Кассетная камера нагревательного колодца, а также фасонный кирпич для нее и способ изготовления фасонного кирпича
Изобретение относится к кассетной камере нагревательного колодца, в частности, для обжига анодных блоков с применением покрывной крупки, фасонному кирпичу для нее и способу изготовления этого кирпича. Кассетная камера выполнена прямоугольной в плане и содержит две вертикальные, лежащие противоположно друг другу продольные стенки и поперечные стенки камеры, а также по меньшей мере одну проходящую перпендикулярно поперечным стенкам или продольным стенкам камеры вертикальную, соединенную со стенками камеры кассетную стенку, выполненную из отдельных минеральных, имеющих по существу форму прямоугольного параллелепипеда огнеупорных фасонных кирпичей, состоящих из жаростойкого бетона, являющегося огнеупорным бетоном со сверхнизким содержанием цемента (ULCC) с содержанием СаО от 0,2 до 1,0 мас.%, при этом в кассетной стенке предусмотрены проходящие насквозь снизу вверх сформированные в фасонных кирпичах газовые каналы. Раскрыты также фасонный кирпич для кассетной камеры и способ его изготовления. Обеспечивается достижение синергетического эффекта, когда кирпич, с одной стороны, имеет небольшое размягчение и растекание под давлением, а с другой - малую открытую пористость, низкую газопроницаемость, что приводит к повышенной стойкости к проникновению и воздействию содержащихся в углеродной крупке фторидов щелочных металлов. 3 н. и 55 з.п. ф-лы, 36 ил.
Изобретение относится к кассетной камере нагревательного колодца, в частности кассетно-кольцевого нагревательного колодца, предпочтительно для обжига аморфных углеродных тел, в частности анодов из высокочистого углерода, которые служат для электролитического восстановления алюминия или для других электрометаллургических способов. Кроме того, изобретение относится к фасонному кирпичу (камню) для стенок нагревательного колодца и к способу его изготовления.
Получение чистого алюминия из глинозема (Al2O3) осуществляется обычно посредством так называемого электролиза расплава. Этот способ основывается на том, что растворенный в ванне расплавленного криолита Al2O3 разлагается электрическим током, который подводится в ванну посредством погруженного электрода из высокочистого углерода (анод). При этом образовавшийся чистый алюминий оседает на стенках состоящего из обожженного углерода тигля, который представляет собой катод, а образовавшийся кислород проходит к аноду и сгорает с ним. По этой причине аноды необходимо с регулярными интервалами заменять, обычно когда они израсходованы примерно на 30%, так что постоянно имеется потребность в анодах.
При изготовлении таких анодов спрессовывают сначала вязкую смесь из раздробленного или, соответственно, размолотого кокса или, соответственно, каменного угля и подходящего связующего средства, например каменноугольного пека, в так называемые «зеленые» анодные блоки, а затем обжигают их при температуре около 1200°С так, что анодные блоки получают необходимые для изготовления алюминия свойства, такие как, например, электрическая проводимость и стойкость к окислению.
Обжиг анодных блоков обычно происходит в специальных нагревательных колодцах, предпочтительно кассетно-кольцевых нагревательных колодцах, в нагреваемые газом камеры которого вводят штабелями «зеленые» анодные блоки и заделывают в так называемую покрывную или, соответственно, углеродную крупку, что обеспечивает протекание процесса обжига без кислорода. Применяемая для этого углеродная крупка, которую изготавливают обычно из остатков не полностью использованных анодов, состоит по существу из графита и фторидов щелочных металлов и имеет величину зерна, например, менее 3 мм.
Такой кассетно-кольцевой нагревательный колодец для обжига анодов известен, например, из DE 20021089 U1 и его описание приводится ниже со ссылками на фиг.35 и 36. Этот кассетно-кольцевой нагревательный колодец 200 имеет группу имеющих форму прямоугольного параллелепипеда кассетных камер 201, которые расположены как рядом друг с другом, так и в два ряда друг за другом, при этом смежные кассетные камеры 201 соединены друг с другом аэродинамически через окружной кольцевой газопровод 202, так что газы сгорания или, соответственно, дымовые газы направляются из одной кассетной камеры 201 в следующую камеру (смотри фиг.36). Отдельные кассетные камеры 201 имеют каждая две вертикальные, лежащие противоположно и параллельно друг другу продольные стенки 203 камеры, а также две также вертикальные, лежащие противоположно и параллельно друг другу поперечные стенки 204 камеры, при этом продольные стенки 203 камеры и поперечные стенки 204 камеры расположены перпендикулярно друг другу и образуют окружную поясную стенку или, соответственно, стенку 205 камеры, в которой предусмотрено несколько проходящих вертикально проходов 212 для дымового газа. Кроме того, каждая кассетная камера 201 разделена также ориентированными вертикально и проходящими перпендикулярно продольным стенкам 203 камеры от одной продольной стенки 203 камеры к противоположной продольной стенке 203 кассетными стенками 206 на имеющие форму прямоугольного параллелепипеда кассеты 207. При этом каждая кассетная стенка 206 имеет также несколько проходящих вертикально проходов 212 для дымового газа. Кассеты 207 служат для размещения заделанного в слой 217 углеродной крупки обжигаемого материала 218.
При этом как кассетные стенки 206, так и стенка 205 камеры состоят обычно из дорогих в изготовлении относительно небольших отдельных стенных кирпичей из гидравлически спрессованных, керамически связанных и по существу газонепроницаемых шамотных кирпичей, которые укладываются вручную и соединяются шамотным раствором. Фиксация шамотных кирпичей относительно друг друга осуществляется с помощью по сути известных соединений в шпунт и гребень. Эти шамотные кирпичи имеют обычно содержание Al2O3 около 40% и длину от 200 до 500 мм, ширину от 200 до 300 мм и высоту от 130 до 180 мм.
Кроме того, каждая кассетная камера 201 так закрыта крышкой 208 камеры, что между крышкой 208 и верхними поверхностями 210 кассетных стенок 206 и находящимся в кассетах 207 обжигаемым материалом 218 образуется верхнее полое пространство или, соответственно, уравнительная полость 211. Другое, нижнее полое пространство или, соответственно, уравнительная полость 213 образована в области дна 214 кассетных камер 201 или, соответственно, кассет 207.
При работе, т.е. во время обжига анодов, дымовые газы направляются в направлении 215 потока из кассетной камеры 201 в соответствующую смежную кассетную камеру 201. Для этого сначала сжигается топливо в отдельных вертикальных нагревательных шахтах 216, которые предусмотрены в лежащей относительно направления 215 потока на стороне входа продольной стенке 203 каждой кассетной камеры 201, при этом обычно в каждой кассете 207 имеется соответствующая нагревательная шахта 216. Создаваемый таким образом дымовой газ поднимается в соответствующей нагревательной шахте 216 вверх и собирается в верхней уравнительной полости 211, где происходит выравнивание давления и температуры. Оттуда дымовой газ направляется через имеющиеся в кассетных стенках 206 и в стенке 205 камеры проходы 212 и при необходимости через слой 217 углеродной крупки вниз в нижнюю уравнительную полость 213, где снова происходит выравнивание давления и температуры. Из нижней уравнительной полости 213 газ проходит в следующую нагревательную шахту смежной в направлении 215 потока кассетной камеры 201, при этом в противопотоке подается топливо. Таким образом, дымовые потоки проходят по существу по синусоидальному или имеющему форму меандра пути из кассетной камеры 201 в кассетную камеру 201.
Во время работы в каждой отдельной кассете 207 имеется восстанавливающая и содержащая за счет углеродной крупки фториды щелочных металлов атмосфера сгорания, в то время как в нагревательной шахте преобладает окисляющая атмосфера.
При этом при работе такого кассетного кольцевого нагревательного колодца 200 всегда одну или две кассетных камеры 201 применяют в качестве камер сгорания, в то время как расположенные перед ними в направлении 215 потока кассетные камеры 201 используются в качестве камер нагревания, а лежащие за ними кассетные камеры 201 в качестве камер охлаждения, из которых извлекают обожженный продукт, а затем вводят новый обжигаемый продукт 218. При этом обычный цикл обжига, включая предварительное нагревание и охлаждение анодов, длится примерно 14 дней.
За счет постоянной смены рабочего состояния кассетных камер 201 стенка 205 камеры и прежде всего кассетные стенки 206 подвергаются сильным тепловым нагрузкам и колебаниям, поэтому стенка 205 камеры и кассетные стенки 206 должны иметь хорошие термомеханические свойства, такие как большое сопротивление размягчению при нагреве под давлением, небольшое размягчение под давлением, небольшая текучесть под давлением, небольшой коэффициент расширения и усадки и хорошая стойкость к колебаниям температуры.
Проблемой являются, в частности, обусловленные термически, снова и снова повторяющиеся расширения и сжатия в кассетных стенках 206 и стенке 205 камеры. За счет расширений происходит, среди прочего, нежелательное распучивание или, соответственно, вспучивание стенок 206 кассеты, поскольку они на торцевой стороне по существу неподвижно соединены со стенкой 205 камеры и не могут отклоняться. Кроме того, за счет постоянно изменяющейся нагрузки на растяжение и сжатие разрываются и разрушаются швы между отдельными шамотными кирпичами, так что со временем отдельные шамотные кирпичи выпадают из кассетных стенок 206.
Это действие усиливается еще за счет того, что шамотные кирпичи являются очень чувствительными к термохимическому воздействию содержащихся в покрывной крупке фторидов щелочных металлов. Фториды щелочных металлов проникают в поры шамотных кирпичей и ведут к нежелательным превращениям минеральных фаз, которые приводят, с одной стороны, к увеличению коэффициента расширения материала и, с другой стороны, к преждевременному размягчению под давлением.
Дополнительно к этому, очень мелкая углеродная крупка постепенно проникает вследствие небольшого размера своего зерна в разрушенные поры и еще больше препятствует и блокирует движение расширения и колебания кассетных стенок 206. Это приводит к еще большей нестабильности кассетных стенок 206, которые затем необходимо ремонтировать или полностью заменять, что, среди прочего, из-за ручной кладки является сложным и требующим много времени и расходов процессом.
Для предотвращения этого известна установка кассетных стенок 206 в канавках продольных стенок 205 камеры и предусмотрение проходящих вертикально в стенке 205 камеры и в области стыка между кассетными стенками 206 и стенкой 205 камеры компенсационных швов, которые заполнены пенополистиролом и/или керамическими упруго деформируемыми волоконными материалами. При этом пенополистирол служит лишь в качестве распорки при монтаже кассетных стенок 206 и для создания заданной ширины компенсационных швов, поскольку пенополистирол при работе кассетно-кольцевого нагревательного колодца 200 тотчас сгорает. Как создаваемый за счет используемого пенополистирола, так и керамического эластичного волоконного материала, который обратимо сжимается при расширении кассетных стенок 206, допускают тем самым заданное изменение длины кассетных стенок 206 без их деформации.
Однако при этом проблема состоит в том, что керамические волоконные материалы имеют лишь ограниченное время службы. Причиной этого, среди прочего, является то, что для монтажа и для обеспечения свободы движения кассетных стенок 206 ширина канавок в целом несколько больше ширины кассетных стенок 206, так что между наружными стенками кассеты и боковыми стенками канавки имеется зазор. Через эти зазоры и, соответственно, в эти зазоры очень мелкая углеродная крупка постепенно проникает также и в керамический волоконный материал, так, что дополнительно блокируются перемещения кассетных стенок 206, что снова приводит к указанным выше проблемам.
Таким образом, проблемой в таких по сути известных кассетно-кольцевых нагревательных колодцах являются, с одной стороны, термически обусловленные повреждения стенок нагревательного колодца, такие как вспучивание кассетных стенок и разрывание швов между шамотными кирпичами, что еще усиливает чувствительность шамотных кирпичей к термохимическому воздействию содержащихся в углеродной крупке фторидов щелочных металлов.
Кроме того, изготовление стенок нагревательного колодца посредством скрепления вручную раствором многочисленных отдельных шамотных кирпичей требует много времени и средств, а также ремонт поврежденных стенок нагревательного колодца является очень сложным.
Кроме того, стойкость шамотных кирпичей к СО является недостаточной.
Задачей данного изобретения является создание кассетной камеры для нагревательного колодца, в частности кассетно-кольцевого нагревательного колодца или т.п., в частности, для обжига аморфных углеродных тел, в которой минимизируются термически и химически обусловленные повреждения стенок нагревательного колодца, такие как, например, вспучивание и образование трещин, при этом должно обеспечиваться простое и экономичное изготовление и ремонт стенок нагревательного колодца.
Кроме того, задачей изобретения является создание фасонного кирпича для таких нагревательных колодцев, который прост в изготовлении, имеет хорошие термохимические и термомеханические свойства и претерпевает небольшие термически и химически обусловленные повреждения.
Дополнительно к этому должен быть создан простой и экономичный способ изготовления такого фасонного кирпича для стенок нагревательного колодца.
Эти задачи решены относительно кассетной камеры за счет признаков пункта 1 формулы изобретения, относительно фасонного кирпича за счет признаков пункта 59 формулы изобретения и относительно способа за счет признаков 60 формулы изобретения. Предпочтительные модификации характеризуются в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Ниже приводится подробное пояснение изобретения в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - схематичный изометрический вид сверху кассетной камеры, согласно изобретению;
фиг.2 - вид сбоку фасонного кирпича, согласно изобретению, в продольном разрезе вдоль средней продольной плоскости кирпича;
фиг.3 - вид сверху фасонного кирпича, согласно изобретению;
фиг.4 - продольный разрез фасонного кирпича по линии А-А на фиг.3;
фиг.5 - виде сбоку фасонного кирпича, согласно другому варианту выполнения изобретения, в продольном разрезе вдоль средней продольной плоскости кирпича;
фиг.6 - продольный разрез фасонного кирпича по линии В-В на фиг.5;
фиг.7 - участок С на фиг.6, в увеличенном масштабе;
фиг.8 - поперечный разрез кассетной камеры согласно первому варианту выполнения изобретения в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры вдоль горизонтальной и копланарной с верхней стороной верхнего фасонного кирпича плоскости;
фиг.9 - продольный разрез фасонного кирпича по линии D-D на фиг.8;
фиг.10 - участок Е на фиг.8, в увеличенном масштабе;
фиг.11 - вид сверху соединительного фасонного кирпича, применяемого в первом варианте выполнения в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры;
фиг.12 - участок, показанный на фиг.10, согласно второму варианту выполнения кассетной камеры в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры;
фиг.13 - вид сверху соединительного фасонного кирпича, применяемого во втором варианте выполнения в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры;
фиг.14 - соединительный фасонный кирпич, согласно фиг.13, расположенный в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры, изометрический вид сверху;
фиг.15 - участок, показанный на фиг.10, согласно третьему варианту выполнения кассетной камеры в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры;
фиг.16 - вид сверху соединительного фасонного кирпича, применяемого в третьем варианте выполнения в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры;
фиг.17 - изометрический вид сверху соединительного фасонного кирпича, согласно фиг.16, расположенный в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры;
фиг.18 - соединительный фасонный кирпич, применяемый в четвертом варианте выполнения в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры, вид сверху;
фиг.19 - соединительный фасонный кирпич, согласно фиг.18, расположенный в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры, изометрический вид сверху;
фиг.20 - соединительный фасонный кирпич, применяемый в пятом варианте выполнения относительно соединения кассетных стенок и стенки камеры, вид со стороны торца;
фиг.21 - соединительный фасонный кирпич, согласно фиг.20, вид сбоку;
фиг.22 - два расположенных друг над другом соединительных фасонных кирпича согласно фиг.18, расположенных в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры, изометрический вид сверху;
фиг.23 - продольный разрез согласно фиг.9 кассетной камеры согласно шестому варианту выполнения кассетной камеры в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры;
фиг.24 - участок F на фиг.23, в увеличенном масштабе;
фиг.25 - два расположенных друг над другом соединительных фасонных кирпича, согласно шестому варианту выполнения в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры, расположенных в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры, изометрический вид сверху;
фиг.26 - соединительный фасонный кирпич, согласно фиг.25, вид сбоку;
фиг.27 - соединительный фасонный кирпич, согласно фиг.26, вид сбоку;
фиг.28 - два расположенных друг над другом соединительных фасонных кирпича с клином сползания, согласно седьмому варианту выполнения относительно соединения кассетных стенок и стенки камеры, расположенных в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры, изометрический вид сверху;
фиг.29 - продольный разрез вдоль средней продольной плоскости соединительного фасонного кирпича с клином скольжения, согласно фиг.28, расположенного в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры;
фиг.30 - соединительный фасонный кирпич с клином скольжения, согласно фиг.29, с модифицированным клином скольжения, расположенным в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры, вид сверху;
фиг.31 - клин скольжения, согласно фиг.30, изометрический вид сверху;
фиг.32 - соединительный фасонный кирпич, согласно восьмому варианту выполнения в отношении соединения кассетных стенок и стенки камеры, расположенный в соединительной канавке показанной частично продольной стенки камеры, изометрический вид сверху;
фиг.33 - продольный разрез вдоль средней продольной плоскости соединительного фасонного кирпича согласно фиг.32, вид сбоку;
фиг.34 - соединительный фасонный кирпич, согласно фиг.33, вид сверху;
фиг.35 - нагревательный колодец согласно уровню техники, изометрический вид сверху;
фиг.36 - разрез вдоль вертикальной параллельной кассетным стенкам плоскости четырех кассетных камер нагревательного колодца согласно фиг.35.
Нагревательный колодец имеет по меньшей мере одну, предпочтительно 10-20 имеющих форму прямоугольного параллелепипеда или, соответственно, прямоугольных в плане кассетных камер 1, которые соединены аэрогидродинамически друг с другом (смотри фиг.1, 8, 9, 23). Каждая кассетная камера 1 состоит из окружной поясной стенки или, соответственно, стенки 2 камеры, которая образована двумя ориентированными вертикально и параллельно друг другу и расположенными на расстоянии друг от друга в горизонтальном направлении продольными стенками 3, 4 камеры и двумя поперечными стенками 5, 6 камеры, также ориентированными вертикально и параллельно друг другу и расположенными на расстоянии друг от друга в горизонтальном направлении, однако перпендикулярно продольным стенкам 3, 4 камеры.
Кроме того, кассетная камера 1 имеет по меньшей мере одну, предпочтительно 4-8 ориентированных параллельно поперечным стенкам 5, 6 камеры кассетных стенок 7, которые проходят от одной продольной стенки 3, 4 камеры к противоположной продольной стенке 3, 4 камеры и разделяют кассетную камеру 1 на несколько имеющих форму прямоугольного параллелепипеда кассетных пространств 8.
В качестве альтернативного решения, кассетные стенки 7 направлены параллельно продольным стенкам 3, 4 камеры и проходят от одной поперечной стенки 5, 6 камеры к противоположной поперечной стенке 5, 6 камеры (не изображено).
В продольной стенке 3 камеры выполнено несколько проходящих вертикально нагревательных шахт 101 с прямоугольным поперечным сечением, при этом на одно кассетное пространство 8 обычно приходится одна нагревательная шахта 101.
При этом согласно изобретению кассетные стенки 7 состоят из отдельных крупногабаритных внутренних фасонных кирпичей (камней) 11 и соединительных фасонных кирпичей (камней) 11а, которые при расположении со смещением друг на друге и рядами друг рядом с другом образуют соответствующую кассетную стенку 7 (смотри фиг.1-34). Эти фасонные кирпичи 11, 11а имеют каждый две плоские и параллельные друг другу широкие стороны 12, 13, нижнюю сторону 14, верхнюю сторону 15 и две лежащие противоположно друг другу торцевые стороны 16, 17.
Кроме того, в фасонных кирпичах 11, 11а выполнены проходящие вертикально сквозные каналы 9 для дымового газа по существу с прямоугольным поперечным сечением. При этом фасонные кирпичи 11, 11а в собранной кассетной камере 1 расположены так, что каналы 9 для дымового газа лежат на одной вертикальной линии друг с другом. При этом каналы 9 для дымового газа являются симметричными относительно средней продольной оси 10 кирпича.
При этом длина фасонных кирпичей 11, 11а согласно изобретению, т.е. расстояние между противоположными торцевыми сторонами 16, 17, составляет предпочтительно 600-2000 мм, более предпочтительно 1000-1900 мм, ширина, т.е. расстояние между противоположными широкими сторонами 12, 13, составляет предпочтительно 190-350 мм, более предпочтительно 200-300 мм, и высота, т.е. расстояние между нижней стороной 14 и верхней стороной 15, составляет предпочтительно 500-1000 мм, более предпочтительно 600-800 мм. Вследствие этого фасонные кирпичи 11, 11а согласно изобретению явно больше, чем обычно применяемые кирпичи, и тем самым, среди прочего, намного проще в обращении.
Фасонные кирпичи 11, 11а состоят согласно изобретению из жаростойкого бетона, который состоит по существу из жаростойкого гранулированного продукта в качестве добавки, в частности гранул Al2O3, такого как, например, богатые муллитом материалы, и/или шамота, и/или андалузита, жаростойкого тонкомолотого продукта в качестве присадки, такого как, например, глинозем, и/или глина, и/или содержащие муллит компоненты, и/или неоксидные материалы, минеральных связующих средств, таких как, например, глиноземные цементы, и/или микросилика, и/или реактивные глиноземы, а также добавок, таких как, например, разжижитель, и/или регулятор затвердевания, и/или органические, и/или неорганические волокна.
Наиболее предпочтительным оказалось применение в рамках изобретения жаростойкого бетона типа ULCC (Ultra Low Cement Castables, огнеупорного бетона со сверхнизким содержанием цемента) с содержанием СаО от 0,2 до 1,0 масс.%.
За счет применения такого жаростойкого бетона типа ULCC для фасонных кирпичей, согласно изобретению, достигается, в частности, синергетический эффект. С одной стороны фасонный кирпич 11, 11а, согласно изобретению, имеет характерное для жаростойкого бетона со сверхнизким содержанием цемента небольшое размягчение под давлением и небольшое растекание под давлением. С другой стороны, фасонные кирпичи имеют вследствие малого водопотребления жаростойкого бетона при изготовлении очень малую открытую пористость, так что фасонные кирпичи 11, 11а имеют очень низкую газопроницаемость и за счет этого являются стойкими к проникновению и воздействию содержащимися в углеродной крупке фторидами щелочных металлов.
Для обеспечения необходимой для применения в нагревательных колодцах стойкости к СО жаростойкий бетон имеет, кроме того, содержание Fe2O3 менее 2 масс.%, предпочтительно менее 1 масс.%.
В частности, предпочтительно применяется жаростойкий бетон со следующими термомеханическими, термохимическими и физическими свойствами в качестве материала для фасонных кирпичей 11, 11а, согласно изобретению:
| Физические свойства | В частности | ||
| Открытая пористость после обжига при 400°С | 12-20 | 13-17 | % |
| Обратимое расширение после обжига при 1000-1300°С | 0,4-1,0 | 0,5-0,7 | % |
| Необратимое расширение после обжига при 1200°С | -0,5-+0,2 | -0,2-+0,2 | % |
| Твердость после обжига при 1300°С | >50 | >90 | МРа |
| Термомеханические свойства | |||
| Размягчение под давлением, T05, после обжига при 1300°С | >1400 | >1500 | °С |
| Сопротивление размягчению при нагреве под давлением, ta, после обжига при 1300°С | >1500 | >1600 | °С |
| Текучесть под давлением при 1280°С между 14 и 24 ч | <0,01 | <0,005 | %/ч |
| Устойчивость к изменению температуры | >50 | >100 | |
| Термохимические свойства | |||
| Стойкость к фторидам щелочных металлов | Стойкие по DIN 51069-2 | ||
| Стойкость к СО по ASTM С 288, 500°С, 200 ч | A-B | A-B |
При этом изготовление фасонных кирпичей осуществляется по обычной бетонной технологии, т.е., например, посредством введения или, соответственно, заливки предварительно приготовленного свежего жаростойкого бетона в форму предпочтительно с последующим встряхиванием или вибрацией, оставления на затвердевание свежего жаростойкого бетона и удаления из форм затвердевших фасонных кирпичей 11, 11а. Посредством этого способа изготовления можно в принципе изготавливать фасонные кирпичи 11, 11а любой пространственной формы и можно просто, быстро и гибко реагировать на изменяющиеся требования относительно пространственной формы. Кроме того, такое изготовление является очень экономичным, поскольку необходимые литейные формы или, соответственно, опалубки можно экономично изготавливать из дерева или пластмассы.
В установленном состоянии расположенные друг над другом фасонные кирпичи 11, 11а фиксируются относительно друг друга посредством соединения в шпунт и гребень, при этом фиксирующий шпунт 18 предусмотрен в верхней стороне 15, а соответствующий фиксирующий гребень в нижней стороне 14. При этом как фиксирующий шпунт 18, так и фиксирующий гребень 19 предпочтительно расположены симметрично относительно средней продольной плоскости 10 кирпича и, таким образом, прерываются проходами 9 для дымового газа. При этом боковые поверхности 20 фиксирующего шпунта и, соответственно, боковые поверхности 21 фиксирующего гребня целесообразно проходят не перпендикулярно дну 22 фиксирующего шпунта и, соответственно, дну 23 фиксирующего гребня, а составляют с соответствующим дном 22, 23 тупой угол так, что фиксирующий шпунт 18 и фиксирующий гребень 19 имеют поперечное сечение в форме трапеции.
Расположенные рядом друг с другом фасонные кирпичи 11, 11а также соединяются друг с другом посредством соединения в шпунт и гребень, при этом на одной торцевой стороне 16 предусмотрен соединительный шпунт 24, а на соответствующей противоположной торцевой стороне 17 соответствующий соединительный гребень 25. При этом, в свою очередь, боковые поверхности 26 соединительного шпунта и, соответственно, боковые поверхности 27 соединительного гребня целесообразно проходят не перпендикулярно дну 28 соединительного шпунта и, соответственно, дну 29 соединительного гребня, а составляют с соответствующим дном 22, 23 тупой угол так, что соединительный шпунт 24 и соединительный гребень 25 имеют также поперечное сечение в форме трапеции.
Согласно другому, показанному на фиг.6, 7, 20, 21, 26, 27 варианту выполнения, фасонный кирпич 11, 11а не имеет указанного выше расположенного посредине фиксирующего гребня 19, а два проходящих рядом с соответствующими каналами 9 для дымового газа и параллельно средней продольной плоскости 10 кирпича, полуцилиндрических переходных гребня 30. Эти переходные гребни 30 соответствуют по своей форме и размерам обычно применяемым гребням, так что эти фасонные кирпичи 11, 11а можно использовать в качестве переходных камней, например, в нижнем ряду в известном нагревательном колодце.
Предусмотренные в кассетной стенке 7, а следовательно в фасонных кирпичах 11, 11а каналы 9 для дымового газа имеют, как указывалось выше, по существу прямоугольное и симметричное относительно средней продольной плоскости 10 кирпича поперечное сечение с округленными кромками 31 канала. В частности, каналы 9 для дымового газа имеют длину L поперечного сечения в направлении средней продольной плоскости 10 кирпича, равную 80-250 мм, предпочтительно 100-200 мм, и ширину В поперечного сечения перпендикулярно средней продольной плоскости 10 кирпича, равную 80-250 мм, предпочтительно 100-200 мм.
При этом в кассетной стенке 7 фасонные кирпичи 11, 11а имеют такой размер и расположение, что имеющиеся между отдельными фасонными кирпичами 11, 11а вертикальные стеночные швы 33 горизонтального ряда 34 фасонных кирпичей расположены со смещением относительно стеночных швов 33 расположенного выше или, соответственно, ниже ряда 34 фасонных кирпичей. За счет этого обеспечивается хорошая прочность и стабильность кассетной стенки 7 без необходимости в расшивании швов между фасонными кирпичами 11, 11а, что при монтаже обеспечивает очень большое преимущество относительно стоимости и времени по сравнению с обычными кирпичами, укладываемыми вручную.
Для предотвращения возникающих в уровне техники вспучиваний состоящие из множества фасонных кирпичей 11, 11а кассетные стенки 7 согласно изобретению соединены со стороны торцов посредством соединительных устройств с продольными стенками 3, 4 камер с возможностью сдвигания в продольном направлении 35 кассет. Для обеспечения отсутствия блокировки этой возможности сдвигания также во время длительной работы и сохранения как можно дольше в функциональном состоянии предусмотрены, согласно изобретению, несколько вариантов.
С внутренней стороны камеры в продольных стенках 3, 4 камеры предусмотрены вертикально направленные и сквозные соединительные канавки 36 соединительного устройства, содержащие каждая дно 37 и две параллельные друг другу боковые поверхности 38, 39. При этом глубина соединительных канавок 36 составляет предпочтительно 30-200 м, более предпочтительно 60-150 мм, причем расстояние между двумя лежащими противоположно в горизонтальном направлении доньями 37 соединительных канавок больше длины расположенной между ними кассетной стенки 7, т.е. расстояния между торцевыми сторонами 40 кассетной стенки в горизонтальном направлении такое, что образуется свободное пространство или, соответственно, компенсационный шов 41 в качестве дополнительного элемента соединительного устройства между торцевыми сторонами 40 кассетных стенок и доньями 37 соединительных канавок, и кассетная стенка 7 соединена с продольными стенками 3, 4 кассеты с возможностью сдвига на ограниченную величину в продольном направлении 35 кассеты.
При этом расстояние между обеими боковыми поверхностями 38, 39 соединительных канавок немного больше ширины кассетных стенок 7, т.е. также больше расстояния между сторонами 42, 42 кассетной стенки или, соответственно, ширины фасонных кирпичей 11, 11а, так что между сторонами 42, 43 кассетной стенки и боковыми поверхностями 38, 39 соединительной канавки существует небольшой зазор 44 или, соответственно, щель 45. При этом зазоры 44 имеют предпочтительно ширину 2-5 мм, более предпочтительно 1,8-2,4 мм, а щели 45 имеют предпочтительно ширину 5-25 мм, более предпочтительно 9-13 мм. Зазоры 44 и щели 45 являются целесообразными для обеспечения монтажа кассетных стенок 7 с по возможности наименьшим трением в соединительных канавках 36 и перемещения кассетных стенок 7 в продольном направлении 35 кассеты по возможности наименьшим трением также при термически обусловленном расширении по ширине кассетных стенок 7, а также для компенсации неточностей изготовления. Зазоры 44 и щели 45 также являются соответствующими составляющими частями соединительных устройств.
Для создания компенсационного шва 41 заданной глубины, для монтажа кассетных стенок 7 предусмотрена, например, соответствующая прилегающая к дну 37 соединительной канавки пенополистироловая лента 46, которая при запуске в работу кассетной камеры 1 полностью сгорает и оставляет компенсационный шов 41 с глубиной предпочтительно 5-50 мм, более предпочтительно 15-40 мм.
Согласно изобретению одна из обеих торцевых сторон 16, 17 соединительных фасонных кирпичей 11а не имеет соединительного шпунта 24 или, соответственно, соединительного гребня 25, а имеет элементы для соединения соединительных фасонных кирпичей 11а со стенками 3, 4 камеры. Далее эта торцевая сторона 16 или 17 называется соединительной торцевой стороной 100 и является дополнительной составляющей частью соединительного устройства.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения изобретения в отношении соединения кассетных стенок 7 и продольных стенок 3, 4 камеры, соединительное устройство имеет уплотнительное устройство, которое предотвращает проникновение углеродной крупки в компенсационные швы 41.
Для этого в зоне соединительной торцевой стороны 100 в широкой стороне 12 в качестве элемента уплотнительного устройства предусмотрена проходящая вертикально уплотнительная канавка 47 (смотри фиг.8-11).
Эта уплотнительная канавка 47 имеет прямоугольное поперечное сечение, при этом дно 48 уплотнительной канавки проходит параллельно широким сторонам 12, 13. Глубина уплотнительной канавки 47 составляет предпочтительно 15-120 мм, более предпочтительно 30-80 мм, а ширина уплотнительной канавки 47, т.е. расстояние между боковыми поверхностями 49, 50 уплотнительной канавки, составляет предпочтительно 60-200 мм, более предпочтительно 100-150 мм.
В собранной кассетной камере 1 (смотри фиг.8, 9) соединительные фасонные кирпичи 11а расположены в кассетных стенках 7 таким образом, что уплотнительные канавки 47 расположены по вертикали на одной линии друг над другом. Кроме того, уплотнительные канавки 47 лежат по меньшей мере частично внутри соединительных канавок 36 и относительно боковых поверхностей 38б, 39 соединительной канавки на стороне ограниченной боковой поверхностью 38 соединительной канавки и широкой стороной 12 щели 45. Это частичное перекрывание соединительных канавок 36 и уплотнительных канавок имеет такой размер, что оно сохраняется также при термически обусловленном сжатии кассетных стенок.
В уплотнительных канавках 47 предусмотрен проходящий вертикально имеющий форму полосы эластично податливый и, соответственно, пружинящий мат 51 из керамического волокна в качестве другого элемента уплотнительного устройства, который своей нижней стороной 52 прилегает к соответствующему дну 48 уплотнительной канавки и проходит предпочтительно по всей ширине уплотнительной канавки. При этом толщина волоконного мата 51 составляет предпочтительно 2-40 мм, более предпочтительно 5-20 мм.
При этом в уплотнительных канавках 47 в качестве другого элемента уплотнительного устройства расположен уплотнительный элемент, в частности, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, проходящий вертикально уплотнительный квадр 53, предпочтительно с геометрическим замыканием или с легкой прессовой посадкой, который своей задней стороной 54 прилегает к поверхности 55 волоконного мата, а своей противоположной задней стороне скользящей поверхностью 56 прилегает по меньшей мере частично к соответствующей боковой поверхности 39 соединительной канавки с возможностью скольжения по поверхности и с герметизацией.
При этом ширина уплотнительных квадров 53 соответствует по существу ширине уплотнительных канавок 47, а толщина уплотнительных квадров составляет предпочтительно 20-100 мм, более предпочтительно 30-80 мм. Длина уплотнительных квадров 53 составляет предпочтительно 500-1000 мм, более предпочтительно 600-800 мм, так что в одной уплотнительной канавке 47 соединительного фасонного кирпича 11а предусмотрено предпочтительно несколько уплотнительных квадров 53 друг над другом (смотри фиг.9).
Кроме того, уплотнительные квадры 53 состоят предпочтительно из огнеупорных легковесных кирпичей, и/или шамотных кирпичей, и/или глиноземных кирпичей и изготавливаются посредством прессования и/или литья.
За счет того, что уплотнительные квадры 53 своими скользящими поверхностями 56 по меньшей мере частично прилегают с возможностью поверхностного скольжения и с герметизацией к соответствующим боковым поверхностям 39 соединительной канавки, применяемая для обжига анодов углеродная крупка не проникает через щели 45 в компенсационные швы 41 и не препятствует движению кассетных стенок 7 в продольном направлении 35 кассетных стенок при термически обусловленных расширениях и сжатиях. При этом достигается долговременное равномерное давление прижимания уплотнительных квадров 53 к боковым поверхностям 39 соединительных канавок за счет применения эластичных, податливых волоконных матов 51.
Согласно другому варианту выполнения уплотнительного устройства, соединительные фасонные кирпичи 11а имеют в соединительных торцевых сторонах 100 проходящую вертикально U-образную уплотнительную цилиндрическую канавку 57 с полуцилиндрическим дном 58 и две примыкающие к ним по касательной параллельные друг другу и перпендикулярные широким сторонам 12, 13 боковые поверхности 59, 60 цилиндрической канавки в широкой стороне 12.
Уплотнительные цилиндрические канавки 57 также расположены на одной линии по вертикали друг над другом и лежат на стороне щели 45. Кроме того, уплотнительные цилиндрические канавки 57 расположены так, что они также при сжатии кассетных стенок 7 находятся, по меньшей мере, наполовину внутри соединительных канавок 36.
В уплотнительных цилиндрических канавках 57 расположен, например, с геометрическим замыканием или с легкой прессовой посадкой цилиндрический уплотнительный пруток 61 в качестве уплотнительного элемента. Геометрическое замыкание означает, что радиус уплотнительных прутков 61 соответствует радиусу уплотнительных цилиндрических канавок 57. При этом глубина уплотнительных цилиндрических канавок 57 меньше диаметра уплотнительных прутков 61 так, что уплотнительные прутки 61 прилегают по линии к соответствующим боковым поверхностям 39 соединительной канавки (линейное соприкосновение) и обеспечивают герметизацию так, что углеродная крупка не проникает через щели 45 в компенсационные швы 41. При движении кассетной стенки 7 в продольном направлении 35 кассетной стенки вследствие термически обусловленных расширений и сжатий уплотнительные прутки 61 скользят по боковым поверхностям 39 соединительных канавок или катятся по ним так, что действие уплотнения сохраняется и при движении кассетных стенок 7.
При этом длина уплотнительного прутка 61 составляет предпочтительно 500-1000 мм, более предпочтительно 600-800 мм так, что в уплотнительной цилиндрической канавке 57 соединительного фасонного кирпича 11а целесообразно предусмотрено 1-10 уплотнительных прутков 61 друг над другом. Радиус уплотнительного прутка составляет предпочтительно 10-60 мм, более предпочтительно 15-30 мм.
Кроме того, уплотнительные прутки 61 состоят предпочтительно из шамота, и/или глинозема, и/или материала с высоким содержанием глинозема, и/или корунда, и/или магнезии и изготавливаются посредством отливки и/или вибрации.
При этом, естественно, возможно предусмотрение в рамках изобретения другого уплотнительного устройства, которое обеспечивает герметизацию образованного широкой стороной 13 и боковой поверхностью 39 соединительной канавки зазора 44, при этом зазор 44 в этом случае имеет одинаковую ширину со щелью 45 (не изображено).
Кроме того, целесообразно предусматривать уплотнительные канавки 47, 57 не в широких стенках 12, 13, а в боковых поверхностях 38, 39 уплотнительной канавки так, что соответствующий уплотнительный элемент 53, 61 прилегает с герметизацией к широким сторонам 12, 13 и, соответственно, скользит по ним (не изображено).
Другая идея изобретения состоит в создании также в качестве составляющей части соединительного устройства накопительного устройства, которое имеет предусмотренный, например, технологией изготовления, или, соответственно, монтажа область обложения, или, соответственно, накопительный объем, или, соответственно, избыточный объем, или, соответственно, накопительное свободное пространство для углеродной крупки, в котором может скапливаться большое количество углеродной крупки, прежде чем происходит блокада движения кассетных стенок 7. За счет этого увеличиваются интервалы между необходимыми ремонтными работами и увеличивается срок службы кассетной камеры 1, согласно изобретению.
Это достигается, например, согласно третьему предпочтительному варианту выполнения изобретения в отношении соединения кассетных стенок 7 и продольных стенок 3, 4 камеры (смотри фиг.15-17) тем, что соединительные торцевые стороны 100 соединительных фасонных кирпичей 11а имеют каждая вертикально направленный накопительный объем, в частности вертикально направленную канавку 62 отложения, например, с предпочтительным вариантом выполнения изобретения в отношении соединения кассетных стенок 7 и продольных стенок 3, 4 камеры (смотри фиг.15-17) тем, что соединительные торцевые стороны 100 соединительных фасонных кирпичей 11а имеют каждая вертикально направленный накопительный объем, в частности, вертикально направленную канавку 62 отложения, например, с поперечным сечением в форме трапеции и глубиной предпочтительно 15-100 мм, более предпочтительно 25-50 мм.
При работе углеродная крупка постепенно проникает через зазоры 44 и щели 45 в канавки 62 отложения, собирается там и падает под действием силы тяжести в канавках 62 отложения вниз, так что уровень углеродной крупки в канавках 62 отложения медленно нарастает снизу. При этом объем канавок 62 отложения остается независимо от термически обусловленных сжатий и расширений кассетных стенок 7 по существу всегда одинаковым, в то время как объем компенсационных швов 41 изменяется с постоянно изменяющимися сжатиями и расширениями кассетных стенок 7. При этом объем компенсационного шва задается или, соответственно, определяется дном 37 соединительной канавки, боковыми поверхностями 38, 39 соединительной канавки и глубиной компенсационного шва 41, т.е. минимальным расстоянием торцевой стороны 100 соединительной канавки от дна 37 соединительной канавки.
Отношение накопительного объема к объему компенсационного шва в канавках 62 отложения при комнатной температуре составляет предпочтительно 30-80%, более предпочтительно 40-60%.
Для удерживания количества углеродной крупки, которая проникает в единицу времени в канавки отложения 62, как можно небольшим, в щелях 45 предусмотрена проходящая вертикально полоса 63 мата из керамического волокна.
Согласно четвертому предпочтительному варианту выполнения изобретения (смотри фиг.18, 19) в отношении соединения кассетных стенок 7 и продольных стенок 3, 4 камеры, соединительные фасонные кирпичи 11а на соединительных торцевых сторонах 100 по сторонам снабжены фасками так, что образуются две косые, проходящие вертикально, соединяющие торцевые стороны 16, 17 с широкими сторонами 12, 13 плоские торцевые кромки 64, 65.
В смонтированной кассетной камере 1 соединительные торцевые стороны 100 выступают в соединительные канавки 36 настолько, что на обеих сторонах соединительных фасонных кирпичей 11а между одной из обеих боковых поверхностей 38, 39 соединительной канавки, одной из торцевых кромок 64, 65 и компенсационным швом 41 образуется вертикально проходящий накопительный объем с по существу треугольным поперечным сечением, т.е. треугольная область 66, 67 отложения. При этом треугольные области 66, 67 отложения соединительных фасонных кирпичей 11а находятся в кассетных стенках 7 на одной линии друг над другом.
Объем треугольных областей 66, 67 отложения также остается независимо от термически обусловленных сжатий и расширений кассетных стенок 7 по существу всегда одинаковым.
Отношение накопительного объема к объему компенсационного шва в треугольных областях 66, 67 отложения при комнатной температуре составляет предпочтительно 30-80%, более предпочтительно 40-60%.
В этом варианте выполнения изобретения для герметизации также целесообразно предусмотрена полоса 63 мата из керамического волокна (не изображена).
В качестве альтернативного решения, торцевые кромки 64, 65 выполнены, например, изогнутыми внутрь или, соответственно, вогнутыми так, что дополнительно увеличивается накопительный объем (не изображено).
Для способствования падению углеродной крупки в канавках 62 отложения, согласно пятому варианту выполнения изобретения в отношении соединения кассетных стенок 7 и продольных стенок 3, 4 камеры, предусмотрено такое выполнение соединительных торцевых сторон 100, что облегчает скольжение вниз углеродной крупки в канавках 62 отложения.
Для достижения этого торцевые поверхности 68, 69, образующие по сторонам канавки 62 отложения, имеют при рассматривании со стороны форму трапеции (смотри фиг.20-22). Обе торцевые поверхности 68, 69 примыкают каждая к верхней стороне 15 на высоте или, соответственно, в одинаковой плоскости с дном 70 канавки отложения и имеют сначала плоскую наклонную покатую торцевую поверхность 71, 72, которая образует с верхней стороной 15 угол α, предпочтительно равный 100-130°, более предпочтительно 105-120°. К покатой торцевой поверхности 71, 72 примыкает также плоская вертикальная торцевая поверхность 73, 74, а к ней также плоская наклонная выступающая торцевая поверхность 75, 76, которая заканчивается на нижней стороне 14 на высоте дна 70 канавки отложения и составляет с нижней стороной 14 угол β, предпочтительно равный 100-130°, более предпочтительно 105-120°.
При этом покатые торцевые поверхности 71, 72 и выступающие торцевые поверхности 75, 76 имеют одинаковый по величине подъем, т.е. углы α и β целесообразно являются одинаковыми.
Вертикальная длина вертикальных торцевых поверхностей 73, 74 составляет предпочтительно 200-600 мм, более предпочтительно 300-500 мм.
За счет покатых торцевых поверхностей 71, 72, с одной стороны, дополнительно увеличивается приемный объем для углеродной крупки и, с другой стороны, облегчается скольжение вниз углеродной крупки. Возникающая за счет выступающих торцевых поверхностей 75, 76 затыловка приводит к увеличению объема и тем самым увеличивается накопительная способность.
Для обеспечения возможности удаления собравшейся в канавках 62 отложения углеродной крупки между циклами обжига кассетная камера 1, согласно шестому предпочтительному варианту выполнения изобретения в отношении соединения кассетных стенок 7 с продольными стенками 3, 4 камеры имеет одно или несколько отверстий 77 для отсасывания в каждой кассетной стенке 7, которые соединяют накопительные объемы, в частности, канавки 62 отложения или, соответственно, компенсационные швы 41 (не изображены) с кассетным пространством 8, так что углеродную крупку можно просто отсасывать между 14-дневными циклами обжига через отверстия 77 из канавок 62 отложения.
Для этого в соединительной торцевой стороне 100 выполнена в нижней зоне фаска или, соответственно, поднутрение так, что образуется плоский скос 78, который проходит от соединительной торцевой стороны 100 к нижней стороне 14. При этом скос 78 образует с нижней стороной 14 угол γ, предпочтительно равный 30-60°, более предпочтительно 40-50° (фиг.26).
В собранной кассетной камере 1 скосы 78 выступают частично за боковые поверхности 38, 39 соединительной канавки так, что отсасывающие отверстия 77 по существу ограничиваются скосом 78, верхней стороной 14 расположенного ниже соединительного фасонного кирпича 11а и наружной кромкой 79 соединительной канавки.
Для облечения скольжения вниз углеродной крупки в направлении отсасывающего отверстия 77 в показанном на фиг.28-30 седьмом варианте выполнения изобретения в отношении соединения кассетных стенок 7 и продольных стенок 3, 4 камеры под скосом 78 расположен скользящий клин 80, предпочтительно состоящий также из жаростойкого бетона. Этот скользящий клин 80 скольжения имеет плоское дно 81, две перпендикулярные ему боковые поверхности 82, 83, а также перпендикулярную к дну 81 и боковым поверхностям 82, 83 заднюю стенку 84 клина и параллельную ей переднюю стенку 85 клина. Кроме того, скользящий клин 80 скольжения имеет две примыкающие к боковым стенкам 82, 83 поверхности 86, 87 скольжения, которые относительно дна 81 сходятся друг с другом в виде крыши или, соответственно, фронтона и пересекаются под углом δ, предпочтительно равным 30-60°, более предпочтительно 40-50°. Кроме того, скользящий клин 80 имеет две покрывные стенки 88, 89, которые примыкают под прямым углом к задней стенке 84 и также сходятся друг с другом в виде крыши или, соответственно, фронтона.
При этом скользящий клин 80 своей задней стенкой 84 закреплен на дне 37 соединительной канавки посредством приклеивания и/или заделки и прилегает своим дном 81 к верхней стороне 15 расположенного снизу соединительного фасонного кирпича 11а. Кроме того, скользящий клин 80 имеет такие размеры, что его боковые стенки 82, 83 находятся заподлицо с боковыми поверхностями 38, 39 соединительной канавки в горизонтальном направлении. Расстояние между обеими боковыми стенками 82, 83 клина предпочтительно соответствует ширине соединительной канавки.
В качестве альтернативного решения в отношении указанного выше варианта выполнения, скользящий клин 80 имеет одну единственную поверхность 90 скольжения, наклон которой целесообразно соответствует величине наклона скоса 78, так что оба проходят параллельно друг другу (фиг.28, 29).
Согласно восьмому варианту выполнения изобретения в отношении соединения кассетных стенок 7 и продольных стенок 3, 4 камеры, кассетная камера 1 имеет в кассетных стенках 7 вытяжные каналы 91, которые проходят наклонно вниз от соединительных торцевых сторон 100 через соединительный фасонный кирпич 11а и входят, при рассматривании от соединительной торцевой стороны 100, в первый канал 9 для дымового газа. Таким образом, вытяжные каналы соединяют накопительные объемы, в показанном случае треугольные области 66, 67 отложения и/или компенсационные швы 41 аэрогидродинамически с первым каналом 9 для дымового газа. При этом поперечное сечение вытяжных каналов 91 расширяется в виде воронки в направлении соответствующего канала 9 для дымового газа так, что вытяжные каналы 91 имею коническую форму. Ось 92 вытяжного канала образует с вертикалью угол ε, равный предпочтительно 30-60°, более предпочтительно 40-50°, при этом ось 92 вытяжного канала целесообразно проходит в средней продольной плоскости 10 кирпича.
Кроме того, конусный угол φ вытяжного канала составляет предпочтительно 10-30°, более предпочтительно 15-20°.
При этом в каждом соединительном фасонном кирпиче 11а имеется предпочтительно 2-6, более предпочтительно 2-4 вытяжных каналов 91.
Назначение этих вытяжных каналов 91 состоит в том, что проходящие при работе нагревательного колодца сверху вниз через каналы 9 для дымового газа кассетных стенок дымовые газы создают в вытяжных каналах 91 такое разряжение, что скопившаяся в треугольных областях 66, 67 отложения и/или в компенсационных швах 41 углеродная крупка буквально высасывается или, соответственно, вытягивается из треугольных областей 66, 67 отложения и/или компенсационных швов 41 и выдувается вместе с дымовым газом.
Для сохранения этого эффекта всасывания при обратном направлении потока дымовых газов снизу вверх через каналы 9 для дымового газа, вытяжные каналы 91 в этом случае расположены относительно горизонтальной плоскости, соответственно, зеркально наоборот (не изображено).
Таким образом, вытяжные каналы 91 особенно простым и предпочтительным образом обеспечивают непрерывное отсасывание углеродной крупки во время работы нагревательного колодца из треугольных областей 66, 67 отложения или, соответственно, из компенсационных швов 41 так, что предотвращается блокировка движения кассетных стенок 7.
Естественно, в рамках изобретения возможно комбинирование друг с другом различных уплотнительных устройств, и/или различных накопительных устройств, и/или отсасывающих отверстий 77, и/или вытяжных каналов 91, например комбинирование вытяжных каналов 91 с трапециевидными канавками 62 отложения, или же предусмотрение как канавок 62 отложения, так и треугольных областей 66, 67 отложения.
При этом фасонные кирпичи, согласно изобретению, также отлично подходят в качестве строительных кирпичей (камней) для остальных стенок нагревательного колодца, в частности для стенок камеры, при этом в этом случае в стенках камеры целесообразно также имеются каналы для дымового газа.
В заключение следует отметить, что за счет выполнения кассетной камеры, согласно изобретению, предотвращается особенно предпочтительным образом являющееся проблемой в уровне техники вспучивание и разрушение кассетных стенок.
Это достигается относительно выполнения кассетных стенок, с одной стороны, за счет применения жаростойкого бетона, в частности жаростойкого бетона типа ULCC, в качестве материала для фасонных кирпичей кассетных стенок и, с другой стороны, за счет применения крупногабаритных фасонных кирпичей. Состоящие из жаростойкого бетона фасонные кирпичи имеют как в восстановительной, так и в окислительной атмосфере отличные термохимические, термомеханические и физические свойства, имеют прежде всего за счет небольшой пористости жаростойкого бетона очень небольшую газопроницаемость и отличную стойкость к содержащимся в покрывной крупке и, соответственно, в «атмосфере печи» фторидам щелочных металлов, и их можно изготавливать очень просто и экономично и с любой пространственной формой с помощью по сути известных способов литья. В частности, формирование каналов для дымового газа и имеющих коническую форму вытяжных каналов в крупногабаритных фасонных кирпичах, согласно изобретению, намного проще, чем при применяемых, согласно уровню техники, имеющих небольшие габариты гидравлически прессуемых шамотных кирпичей, поскольку соответствующие каналы проходили бы через многие отдельные кирпичи и тем самым приходилось бы изготавливать, среди прочего, много разных отдельных кирпичей.
Большие размеры фасонных кирпичей, согласно изобретению, обеспечивают наряду с более простым обращением и связанным с этим более быстрым и легким монтажом и ремонтом без расшивки швов также минимизацию вспучивания и разрушения кассетных стенок. За счет небольшого числа стенных швов во всей кассетной стенке в кассетную стенку проникает относительно мало углеродной крупки, и температура более равномерно распределяется по всей кассетной стенке, поскольку каждый шов образует тепловой мостик. За счет этого предотвращаются также термически обусловленные напряжения в кассетной стенке. Кроме того, соединение расположенных друг над другом фасонных кирпичей посредством соединения в шпунт и гребень выполнено так, что соединение, несмотря на термически обусловленные расширения и сжатия, остается надежным и газонепроницаемым. Не может происходить образование трещин в швах, как в уровне техники.
Кроме того, кассетная стенка из фасонных кирпичей большого размера, согласно изобретению, имеет лучший момент инерции и тем самым более высокую стабильность.
Относительно соединения кассетных стенок со стенками камеры, предотвращение вспучивания и тем самым разрушение кассетных стенок достигается также различным образом.
Посредством указанных уплотнительных устройств особенно простым и предпочтительным образом предотвращается проникновение углеродной крупки через зазоры и щели в компенсационные швы, так что компенсационные швы не заполняются со временем в течение процесса обжига углеродной крупкой. Таким образом, длительно сохраняется функция компенсационного шва так, что с помощью компенсационных швов компенсируются термически обусловленные расширения и сжатия кассетных стенок и больше не происходит вспучивания кассетных стенок.
Предусмотренные технологией изготовления накопительные устройства выполняют своего рода буферную функцию тем, что они принимают большое количество углеродной крупки, которая проникает через зазоры и щели, перед заполнением и блокировкой компенсационного шва углеродной крупкой. При комбинировании накопительных устройств с отсасывающими устройствами (отсасывающие отверстия, вытяжные каналы), согласно изобретению, посредством которых собирающаяся углеродная крупка отсасывается из мест скопления простым образом при регулярной чистке кассетной камеры между 14-дневными циклами обжига или непрерывно и автоматически выдувается во время обжига с дымовыми газами, также длительно предотвращается особенно простым образом забивание компенсационных швов.
Следовательно, посредством кассетной камеры, согласно изобретению, за счет подходящего выбора материала и величины фасонных кирпичей и за счет улучшенного соединения кассетных стенок со стенками камеры значительно увеличивается срок службы нагревательного колодца, имеет место значительно меньшее количество, причем проще выполняемых ремонтных работ, за счет чего резко сокращаются сбои в производстве и тем самым значительно уменьшается стоимость производства.
1. Кассетная камера (1) нагревательного колодца, в частности, для обжига анодных блоков с применением покрывной крупки, выполненная, по существу, прямоугольной в плане и содержащая две вертикальные, лежащие противоположно друг другу продольные стенки (3, 4) камеры и поперечные стенки (5, 6) камеры, а также по меньшей мере одну проходящую перпендикулярно поперечным стенкам (5, 6) камеры или продольным стенкам (3, 4) камеры вертикальную, соединенную с соответствующими стенками (3, 4, 5, 6) камеры кассетную стенку (7), которая выполнена из отдельных минеральных, имеющих, по существу, форму прямоугольного параллелепипеда, огнеупорных фасонных кирпичей (11, 11а), при этом в кассетной стенке (7) предусмотрены проходящие насквозь снизу вверх, выполненные в фасонных кирпичах (11, 11а) газовые каналы (9), причем фасонные кирпичи (11, 11а) состоят из жаростойкого бетона, отличающаяся тем, что жаростойкий бетон является огнеупорным бетоном со сверхнизким содержанием цемента (ULCC) с содержанием СаО от 0,2 до 1,0 мас.%.
2. Кассетная камера по п.1, отличающаяся тем, что жаростойкий бетон имеет по меньшей мере один жаростойкий гранулированный продукт в качестве добавки, в частности гранулы Al2O3, такой как, например, богатые муллитом материалы, и/или шамоты, и/или андалузит, по меньшей мере один жаростойкий, тонкомолотый продукт в качестве присадки, такой как, например, глинозем, и/или глина, и/или содержащие муллит компоненты, и/или неоксидные материалы, по меньшей мере одно упрочненное минеральное связующее средство, такое как, например, глиноземный цемент, и/или микросилика, и/или реактивный глинозем, а также при необходимости, по меньшей мере одну добавку, такую как, например, разжижитель, и/или регулятор затвердевания, и/или органические, и/или неорганические волокна.
3. Кассетная камера по п.1, отличающаяся тем, что жаростойкий бетон имеет содержание Fe2O3 менее 2 мас.%, предпочтительно менее 1 мас.%.
4. Кассетная камера по п.1, отличающаяся тем, что фасонные кирпичи (11, 11а) имеют две широкие стороны (12, 13), две торцевые стороны (16, 17), а также нижнюю сторону (14) и верхнюю сторону (15) и следующие размеры:
ширину: 190-350 мм, в частности 200-300 мм,
высоту: 500-1000 мм, в частности 600-800 мм,
длину: 600-2000 мм, в частности 1000-1900 мм.
5. Кассетная камера по п.1, отличающаяся тем, что расположенные друг над другом фасонные кирпичи (11, 11a) соединены друг с другом посредством соединений в шпунт и гребень, предпочтительно без расшивки швов.
6. Кассетная камера по п.5, отличающаяся тем, что фасонные кирпичи (11, 11a) имеют в своей верхней стороне (15) фиксирующий шпунт (18) предпочтительно с имеющим форму трапеции поперечным сечением.
7. Кассетная камера по п.6, отличающаяся тем, что фасонные кирпичи (11, 11а) имеют в своей нижней стороне (14) соответствующий фиксирующему шпунту (18) фиксирующий гребень (19).
8. Кассетная камера по п.1, отличающаяся тем, что расположенные в ряд рядом друг с другом фасонные кирпичи (11, 11a) соединены друг с другом посредством соединений в шпунт и гребень, предпочтительно без расшивки швов.
9. Кассетная камера по п.8, отличающаяся тем, что фасонные кирпичи (11, 11а) имеют каждый по две торцевые стороны (16, 17), причем по меньшей мере на одной торцевой стороне (16, 17) предусмотрен соединительный шпунт (24) или соединительный гребень (25), предпочтительно с имеющим форму трапеции поперечным сечением.
10. Кассетная камера по п.9, отличающаяся тем, что фасонные кирпичи (11, 11а) имеют на одной торцевой стороне (16) соединительный шпунт (24), предпочтительно с имеющим форму трапеции поперечным сечением.
11. Кассетная камера по п.10, отличающаяся тем, что фасонные кирпичи (11, 11a) имеют на другой торцевой стороне (17) соответствующий соединительному шпунту (24) соединительный гребень (25).
12. Кассетная камера по п.1, отличающаяся тем, что фасонные кирпичи (11, 11а) имеют каждый нижнюю сторону (14) и верхнюю сторону (15), при этом фасонные кирпичи (11, 11а) имеют 3-10, в частности 6-8 проходящих насквозь от нижней стороны (14) к верхней стороне (15) газовых каналов (9).
13. Кассетная камера по п.12, отличающаяся тем, что газовые каналы (9) имеют, по существу, прямоугольное поперечное сечение с округленными кромками (31) канала.
14. Кассетная камера по п.1, отличающаяся тем, что кассетная стенка (7) по меньшей мере на одной своей торцевой стороне (40) соединена посредством, по меньшей мере одного соединительного устройства со стенками (3, 4, 5, 6) камеры, при этом соединительное устройство имеет вертикально проходящую в стенках (3, 4, 5, 6) камеры соединительную канавку (36), соединительную торцевую сторону (100) соединительного фасонного кирпича (11а) с двумя широкими сторонами (12, 13), образованный соединительной канавкой (36) и соединительной торцевой стороной компенсационный шов (41), образованную одной широкой стороной (12) соединительного фасонного кирпича (11а) и соединительной канавкой (36) щель (45), а также предпочтительно образованный другой широкой стороной (13) и соединительной канавкой (36) зазор (44).
15. Кассетная камера по п.14, отличающаяся тем, что соединительное устройство имеет обеспечивающее герметизацию щели (45) уплотнительное устройство.
16. Кассетная камера по п.14, отличающаяся тем, что соединительное устройство имеет обеспечивающее герметизацию зазора (44) уплотнительное устройство.
17. Кассетная камера по п.15, отличающаяся тем, что уплотнительное устройство в области соединительной торцевой стороны (100) имеет проходящую вертикально уплотнительную канавку (47, 57) и расположенный в уплотнительной канавке (47, 57) и проходящий вертикально уплотнительный элемент (53, 61).
18. Кассетная камера по п.17, отличающаяся тем, что уплотнительная канавка (47, 57) предусмотрена в соответствующей широкой стороне (12, 13) соединительного фасонного кирпича (11а).
19. Кассетная камера по п.17, отличающаяся тем, что уплотнительная канавка (47,57) предусмотрена в соответствующей боковой поверхности (38, 39) соединительной канавки (36).
20. Кассетная камера по п.17, отличающаяся тем, что уплотнительная канавка (47) имеет прямоугольное поперечное сечение.
21. Кассетная камера по п.17, отличающаяся тем, что уплотнительная канавка (47) по меньшей мере частично расположена внутри соединительной канавки (36).
22. Кассетная камера по п.17, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент (53) является уплотнительным квадром (53).
23. Кассетная камера по п.22, отличающаяся тем, что уплотнительный квадр (53) расположен с геометрическим замыканием или с легкой прессовой посадкой в уплотнительной канавке (47).
24. Кассетная камера по п.17, отличающаяся тем, что уплотнительное устройство имеет в уплотнительной канавке (47) проходящий вертикально в виде ленты, эластичный, предпочтительно керамический волоконный мат (51), который предпочтительно прилегает своей нижней стороной (52) волоконного мата к дну (48) уплотнительной канавки (47) и своей верхней поверхностью (55) к задней стороне (54) служащего в качестве уплотнительного элемента уплотнительного квадра и проходит предпочтительно по всей ширине уплотнительной канавки (47).
25. Кассетная камера по п.22, отличающаяся тем, что уплотнительный квадр (53) имеет заднюю сторону (54) и прилегает поверхностью (56) скольжения уплотнительного квадра, лежащей противоположно задней стороне (54), по меньшей мере частично к соответствующей боковой поверхности (38, 39) соединительной канавки (36) с обеспечением поверхностного скольжения и герметизации.
26. Кассетная камера по п.17, отличающаяся тем, что уплотнительная канавка (57) является U-образной уплотнительной цилиндрической канавкой (57).
27. Кассетная камера по п.26, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент (61) является цилиндрическим уплотнительным прутком (61).
28. Кассетная камера по п.27, отличающаяся тем, что уплотнительный пруток (61) расположен с геометрическим замыканием или с легкой прессовой посадкой в уплотнительной цилиндрической канавке (57).
29. Кассетная камера по п.27, отличающаяся тем, что глубина уплотнительной цилиндрической канавки (57) меньше диаметра уплотнительного прутка (61) так, что уплотнительный пруток (61) прилегает к соответствующей боковой поверхности (39) соединительной канавки предпочтительно по линии с обеспечением герметизации.
30. Кассетная камера по п.14, отличающаяся тем, что соединительное устройство имеет накопительное устройство для покрывной крупки.
31. Кассетная камера по п.30, отличающаяся тем, что накопительное устройство имеет по меньшей мере один предусмотренный технологией изготовления и/или обусловленный монтажом, предпочтительно вертикально направленный накопительный объем или соответственно избыточный объем.
32. Кассетная камера по п.31, отличающаяся тем, что накопительное устройство имеет в качестве накопительного объема вертикально направленную канавку (62) отложения.
33. Кассетная камера по п.32, отличающаяся тем, что канавка (62) отложения предусмотрена на соединительной торцевой стороне (100) соединительных фасонных кирпичей (11a) и имеет, например, трапециевидное поперечное сечение.
34. Кассетная камера по п.32 или 33, отличающаяся тем, что отношение накопительного объема к объему компенсационного шва в канавке (62) отложения при комнатной температуре составляет 30-80%, предпочтительно 40-60%.
35. Кассетная камера по п.14, отличающаяся тем, что соединительное устройство имеет по меньшей мере наклонную, проходящую вертикально, соединяющую соединительную торцевую сторону (100) с соответствующей широкой стороной (12, 13), предпочтительно плоскую торцевую кромку (64, 65), которая совместно с соответствующей боковой стороной (38, 39) соединительной канавки и компенсационным швом (41) образует соответствующий накопительный объем.
36. Кассетная камера по п.35, отличающаяся тем, что накопительный объем является треугольной областью (66, 67) отложения, по существу, с треугольным поперечным сечением.
37. Кассетная камера по п.36, отличающаяся тем, что отношение накопительного объема к объему компенсационного шва для треугольной области (66, 67) отложения при комнатной температуре составляет 30-80%, предпочтительно 40-60%.
38. Кассетная камера по п.30, отличающаяся тем, что в щели (45) предусмотрена полоса (63) керамического волоконного мата.
39. Кассетная камера по п.32, отличающаяся тем, что образующие по сторонам канавку (62) отложения торцевые поверхности (68, 69) имеют при рассматривании сбоку трапециевидную форму.
40. Кассетная камера по п.39, отличающаяся тем, что торцевые поверхности (68, 69) имеют примыкающую к верхней стороне (15), предпочтительно плоскую, наклонную покатую торцевую поверхность (71, 72), примыкающую к ней плоскую вертикальную торцевую поверхность (73, 74) и примыкающую к ней предпочтительно плоскую наклонную выступающую торцевую поверхность (75, 76), к которой примыкает нижняя сторона (14).
41. Кассетная камера по п.40, отличающаяся тем, что покатые торцевые поверхности (71, 72) образуют с верхней стороной (15) угол α, предпочтительно равный 100-130°, более предпочтительно 105-120°.
42. Кассетная камера по п.40, отличающаяся тем, что выступающие торцевые поверхности (75, 76) образуют с нижней стороной (14) угол β, предпочтительно равный 100-130°, более предпочтительно 105-120°.
43. Кассетная камера по п.14, отличающаяся тем, что кассетная стенка (7) имеет по меньшей мере одно отсасывающее отверстие (77), которое соединяет компенсационный шов (41) и/или предусмотренный (ые) с точки зрения технологии изготовления и/или условий монтажа, направленный (ые) предпочтительно вертикально накопительный объем или соответственно накопительные объемы накопительного устройства для покрывной крупки соединительного устройства с кассетным пространством (8).
44. Кассетная камера по п.43, отличающаяся тем, что по меньшей мере один соединительный фасонный кирпич (11а) имеет в нижней зоне предпочтительно плоский, проходящий от соединительной торцевой стороны (100) к нижней стороне (14) скос (78).
45. Кассетная камера по п.44, отличающаяся тем, что скос (78) частично выступает за боковые поверхности (38, 39) соединительной канавки так, что отсасывающее отверстие (77) ограничивается, по существу, скосом (78) одного соединительного фасонного кирпича (11а), верхней стороной (14) расположенного ниже соединительного фасонного кирпича (11а) и наружной кромкой (79) соединительной канавки.
46. Кассетная камера п.44, отличающаяся тем, что под скосом (78) и, в частности внутри соединительной канавки (36) расположен скользящий клин (80), в частности, также из жаростойкого бетона.
47. Кассетная камера по п.46, отличающаяся тем, что скользящий клин (80) имеет плоское дно (81), две перпендикулярные ему боковые поверхности (82, 83), также перпендикулярную к дну (81) и боковым поверхностям (82, 83) заднюю стенку (84), параллельную ей переднюю стенку (85) и предпочтительно две примыкающие к боковым стенкам (82, 83) поверхности (86, 87) скольжения, которые относительно дна (81) клина сходятся друг с другом в виде крыши, или соответственно фронтона, а также две покрывные стенки (88, 89) клина, которые примыкают под прямым углом к задней стенке (84) клина и также сходятся друг с другом в виде крыши или соответственно фронтона.
48. Кассетная камера по п.47, отличающаяся тем, что скользящий клин (80) своей задней стенкой (84) закреплен на дне (37) соединительной канавки (36) посредством приклеивания и/или заделки и предпочтительно прилегает своим дном (81) к верхней стороне (15) расположенного снизу соединительного фасонного кирпича (11а).
49. Кассетная камера по п.47, отличающаяся тем, что скользящий клин (80) имеет такие размеры, что его боковые стенки (82, 83) лежат заподлицо с боковыми поверхностями (38, 39) соединительной канавки (36) в горизонтальном направлении, а расстояние между обеими боковыми стенками (82, 83) клина предпочтительно соответствует ширине соединительной канавки (36).
50. Кассетная камера по п.46, отличающаяся тем, что скользящий клин (80) имеет одну единственную поверхность (90) скольжения, наклон которой предпочтительно соответствует по величине наклону скоса (78).
51. Кассетная камера по п.14, отличающаяся тем, что кассетная стенка (7) имеет по меньшей мере один вытяжной канал (91) для покрывной крупки.
52. Кассетная камера по п.51, отличающаяся тем, что вытяжной канал (91) проходит от соединительной торцевой стороны (100) через соединительный фасонный кирпич (11а) и входит, при рассматривании от соединительной торцевой стороны (100), в первый канал (9) для дымового газа.
53. Кассетная камера по п.52, отличающаяся тем, что вытяжной канал (91) соединяет, в частности, аэрогидродинамически, предусмотренный(-ые) с точки зрения технологии изготовления и/или условий монтажа, направленный(ые) предпочтительно вертикально накопительный объем или соответственно накопительные объемы накопительного устройства для покрывной крупки соединительного устройства и/или компенсационный шов (41) с первым каналом (9) для дымового газа.
54. Кассетная камера по п.52, отличающаяся тем, что вытяжной канал (91) проходит наклонно вниз от соединительной торцевой стороны (100), при этом ось (92) вытяжного канала образует с вертикалью угол ε, равный предпочтительно 30-60°, более предпочтительно 40-50°, при этом ось (92) вытяжного канала предпочтительно проходит в средней продольной плоскости (10) кирпича.
55. Кассетная камера по п.52, отличающаяся тем, что вытяжной канал (91) имеет коническую форму, при этом поперечное сечение вытяжного канала (91) предпочтительно расширяется в направлении канала (9) для дымового газа.
56. Кассетная камера по п.55, отличающаяся тем, что конусный угол φ вытяжного канала составляет предпочтительно 10-30°, более предпочтительно 15-20°.
57. Фасонный кирпич для стенок нагревательного колодца, в частности для кассетных стенок и/или стенок кассетных камер по любому из пп.1-4, 6, 7, 9-13, 18, 20, 26, 33, 40-42, 44, 52 и 54-56.
58. Способ изготовления фасонного кирпича для стенок нагревательного колодца, в частности для кассетных стенок и/или стенок кассетных камер по любому из пп.1-4, 6, 7, 9-13, 18, 20, 26, 33, 40-42, 44, 52 и 54-56, включающий следующие этапы:
a) изготавливают, в частности, литейный свежий жаростойкий бетон,
b) вводят, в частности заливают свежий жаростойкий бетон в форму,
c) предпочтительно встряхивают и/или осуществляют вибрацию свежего жаростойкого бетона в форме,
d) оставляют свежий жаростойкий бетон в форме на затвердевание,
e) удаляют из формы затвердевший фасонный кирпич.
