浇口砖、其砌筑方法及热风炉蓄热室的砌砖修补方法 本发明涉及砌在热风炉蓄热室内部形成高温气体和热风的热交换媒体的浇口砖、砌筑浇口砖的方法及热风炉蓄热室的砌砖修补方法。
在高炉作业中，为了使装入高炉中的焦炭燃烧需要大量空气。空气借助于由燃烧室1和蓄热室2组成的热风炉3(见图6)经过燃烧气体地燃烧、砖储蓄燃烧热、蓄热的砖与新的冷风进行热交换等作用被预热到700-1300℃之后连续送入高炉。为了连续输送上述热风，通常每一座高炉设置3-4座热风炉3，以便能轮流使用。
可是，为了储存上述燃烧热，在蓄热室2内将方砖(Checker)砌成多层(通常为250层左右)，并且在各浇口砖4中为了形成使在燃烧中获得的高温气体和待加热的空气等通过的气体流路设置多个朝上和朝下的贯通孔5和槽(下面称上下槽6)。因此，下述的八棱柱状浇口砖4(见图8)除了七个贯通孔5之外，还沿砖侧面形成十二条上下槽6，因为在砌砖时，上述槽6还与邻接砖的槽6组合成5个贯通孔[(截面1/2圆槽×6个)+(1/3圆槽×6个]，所以每块砖总共有十二个贯通孔(气流通路)。因此，近年来新建的热风炉3的每一个蓄热室1共有上下连通的11000-18000个左右的同一直径的气体流路。
上述气体流路在常年的使用中，由于烟尘等随时间增加越积越多，因局部加热使砖部分熔融、异物流入等原因可引起气体流路堵塞。一旦气体流路途中出现堵塞，该流路整个蓄热或在热交换过程中就不能利用，从而影响热风炉3的热效率。在对很多高炉进行改造时，曾对热风炉3中的气体流路的贯通率进行了调查。图7用数值示出了调查结果，贯通率平均为蓄热室总断面的70.3％，并且周围的贯通率比中心部分低。对气体流路的堵塞位置调查表明，这种堵塞大多是由用在蓄热室2的上半部分的硅石质砖引起的，下半部用高氧化铝质和粘土质砖时，这种堵塞明显减少。
一方面，以往高炉十年左右改修一次，因为热风炉3比高炉寿命长20年左右，所以即使对高炉进行改造，热风炉3仍照旧使用。如果存在上述贯通率降低的现象，就变成用热效率非常低的热风炉3配合改建后的高炉运行。另外，由于近年来高炉已能连续运行15年以上，所以随着高炉寿命的延长，热风炉3更需要改进，以延长寿命和提高热效率。
为此，实开平5-77242号公报提出了如下方案：如图8所示，在由七个贯通孔5和十二个上下槽6形成上下方向的气体流路的六棱柱状的浇口砖中，在其顶面和/或底面周围刻出水平方向的槽(下面称水平槽9)，使水平槽9与上述上下槽6的端部彼此连通(见图8(b))。在将砖砌成多层时，水平槽9对有关气流起旁路作用，因此如果使用浇口砖，在上述气体流路的一部分中引起堵塞时，气流可绕过堵塞部位，从而可避免该气体流路完全堵塞。
另外，实开平5-96046号公报公开了下述浇口砖：如图9及图10所示，不是在顶面和/或底面的周围而是在表面内刻出许多水平槽9，或者在本体的本身上设置许多复杂(例如放射状)的水平贯通孔10，构成有旁路的六棱柱状浇口砖。
在上述实开平5-77242号公报记载的浇口砖砌筑方法中，在砌成多层时，约束上下砖的环状机构11(在贯通孔端部上设置环状突起)和机构孔12(将贯通孔端部形成环状阶梯结构)设置在以中心通孔为基处在120°位置的三个相同通孔5的上下端上。可是，机构11反而成了气流的障碍，由于不与水平槽连通而使砖的重叠方向受到限制，从而引起不能自由重叠的缺点。其结果是在上述旁路上留下了不能与水平方向连通的气体流路。该气体流路(有机构的气体流路)相当于全部的25％，如果在该部分引起堵塞，则在气路中没有气体流动，因此即使利用实开平5-77242号公报记载的砖，热效率的提高也很有限。
一方面实开平5-96046号公报记载的浇口砖可以使所有的气体流路互相连通形成旁路。可是如果用这种方式形成旁路，砖的结构变得复杂，又引起砌筑时砖的强度下降的问题。另外，使制造砖的工艺复杂，因而不可避免地使制造费用增加。
本发明的目的是鉴于上述情况，打算在提供热效率的热风炉和具有高强度易于制造的带旁通管路的浇口砖及其砌筑方法的同时，还提供利用上述砖和上述砌筑方法修补热风炉蓄热室的方法。
为了达到上述目的，本发明人重新评价了现有的带旁通管路的浇口砖的问题，其结论是在进行修补砌筑多层砖时，机构和机构孔的配置是重要的，为了提高砖的强度，旁通管路的形状是重要的，为了使气体通过，旁通管路的深度是非常重要的，这样便可达到构思本发明的目的。
本发明是对具有下述结构的浇口砖的改进，上述浇口砖包括：六棱柱状砖本体；由一个贯通其中心上下的中心贯通孔、沿着围绕该中心贯通孔按互成60°角间隔设置的六个贯通孔和在上述本体侧面、在六边形的各顶点和各顶点间的中心位置上刻出并与邻接的砖的槽配合形成贯通孔的上下槽构成的气体流路；设置在上述本体上面或下面上的上述6个贯通孔端部上并且用于砌筑上述本体时上下定位的机构(嵌凸部)和机构孔(嵌合凹部)；上述浇口砖的特征在于：在本体的一个侧面上，将上述机构设置在以中心贯通孔为基准互成120°角间隔上的三个贯通孔的端部上，而在剩下的那三个贯通孔的另一侧面端部上设置上述机构孔，同时为了使上述气体流路间连通，从本体面的上下切出使上述六个贯通孔中没有设置机构或机构孔的端部和与其邻接的三个上下槽的端部连通的宽幅的公用槽。
另外，本发明的带旁通管路的浇口砖的特征还在于，在本体的一面上形成三个上述宽幅公用槽或使上述宽幅公用槽的深度在浇口砖高度的3％以上并在14％以下的范围之内。
另外，本发明的砌筑带通管路浇口砖的方法的特征在于：在热风炉蓄热室上砌筑上述带旁通管路砖时，使上述各砖的侧面彼此无间隙地接触形成一层；第二层的叠放是使第二层砖的中心贯通孔置于第一层砖的顶点上，并且使机构和机构孔嵌合；第三层的叠放是使第三层砖的中心贯通孔置于上述第一层砖的剩下顶点的铅直线上，并且使机构和机构孔嵌合，按三层一组反复进行上述砌筑。
此外，本发明带旁通管路的砖砌筑方法的特征在于：除了使上述砖砌成多层之外，还配置不具有旁通管路的常规的浇口砖层。
此外，本发明的热风炉蓄热室的砌筑砖修补方法的特征在于：在更新由没有旁通管路的常规的浇口砖砌筑的热风炉蓄热室的砖层时，使上述三层一组的带旁通管路的浇口砖层至少一组介于上述常规的浇口砖层之间，或者将上述热风炉蓄热室的砖瓦层沿高度方向分成两份，保留下面的那份再使用，将带旁通管路的浇口砖至少一组砌筑在待更新的上方的那层上。
由于本发明把浇口砖砌筑成上述结构，借助于气体只沿上下方向独立地流动的11000-18000条的大多数气体流路仅三层一组地砌筑，便可以使所有的气体流路在水平方向连通。因此，如果某蓄热室2的砖瓦层的全部或数组按三层一组配置约250层，即使由于碎片等堵塞气体流路的一部分，由于可以绕过上述部分，所以不致于使被堵塞的气体流路完全无效。结果可以限制蓄热室2的传热面积的减少，可以维持高的热效率。此外，由于旁通管路在砖上面分在三个位置上等间隔地形成，所以比较容易制造，并且可以确保强度。另外，由于根据使旁通管路与上下方向的气体流路具有同样的通气阻力来确定旁通管路的形状和深度，所以可以使气体顺畅地流到旁路中。另外，如果把本发明的带砌筑旁通管路的浇口砖及其砌筑方法用于修补蓄热室，可以全面保证高炉设备的指标，即可以获得经济效益和设备的优良性能。
图1是表示本发明的带旁通管路的浇口砖的实施方式的斜视图；
图2是图1的带旁通管路的浇口砖的平面图；
图3是图2的A-A剖面图；
图4是用线表示将本发明的带旁路浇口砖砌筑成三层的状态平面图；
图5是图4的B-B剖面的一部分的纵剖面图，它表示将本发明的带旁通管路的浇口砖砌筑成六层情况的连通状态的图；
图6是热风炉的纵剖面图；
图7是热风炉蓄热室砖的气体流路的贯通率分布图；
图8是由实开昭5-77242号公报公开的带旁通管路的浇口砖的图，其中(a)是斜视图；(b)是平面图；
图9是由实开平5-96046号公报公开的带旁通管路的浇口砖的图，其中(a)是平面图，(b)是纵剖面图；
图10是由实开平5-96046号公报公开的带旁通管路的浇口砖的另一形式图，其中(a)是平面图，(b)是纵剖面图；
图11是蓄热室砖的修补方式的纵剖面图；
图12是蓄热室砖的另一修补方式的纵剖面图；
图13是本发明的带旁通管路的浇口砖介于蓄热室的修补砖之间情况下的热风炉热效率的恢复程度的图。
首先参照图1-3说明本发明的带旁通管路浇口砖的一个实施方式，图1是带旁通管路的浇口砖的斜视图，图2是图1的平面图，图3是图2的A-A剖面图。
如图1清楚地示出的那样，砖本体7为高150mm，一边长136mm的六棱柱，并形成有贯通顶面15和底面16之间的圆形截面的贯通孔5。这些贯通孔5包括位于上述中心位置的一个中心贯通孔13和围绕该中心贯通孔13并互成60°角间隔的六个贯通孔5，这些贯通孔构成燃烧气体和空气独立沿上下方向通过的气体流路。
在六棱柱状砖本体7的各顶点18上有沿该砖本体7的侧面14并在上下方向上延伸的六个上下槽6，这些上下槽6的截面积分别等于上述贯通孔面积的1/3。在六边形的各边的中间位置21上与上述一样沿着砖体7的侧面14并在上下方向形成截面积等于上述贯通孔5截面积一半的六个上下槽6。在砌筑砖时这十二个上下6槽与相邻接的砖的上下槽6配合形成与上述贯通孔5同一直径的孔，构成上下方向气体流路。
另外，在砌筑砖时在砖本体7的顶面15和底面16上将位于上下的砖彼此定位的机构11和机构孔12设在上述六个贯通孔5中任何一个的端部上。机构11是环状突起，机构孔12是接收上述突起的截面为圆形的凹部。
虽然本发明的带旁通管路的浇口砖与现有的浇口砖的形状基本相同，但在下述几点与现有的浇口砖不同，因此使用效果在各层也不同。
第一点是机构11和机构孔12的配置，在顶面15和底面16中任何之一上的三个机构11设置在位于相对中心贯通孔13互成120度角距离位置的贯通孔5的端部上，机构孔12设在与设置机构11的面不同的侧面上，并设置在没有设置机构11的贯通孔5的那一端部上。其状态从图2中示出的平面上的双实线和双虚线(里侧)或在图3中示出的纵剖面图中可以清楚看出。本发明的这种机构11和机构孔12的配置考虑了使这些带旁通管路的浇口砖上层与下层的位置错开重叠的需要。
第二点是旁通管路的形状，现有的带旁通管路的浇口砖的旁通管路的形状能使一条气体流路间彼此相连通，而本发明能使三条邻近的气体流路共同连通。也就是说，从图2可以清楚看出，在上述六个贯通孔5中，为了使没有机构11或机构孔12的端部和邻接这些端部的三条上下槽6的端部连通而在砖的顶面或底面上设置面积比较大的槽(以下称宽幅公用槽17)。通过把旁通管路加工成这样的形状，就可以形成叠层至少与整个气体流路间连通的旁通管路。
另外，对这种旁通管路而言，尽管上述宽幅公用槽17越深，气流的阻力越小，但是容易受损伤，尽管槽17越浅，对气流的阻力越大，但是不易受损伤。本发明人考虑到这个事实进行了有关流体阻力的实验。本发明的宽幅公用槽17的优选深度的范围是在砖的高度的3％至14％的范围内。在本实施例中，其值在5mm-21mm范围内。
下面参照图4和图5说明本发明的上述带旁通管路的浇口砖的砌筑方法。图4是表示将这些带旁通管路的浇口砖砌筑成三层状态的平面图。其中第一层是用点划线描绘的六边形，第二层是用虚线描绘的六边形，第三层是用实线描绘的六边形。本砌筑方法各层共同都是使砖的侧面彼此无间隙地接触，叠放第二层时使砖的中心贯通孔13位于第一层砖的八个顶点18上(一个位置确定后，其它两个位置自然确定)。叠放第三层时使第三层砖的中心贯通孔18’位于第一层砖的剩下的三个顶点18’的铅直线上。只要这样叠放，就可参照前面示出的图2的平面图理解，在二层上砌筑时气体流路中的一半通过上述公用槽17连通，剩下的一半通过第三层连通。因此，本发明把这三层一组作为上述带旁通管路的浇口砖的砌筑方法的基础，重复砌筑这种组，用这种带旁通管路的浇口砖砌筑蓄热室2的所有的层，或者与没有旁通管路的浇口砖组合只砌筑适当的层数(以下称为层)。在图5中示出了本发明的上述砌筑方法形成六层的例子。即使由于气体流路中的碎片26等原因使流路堵塞，气体25还可以通过旁通管路迂回。
因此，将本发明的浇口砖及其砌筑方法用在蓄热室2的砖的砌筑上，可以长期有效地利用蓄热室2的整个气体流路，并可防上蓄热室2的传热面积减少，可以保持高的热效率。此外，由于旁通管路等间隔地形成在砖面周缘的三个位置上，所以可以比较容易地制造该带旁通管路的浇口砖，并且可以防止支持砌在上面的砖的支持面积的减少。
下面说明利用本发明的带旁通管路的浇口砖及其砌筑方法的技术修补热风炉蓄热室的砖砌筑方法。
显然，如果考虑具有高炉的钢铁公司的经济指标，在改造高炉时，当然要部分修补原有的热风炉3以便再利用。如上所述，根据对蓄热室2的浇口砖的贯通率的调查，使用一定时间后的贯通率是蓄热室总断面的平均值的70.3％，在使用用于蓄热室外周部分和蓄热室(砌250层左右)的上半部分的硅石的浇口砖27中出现气体流路堵塞的现象多，在下半部分的高氧化铝质28和粘土质29的砖中出现气体流路堵塞的现象少。没有旁通管路是这些浇口砖的现状。
因此，在本发明中，将蓄热室砖砌筑法作为修补方法提出了两种修补技术方案一种是在修补由通常的没有旁通管路的浇口砖19砌筑的热风炉蓄热室的砖层时，使上述三层一组的带旁通管路的砖20的层至少一组介于上述通常的砖19的层之间。另一种方法是使上述热风炉蓄热室的砖层沿高度方向分为两部分，保留下方各层再使用，将带旁通管路的浇口砖20至少一组砌筑在上方作为更新的上方层。
这些方法的实施方式的例子分别示于图11和图12中，其中图11是关于前者的例子，图12是关于后者的例子。在图11中，是使本发明的带旁通管路的浇口砖20的三层一组的连续砖层介于没有旁通管路的通常的浇口砖19的层之间。图12是使蓄热室的下半部分保留原来砌筑的通常的浇口砖19，将本发明的带旁通管路的浇口砖20砌筑两组，再将硅石质无旁通管路的通常浇口砖19重新砌筑上。此外，在本发明的带旁通管路的浇口砖20的组之间组合有无数种，由于不管用哪一种，都依赖应改造的蓄热室2的状态，所以本发明对上述组合没有限定。
另外，这些修补方法的效果随使用本发明的带旁通管路浇口砖20的使用量而变，关于后者以把热风炉3的热效率作为评价对象的情况为例，在图13中，示出了253层中的111层浇口砖更新场合下的实际值和计算值。即图13的横轴是代表气体贯通程度的指数，其值0.0表示挪用旧的常规的浇口砖19的部分的贯通率为70％并且用新的常规的浇口砖19更新的部分也达到70％时的状态，指数值1.0表示更新的部分的贯通率为100％的状态。纵轴是根据下式计算的热风炉的热效率，图中用箭头所示的数字是介于本发明的旁通管路浇口砖之间的量，根据图13，气体贯通率是随着介于没有旁通管路的通常的浇口砖层之间的本发明的带旁通管路的浇口砖的数量变化，该图示出了随着介于没有旁通管路的常规浇口砖层之间的本发明旁通管路浇口砖数量增加热效率提高的情形。作为使本发明的带旁通管路的浇口砖5介于没有旁通管路的通常的浇口砖之间的结果，热风炉3的热效率显示出达到90.4％。热效率(100％)＝(送风热量-送风空气的显热)/燃料气体的燃烧值
如上所述，按照本发明可以使蓄热室的全部气体流路互相连通，因此，利用本发明新建或修补蓄热室时，可以不使热风炉效率降低，并且可以重新利用热风炉。