专利名称：格子砖的制作方法
技术领域：
一般而言，本实用新型涉及一种格子砖，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
知为热风炉的蓄热力口热器(regenerative heater)中进4亍的。-寸于具 有内燃烧室的炉来i兌，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石争构成的 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 4妄圓顶(dome)的两个圓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、向下流经才各子体室(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^皮供应至鼓风 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石t 。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4皮此交 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 i殳置有相应的凹入部。
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，通道具有圓形、正方形或六边形4黄截面，而具有六边形4黄截 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。
实用新型内容
本实用新型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，本实用新型提出了一种格子砖，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。根据本实用新型的一个方面， 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j吏得受热表面增大，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jt匕，包含具有这种才黄截面的通道的 格子砖有着更好的热力学性能。
优选地，相邻通道^皮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〗吏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，4吏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4员坏、。
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^圣。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 /(" + (1 -,)力< ()+ (1 - 和凹入侧/(" + (1 -,)力 > 《,)+ (1 -,)/(,)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4交小半 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，通道沿朝向格子石争顶部表面的方向逐渐变细。
优选地，4各子石t具有基本为六边形的4黄截面，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 才黄截面与通道的4黄截面的一半对应；以这4羊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，在两个相邻格子石争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。
才艮据本实用新型的优选实施例，顶部表面与底部表面中的一个 i殳置有至少一个凸起部，而顶部表面与底部表面中的另一个i殳置有 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i走转对称(3-fold rotational symmetry )的4黄截面。榫槽4妄合4吏4寻 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4是供了 ？文进的压缩蠕变(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^f氐材料 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，夕卜围凸起部^皮尺寸 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4黄截面与 中央凸起部的4黄截面对应。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。
本实用新型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:根据本实用新型的格子砖的透视图； 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示出了根据本实用新型的格子砖10。格子砖10具有基本 为六边形的才黄截面，并且具有顶部表面12、坤目只于的底部表面14以 及乂人顶部表面12延伸至底部表面14的六个侧面15。该格子石专设置 有乂人顶部表面12延伸至底部表面14的多个通道16，以偵j寻流体能 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具有特定的片黄截面，可参照图2更清楚i也描述该横截面。
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4齐的 凸起侧24和凹入侧26。凹入侧26形成为具有第 一半径rl的曲率， 而凸起侧24通常形成为具有第二半径r2的曲率。才艮据图2中所示 的具体实施例，凸起侧24包4舌两个边纟彖区28、 30以及4立于这两个 边纟彖区之间的中心区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rl有利;也与第二半 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(inflection point)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，佳—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/人图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34一皮布置为，当并排布置两个相邻才各子石争10时，相邻格子砖10 的4妄触侧面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4黄 截面大于顶部表面12处的通道16的横截面。
-没置4隼槽4妄合以改善格子石争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14i殳置有相应的凹入部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石争的正确定向。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 区被倒圓以与三个相邻格子石f的凹入侧26的曲率一致，这三个相 邻格子石争的凹入侧26面向中央格子石争。
除了中央凸起部40之外，图3的六边形格子石t 10包4舌外围凸 起部42,这些外围凸起部位于顶部表面12的拐角区44中。夕卜围凸 起部42所具有的横截面与中央凸起部40的对黄截面的三分之一对 应，并且该外围凸起部^皮布置为，当并4非布置三个相邻格子石争10 时，这些相邻才各子砖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4舌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i殳置有凹入部38,则底 部表面14上也可i殳置有凸起部36。参考标号
10 格子石专
12 顶部表面
14 底部表面
15 ,J面
16 通道 18 间隔壁
20 六边形形^l犬
22 直侧
24 凸起烦寸
26 凹入俩J
rl 第一半径
r2 第二半径
28 边缘区
30 边缘区
32 中央区
r3 第三半径
34 沟槽
36 凸起部
38 凹入部
40 中央凸起部
42 外围凸起部
44 拐角区。
权利要求1. 一种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，所述六边形形状具有交替的凸出侧和凹入侧。
2. 根据权利要求1所述的格子砖，其特征在于，相邻通道被布置 成偵j寻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，其特征在于，相邻通道被布置 成使得在相邻通道之间形成具有基本恒定的厚度的间隔壁。
4. 根据权利要求1所述的格子砖，其特征在于所述凹入侧形成为具有第一半径(rl )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1所述的格子砖，其特征在于，所述凸出側具有 两个边纟彖区以及位于所述两个边纟彖区之间的中央区，并且其 中所述凹入侧形成为具有第一半径(rl )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)。
6. 根据权利要求4所述的格子砖，其特征在于，所述第一半径(rl)与所述第二半径(r2)基本对应。
7. 根据权利要求5所述的格子砖，其特征在于，所述第三半径(r3)约为所述第二半径(r2)的一半。
8. 根椐权利要求1所述的格子砖，其特征在于，所述通道沿朝向 所述一各子^"的所述顶部表面的方向逐渐变细。
9. 根据权利要求1所述的格子砖，其特征在于，所述格子砖具有 基本为六边形的橫截面，六个侧面从所述顶部表面延伸至所述 底部表面。
10. 根据权利要求9所述的格子砖，其特征在于，所述格子砖的所 述侧面设置有沟槽，所述沟道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 石争时，所述才各子石争的所述侧面的所述室形成通道。
11. 根据权利要求1所述的格子砖，其特征在于，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i殳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石争之间形成 榫槽接合。
12. 根椐权利要求11所述的格子砖，其特征在于，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。
13. 根据权利要求9或12所述的格子砖，其特征在于，所述中央 凸起部具有三次旋转对称的横截面。
14. 根据权利要求11所述的格子砖，其特征在于，所述至少一个 凸起部包4舌位于所述相应的顶部表面或底部表面的拐角区中 的外围凸起部，所述外围凸起部被尺寸设计并布置为与相邻格 子砖的外围凸起部互补。
15. 根据权利要求14所述的格子砖，其特征在于，所述外围凸起 部被尺寸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。
专利摘要本实用新型公开了一种格子砖(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)。根据本实用新型的一个方面，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)。
文档编号F27D1/04GK201228267SQ20082011131
公开日2009年4月29日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年2月28日
发明者亚历山大·克利马 申请人:保尔伍斯耐火材料与工程有限责任公司