專利名稱：澆口磚、其砌筑方法及熱風爐蓄熱室的砌磚修補方法
技術領域：
本發明涉及砌在熱風爐蓄熱室內部形成高溫氣體和熱風的熱交換媒體的澆口磚、砌筑澆口磚的方法及熱風爐蓄熱室的砌磚修補方法。
在高爐作業中，為了使裝入高爐中的焦炭燃燒需要大量空氣。空氣借助于由燃燒室1和蓄熱室2組成的熱風爐3(見圖6)經過燃燒氣體的燃燒、磚儲蓄燃燒熱、蓄熱的磚與新的冷風進行熱交換等作用被預熱到700-1300℃之后連續送入高爐。為了連續輸送上述熱風，通常每一座高爐設置3-4座熱風爐3，以便能輪流使用。
可是，為了儲存上述燃燒熱，在蓄熱室2內將方磚(Checker)砌成多層(通常為250層左右)，并且在各澆口磚4中為了形成使在燃燒中獲得的高溫氣體和待加熱的空氣等通過的氣體流路設置多個朝上和朝下的貫通孔5和槽(下面稱上下槽6)。因此，下述的八棱柱狀澆口磚4(見圖8)除了七個貫通孔5之外，還沿磚側面形成十二條上下槽6，因為在砌磚時，上述槽6還與鄰接磚的槽6組合成5個貫通孔[(截面1/2圓槽×6個)+(1/3圓槽×6個]，所以每塊磚總共有十二個貫通孔(氣流通路)。因此，近年來新建的熱風爐3的每一個蓄熱室1共有上下連通的11000-18000個左右的同一直徑的氣體流路。
上述氣體流路在常年的使用中，由于煙塵等隨時間增加越積越多，因局部加熱使磚部分熔融、異物流入等原因可引起氣體流路堵塞。一旦氣體流路途中出現堵塞，該流路整個蓄熱或在熱交換過程中就不能利用，從而影響熱風爐3的熱效率。在對很多高爐進行改造時，曾對熱風爐3中的氣體流路的貫通率進行了調查。圖7用數值示出了調查結果，貫通率平均為蓄熱室總斷面的70.3％，并且周圍的貫通率比中心部分低。對氣體流路的堵塞位置調查表明，這種堵塞大多是由用在蓄熱室2的上半部分的硅石質磚引起的，下半部用高氧化鋁質和粘土質磚時，這種堵塞明顯減少。
一方面，以往高爐十年左右改修一次，因為熱風爐3比高爐壽命長20年左右，所以即使對高爐進行改造，熱風爐3仍照舊使用。如果存在上述貫通率降低的現象，就變成用熱效率非常低的熱風爐3配合改建后的高爐運行。另外，由于近年來高爐已能連續運行15年以上，所以隨著高爐壽命的延長，熱風爐3更需要改進，以延長壽命和提高熱效率。
為此，實開平5-77242號公報提出了如下方案如圖8所示，在由七個貫通孔5和十二個上下槽6形成上下方向的氣體流路的六棱柱狀的澆口磚中，在其頂面和/或底面周圍刻出水平方向的槽(下面稱水平槽9)，使水平槽9與上述上下槽6的端部彼此連通(見圖8(b))。在將磚砌成多層時，水平槽9對有關氣流起旁路作用，因此如果使用澆口磚，在上述氣體流路的一部分中引起堵塞時，氣流可繞過堵塞部位，從而可避免該氣體流路完全堵塞。
另外，實開平5-96046號公報公開了下述澆口磚如圖9及

圖10所示，不是在頂面和/或底面的周圍而是在表面內刻出許多水平槽9，或者在本體的本身上設置許多復雜(例如放射狀)的水平貫通孔10，構成有旁路的六棱柱狀澆口磚。
在上述實開平5-77242號公報記載的澆口磚砌筑方法中，在砌成多層時，約束上下磚的環狀機構11(在貫通孔端部上設置環狀突起)和機構孔12(將貫通孔端部形成環狀階梯結構)設置在以中心通孔為基處在120°位置的三個相同通孔5的上下端上。可是，機構11反而成了氣流的障礙，由于不與水平槽連通而使磚的重疊方向受到限制，從而引起不能自由重疊的缺點。其結果是在上述旁路上留下了不能與水平方向連通的氣體流路。該氣體流路(有機構的氣體流路)相當于全部的25％，如果在該部分引起堵塞，則在氣路中沒有氣體流動，因此即使利用實開平5-77242號公報記載的磚，熱效率的提高也很有限。
一方面實開平5-96046號公報記載的澆口磚可以使所有的氣體流路互相連通形成旁路。可是如果用這種方式形成旁路，磚的結構變得復雜，又引起砌筑時磚的強度下降的問題。另外，使制造磚的工藝復雜，因而不可避免地使制造費用增加。
本發明的目的是鑒于上述情況，打算在提供熱效率的熱風爐和具有高強度易于制造的帶旁通管路的澆口磚及其砌筑方法的同時，還提供利用上述磚和上述砌筑方法修補熱風爐蓄熱室的方法。
為了達到上述目的，本發明人重新評價了現有的帶旁通管路的澆口磚的問題，其結論是在進行修補砌筑多層磚時，機構和機構孔的配置是重要的，為了提高磚的強度，旁通管路的形狀是重要的，為了使氣體通過，旁通管路的深度是非常重要的，這樣便可達到構思本發明的目的。
本發明是對具有下述結構的澆口磚的改進，上述澆口磚包括六棱柱狀磚本體；由一個貫通其中心上下的中心貫通孔、沿著圍繞該中心貫通孔按互成60°角間隔設置的六個貫通孔和在上述本體側面、在六邊形的各頂點和各頂點間的中心位置上刻出并與鄰接的磚的槽配合形成貫通孔的上下槽構成的氣體流路；設置在上述本體上面或下面上的上述6個貫通孔端部上并且用于砌筑上述本體時上下定位的機構(嵌凸部)和機構孔(嵌合凹部)；上述澆口磚的特征在于在本體的一個側面上，將上述機構設置在以中心貫通孔為基準互成120°角間隔上的三個貫通孔的端部上，而在剩下的那三個貫通孔的另一側面端部上設置上述機構孔，同時為了使上述氣體流路間連通，從本體面的上下切出使上述六個貫通孔中沒有設置機構或機構孔的端部和與其鄰接的三個上下槽的端部連通的寬幅的公用槽。
另外，本發明的帶旁通管路的澆口磚的特征還在于，在本體的一面上形成三個上述寬幅公用槽或使上述寬幅公用槽的深度在澆口磚高度的3％以上并在14％以下的范圍之內。
另外，本發明的砌筑帶通管路澆口磚的方法的特征在于在熱風爐蓄熱室上砌筑上述帶旁通管路磚時，使上述各磚的側面彼此無間隙地接觸形成一層；第二層的疊放是使第二層磚的中心貫通孔置于第一層磚的頂點上，并且使機構和機構孔嵌合；第三層的疊放是使第三層磚的中心貫通孔置于上述第一層磚的剩下頂點的鉛直線上，并且使機構和機構孔嵌合，按三層一組反復進行上述砌筑。
此外，本發明帶旁通管路的磚砌筑方法的特征在于除了使上述磚砌成多層之外，還配置不具有旁通管路的常規的澆口磚層。
此外，本發明的熱風爐蓄熱室的砌筑磚修補方法的特征在于在更新由沒有旁通管路的常規的澆口磚砌筑的熱風爐蓄熱室的磚層時，使上述三層一組的帶旁通管路的澆口磚層至少一組介于上述常規的澆口磚層之間，或者將上述熱風爐蓄熱室的磚瓦層沿高度方向分成兩份，保留下面的那份再使用，將帶旁通管路的澆口磚至少一組砌筑在待更新的上方的那層上。
由于本發明把澆口磚砌筑成上述結構，借助于氣體只沿上下方向獨立地流動的11000-18000條的大多數氣體流路僅三層一組地砌筑，便可以使所有的氣體流路在水平方向連通。因此，如果某蓄熱室2的磚瓦層的全部或數組按三層一組配置約250層，即使由于碎片等堵塞氣體流路的一部分，由于可以繞過上述部分，所以不致于使被堵塞的氣體流路完全無效。結果可以限制蓄熱室2的傳熱面積的減少，可以維持高的熱效率。此外，由于旁通管路在磚上面分在三個位置上等間隔地形成，所以比較容易制造，并且可以確保強度。另外，由于根據使旁通管路與上下方向的氣體流路具有同樣的通氣阻力來確定旁通管路的形狀和深度，所以可以使氣體順暢地流到旁路中。另外，如果把本發明的帶砌筑旁通管路的澆口磚及其砌筑方法用于修補蓄熱室，可以全面保證高爐設備的指標，即可以獲得經濟效益和設備的優良性能。
圖1是表示本發明的帶旁通管路的澆口磚的實施方式的斜視圖；圖2是圖1的帶旁通管路的澆口磚的平面圖；圖3是圖2的A-A剖面圖；圖4是用線表示將本發明的帶旁路澆口磚砌筑成三層的狀態平面圖；圖5是圖4的B-B剖面的一部分的縱剖面圖，它表示將本發明的帶旁通管路的澆口磚砌筑成六層情況的連通狀態的圖；圖6是熱風爐的縱剖面圖；圖7是熱風爐蓄熱室磚的氣體流路的貫通率分布圖；圖8是由實開昭5-77242號公報公開的帶旁通管路的澆口磚的圖，其中(a)是斜視圖；(b)是平面圖；圖9是由實開平5-96046號公報公開的帶旁通管路的澆口磚的圖，其中(a)是平面圖，(b)是縱剖面圖；圖10是由實開平5-96046號公報公開的帶旁通管路的澆口磚的另一形式圖，其中(a)是平面圖，(b)是縱剖面圖；圖11是蓄熱室磚的修補方式的縱剖面圖；圖12是蓄熱室磚的另一修補方式的縱剖面圖；圖13是本發明的帶旁通管路的澆口磚介于蓄熱室的修補磚之間情況下的熱風爐熱效率的恢復程度的圖。
首先參照圖1-3說明本發明的帶旁通管路澆口磚的一個實施方式，圖1是帶旁通管路的澆口磚的斜視圖，圖2是圖1的平面圖，圖3是圖2的A-A剖面圖。
如圖1清楚地示出的那樣，磚本體7為高150mm，一邊長136mm的六棱柱，并形成有貫通頂面15和底面16之間的圓形截面的貫通孔5。這些貫通孔5包括位于上述中心位置的一個中心貫通孔13和圍繞該中心貫通孔13并互成60°角間隔的六個貫通孔5，這些貫通孔構成燃燒氣體和空氣獨立沿上下方向通過的氣體流路。
在六棱柱狀磚本體7的各頂點18上有沿該磚本體7的側面14并在上下方向上延伸的六個上下槽6，這些上下槽6的截面積分別等于上述貫通孔面積的1/3。在六邊形的各邊的中間位置21上與上述一樣沿著磚體7的側面14并在上下方向形成截面積等于上述貫通孔5截面積一半的六個上下槽6。在砌筑磚時這十二個上下6槽與相鄰接的磚的上下槽6配合形成與上述貫通孔5同一直徑的孔，構成上下方向氣體流路。
另外，在砌筑磚時在磚本體7的頂面15和底面16上將位于上下的磚彼此定位的機構11和機構孔12設在上述六個貫通孔5中任何一個的端部上。機構11是環狀突起，機構孔12是接收上述突起的截面為圓形的凹部。
雖然本發明的帶旁通管路的澆口磚與現有的澆口磚的形狀基本相同，但在下述幾點與現有的澆口磚不同，因此使用效果在各層也不同。
第一點是機構11和機構孔12的配置，在頂面15和底面16中任何之一上的三個機構11設置在位于相對中心貫通孔13互成120度角距離位置的貫通孔5的端部上，機構孔12設在與設置機構11的面不同的側面上，并設置在沒有設置機構11的貫通孔5的那一端部上。其狀態從圖2中示出的平面上的雙實線和雙虛線(里側)或在圖3中示出的縱剖面圖中可以清楚看出。本發明的這種機構11和機構孔12的配置考慮了使這些帶旁通管路的澆口磚上層與下層的位置錯開重疊的需要。
第二點是旁通管路的形狀，現有的帶旁通管路的澆口磚的旁通管路的形狀能使一條氣體流路間彼此相連通，而本發明能使三條鄰近的氣體流路共同連通。也就是說，從圖2可以清楚看出，在上述六個貫通孔5中，為了使沒有機構11或機構孔12的端部和鄰接這些端部的三條上下槽6的端部連通而在磚的頂面或底面上設置面積比較大的槽(以下稱寬幅公用槽17)。通過把旁通管路加工成這樣的形狀，就可以形成疊層至少與整個氣體流路間連通的旁通管路。
另外，對這種旁通管路而言，盡管上述寬幅公用槽17越深，氣流的阻力越小，但是容易受損傷，盡管槽17越淺，對氣流的阻力越大，但是不易受損傷。本發明人考慮到這個事實進行了有關流體阻力的實驗。本發明的寬幅公用槽17的優選深度的范圍是在磚的高度的3％至14％的范圍內。在本實施例中，其值在5mm-21mm范圍內。
下面參照圖4和圖5說明本發明的上述帶旁通管路的澆口磚的砌筑方法。圖4是表示將這些帶旁通管路的澆口磚砌筑成三層狀態的平面圖。其中第一層是用點劃線描繪的六邊形，第二層是用虛線描繪的六邊形，第三層是用實線描繪的六邊形。本砌筑方法各層共同都是使磚的側面彼此無間隙地接觸，疊放第二層時使磚的中心貫通孔13位于第一層磚的八個頂點18上(一個位置確定后，其它兩個位置自然確定)。疊放第三層時使第三層磚的中心貫通孔18’位于第一層磚的剩下的三個頂點18’的鉛直線上。只要這樣疊放，就可參照前面示出的圖2的平面圖理解，在二層上砌筑時氣體流路中的一半通過上述公用槽17連通，剩下的一半通過第三層連通。因此，本發明把這三層一組作為上述帶旁通管路的澆口磚的砌筑方法的基礎，重復砌筑這種組，用這種帶旁通管路的澆口磚砌筑蓄熱室2的所有的層，或者與沒有旁通管路的澆口磚組合只砌筑適當的層數(以下稱為層)。在圖5中示出了本發明的上述砌筑方法形成六層的例子。即使由于氣體流路中的碎片26等原因使流路堵塞，氣體25還可以通過旁通管路迂回。
因此，將本發明的澆口磚及其砌筑方法用在蓄熱室2的磚的砌筑上，可以長期有效地利用蓄熱室2的整個氣體流路，并可防上蓄熱室2的傳熱面積減少，可以保持高的熱效率。此外，由于旁通管路等間隔地形成在磚面周緣的三個位置上，所以可以比較容易地制造該帶旁通管路的澆口磚，并且可以防止支持砌在上面的磚的支持面積的減少。
下面說明利用本發明的帶旁通管路的澆口磚及其砌筑方法的技術修補熱風爐蓄熱室的磚砌筑方法。
顯然，如果考慮具有高爐的鋼鐵公司的經濟指標，在改造高爐時，當然要部分修補原有的熱風爐3以便再利用。如上所述，根據對蓄熱室2的澆口磚的貫通率的調查，使用一定時間后的貫通率是蓄熱室總斷面的平均值的70.3％，在使用用于蓄熱室外周部分和蓄熱室(砌250層左右)的上半部分的硅石的澆口磚27中出現氣體流路堵塞的現象多，在下半部分的高氧化鋁質28和粘土質29的磚中出現氣體流路堵塞的現象少。沒有旁通管路是這些澆口磚的現狀。
因此，在本發明中，將蓄熱室磚砌筑法作為修補方法提出了兩種修補技術方案一種是在修補由通常的沒有旁通管路的澆口磚19砌筑的熱風爐蓄熱室的磚層時，使上述三層一組的帶旁通管路的磚20的層至少一組介于上述通常的磚19的層之間。另一種方法是使上述熱風爐蓄熱室的磚層沿高度方向分為兩部分，保留下方各層再使用，將帶旁通管路的澆口磚20至少一組砌筑在上方作為更新的上方層。
這些方法的實施方式的例子分別示于圖11和圖12中，其中圖11是關于前者的例子，圖12是關于后者的例子。在圖11中，是使本發明的帶旁通管路的澆口磚20的三層一組的連續磚層介于沒有旁通管路的通常的澆口磚19的層之間。圖12是使蓄熱室的下半部分保留原來砌筑的通常的澆口磚19，將本發明的帶旁通管路的澆口磚20砌筑兩組，再將硅石質無旁通管路的通常澆口磚19重新砌筑上。此外，在本發明的帶旁通管路的澆口磚20的組之間組合有無數種，由于不管用哪一種，都依賴應改造的蓄熱室2的狀態，所以本發明對上述組合沒有限定。
另外，這些修補方法的效果隨使用本發明的帶旁通管路澆口磚20的使用量而變，關于后者以把熱風爐3的熱效率作為評價對象的情況為例，在圖13中，示出了253層中的111層澆口磚更新場合下的實際值和計算值。即圖13的橫軸是代表氣體貫通程度的指數，其值0.0表示挪用舊的常規的澆口磚19的部分的貫通率為70％并且用新的常規的澆口磚19更新的部分也達到70％時的狀態，指數值1.0表示更新的部分的貫通率為100％的狀態。縱軸是根據下式計算的熱風爐的熱效率，圖中用箭頭所示的數字是介于本發明的旁通管路澆口磚之間的量，根據圖13，氣體貫通率是隨著介于沒有旁通管路的通常的澆口磚層之間的本發明的帶旁通管路的澆口磚的數量變化，該圖示出了隨著介于沒有旁通管路的常規澆口磚層之間的本發明旁通管路澆口磚數量增加熱效率提高的情形。作為使本發明的帶旁通管路的澆口磚5介于沒有旁通管路的通常的澆口磚之間的結果，熱風爐3的熱效率顯示出達到90.4％。熱效率(100％)＝(送風熱量-送風空氣的顯熱)/燃料氣體的燃燒值如上所述，按照本發明可以使蓄熱室的全部氣體流路互相連通，因此，利用本發明新建或修補蓄熱室時，可以不使熱風爐效率降低，并且可以重新利用熱風爐。
權利要求
1.一種帶旁通管路的澆口磚具有下述結構，該澆口磚包括六棱柱狀磚本體；由貫通磚本體中心上下的一個中心貫通孔、沿著圍繞該中心孔按互成60°角間隔設置的六個貫通孔和該本體側面，在六邊形的各頂點、各頂點間的中心位置上刻出并與鄰接的磚的槽配合形成貫通孔的上下槽構成的氣體流路，在該本體頂面或底面上設置在上述六個貫通孔的端部上，并在使該本體疊放時限定上下方向的機構(嵌合凸部)和機構孔(嵌合凹部)；其特征在于在本體的一側面上，將上述機構設置在以中心貫通孔為基準在互成120°角間隔上的三個貫通孔端部上，并在剩余的三個貫通孔的另一側面端部上設置上述機構，同時從本體面的上下切出了使上述氣體流路間連通而使在上述六個貫通孔中沒有設置機構或機構孔的端部與靠近該端部的三個上下槽端部連通的寬的公用槽。
2.一種如權利要求1所述的帶旁通管路的澆口磚，其特征在于在本體的一面上形成三個上述寬幅公用槽。
3.如權利要求1或2所述的帶旁通管路的澆口磚，其特征在于使上述寬幅公用槽的深度在澆口磚的高度的3％以上并在14％以下的范圍內。
4.一種砌筑帶旁通管路的澆口磚的方法，其特征在于在將權利要求1、2、或3所述的磚砌筑在熱風爐的蓄熱室上時，使上述各磚的側面彼此無間隙地接觸，形成第一層；將第二層疊放成使第二層磚的中心貫通孔置于第一層磚的頂點上，并使第二層的機構和機構孔嵌合；將第三層疊放成使第三層磚的中心貫通孔置于上述第一層磚的剩下頂點的鉛直線上，并且使第三層的機構和機構孔嵌合，將上述三層作為一組重復進行砌筑。
5.如權利要求4所述的帶旁通管路的磚的砌筑方法，其特征在于除了將權利要求1、2或3所述的磚砌成多層外，還配置沒有旁通管路的常規的澆口磚層。
6.一種熱風爐蓄熱室的磚的砌筑修補方法，其特征在于在更新由不帶有通常旁通管路的澆口磚的熱風爐的蓄熱室磚層時，使上述三層一組的帶旁通管路的澆口磚層至少一組介于上述常規的澆口磚層之間。
7.一種熱風爐蓄熱室的磚砌筑修補方法，其特征在于在修補由沒有旁通管路的常規的澆口磚砌筑的熱風爐蓄熱室的磚層時，將上述熱風爐蓄熱室的磚層沿高度方向分成兩份，留下下方的那份再使用，將帶旁通管路的澆口磚至少一個組砌筑在更新的上方層上。
全文摘要
本發明提供能較方便地生產并可獲得高的熱風爐熱效率的帶旁通管路的澆口磚,砌筑上述磚的方法及熱風爐加熱室的砌筑磚的修補方法,其技術方案是在六棱柱狀的磚主體上備有形成上下方向的氣體流路的七個貫通孔和十二個上下槽,在砌筑磚時,將約束上下磚的機構和機構孔設置在貫通孔端部的磚本體的頂面和底面上,并且使上述機構和機構孔相對磚的中心互成60°角錯開配置,同時為了作為旁通管路,使上述貫通孔中的一個端部和其周圍的上下槽的端部連通,而從磚本體上切出寬幅公用槽。
文檔編號F17D1/00GK1182181SQ97104859
公開日1998年5月20日 申請日期1997年1月30日 優先權日1996年1月30日
發明者小野力生, 相澤完二, 佐藤良親, 藤田昌男, 益本慎一, 上谷年男, 南部正夫, 中島正義, 磯崎敬治 申請人:川崎制鐵株式會社, 川崎爐材株式會社