ОГНЕУПОРНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ НАСАДОЧНЫЙ КИРПИЧ Российский патент 2006 года по МПК C03B5/237 

Настоящее изобретение относится к огнеупорному керамическому насадочному кирпичу, используемому для сооружения насадок, помещаемых, например, в камеры стекловаренной печи.

Известные призматические огнеупорные пустотелые кирпичи указанного выше типа описаны в заявке AT 406197 В, в которой приведена также информация о разработанных на сегодняшний день насадочных кирпичах, а также описаны более ранние варианты их выполнения.

Подобные пустотелые кирпичи, называемые также огнеупорными кирпичами или огнеупорными пустотелыми кирпичами, хорошо зарекомендовали себя и находят широкое применение. Такие огнеупорные кирпичи благодаря их симметричному исполнению можно при сооружении насадки укладывать в соседних по высоте рядах со смещением друг относительно друга. За счет этого удается придать насадке равномерную структуру и повысить ее устойчивость.

С течением времени на стенках насадочных кирпичей образуются отложения (припекшиеся слои осадка) из посторонних частиц, привносимых отходящими газами при нагреве насадки. Образованием подобных отложений обусловлена необходимость более или менее регулярной очистки от них насадки. Однако при описанном выше сооружении насадки из традиционных огнеупорных кирпичей ее очистка существенно затруднена.

При так называемой "решетчатой кладке", при которой полнотелые кирпичи, имеющие форму прямоугольного параллелепипеда, укладывают в каждых двух соседних по высоте рядах со смещением на 90° друг относительно друга, в пределах одного уровня насадки автоматически образуются сквозные (горизонтальные) проходы, обеспечивающие возможность ее очистки. Однако недостаток такой решетчатой кладки заключается в сравнительно низком теплотехническом коэффициенте полезного действия насадки, а также в ее невысокой механической устойчивости.

Задача настоящего изобретения состояла в том, чтобы оптимально скомбинировать между собой теплотехнические и механические характеристики, т.е. предложить возможность сооружения такой насадки, которая при высокой механической устойчивости обладала бы высоким теплотехническим коэффициентом полезного действия и одновременно с этим обеспечивала бы возможность ее простой очистки.

За прототип предлагаемого в изобретении насадочного кирпича взят традиционный огнеупорный кирпич, описанный, например, в DE 2934208 С2 или в AT 406197 В. Для подобного огнеупорного кирпича характерно наличие у него в основном вращательно-симметричной относительно его средней продольной оси формы (при каждом повороте вокруг средней продольной оси на 90° его геометрическая форма повторяется). Согласно изобретению предлагается определенным образом модифицировать такой кирпич, изменив его геометрическую форму путем увеличения его стенок (увеличения площади поверхности его стенок по сравнению с известным из уровня техники кирпичом). В таких увеличенных стенках можно предусмотреть несколько и/или сравнительно крупных выемок, позволяющих увеличить теплотехнический коэффициент полезного действия насадки и/или облегчить доступ очистительных устройств к ее внутренней части.

Однако простое увеличение размеров известных огнеупорных кирпичей не позволяет достичь необходимой цели, поскольку принципиальная конструкция насадки в этом случае осталась бы неизменной. Помимо этого простое увеличение размеров известных огнеупорных кирпичей привело бы и к снижению теплотехнического коэффициента полезного действия сложенной из них насадки.

Поэтому согласно изобретению огнеупорный кирпич предлагается выполнить с по существу прямоугольным основанием (вместо в основном квадратного основания, как у известных в настоящее время огнеупорных кирпичей). В соответствии с изобретением пустотелый кирпич должен иметь такую геометрическую форму, которая позволяла бы систематически (статистически) комбинировать между собой кирпичи в пределах одного их ряда и в их различных по высоте рядах для получения насадки с равномерной структурой, соответственно с равномерной плотностью.

Один из возможных подходов к решению этой задачи состоит в выполнении кирпича такой длины, которая соответствует двойной его ширине за вычетом толщины одной стенки. Подобный кирпич более подробно рассмотрен ниже в описании чертежей.

Другими словами геометрическую форму кирпича можно описать следующим образом. При так называемой "глухой кладке" кирпичей, образующих насадку (регенератора), расстояние между средними продольными осями соседних кирпичей в продольном направлении в целое число раз больше расстояния между средними продольными осями соседних кирпичей в поперечном направлении (перпендикулярном продольному направлению). При такой кладке кирпичей кирпич одного их ряда всегда опирается на стенку кирпича их нижележащего ряда, о чем также более подробно сказано ниже в описании чертежей.

Насадочные кирпичи в пределах одного их ряда в насадке могут располагаться рядом друг с другом и перпендикулярно друг другу. Сказанное равным образом относится и к расположению кирпичей в насадке в двух их соседних по вертикали рядах, что в целом позволяет и в этом случае получить насадку с трехмерной структурой, аналогичной структуре насадке, сложенной из обычных огнеупорных кирпичей.

Еще одно преимущество имеющих подобные размеры насадочных кирпичей состоит в возможности их комбинирования в пределах одного ряда по высоте насадки с традиционными огнеупорными кирпичами, о чем говорится ниже в описании чертежей.

В соответствии с этим в настоящем изобретении в наиболее общем варианте его осуществления предлагается огнеупорный керамический насадочный кирпич, который имеет восемь, последовательно примыкающих одна к другой под углом более 90° стенок, ограничивающих по периметру открытое с противоположных сторон пространство и образующих соответственно верхнюю и нижнюю общие опорные поверхности. Отличие предлагаемого в изобретении кирпича от известного, например, из AT 406197 В, заключается в том, что он имеет длину, которая в целое число раз больше его ширины за вычетом толщины одной стенки, и выполнен зеркально-симметричным относительно плоскости симметрии, условно разделяющей насадочный кирпич на две равные в его продольном направлении половины.

Предлагаемый в изобретении насадочный кирпич, как и обычный огнеупорный кирпич, имеет кольцевую форму, при этом, однако, заключенное между его стенками пространство имеет в проекции на горизонтальную плоскость в основном прямоугольную форму (а с учетом скошенных на углах участков - восьмиугольную форму). В сложенной из предлагаемых в изобретении кирпичей насадке поток отходящих газов (при нагреве соответствующего регенератора), соответственно поток воздуха (для последующего отбора тепла) проходит через соответствующие полости в вертикальном направлении, а также (в горизонтальном направлении) через выполненные в отдельных стенках кирпичей проемы.

У предлагаемого в изобретении насадочного кирпича благодаря его удлиненной форме в его больших (противоположных) боковых поверхностях можно выполнить выемки (проемы) большой площади, а при определенных условиях можно выполнить и несколько расположенных рядом друг с другом выемок.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения площадь, занимаемая выемкой(-ами), составляет по меньшей мере 15% от общей площади соответствующей стенки. В принципе площадь, занимаемая выемкой(-ами), может составлять и более 30, более 35, более 40, более 45, более 50 или даже более 60 или более 70% от общей площади соответствующей стенки.

Подобная выемка в стенке насадочного кирпича может быть выполнена по типу отверстия. Однако в другом варианте такая выемка может быть также открыта со стороны одной из опорных поверхностей насадочного кирпича, т.е. может иметь форму "арки".

Наличие у предлагаемого в изобретении насадочного кирпича выемки большой площади позволяет достичь следующих преимуществ перед указанным в начале описания и известным из уровня техники огнеупорным кирпичом:

- создается возможность очистки насадки в горизонтальном направлении, например, с помощью прутков или пик,

- одновременно с уменьшением массы насадочного кирпича уменьшается и площадь его поверхностей, на которых могут образовываться отложения из посторонних частиц,

- проемы увеличенных размеров обеспечивают более интенсивное завихрение пропускаемого сквозь насадку воздуха/газа и тем самым увеличивают передачу тепла стенкам,

- насадочный кирпич в целом имеет меньшую удельную массу (кг/м³),

- насадочный кирпич, поскольку его длина и ширина взаимно согласованы с целью обеспечить равномерное распределение проходящих через насадку потоков, можно комбинировать и с кирпичами "частичного формата", например с кирпичами "половинного формата" или с кирпичами формата "одна треть", как это показано на описанных ниже чертежах.

Выемка (проем) в принципе может иметь любую геометрическую форму. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения протяженность по меньшей мере одной выемки в продольном направлении насадочного кирпича составляет по меньшей мере 50, 60 или 70% от длины поверхности соответствующей стенки.

Стенки, расположенные перпендикулярно ориентированным в продольном направлении насадочного кирпича стенкам, т.е. короткие стенки насадочного кирпича, также можно выполнить с выемками.

У насадочного кирпича, длина которого приблизительно в два раза больше его ширины, площадь, занимаемая выемами в ориентированных в продольном направлении стенках, предпочтительно должна по меньшей мере вдвое превышать площадь, занимаемую выемками в расположенных перпендикулярно указанным стенкам стенках (т.е. в стенках, проходящих по ширине кирпича).

Выполнение предлагаемого в изобретении насадочного кирпича описанной выше геометрической формы позволяет "позаимствовать" сформулированную в AT 406197 В идею, а именно, выполнить стенки, расположенные между парами стенок, одна из которых в каждой их паре ориентирована в продольном направлении насадочного кирпича, а другая - в перпендикулярном ему направлении, уменьшенной толщины. В этом случае появляется возможность образования в кладке между соседними кирпичами, расположенными в насадке в одном ряду, дополнительных "щелей" (полостей), наличие которых целесообразно с теплотехнической точки зрения, поскольку по ним также может проходить поток отходящих газов/воздуха.

Соответствующие стенки могут иметь, например, уменьшенную на 15-35% по сравнению с остальными стенками толщину.

Для сооружения из предлагаемых в изобретении кирпичей комплектной насадки на опорных поверхностях кирпичей целесообразно выполнить выступы и/или углубления, которые по типу соединения в шпунт и гребень обеспечивают возможность надежной механической фиксации друг относительно друга уложенных в вертикальном направлении один на другой кирпичей. Касательно конкретных возможных вариантов выполнения подобных соединений можно сослаться на указанный в начале описания уровень техники, предложенные в котором решения можно аналогичным образом использовать и в предлагаемых в изобретении насадочных кирпичах.

Предлагаемые в изобретении насадочные кирпичи можно без каких-либо проблем комбинировать с известными насадочными кирпичами. Так, например, при сооружении насадки по меньшей мере один ряд можно выложить из описанных выше больших насадочных кирпичей. Выполнение следующего по высоте ряда из обычных (меньших по размеру) насадочных кирпичей может привести к воздействию точечной нагрузки (на угловых участках) на стенки расположенных ниже (больших по размеру) насадочных кирпичей.

С учетом этого предлагаемые в изобретении насадочные кирпичи предпочтительно выполнять таким образом, чтобы у их ориентированных в продольном направлении стенок статический момент сечения [для сечения прямоугольной формы I=(b·h)³/12, где b обозначает ширину, a h обозначает высоту] превышал (например, более чем на 50%) статический момент сечения остальных стенок и прежде всего стенок, образующих короткие стороны кирпича. Для соблюдения этого условия можно увеличить толщину соответствующих стенок, отказаться от выполнения в них выемок (проемов) или уменьшить занимаемую ими площадь, а также расположить выемку(-и) в таком месте, в котором стенка не имеет выемок на линии, являющейся вертикальным продолжением вектора предполагаемой точечной нагрузки.

Другие отличительные особенности настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения и в остальной части настоящего описания.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере различных вариантов его осуществления. Отличительные особенности изобретения, рассмотренные в последующем описании чертежей, могут использоваться по отдельности и в любых их сочетаниях.

На прилагаемых к описанию схематичных чертежах показано:

на фиг.1a - насадочный кирпич в виде в плане,

на фиг.1б - вид спереди изображенного на фиг.1а насадочного кирпича,

на фиг.1в - вид сбоку изображенного на фиг.1а насадочного кирпича,

на фиг.1г - вид в перспективе изображенного на фиг.1а насадочного кирпича,

на фиг.2 - вид в перспективе фрагмента насадки, выложенной из насадочных кирпичей, показанных на фиг.1а-г,

на фиг.3 - вид в плане одного ряда изображенных на фиг.1а-г насадочных кирпичей, из которых выложена насадка,

на фиг.4 - вид в плане многоуровневой конструкции насадки, выложенной из различных пустотелых кирпичей, и

на фиг.5 - вид в перспективе фрагмента насадки другой конструкции.

На всех чертежах идентичные или выполняющие идентичную функцию элементы обозначены одними и теми же позициями.

Показанный на фиг.1а и 1б насадочный кирпич имеет следующую конструкцию. Насадочный кирпич состоит из в общей сложности восьми стенок 10.1, 10.2,..., 10.8. В каждой паре расположенных друг напротив друга стенок они проходят параллельно друг другу. Стенки 10.1, 10.5 ориентированы в продольном направлении L насадочного кирпича. Стенки 10.3, 10.7 ориентированы перпендикулярно продольному направлению L, т.е. проходят в "поперечном" направлении Q насадочного кирпича. Остальные стенки 10.2, 10.4, 10.6 и 10.8 соединяют между собой указанные выше стенки 10.1, 10.3, 10.5 и 10.7, а именно, каждая из них в рассматриваемом случае образует с примыкающей к ней с одной или другой стороны стенкой, например в паре стенок 10.1, 10.2 или 10.5, 10.6, угол, равный 45°.

В соответствии с этим наружные поверхности стенок 10.1, 10.2,..., 10.8 в целом образуют в проекции на горизонтальную плоскость восьмиугольное основание вместе с заключенным между ними пространством 12, которое в сечении горизонтальной плоскостью также имеет восьмиугольную форму. Пространство 12 открыто сверху и снизу (в направлении средней продольной оси MLA насадочного кирпича).

Длина l насадочного кирпича (равная в данном случае 398 мм) соответствует удвоенной ширине b насадочного кирпича (равной в данном случае 218 мм) за вычетом толщины одной из проходящих в продольном направлении L стенок 10.1, 10.5 (равной в данном случае 38 мм).

При так называемой "глухой кладке" расстояние между средними продольными осями MLA двух соседних в продольном направлении кирпичей в два раза превышает расстояние между средними продольными осями MLA двух соседних в поперечном направлении кирпичей.

В длинных стенках 10.1, 10.5 предусмотрены соответствующие выемки 14, открытые со стороны нижней опорной поверхности 16 кирпича и имеющие в виде спереди (фиг.1б) форму арки.

В показанном на чертежах примере площадь, занимаемая выемкой 14, лишь незначительно меньше остальной площади, приходящейся на собственно стенку 10.5. Иными словами, на долю площади, занимаемой выемкой 14, приходится около 40% от теоретической общей площади, которую имела бы стенка 10.5 при ее сплошном выполнении, т.е. без выемки.

Как показано на фиг.1в, в коротких стенках 10.3, 10.7 также предусмотрены выемки 18, которые, однако, занимают соответственно меньшую площадь по сравнению с площадью, занимаемой выемками 14 (в данном случае около 25% от всей теоретической площади соответствующей стенки).

На опорных поверхностях 16 стенок 10.1, 10.5 предусмотрены расположенные с определенным отступом друг от друга углубления, ориентированные перпендикулярно продольному направлению L насадочного кирпича, а на нижних опорных поверхностях 16 стенок 10.3, 10.7 предусмотрены углубления, ориентированные в продольном направлении L насадочного кирпича. На верхних опорных поверхностях 20 указанных стенок 10.1, 10.3, 10.5, 10.7 предусмотрены ответные выступы 22, форма и размеры которых согласованы с формой и размерами углублений таким образом, что при укладке насадочных кирпичей один на другой выступы входят в углубления с геометрическим замыканием.

Насадочный кирпич выполнен зеркально-симметричным относительно обозначенной на чертеже линией Q-Q плоскости, в которой лежит средняя продольная ось MLA насадочного кирпича.

Насадочные кирпичи показанного на чертежах типа можно в зависимости от области их применения изготавливать из любых огнеупорных материалов. В этом отношении предлагаемые в изобретении насадочные кирпичи не отличаются от традиционных огнеупорных кирпичей. Сказанное равным образом относится и к способу изготовления таких насадочных кирпичей.

На фиг.2 показан пример насадки, сложенной из предлагаемых в изобретении кирпичей Т в сочетании с обычными огнеупорными кирпичами К.

На фиг.3 показана принципиальная структура одного ряда предлагаемых в изобретении кирпичей Т, из которых сложена насадка и которые для обеспечения равномерной ее плотности расположены со смещением друг относительно друга в соседних "строках" и "столбцах". Соседние кирпичи Т в одном их ряду примыкают при этом друг к другу их скошенными на углах участками, образованными стенками 10.2, 10.4, 10.6 или 10.8. Между каждыми четырьмя кирпичами, каждый из которых примыкает к двум другим (на фиг.3 такие кирпичи в качестве примера обозначены как Т1, Т2, Т3 и Т4), образовано пространство R, площадь поперечного сечения которого приблизительно равна площади поперечного сечения пространства 12, ограниченного стенками каждого кирпича Т.

На фиг.4 показана аналогичная изображенной на фиг.3 структура, однако в этом случае на чертеже в проекции на горизонтальную плоскость показаны находящиеся на различных уровнях ряды кирпичей, из которых сложена насадка, при этом у каждой пары расположенных в двух соседних рядах кирпичей взаимно перекрывается по одной их стенке, как это показано также на фиг.2.

У показанной на фиг.4 (а также на фиг.2) насадки на отдельном ее участке вместо предлагаемых в изобретении кирпичей используются традиционные огнеупорные кирпичи типа тех, которые описаны в DE 2934208 С2, соответственно в AT 406197 В и которые несмотря на их меньший формат можно без каких-либо проблем укладывать на предлагаемые в изобретении насадочные кирпичи большего формата благодаря наличию у них предлагаемой в изобретении геометрической формы. Поверх таких традиционных огнеупорных кирпичей в свою очередь можно вновь выложить ряд из предлагаемых в изобретении насадочных кирпичей.

Из приведенных прежде всего на фиг.1б, 1г и 2 изображений следует, что даже при глухой кладке насадочных кирпичей благодаря их описанной выше геометрической форме очистка насадки возможна и в горизонтальном направлении через образованные выемками 14 каналы.

На фиг.5 схематично показан фрагмент насадки, имеющей описанную ниже конструкцию. В такой насадке ряд А выложен из насадочных кирпичей, которые расположены аналогично показанным на фиг.2-4 насадочным кирпичам, но стенки 10.1, 10.3, 10.5 и 10.7 которых для увеличения их момента инерции сечения (момента второго порядка) выполнены сплошными.

Следующий по высоте ряд В выложен из обычных огнеупорных кирпичей Т, каждый из которых опирается на расположенный под ним насадочный кирпич в основном своими четырьмя углами. Подобная возможность обеспечивается за счет выполнения стенок 10.1, 10.3, 10.5 и 10.7 сплошными.

Изобретение относится к огнеупорному керамическому насадочному кирпичу. Техническим результатом изобретения является создание возможности очистки насадки в горизонтальном направлении, уменьшении массы насадочного кирпича. Огнеупорный керамический насадочный кирпич имеет восемь, последовательно примыкающих одна к другой под углом более 90° стенок, ограничивающих по периметру открытое с противоположенных сторон пространство. Насадочный кирпич имеет длину, которая в целое число раз больше его ширины за вычетом толщины одной стенки. 14 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Огнеупорный керамический насадочный кирпич, который имеет восемь, последовательно примыкающих одна к другой под углом более 90° стенок (10.1,..., 10.8), ограничивающих по периметру открытое с противоположных сторон пространство (12) и образующих соответственно верхнюю и нижнюю общие опорные поверхности (16, 20), отличающийся тем, что он имеет длину (l), которая в целое число раз больше его ширины (b) за вычетом толщины одной стенки (10.1,..., 10.8), и выполнен зеркально-симметричным относительно плоскости симметрии, условно разделяющей насадочный кирпич на две равные в его продольном направлении (L) половины.2. Насадочный кирпич по п.1, отличающийся тем, что ориентированные по меньшей мере в продольном направлении (L) стенки (10.1, 10.5) выполнены с выемками (14).3. Насадочный кирпич по п.2, отличающийся тем, что площадь, занимаемая одной выемкой (14), составляет по меньшей мере 15% от общей площади соответствующей стенки (10.1, 10.5).4. Насадочный кирпич по п.2, у которого протяженность по меньшей мере одной выемки (14) в продольном направлении насадочного кирпича составляет по меньшей мере 50% от длины поверхности соответствующей стенки.5. Насадочный кирпич по п.2, отличающийся тем, что по меньшей мере в одной ориентированной в продольном направлении (L) стенке (10.1, 10.5) имеется несколько расположенных с отступом друг от друга выемок (14).6. Насадочный кирпич по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна стенка (10.3, 10.7), расположенная перпендикулярно ориентированным в продольном направлении (L) насадочного кирпича стенкам (10.1, 10.5), выполнена с выемками (18).7. Насадочный кирпич по п.2, отличающийся тем, что площадь, занимаемая выемками (14) в ориентированных в продольном направлении стенках (10.1, 10.5), по меньшей мере вдвое превышает площадь, занимаемую выемками (18) в расположенных перпендикулярно указанным стенкам стенках (10.3, 10.7).8. Насадочный кирпич по п.2 или 6, отличающийся тем, что выемки (14, 18) открыты со стороны одной из опорных поверхностей (16) насадочного кирпича.9. Насадочный кирпич по п.1, отличающийся тем, что стенки (10.2, 10.4, 10.6, 10.8), расположенные между парами стенок (10.1, 10.3, 10.5, 10.7), одна из которых в каждой их паре ориентирована в продольном направлении (L) насадочного кирпича, а другая - в перпендикулярном ему направления, имеют уменьшенную толщину.10. Насадочный кирпич по п.9, отличающийся тем, что стенки (10.2, 10.4, 10.6, 10.8), расположенные между парами стенок (10.1, 10.3, 10.5, 10.7), одна из которых в каждой их паре ориентирована в продольном направлении (L) насадочного кирпича, а другая - в перпендикулярном ему направления, имеют уменьшенную на 15-35% толщину.11. Насадочный кирпич по п.1, отличающийся тем, что стенки (10.1,..., 10.8) по меньшей мере на одной из образуемых ими опорных поверхностей (16, 20) имеют выступы (22).12. Насадочный кирпич по п.1, отличающийся тем, что стенки по меньшей мере на одной из образуемых ими опорных поверхностей имеют углубления.13. Насадочный кирпич по пп.11 и 12, у которого углубления и выступы (22) выполнены таким образом, что при укладке насадочных кирпичей один на другой выступы одного насадочного кирпича входят в углубления другого насадочного кирпича с геометрическим замыканием.14. Насадочный кирпич по п.1, отличающийся тем, что толщина ориентированных в его продольном направлении (L) стенок (10.1, 10.5) больше толщины остальных стенок (10.2, 10.3, 10.4, 10.6, 10.7, 10.8).15. Насадочный кирпич по п.1, отличающийся тем, что статический момент сечения ориентированных в его продольном направлении (L) стенок (10.1, 10.5) больше, чем у ориентированных перпендикулярно им стенок (10.3, 10.7).