Насадочный кирпич для подогревателя дутья

НАСАДОЧНЫЙ КИРПИЧ ДЛЯ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ ДУТЬЯ Насадочный кирпич, прежде всего для подогревателя дутья, имеет верхнюю поверхность и противоположную нижнюю поверхность, в котором множество сквозных проходов простираются от верхней поверхности к нижней поверхности для обеспечения циркуляции текучей среды через насадочный кирпич, при этом между соседними сквозными проходами выполнены разделительные стенки. Согласно аспекту изобретения сквозные проходы имеют поперечное сечение, основанное на шестиугольной форме, чередующей выпуклые и вогнутые стороны.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ПОЛЬ ВУРТ РИФРЕКТОРИ ЭНД ЭНДЖИНИРИНГ ГМБХ (DE) Область техники Изобретение относится к насадочному кирпичу, прежде всего к огнеупорному насадочному кирпичу, используемому для регенерации тепла в рекуператорах (регенераторах), прежде всего в подогревателях дутья (доменных воздухонагревателях). Уровень техники В металлургической промышленности преднагрев воздуха для доменных печей обычно выполняется в примыкающих регенеративных нагревателях, известных как подогреватели дутья. В общем, эти нагреватели включают в себя (для нагревателя с внутренней топочной камерой) цилиндрическую огнеупорную стену и внутреннюю вертикальную перевальную стену, разделяющую нагреватель на топочную камеру и регенеративную (насадочную) камеру, содержащую насадочные кирпичи или, для нагревателя с внешней топочной камерой, две цилиндрические, имеющие огнеупорную футеровку камеры с соединительным куполом. Через одно или два отверстия в так называемую керамическую горелку или металлическую горелку в топочной камере вводятся для сгорания воздух и топливо и образующиеся при сгорании топлива рабочие газы текут наверх из топочной камеры, над топочной камерой через насадочную рабочую камеру вниз до тех пор, пока они, наконец, не выходят в окружающую среду в основании камеры. Так как образующиеся при сгорании топлива рабочие газы проходят через насадочную рабочую камеру, содержащую множество насадочных кирпичей, тепло из образующихся при сгорании топлива рабочих газов переносится на насадочные кирпичи и удерживается (аккумулируется) в них. Когда насадочные кирпичи достигают достаточно высокой температуры, направление потока текучей среды в нагревателе изменяется на противоположное. В основании насадочной рабочей камеры вводится холодное дутье и подается через насадочную рабочую камеру, в которой холодное дутье впитывает тепло из насадочных кирпичей и проходит над перевальной стеной и через топочную камеру, где оно покидает нагреватель через выпускное отверстие горячего дутья в кожухе нагревателя для ввода в доменную печь. В течение последних лет было разработано большое число различных конструкций и компоновок насадочных кирпичей. Пример такой конструкции насадочного кирпича может, например, увидеть в US 4436144, в котором описан осадочный кирпич, имеющий восьмиугольный внешний контур и центральный сквозной проход четырехугольного поперечного сечения. Также этот кирпич имеет, по существу,равномерную толщину стенки. Предпочтительно, такие кирпичи уложены рядами и расположены в шахматном порядке относительно друг друга. В результате этого получается укладка из насадочных кирпичей с выполненными для газов вертикальными проходами. Для облегчения укладки насадочных кирпичей они снабжены выступающими участками на верхней поверхности кирпича и соответствующими углублениями на нижней поверхности кирпича. Другой пример конструкции такого насадочного кирпича можно увидеть, например, в US 2017763, в котором предусмотрен, по существу, квадратный насадочный кирпич с множеством сквозных проходов,при этом каждый сквозной проход выполнен за счет прямоугольной части и сужающейся части. За счет множества сквозных проходов между сквозными проходами образованы разделительные стенки. По сравнению с US 4436144 эти разделительные стенки способствуют увеличенной прочности насадочного кирпича. Множество сквозных проходов также позволяют увеличить общую контактную поверхность между газом и насадочным кирпичом, увеличивая тем самым поверхность нагрева для лучшего теплообмена. Насадочные кирпичи, подобные этому, были предложены в US 2017763, при этом сквозные проходы имеют круглое, квадратное или шестиугольное поперечное сечение Последнее является предпочтительным, прежде всего, потому что они обеспечивают разделительную стенку, по существу, с равномерной толщиной. Насадочные кирпичи шестиугольного поперечного сечения также известны на рынке как насадочные кирпичи GSI-типа. Задача изобретения Задачей рассматриваемого изобретения является разработка более усовершенствованного насадочного кирпича с лучшей термодинамической характеристикой. Эта задача решена посредством насадочного кирпича согласно п.1 формулы изобретения. Общее описание изобретения Для решения этой задачи изобретение предлагает насадочный кирпич, прежде всего для подогревателя дутья, имеющий верхнюю поверхность и противоположную нижнюю поверхность, в котором множество сквозных проходов простираются от верхней поверхности к нижней поверхности для обеспечения циркуляции текучей среды через насадочный кирпич, при этом между соседними сквозными проходами выполнены разделительные стенки. Согласно изобретению сквозные проходы имеют поперечное сечение, основанное на шестиугольной форме, где прямые стороны шестиугольника заменены поочередно выпуклыми и вогнутыми сторонами, причем эта форма поперечного сечения имеет шесть точек перегиба, каждая из которых расположена в углу шестиугольной формы; и при этом упомянутые соседние сквозные проходы расположены так, что каждая вогнутая сторона одного из сквозных проходов обращена к выпуклой стороне соседнего сквозного прохода, и соседние сквозные проходы расположены так,что между соседними сквозными проходами образованы разделительные стенки постоянной толщины. Особая форма поперечного сечения проходов позволяет увеличить поверхность нагрева, т.е. поверхность между сквозным проходом и насадочным кирпичом, где происходит перенос тепла между на-1 023241 садочным кирпичом и проходящими через сквозные проходы газами. По отношению к шестиугольным сквозным проходам, как это представлено в известных из уровня техники насадочных кирпичах GSIтипа, поверхность нагрева может быть увеличена на примерно 40%. Уменьшенный гидравлический диаметр сквозного прохода ведет к большему коэффициенту теплообмена. Также достигается практически неизменное свободное поперечное сечение. Следовательно, насадочный кирпич, имеющий сквозные проходы с таким поперечным сечением, имеет лучшую термодинамическую характеристику. По существу, постоянная толщина позволяет равномерный теплообмен и, что более важно, равномерный нагрев вверх и охлаждение вниз самих разделяющих стенок, предотвращая тем самым повреждения разделяющих стен, обусловленные изменением температур внутри разделительной стены. Вогнутые стороны выполнены с изгибом первого радиуса, а выпуклые стороны выполнены с изгибом второго радиуса. Первый радиус может, по существу, соответствовать второму радиусу. Если первый и второй радиусы являются, по существу, одинаковыми, выпуклые и вогнутые стороны становятся дополняющими (комплементарными) друг к другу. Согласно предпочтительному варианту осуществления выпуклые стороны имеют две краевые области и центральную область между ними, при этом вогнутые стороны выполнены с изгибом первого радиуса, центральные области выпуклых сторон выполнены с изгибом второго радиуса, а краевые области выпуклых сторон выполнены с изгибом третьего радиуса, при этом третий радиус меньше чем первый радиус и второй радиус. Меньший радиус краевых областей выпуклых сторон создает мягкий переход от выпуклой стороны к согнутой стороне. Предпочтительно, сквозные проходы сужаются в направлении верхней поверхности насадочного кирпича. Предпочтительно, насадочный кирпич имеет, по существу, шестиугольное поперечное сечение, при этом шесть боковых поверхностей простираются от верхней поверхности к нижней поверхности. Преимущественно, боковые поверхности насадочного кирпича снабжены каналами, имеющими поперечное сечение, соответствующее половине поперечного сечения сквозного прохода, при этом каналы расположены таким образом, что, когда два соседних насадочных кирпича расположены бок о бок, камеры боковых поверхностей образуют сквозной проход. Таким образом, внешние стенки насадочных кирпичей имеют увеличенную поверхность нагрева. Также между соседними насадочными кирпичами при их расположении могут быть образованы дополнительные сквозные проходы. Однако более важным является, что внешние стенки насадочных кирпичей тоже имеют, по существу, равномерную толщину,также как и разделительные стенки. Тем самым, в этих внешних стенках также обеспечивается равномерный теплообмен. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения одна из этих верхней и нижней поверхностей снабжена по меньшей мере одним выступающим участком, а другая из верхней и нижней поверхностей снабжена соответствующим по меньшей мере одним углублением, при этом по меньшей мере один выступающий участок и по меньшей мере одно углубление образуют соединения в шпунт и гребень между уложенными насадочными кирпичами. По меньшей мере один выступающий участок содержит центральный выступающий участок на соответствующей верхней или нижней поверхности. Центральный выступающий участок имеет поперечное сечение с 3-кратной вращательной симметрией. Шпунт и гребень позволяют предотвратить некорректную установку насадочных кирпичей. Также имеющаяся компоновка в шпунт и гребень создает большую площадь основания, которая обеспечивает лучшую ползучесть при сжатии. Как следствие, для достижения сравнимых результатов могут быть использованы насадочные кирпичи из менее качественного материала, снижая тем самым затраты на насадочные кирпичи. Подогреватели дутья могут быть сконструированы меньшими и более легкими, что будет сокращать издержки и сокращать время возведения без, однако, снижения производительности подогревателя дутья. Далее по меньшей мере один выступающий участок содержит периферийные выступающие участки в угловых областях соответствующей верхней поверхности или нижней поверхности, при этом периферийные выступающие участки имеют размеры и расположены так, чтобы быть дополняющими к периферийным выступающим участкам соседних насадочных кирпичей. Периферийные выступающие участки имеют размеры и расположены так, чтобы иметь поперечное сечение, соответствующее поперечному сечению центрального выступающего участка. Центральные выступающие участки могут взаимодействовать с периферийными углублениями. Следовательно, такая конфигурация выступающих участков и углублений позволяет установку насадочных кирпичей в шахматном порядке. За счет формы выступающих участков и впадин обеспечивается, что насадочные кирпичи установлены всегда правильно. Необходимо отметить, что в настоящем документе термин "вогнутый" должен пониматься как имеющий математическое значение "строго вогнутый", исключая тем самым прямую линию. Точно так же термин "выпуклый" должен пониматься как имеющий математическое значение "строго выпуклый",исключая тем самым прямую линию. Краткое описание чертежей Изобретение станет более понятным из следующего описания одного не ограничивающего варианта выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, при этом на фигурах показано фиг. 1 - перспективный вид насадочного кирпича согласно изобретению; фиг. 2 - поперечное сечение сквозного прохода изображенного на фиг. 1 насадочного кирпича; и фиг. 3 - вид сверху на верхнюю поверхность изображенного на фиг. 1 насадочного кирпича. Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения На фиг. 1 показан насадочный кирпич 10 согласно изобретению. Насадочный кирпич 10 имеет, по существу, шестиугольное поперечное сечение и имеет верхнюю поверхность 12, противоположную нижнюю поверхность 14 и шесть боковых поверхностей 15, простирающихся от верхней поверхности 12 к нижней поверхности 14. Насадочный кирпич снабжен множеством сквозных отверстий 16, простирающихся от верхней поверхности 16 к нижней поверхности 14 для обеспечения циркуляции текучей среды через насадочный кирпич 10, при этом между соседними сквозными проходами 1 выполнены разделительные стенки 18. Сквозные проходы 16 имеют особое поперечное сечение, которое может быть более подробно описано со ссылкой на фиг. 2. На фиг. 2 представлено поперечное сечение сквозного прохода 16. Это поперечное сечение основано на шестиугольной форме, как представлено пунктирными линиями 20, при этом прямые стороны 22 шестиугольника были, однако, трансформированы в чередующиеся выпуклые стороны 24 и вогнутые стороны 26. Вогнутые стороны 26 в общем выполнены с изгибом первого радиуса r1, выпуклые стороны 24 в общем выполнены с изгибом второго радиуса r2. Согласно особому, показанному на фиг. 2, варианту выполнения выпуклые стороны 24 содержат две краевых области 28, 30 и центральную область 32 между ними, при этом центральная область 32 выпуклых сторон 24 выполнена с изгибом второго радиуса r2, а краевые области 28, 30 выпуклых сторон 24 выполнены с изгибом третьего радиуса r3, при этом третий радиус r3 меньше чем второй радиус r2. Предпочтительно, третий радиус r3 составляет примерно половину от второго радиуса r2. Далее первый радиус r1, преимущественно, по существу, равен второму радиусу r2. Преимущественно, радиусы выбираются таким образом, что присутствует плавный переход между выпуклыми и вогнутыми сторонами 24, 26. Форма поперечного сечения сквозных проходов 14 может быть также описана как замкнутая органичная форма, имеющая шесть точек перегиба кривой, при этом каждая из этих точек перегиба кривой расположена в углу шестиугольной формы. На фиг. 3 показан вид сверху представленного на фиг. 1 насадочного кирпича, при этом можно отчетливо видеть расположение (компоновку) сквозных проходов 16 по отношению друг к другу. Соседние сквозные проходы 16, 16', 16" расположены таким образом, что вогнутая сторона 16 одного сквозного прохода обращена к выпуклой стороне 24 соседнего сквозного прохода. Далее расположение является таким, что разделительные стенки 18 между соседними сквозными проходами 16, 16', 16" имеют, по существу, одинаковую толщину. Как также можно видеть на фиг. 3, боковые поверхности 15 насадочного кирпича 10 снабжены каналами 34, имеющими поперечное сечение, соответствующее половине поперечного сечения сквозного прохода 16. Эти каналы 34 расположены так, что когда два соседних насадочных кирпича 10 расположены бок о бок, камеры 34 соприкасающихся боковых поверхностей 15 соседних насадочных кирпичей 10 образуют сквозной проход 16. Хотя это на фигурах не видно, сквозные проходы 16 сужаются в направлении верхней поверхности 12 насадочного кирпича 10, т.е. поперечное сечение сквозного прохода 16 на нижней поверхности 14 является большим, чем поперечное сечение сквозного прохода 16 на верхней поверхности 12. Для улучшения характеристик кладки насадочных кирпичей 10 предусмотрены соединения в шпунт и гребень. Как видно на фиг. 1 и 3, верхняя поверхность 12 насадочного кирпича 10 снабжена выступающими участками 36, в то время как нижняя поверхность 14 насадочного кирпича 10 снабжена соответствующими углублениями 38. Представленный на фиг. 3 шестиугольный насадочный кирпич 10 содержит центральный выступающий участок 40, имеющий поперечное сечение с 3-кратной вращательной симметрией, обеспечивая тем самым правильную ориентацию уложенных насадочных кирпичей. Центральный выступающий участок 40 расположен вокруг центрального сквозного прохода 16, который окружен шестью соседними сквозными проходами 16. Центральный выступающий участок 40 имеет в общем треугольное поперечное сечение, при этом угловые области треугольника скруглены для того,чтобы соответствовать изгибу вогнутых сторон 26 трех соседних насадочных кирпичей, имеющих их вогнутые стороны 26, обращенные к центральному насадочному кирпичу. В дополнение к центральному выступающему участку 40 представленный на фиг. 3 шестиугольный насадочный кирпич 10 содержит периферийные выступающие участки 42 в угловых областях 44 верхней поверхности 12. Периферийные выступающие участки 42 имеют поперечное сечение, соответствующее трети поперечного сечения центрального выступающего участка 40 и расположены так, что кода три соседних насадочных кирпича 10 расположены бок о бок, периферийные выступающие участки 41 со-3 023241 седних насадочных кирпичей 10 образуют уступающий участок, соответствующий центральному выступающему участку 40. Это обеспечивает правильную ориентацию насадочных кирпичей, уложенных в шахматном порядке. Как видно на фиг. 1, без, однако, детального описания, нижняя поверхность 14 насадочного кирпича 10 содержит центральное углубление и периферийные углубления. Необходимо также отметить, что выступающие участки 36 могут быть также предусмотрены на нижней поверхности 14, если выступы 38 предусмотрены на верхней поверхности 12. Ссылочные обозначения 10 - Насадочный кирпич; 12 - верхняя поверхность; 14 - нижняя поверхность; 15 - боковая поверхность; 16 - сквозной проход; 18 - разделительная стена; 20 - шестиугольная форма; 22 - прямая сторона; 24 - выпуклая сторона; 26 - вогнутая сторона;r3 - третий радиус; 34 - канал; 36 - выступающий участок; 38 - углубление; 40 - центральный выступающий участок; 42 - периферийный выступающий участок; 44 - угловая область. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Насадочный кирпич для подогревателя дутья, имеющий верхнюю поверхность и противоположную нижнюю поверхность,множество сквозных проходов, простирающихся от верхней поверхности к нижней поверхности для обеспечения циркуляции текучей среды через насадочный кирпич, при этом между соседними сквозными проходами выполнены разделительные стенки,отличающийся тем, что сквозные проходы имеют поперечное сечение, основанное на шестиугольной форме, где прямые стороны шестиугольника заменены поочередно выпуклыми и вогнутыми сторонами, причем эта форма поперечного сечения имеет шесть точек перегиба, каждая из которых расположена в углу шестиугольной формы; и при этом упомянутые соседние сквозные проходы расположены так, что каждая вогнутая сторона одного из сквозных проходов обращена к выпуклой стороне соседнего сквозного прохода, и соседние сквозные проходы расположены так, что между соседними сквозными проходами образованы разделительные стенки постоянной толщины. 2. Насадочный кирпич по п.1, в котором вогнутые стороны выполнены с изгибом первого радиуса(r1), а выпуклые стороны выполнены с изгибом второго радиуса (r2). 3. Насадочный кирпич по п.1, в котором выпуклые стороны имеют две краевые области и центральную область между ними, при этом вогнутые стороны выполнены с изгибом первого радиуса (r1); центральные области выпуклых сторон выполнены с изгибом второго радиуса (r2), а краевые области выпуклых сторон выполнены с изгибом третьего радиуса (r3),при этом третий радиус (r3) меньше, чем первый радиус (r1) и второй радиус (r2). 4. Насадочный кирпич по одному из пп.2 или 3, в котором первый радиус (r1) соответствует второму радиусу (r2). 5. Насадочный кирпич по одному из пп.3 или 4, в котором третий радиус (r3) составляет примерно половину второго радиуса (r2). 6. Насадочный кирпич по одному из предшествующих пунктов, в котором сквозные проходы сужаются в направлении верхней поверхности насадочного кирпича. 7. Насадочный кирпич по одному из предшествующих пунктов, в котором насадочный кирпич имеет, по существу, шестиугольное поперечное сечение, при этом шесть боковых поверхностей простираются от верхней поверхности к нижней поверхности. 8. Насадочный кирпич по п.7, в котором боковые поверхности насадочного кирпича снабжены ка-4 023241 налами, имеющими поперечное сечение, соответствующее половине поперечного сечения сквозного прохода, при этом каналы расположены таким образом, что, когда два соседних насадочных кирпича расположены бок о бок, камеры боковых поверхностей насадочных кирпичей образуют сквозной проход. 9. Насадочный кирпич по одному из предшествующих пунктов, в котором на верхней поверхности выполнен по меньшей мере один выступающий участок, а на нижней поверхности выполнено по меньшей мере одно углубление или на нижней поверхности выполнен по меньшей мере один выступающий участок, а на верхней поверхности выполнено по меньшей мере одно углубление, которые образуют соединения в шпунт и гребень между уложенными друг на друга насадочными кирпичами. 10. Насадочный кирпич по п.9, в котором по меньшей мере один выступающий участок содержит центральный выступающий участок на соответствующей верхней или нижней поверхности. 11. Насадочный кирпич по пп.7 и 10, в котором центральный выступающий участок имеет поперечное сечение с 3-кратной вращательной симметрией. 12. Насадочный кирпич по одному из пп.9-11, в котором по меньшей мере один выступающий участок содержит периферийные выступающие участки в угловых областях соответствующей верхней поверхности или нижней поверхности, при этом периферийные выступающие участки имеют такие размеры и расположены так, чтобы взаимодействовать с периферийными выступающими участками соседних насадочных кирпичей. 13. Насадочный кирпич по одному из пп.10 и 12, в котором периферийные выступающие участки имеют размеры поперечного сечения, соответствующие разрезам поперечного сечения центрального выступающего участка.