一种辐射形砌筑砖合门锁砖及其砌筑方法 【技术领域】
本发明涉及钢铁冶金、建材、有色冶金等行业热工窑炉耐火砖砌筑领域。
背景技术
热工窑炉的辐射形砌砖一般不直接采用直形砖砌筑，而是采用单楔形砖砖环砌砖，或一种楔形砖与一种直形砖的混合砖环砌砖，或两种楔形砖的双楔形砖砖环砌砖。楔形砖与直形砖的混合砖环和双楔形砖砖环具有适用直径范围广、砌筑灵活方便和易于砖形的标准化规范法等优点，得到肯定和广泛应用。辐射形砖环存在着直环辐射形砖环、锥环辐射形砖环和转折辐射形砖环三种类型。
在本发明提出之前，辐射形砌筑合门砖都是采用现场切割加工砖的方法进行合门砌筑。砌筑施工时要用撬杠拨开两边的砖，再放入合门砖，撬拨过程中会损伤两边砖，影响砖的质量及整体砌筑施工质量，也直接影响到窑炉使用寿命。同时加工的合门锁砖也是一端大一端小的楔形砖，合理的合门方法应由砖的大端向小端方向进行合门。但是大端部位往往受到如外围钢壳或砖衬所致的空间限制，无法完成由外径向内径的合门过程，只能垂直于环形平面方向进行合门。
现有的合门砖及其砌筑方法存在以下问题：
1、现场加工的合门砖形状尺寸很难满足使用要求。经常出现砖形尺寸过大需要撬拨与敲击才能强制合拢砖环，或者尺寸过小导致砖体缝隙过大、砖环松动、出现掉砖等质量事故。
2、炉衬砖环易于出现三角缝而影响使用质量。合门砖大端尺寸合适而小端尺寸偏小时三角缝出现在炉衬热面上，炉内高温液体或气体容易渗浸入炉衬砖环内造成局部侵蚀过早过快而影响使用寿命。小端尺寸合适大端偏小时三角缝出现在炉衬中部，使用过程中、后期容易出现砖体脱落、坍塌以及高温液体或气体容易渗漏及渗穿事故。
3、砖环与炉衬整体结构性能难以保证。采用切割加工砖进行合门时只把砖环合拢而难以保证把砖环锁紧，对于具有很多砖环的炉衬整体结构强度性能难以保证，影响使用寿命。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种辐射形砌筑砖合门锁砖，它具有通过将配套使用的第一砖与第二砖相互贴合面的结构，设计为小于自锁摩擦角，来达到增加砖环锁紧强度和炉衬整体结构性能的特点。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种辐射形砌筑砖合门锁砖，其特征在于，包括能够相互贴合锁紧的第一砖和第二砖，第一砖包括A面、B面，B面与第一砖在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角小于第一砖本身的自锁摩擦角；第二砖包括C面、D面，C面与第一砖在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角小于第二砖本身的自锁摩擦角；第一砖的B面与第二砖的C面相互贴合，第一砖的A面和第二砖的D面分别与相邻砖贴合。
对上述基础结构的改进为，所述第一砖和第二砖为锥环形砖，
所述锥环形第一砖，其A面和B面均为平行四边形结构面，该两个面相互倾斜，其余各相对面为相互平行且不相等的梯形；
所述锥环形第二砖与锥环形第一砖具有相同的结构特征，当锥环形第一砖的B面与锥环形第二砖的C面相互贴合锁紧时，锥环形第一砖的大端与锥环形第二砖的小端处于同一边，锥环形第一砖与锥环形第二砖配套使用于锥环形窑炉的砌筑合门中。
对上述结构更进一步的改进为，所述锥环形第一砖，其A面和B面均为平行四边形切掉锐角所形成的结构面，该两个面相互倾斜，其余各相对面为相互平行且不相等的梯形；
所述锥环形第二砖与锥环形第一砖具有相同的结构特征，当锥环形第一砖的B面与锥环形第二砖的C面相互贴合锁紧时，锥环形第一砖的大端与锥环形第二砖的小端处于同一边，锥环形第一砖与锥环形第二砖配套使用于锥环形窑炉的砌筑合门中。
对上述基础结构的又一改进方案为，所述第一砖和第二砖为过渡环形砖，
所述过渡环形第一砖，其A面和B面均为直角梯形结构面，该两个面相互倾斜且不相等，其余各相对面为相互平行且不相等的梯形；
所述过渡环形第二砖与过渡环形第一砖具有相同的结构特征，当过渡环形第一砖的B面与过渡环形第二砖的C面相互贴合锁紧时，过渡环形第一砖的大端与过渡环形第二砖的小端处于同一边，过渡环形第一砖与过渡环形第二砖配套使用于所需砌筑窑炉为直环形和锥环形组合的形状时在直环形和锥环形过渡部位的砌筑合门中。
对上述结构更进一步的改进为，所述过渡环形第一砖，其A面和B面均为直角梯形切掉锐角所形成地结构面，该两个面相互倾斜且不相等，其余各相对面为相互平行且不相等的梯形；
所述过渡环形第二砖与过渡环形第一砖具有相同的结构特征，当过渡环形第一砖的B面与过渡环形第二砖的C面相互贴合锁紧时，过渡环形第一砖的大端与过渡环形第二砖的小端处于同一边，过渡环形第一砖与过渡环形第二砖配套使用于所需砌筑窑炉为直环形和锥环形组合的形状时在直环形和锥环形过渡部位的砌筑合门中。
对上述基础结构的另一改进方案为，其特征在于，所述第一砖和第二砖为直环形砖，
所述直环形第一砖为六面体结构，其A面和B面均为矩形结构面，A面与B面不平行，其余各相对面为相互平行但不相等的梯形；
所述直环形第二砖与直环形第一砖结构特征完全相同，即由直环形第一砖轴向旋转180度后即为直环形第二砖，直环形第一砖与直环形第二砖配套使用于直环形窑炉的砌筑合门中。
本发明还提供了一种辐射形砌筑砖合门锁砖的砌筑方法，其特征在于，采用权利要求1所述的辐射形砌筑砖合门锁砖对每环进行合门：
根据所需砌筑窑炉每一环的外径、内径和所述第一砖、第二砖构成的锁砖的尺寸，计算出契形砖的配砖数量，采用契形砖一环一环进行砌筑，每砌筑完一环后，采用所述第一砖、第二砖对该环进行合门锁紧：先垂直于环面放入所述配套使用的第一砖，沿砖环断面贴紧砌筑，保证留出的自由面为与配套使用的第二砖相贴合的斜面，即第一砖的B面，且斜面的开口朝上，并且剩余空间为配套使用的第二砖的形状，然后沿垂直砖环端面方向放入配套使用的第二砖，将所述配套使用的第二砖的C面朝向第一砖的B面，并施加外力压入锁紧，使后放入的配套使用的第二砖与砖环端面形成同一平面，达到既合门又锁紧的目的。
优选的操作方法为，根据所需砌筑窑炉的形状选取相应的所述配套使用的第一砖和第二砖：
当所需砌筑窑炉为锥环形时，砖环断面为平行四边形，与所述锥环形砖的第一砖与锥环形砖的第二砖之间贴合面的相对面，即锥环形第一砖的A面和锥环形第二砖的D面，形状结构一致，采用锥环形砖；
当所需砌筑窑炉为直环形时，砖环断面为矩形，与所述直环形砖的第一砖与直环形砖的第二砖之间贴合面的相对面，即直环形第一砖的A面和直环形第二砖的D面，形状结构一致，采用直环形砖；
当所需砌筑窑炉为直环形和锥环形组合的形状时，在直环形部位的每一环合门位置采用直环形砖，在锥环形部位的每一环合门位置采用锥环形砖，在直环形和锥环形过渡部位的合门位置采用过渡环形的砖，该直环形和锥环形过渡部位的砖环断面为与过渡环形第一砖与过渡环形第二砖之间贴合面的相对面，即过渡环形第一砖的A面和过渡环形第二砖的D面，形状结构一致的直角梯形结构面；
根据所需砌筑窑炉每一环的外径、内径和所述第一砖、第二砖构成的锁砖的尺寸，计算出契形砖的配砖数量，采用契形砖一环一环进行砌筑，每砌筑完一环后，采用所述第一砖、第二砖对该环进行合门锁紧：先垂直于环面放入所述配套使用的第一砖，沿砖环断面贴紧砌筑，保证留出的自由面为与配套使用的第二砖相贴合的斜面，即第一砖的B面，且斜面的开口朝上，并且剩余空间为配套使用的第二砖的形状，然后沿垂直砖环端面方向放入配套使用的第二砖，将所述配套使用的第二砖的C面朝向第一砖的B面，并施加外力压入锁紧，使后放入的配套使用的第二砖与砖环端面形成同一平面，达到既合门又锁紧的目的。
更加优选的操作方法为，根据所需砌筑窑炉每一环的外径、内径和由所述第一砖与第二砖构成的锁砖的尺寸，计算出两种和两种以上契形砖的配砖数量，采用两种或两种以上契形砖对每一环进行配合砌筑。
本发明的优点在于：
1、本发明所提供的辐射形砌砖合门锁砖，能够根据本发明所公开的合门锁砖的结构特征进行批量生产，从而取消或减少现场切割加工锁砖的难度；本发明所提供的一种辐射形砌筑砖合门锁砖的砌筑方法，通过所需砌筑窑炉每一环的外径、内径和由第一砖与第二砖构成的锁砖的尺寸，计算出契形砖的配砖数量，然后再进行砌筑，从而预留出了锁砖所需的位置，当砌筑锁砖时，先垂直于环面放入构成锁砖的第一砖进行砌筑，再垂直于环面放置配套使用的第二砖，从而避免了现有技术中现场加工的合门砖形状尺寸很难满足使用要求，经常出现砖形尺寸过大需要撬拨与敲击才能强制合拢砖环，或者尺寸过小导致砖体缝隙过大、砖环松动、出现掉砖等质量事故的问题。能够减少劳动强度，提高施工效率，降低成本。
2、将两块配套使用的第一砖和第二砖之间相互贴合的结构面设计为斜面，通过斜面间的贴合解决了现有技术中采用的锁砖为直角面间的接触，易出现三角缝的问题。
3、本发明所提供的辐射形砌砖合门锁砖，通过将第一砖B面与第一砖在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角设计为小于第一砖本身的自锁摩擦角；将第二砖C面与第二砖在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角设计为小于第二砖本身的自锁摩擦角，以保证由配套使用的第一砖与第二砖构成的锁砖在锁紧后，锁砖不能自动退出，砖环受热膨涨时锁砖不会沿断面挤出而影响相邻砖环，从而达到真正锁紧的目的。解决了现有技术采用切割加工砖进行合门时只把砖环合拢而难以保证把砖环锁紧，对于具有很多砖环的炉衬整体结构强度性能难以保证，影响寿命的问题。
4、本发明所提供的一种辐射形砌筑砖合门锁砖的砌筑方法，采用每环砖使用一组由第一砖和第二砖配套使用的合门锁砖。合门砌筑时先将第一砖沿砖环断面贴紧砌筑，保证留出的自由面为与第二砖贴合的斜面，即流出的自由面为第一砖的B面，且斜面的开口朝上，并且剩余空间为第二砖的形状，然后沿垂直砖环端面方向放入配套使用的第二砖，第二砖的斜面朝向第一砖的斜面，并施加外力压入锁紧，使后放入的第二砖与砖环端面形成同一平面，达到既合门又锁紧的目的，从而提高了砌筑质量，同时也提高外形完整性，增加了使用寿命。对后期的修补及挖补也起到很好得作用，对整个砌筑的拆除相对更为容易。
5、锁砖与辐射式环砖生产工艺相同，采用同样压砖机生产，性能指标完全能达到产品标准。
6、采用两种或两种以上契形砖配合砌筑，能够使其辐射形砌筑的形状更好，其砌筑的尺寸更加精确、相对于采用一种契形砖时，其尺寸更易灵活掌握。
7、将锥环形第一砖的A面、B面，和锥环形第二砖的C面、D面设计为平行四边形切掉锐角所形成的结构面，以及将过渡环形第一砖5的A面、B面，和过渡环形第二砖的C面、D面设计为直角梯形面切掉锐角所形成的结构面，能够使锥环形砖在加工过程中更易于成型，强度更大，在运输过程中不易损坏。
本发明通过改变合门用砖的形状与砌筑施工方法，取代现场切割加工合门砖或降低合门砖切割难度，增加了砖环锁紧的强度和炉衬整体结构性能，并为使用过程中的局部更换维护提供了方便。本发明所提供的辐射形砌筑砖合门锁砖的砌筑方法，能够在不损伤两边砖的基础上，使配套使用的第一砖与第二砖锁紧合门，保证了砖的质量和整体砌筑施工质量。
【附图说明】
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为直环形第一砖的结构示意图。
图2为直环形第二砖的结构示意图。
图3为直环辐射形砖环锁砖合门砌筑方法示意图。
图4为直环辐射形砖环侧视图。
图5为直环辐射形砖环剖视图。
图6为锥环形第一砖的结构示意图。
图7为锥环形第二砖的结构示意图。
图8为锥环辐射形砖环锁砖合门砌筑方法示意图。
图9为锥环辐射形砖环侧视图。
图10为锥环辐射形砖环剖视图。
图11为过渡环形第一砖的结构示意图。
图12为过渡环形第二砖的结构示意图。
图13为过渡辐射形砖环锁砖合门砌筑方法示意图。
图14为过渡环辐射形砖环侧视图。
图15为过渡环辐射形砖环剖视图。
其中，1-直环形第一砖，2-直环形第二砖，3-锥环形第一砖，4-锥环形第二砖，5-过渡环形第一砖，6-过渡环形第二砖。
【具体实施方式】
本发明提出的辐射形砖环合门锁砖的形状特点如下所述：
每种辐射形砖环合门锁砖都由相互配套使用的第一砖和第二砖组成，第一砖与子第二砖相互贴合的面，与该贴合面各自相对的面倾斜成一定角度，即B面与A面倾斜成一定角度，C面与D面倾斜成一定角度，B面、C面成为斜面，其斜面与该砖在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角都小于该砖本身的自锁摩擦角，该斜面为第一砖与第二砖相互贴合的结构面。第一砖和第二砖相互贴合的结构面各自的相对面，即第一砖个的A面、第二砖的D面，与砖环断面相同，砌筑时，第一砖与第二砖的斜面即B面与C面，相配合贴紧，第一砖及第二砖的其他面与该砖环相邻砖配合贴紧成为砖环整体。下面，就直环形砖、锥环形砖、过渡环形砖的结构结合附图说明如下：
直环辐射形砖环砌筑合门锁砖，由图1所示的直环形第一砖1和图2所示的直环形第二砖2组成。结合附图5所示的直环辐射形砖环剖视图可知，图1中A1、A2、A3、A4构成直环形第一砖1的A面，为矩形面，与直环辐射形砖的砖环断面相同。B1、B2、B3、B4构成的矩形面为直环形第一砖1的B面，与直环形第一砖1的A面倾斜成一定角度，为一斜面，其斜面与直环形第一砖1在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角小于该直环形第一砖本身的自锁摩擦角。A1、B1、B4、A4和A2、B2、B3、A3分别构成的非等腰梯形面相互平行但不相等，A1、B1、B2、A2和A4、B4、B3、A3构成的等腰梯形面相互平行但不相等。图2中直环形第二砖2的形状特征与图1中直环形第一砖1相同。砌筑时直环形第一砖1的B1、B2、B3、B4矩形面与直环形第二砖2的B1’、B2’、B3’、B4’矩形面相贴合，即直环形第一砖1的B面与直环形第二砖2的C面相互贴合。
锥环辐射形砖环砌筑合门锁砖，由图6所示的锥环形第一砖和图7所示的锥环形第二砖组成。图6中，锥环形第一砖3的C1、C2、C3、C4、C5、C6构成的六边形面为锥环形第一砖3的A面，D1、D2、D3、D4、D5、D6构成的六边形面即锥环形第一砖3的B面，锥环形第一砖3的A面与B面均为平行四边形切掉锐角所形成的结构面，二者相互倾斜，并且如图10所示的锥环辐射形砖环剖视图，锥环形第一砖3的A面与锥环辐射形砖的砖环断面相同，锥环形第一砖3的B面与锥环形第一砖3在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角小于该锥环形第一砖3本身的自锁摩擦角。C1、D1、D6、C6与C3、D3、D4、C4构成的等腰梯形面相互平行且不相等，C1、D1、D2、C2与C5、D5、D4、C4构成的梯形面相互平行且不相等，C2、D2、D3、C3与C6、D6、D5、C5构成的梯形面相互平行且不相等。图7中锥环形第二砖4的特征与图6所示的锥环形第一砖3相同。砌筑时锥环形第一砖3的B面，即D1、D2、D3、D4、D5、D6所构成面与锥环形第二砖4的C面，即D1’、D2’、D3’、D4’、D5’、D6’所构成面相配合，锥环形第二砖4的C面与锥环形第二砖4在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角小于该锥环形第二砖4本身的自锁摩擦角。锥环形第一砖3与锥环形第二砖4为两种不同的砖形。
过渡辐射形砖环砌筑合门锁砖，由图11所示的过渡环形第一砖5和图12所示的过渡环形第二砖6组成。图11中，过渡环形第一砖5的A面，即E1、E2、E3、E4、E5构成的面，与B面，即F1、F2、F3、F4、F5所构成的面，均为直角梯形面切掉锐角所形成的结构面，二者相互倾斜且不相等，并且如图15所示的过渡环辐射形砖环剖视图，E1、E2、E3、E4、E5所构成的过渡环形第一砖5的A面与过渡环辐射形砖的砖环断面相同，过渡环形第一砖5的B面与过渡环形第一砖5在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角小于该过渡环形第一砖5本身的自锁摩擦角。E1、F1、F5、E5与E3、F3、F4、E4所构成的等腰梯形相互平行但不相等。E1、F1、F2、E2与E5、F5、F4、E4所构成的梯形面相互平行但不相等。E2、F2、F3、E3为梯形面。图12中过渡环形第二砖6的特征与图11所示的过渡环形第一砖5相同。砌筑时过渡环形第一砖5的F1、F2、F3、F4、F5所构成面与过渡环形第二砖6的F1’、F2’、F3’、F4’、F5’所构成的面相贴合锁紧，即过渡环形第一砖5的B面与过渡环形第二砖6的C面相贴合锁紧。过渡环形第一砖5与过渡环形第二砖6为两种不同的砖形。
上述各类形状的第一砖与第二砖之间相互贴合的结构面，与该砖在砌筑时所处砌筑环面的辐射线之间的夹角小于该砖本身的自锁摩擦角，以使得砖环受热膨涨时由第一砖和第二砖构成的锁砖不会沿断面挤出而影响相邻砖环。
本实施例中将锥环形第一砖3的A面、B面，和锥环形第二砖4的C面、D面设计为平行四边形切掉锐角所形成的结构面，以及将过渡环形第一砖5的A面、B面，和过渡环形第二砖的C面、D面设计为直角梯形面切掉锐角所形成的结构面，目的是为了使锥环形砖在加工过程中更易于成型，强度更大，在运输过程中不易损坏，如果将锥环形第一砖的A面、B面，和锥环形第二砖的C面、D面设计为平行四边形也可以实现本发明的目的，只是在加工和运输过程中不易防止锐角被损伤。
接下来，采用上述三种配套使用的第一砖和第二砖构成的合门锁砖对辐射形砖环的合门砌筑方法进行介绍：
首先，根据所需砌筑窑炉的形状选取相应的所述配套使用的第一砖和第二砖：如图8所示的锥环辐射形砖环锁砖合门砌筑方法示意图和图9所示的锥环辐射形砖环侧视图可知，当所需砌筑窑炉为锥环形时，如图10所示的锥环辐射形砖环剖视图，砖环断面为与所述锥环形砖的第一砖与锥环形砖的第二砖之间吻合面的相对面，即锥环形第一砖的A面和锥环形第二砖的D面，形状结构一致的平行四边形，此时，应采用锥环形第一砖和锥环形第二砖配套使用对砖环进行合门锁紧；
如3所示的直环辐射形砖环锁砖合门砌筑方法示意图和图4所示的直环辐射形砖环侧视图可知，当所需砌筑窑炉为直环形时，参照图5所示的直环辐射形砖环剖视图，砖环断面为与所述直环形砖的第一砖与直环形砖的第二砖之间吻合面的相对面，即直环形第一砖的A面和直环形第二砖的D面，形状结构一致的矩形面，此时，应采用直环形第一砖和直环形第二砖配套使用对砖环进行合门锁紧；
当所需砌筑窑炉为直环形和锥环形组合的形状时，在直环形部位的每一环采用直环形第一砖和直环形第二砖，在锥环形部位的每一环采用锥环形第一砖和锥环形第二砖，如图13所示的过渡辐射形砖环锁砖合门砌筑方法示意图和图14所示的过渡环辐射形砖环侧视图可知，在直环形和锥环形过渡部位应当采用过渡环形的第一砖与过渡环形第二砖，配套使用对砖环进行合门锁紧；如图15所示的过渡环辐射形砖环剖视图，该直环形和锥环形过渡部位的砖环断面为与过渡环形第一砖与过渡环形第二砖之间贴合面的相对面，即过渡环形第一砖的A面和过渡环形第二砖的D面一致的直角梯形切掉锐角所形成的结构面；
接下来，根据所需砌筑窑炉每一环的外径、内径和所述第一砖、第二砖构成的锁砖的尺寸，计算出契形砖的配砖数量，采用契形砖一环一环进行砌筑，每砌筑完一环后，采用所述第一砖、第二砖对该环进行合门锁紧：先垂直于环面放入所述配套使用的第一砖，沿砖环断面贴紧砌筑，保证留出的自由面为与配套使用的第二砖相贴合的斜面，即第一砖的B面，且斜面的开口朝上，并且剩余空间为配套使用的第二砖的形状，然后沿垂直砖环端面方向放入配套使用的第二砖，将所述配套使用的第二砖的C面朝向第一砖的B面，并施加外力压入锁紧，使后放入的配套使用的第二砖与砖环端面形成同一平面，达到既合门又锁紧的目的。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。