè)24與凹入側(cè)26之間形成平滑過渡。還可將通道16的橫截面的形狀描述為具有六個拐點(inflectionpoint)的封閉 有機形狀，這些拐點中的每一個均位于六邊形形狀的拐角上。圖3示出了圖1的格子磚的俯視圖，其中，可清楚地看出通道16相對于彼此的布 置。以這樣的方式來布置相鄰通道16、16'、16〃，S卩，使得一個通道的凹入側(cè)26面向相鄰 通道的凸出側(cè)24。而且，布置為使得相鄰通道16、16'、16"之間的間隔壁18具有基本恒 定的厚度。如還可以從圖3中看出的，格子磚10的側(cè)面15設(shè)置有溝槽34，這些溝槽所具有的 橫截面對應(yīng)于通道16的橫截面的一半。這些通道34被布置為，當并排布置兩個相鄰格子 磚10時，相鄰格子磚10的接觸側(cè)面15的溝槽34形成通道16。
盡管從附圖中無法看出，但通道16沿朝向方格磚10的頂部表面12的方向逐漸變 細(taper)，即，底部表面14處的通道16的橫截面大于頂部表面12處的通道16的橫截面。設(shè)置榫槽接合以改善格子磚10的堆疊能力。如從圖1和圖3中所看出的，格子磚 10的頂部表面12設(shè)置有凸起部36，而格子磚10的底部表面14設(shè)置有相應(yīng)的凹入部38。 圖3所示的六邊形格子磚10包括中央凸起部40，該中央凸起部具有三次旋轉(zhuǎn)對稱的橫截 面，由此確保了所堆疊的格子磚的正確定向。該中部凸起部40圍繞中央通道16布置，該中 央通道被六個相鄰通道16所環(huán)繞。中央凸起部40具有大體上為三角形的橫截面，其中，該 三角形的拐角區(qū)被倒圓以與三個相鄰格子磚的凹入側(cè)26的曲率一致，這三個相鄰格子磚 的凹入側(cè)26面向中央格子磚。除了中央凸起部40之外，圖3的六邊形格子磚10包括外圍凸起部42，這些外圍凸 起部位于頂部表面12的拐角區(qū)44中。外圍凸起部42所具有的橫截面與中央凸起部40的 橫截面的三分之一對應(yīng)，并且該外圍凸起部被布置為，當并排布置三個相鄰格子磚10時， 這些相鄰格子磚10的外圍凸起部42形成與中央凸起部40相對應(yīng)的凸起部。這使得以交 錯結(jié)構(gòu)堆疊的格子磚能夠正確定向。如從圖1中可以看出的(然而，在此未詳細描述)，格 子磚10的底部表面14包括中間凹入部和外圍凹入部。還應(yīng)該注意的是，如果頂部表面12上設(shè)置有凹入部38，則底部表面14上也可設(shè)置 有凸起部36。參考標號
10格子磚r2第二半徑
12頂部表面28邊緣區(qū)
14底部表面30邊緣區(qū)
15側(cè)面32中央?yún)^(qū)
16通道r3第三半徑
18間隔壁34溝槽
20六邊形形狀36凸起部
22直側(cè)38凹入部
24凸起側(cè)40中央凸起部
26凹入側(cè)42外圍凸起部
rl第一半徑44拐角區(qū)。
權(quán)利要求
一種格子磚，具體地，用于熱風爐的格子磚，所述格子磚包括頂部表面以及相對的底部表面，多個通道，所述多個通道從所述頂部表面延伸至所述底部表面，以使得流體能夠穿過所述格子磚流動，間隔壁，所述間隔壁形成在相鄰通道之間，其特征在于，所述通道具有基于六邊形形狀的橫截面，所述六邊形形狀具有交替的凸出側(cè)和凹入側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的格子磚，其中，相鄰通道被布置成使得一個通道的凹入側(cè)面 向相鄰通道的凸出側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的格子磚，其中，相鄰通道被布置成使得在相鄰通道之間形成 具有基本恒定的厚度的間隔壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的格子磚，其中 所述凹入側(cè)形成為具有第一半徑(rl)的曲率；并且 所述凸出側(cè)形成為具有第二半徑(r2)的曲率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的格子磚，其中，所述凸出側(cè)具有兩個邊緣區(qū)以及 位于所述兩個邊緣區(qū)之間的中央?yún)^(qū)，并且其中所述凹入側(cè)形成為具有第一半徑(rl)的曲率；并且所述凸出側(cè)的所述中央?yún)^(qū)形成為具有第二半徑(r2)的曲率，并且所述凸出側(cè)的所述 邊緣區(qū)形成為具有第三半徑(r3)的曲率，所述第三半徑(r3)小于所述第一半徑和第二半 徑(r2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的格子磚，其中，所述第一半徑(rl)與所述第二半徑(r2)基本對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的格子磚，其中，所述第三半徑(r3)約為所述第二半徑 (r2)的一半。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的格子磚，其中，所述通道沿朝向所述格子磚的所 述頂部表面的方向逐漸變細。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的格子磚，其中，所述格子磚具有基本為六邊形的 橫截面，六個側(cè)面從所述頂部表面延伸至所述底部表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的格子磚，其中，所述格子磚的所述側(cè)面設(shè)置有溝槽，所述溝 道具有的橫截面對應(yīng)于所述通道的橫截面的一半；所述溝槽被布置為，當并排布置兩個相 鄰格子磚時，所述格子磚的所述側(cè)面的所述室形成通道。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的格子磚，其中，所述頂部表面與底部表面中的一 個設(shè)置有至少一個凸起部，而所述頂部表面與底部表面中的另一個設(shè)置有相應(yīng)的至少一個 凹入部，所述至少一個凸起部和所述至少一個凹入部在堆疊的格子磚之間形成榫槽接合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的格子磚，其中，所述至少一個凸起部包括位于相應(yīng)的頂部 表面或底部表面上的中央凸起部。
13.根據(jù)權(quán)利要求9和12所述的格子磚，其中，所述中央凸起部具有三次旋轉(zhuǎn)對稱的橫 截面。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項所述的格子磚，其中，所述至少一個凸起部包括位 于相應(yīng)的頂部表面或底部表面的拐角區(qū)中的外圍凸起部，所述外圍凸起部的尺寸被設(shè)計并 布置為與相鄰格子磚的外圍凸起部互補。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或14所述的格子磚，其中，所述外圍凸起部的尺寸被設(shè)計并布置 為具有的橫截面與所述中央凸起部的橫截面對應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種格子磚(10)，具體地，用于熱風爐的格子磚，該格子磚具有頂部表面(12)以及相對的底部表面(14)，其中，多個通道(16)從頂部表面(12)延伸至底部表面(14)，以使得流體穿過格子磚(10)流動，相鄰通道(16)之間形成有間隔壁(18)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通道(16)具有基于六邊形形狀(20)的橫截面，該六邊形形狀具有交替的凸出側(cè)(24)和凹入側(cè)(26)。
文檔編號F27D1/04GK101960244SQ200880127503
公開日2011年1月26日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者亞歷山大·克利馬 申請人:保爾伍斯耐火材料與工程有限責任公司