книги из ГПНТБ / Барон, Л. И. Износ и защита внутренних поверхностей угольных бункеров

4.РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

И ДАННЫЕ д л я о п р е д е л е н и я УДАРНОЙ СТОЙКОСТИ ПЛИТОЧНЫХ ФУТЕРОВОК и о ц е н к и

РАЦИОНАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

В соответствии с исходными методическими установками, изло­ женными в дайной книге, и по аналогии с выводом, изложенным в работе [53]. были получены на основе экспериментальных данных приводимые ниже расчетные зависимости, представляющие собой уравнения кривых усталости отдельных видов плиточной футеров­ ки угольных бункеров от воздействия ударных нагрузок при паде­ нии кусков угля в бункер.

В качестве границы выносливости (границы усталости) был принят вес шара при определенной высоте падения, который при практически бесконечно большом числе повторных ударов не вы­ зывает раскола или отслоения плиток футеровки. Обозначим эту границу выносливости через go- Минимально необходимый вес, иа который нужно увеличить ga, чтобы шар разбивал плитку футе­ ровки одним (первым) ударом, обозначим через Р. Минимальный вес шара g', который разобьет плитку с первого удара, определяет­ ся суммой

Массу шара, при котором плитки футеровки разрушаются пос­ ле повторных ударов, будем в дальнейшем обозначать через g.

Суммарная энергия падающего шара Э при повторных ударах, необходимая для разрушения плитки футеровки, составит

где Н — высота падения шара.

В то же время эта энергия должна отвечать равенству

Полученное выражение представляет собой уравнение кривой усталости в общем виде.

Для определения значений постоянных в этом уравнении вос­ пользуемся результатами экспериментов, обработав их методом наимеиьших квадратов.

Опуская выкладки, запишем два уравнения для определения

где m — общее число данных.

Таким путем были определены уравнения кривых усталости для всех групп экспериментов, изложенных в предыдущем параграфе.

Применительно к плиткам из каменного литья толщиной 30— 40 мм при высоте падения шаров Н —8 м значения постоянных, на­ пример, составили: g'0 = 0,127 кг; Я= 8,4 кгс.

Уравнение кривой усталости соответственно приняло вид:

Из этого уравнения следует, что в случае прочности сцепления плиток из каменного литья толщиной 30—40 мм при нормальном отрыве 8 кгс/см2 они выдерживают, не разрушаясь, удары шара массой 127 г, сбрасываемого с высоты 8 м.

Для таких же плиток, но при высоте падения шаров 6 м урав­ нение кривой усталости приняло вид

Проведенные эксперименты еще раз подтвердили весьма боль­ шое влияние прочности сцепления плиток с основанием на сопро­ тивляемость футеровки разрушению при ударе. Так, большинство испытывавшихся плиток, прочность сцепления которых с основа­ нием при нормальном отрыве находилась в пределах от 3 до 6 кгс/см2, при сбрасывании на них с высоты 8 и 10 м шаров мас­ сой 40 и 60 г (эквивалентных соответственно кускам антрацита крупностью 150 и 100 мм) разрушалось после 200—300 ударов. При этом плитки разрушались, как правило, одновременно отсла­ иваясь от основания; иногда отслоение происходило до разрушения плитки.

При испытаниях с одинаковыми параметрами удара (веса ша­ ров и высоты их падения) таких же плиток, но имевших прочность сцепления с основанием 9,6—10,7 кгс/см2 (вместо прежних 3— 6 кгс/см2), разрушения и отслаивания плиток от основания зафик­ сировано не было, за исключением шлакоситалловых плиток малой толщины (9 мм). Эти плитки были очень хрупкими и после некото­ рого числа ударов разрушались с поверхности без отслоения от основания.

Были проведены и контрольные исследования. На шлакоситалловые плитки толщиной 20 мм и плитки из каменного литья тол- 'Шиной 18 мм, прочность сцепления которых с основанием пример­ но 10 кгс/см2, сбрасывали куски антрацита размером 150 мм. На

194

каждую плитку было сброшено более 1000 кусков антрацита, одна­ ко никаких следов разрушения плиток или признаков отслоения их от основания не наблюдалось.

Проведенные исследования показали целесообразность разделе­ ния углей на две большие группы по крупности, что соответствует также интенсивности их ударного воздействия на футеровку бун­ керов. В первую группу входят угли крупностью более 50 мм. В современных условиях это сортированный уголь классов +100 и 50—100 мм. Во вторую же группу входят угли крупностью менее 50 мм, для сортированного угля это классы 25—50, 13—25, 6—13, 0—6 мм.

Как было показано в главе I, па внутренних поверхностях бун­ керов можно выделить три зоны, отличающиеся по величине из­ нашивающих эксплуатационных воздействий. Для каждой из этих зон, очевидно, требуется и различная прочность сцепления плиток футеровки с основанием.

На основании описанных выше исследований с учетом работ других авторов, в частности [28], а также на основании наблюдений за эксплуатацией большого числа бункерных установок, имеющих футерованные внутренние поверхности, можно в соответствии с дифференциацией зон на указанных внутренних поверхностях и предложенным выше разделением углей по крупности на две боль­ шие группы, рекомендовать в качестве ориентиров на современ­ ном этапе следующие значения прочности сцепления плиток футе­ ровки с основанием:

вбункерах для углей крупностью более 50 мм:

впервой зоне износа — не менее 10 кгс/см2,

во второй зоне износа — не менее 5 кгс/см2,

вбункерах для углей крупностью менее 50 мм:

впервой зоне износа — не менее 7 кгс/см2,

во второй зоне износа — не менее 3 кгс/см2.

Необходимые прочности сцепления можно обеспечить, приме­ нив для приклейки плиток футеровки к основанию материалы со­ ответственно 1 и И групп.

Используя приведенные данные, . представляется возможным установить целесообразные области применения различных плиток для футеровки первой зоны износа, исходя из условия сопротив­ ляемости ее разрушению при ударе. Так, при условии соблюдения требуемой прочности сцепления керамические плитки, а также шлакоситалловые плитки толщиной 9 мм могут быть применены

'углей крупностью менее 25 мм.

Втабл. 56 охарактеризована область возможного применения основных штучных футеровочных материалов в первой зоне из­ носа угольных бункеров, исходя из сопротивления раскалыванию

при ударе.

13* 195

196

Если прочность сцепления плиток футеровки с основанием отве­ чает предъявленным к ней выше требованиям, то знаки в табл. 56 следует расшифровывать следующим образом: знак плюс обозна­ чает, что данный материал при его применении в качестве футеров­ ки разрушаться от ударов кусков угля у казанной в данной колон­ ке крупности не будет и долговечность футеровки определится только ее износостойкостью против изнашивающих эксплуатаци­ онных воздействий; знак же минус обозначает, что данные плитки при использовании их в качестве футеровки в первой зоне износа бункера будут разбиты от одного или нескольких повторных уда­ ров кусков угля и выйдут из строя значительно раньше, чем на­ ступит их износ.

Для второй зоны износа, где футеровка прямым ударам падаю­ щих кусков угля не подвергается, возможно применение всех при­ веденных в табл. 56 штучных футеровочных материалов.

Г Л А В А VII

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУТЕРОВКИ

УГОЛЬНЫХ БУНКЕРОВ И ПРИМЕР РАСЧЕТА

В настоящей главе сделана попытка кратко сформулировать (насколько известно, впервые) некоторые положения по проектиро­ ванию футеровки угольных бункеров, непосредственно вытекающие из проведенных исследований или же косвенно связанные с ними. Кроме того, приводится практический пример расчета футеровки угольного бункера, при изложении которого даны ссылки на номера используемых при расчете формул или таблиц, приведенные в дан­ ной книге.

1. НЕКОТОРЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ФУТЕРОВКИ УГОЛЬНЫХ БУНКЕРОВ

При выборе основных конструкционных материалов при проек­ тировании угольных бункеров необходимо учитывать характер и ин­ тенсивность изнашивающих воздействий прй будущей эксплуата­ ции бункерных установок и наличие агрессивной среды.

Требуемая износостойкость внутренних поверхностей бункера достигается либо применением соответствующего (достаточно из­ носостойкого) конструкционного материала (если это практически возможно и экономично для данных условий), либо устройством защитных футеровочных покрытий. Необходимо иметь в виду, что при содержании в угле более 5% влаги среду следует считать агрессивной.

При наличии агрессивной среды для основных конструкций требуется применять более стойкие материалы:

для армирования железобетонных конструкций — арматурные стали, обладающие повышенной коррозионной стойкостью (арма­ турные стали класса А-3 п др.);

для бетонирования монолитных и замоноличивания стыков сборных конструкций целесообразно применять плотный цемент-

198

ный бетон марки не ниже М-300 па щебне из крепких изверженных пород. Водонепроницаемость бетона должна быть не ниже В-б, а для открытых бункеров добавляется еще требование в отношении морозостойкости, которая должна быть не ниже МРЗ-150. Для по­ лучения бетона такой плотности целесообразно использовать в ка­ честве уплотняющей добавки азотнокислое железо.

Для оштукатуривания внутренних бетонных поверхностей дни­ ща и стенок бункеров допускается применение только цементных растворов марки не ниже 100. Если слой штукатурки одновременно должен являться и футеровкой, то его толщину и марку раствора следует определять расчетом.

Если износостойкость принятого основного конструкционного материала окажется по расчету недостаточной (т. е. период его стойкости по износу окажется меньше заданного срока службы бункера), то для защиты внутренних поверхностей бункера необхо­ димо предусмотреть противоизносную футеровку, которая может быть либо монолитной, либосостоятьизштучных изделий (плиток).

Для монолитных футеровок из числа современных материалов можно рекомендовать сталебетон; обычный тяжелый бетон марок 300 и 400; цементно-песчаный раствор марок 100, 150 и 200.

Сталебетон приготовляют из портландцемента марки не ниже 400, крупного кварцевого песка с модулем крупности более 2,5 и смеси мелких и крупных стальных стружек крупностью 1—5 мм, предварительно очищенных от масла отжигом.

Обычный бетон приготавливается из портландцемента марки не ниже 400, кварцевого песка с модулем крупности 2,0—2,5 и щеб­ ня из крепких изверженных пород (например, гранита, сиенита).

Для сборных железобетонных бункеров отдельные элементы днища и стенок могут изготовляться вместе с футеровочным слоем. При этом футеровка может быть выполнена как в виде монолитно­ го слоя (из бетона или сталебетона), так и из штучных изделий (плиток).

При проектировании футеровки следует прежде всего опреде­ лить возможность применения мероприятий, уменьшающих ин­ тенсивность ударных воздействий.

Уменьшить ударные воздействия на футеровку можно; устройством в бункере спирального или каскадного спуска; рациональным расположением загрузочного отверстия; постоянным наличием в бункере подушки угля, закрывающей

участок внутренней поверхности в месте падения угля.

Если уголь при загрузке падает на вертикальную стенку бун­ кера или иа верхнюю часть наклонной стенки днища, то необходи­ мо предусмотреть установку на пути падения угля отбойного уст­ ройства, которое гасило бы скорость падающей массы и придавало бы кускам желаемое направление движения,

199

Необходимость устройства защитной футеровки, ее материал и конструкция определяются в зависимости от следующих условий и факторов эксплуатации и строительства бункеров:

крупности угля, его абразивности и степени влажности; расчетной продолжительности эксплуатации бункера или време­

ни до его капитального ремонта;

суточной (или годовой) производительности бункера: геометрической формы бункера; системы загрузки (по желобу, конвейером, вагонетками);

положения бункера в комплексе сооружений предприятия (в помещении, открытого);

условий строительства (новое строительство, реконструкция, ремонт).

Внутренние поверхности вертикальных стенок, которые не под­ вергаются ударам падающих кусков, независимо от типа и крупно­ сти угля, для которого предназначен бункер, в футеровке не нуж­ даются.

Однако, если вертикальная стейка будет подвергаться ударам падающих в бункер кусков угля и изменить направление их паде­ ния по каким-либо причинам не представляется возможным, при­ менять футеровку для этой стенки обязательно.

Необходимость защиты футеровкой поверхностей, относящихся к первой и второй зонам износа, а также выбор конструкции и ма­ териала футеровки определяются требованиями расчета.

Для каждой зоны износа целесообразно принимать свое реше­ ние защитной футеровки. Для большинства случаев более рацио­ нальна футеровка из штучных изделий (плиток). Монолитная же футеровка приемлема в следующих случаях:

если она образуется за счет утолщенного защитного слоя же­ лезобетонных стенок бункера;

если она выполняется из раствора и наносится без опалубки простым оштукатуриваением поверхностей;

если бункер изготавливается из сборных конструкций; если имеющиеся в наличии штучные футеровочиые материалы

по сопротивляемости раскалыванию при ударе не удовлетворяют условиям эксплуатации.

Определение ожидаемой глубины износа и расчет требуемой толщины футеровки угольного бункера производятся в следующем порядке:

определяются зоны износа для всех внутренних поверхностей днища и стенок бункера;

устанавливаются участки, для которых необходима футеровка на плоскости днища и каждой из стенок;

ориентировочно выбирается тип футеровки и один или не­ сколько футеровочиых материалов, пригодных для футеровки каж­ дой зоны износа данного бункера, исходя из их наличия, возмоЖ" ных сроков поставки, соображений стоимости и т. Д-;

200

определяется ожидаемая глубина износа всех предварительно намеченных футеровочных материалов, а также конструкционного материала внутренних поверхностей бункера;

окончательно определяются участки необходимой футеровки и выбираются оптимальные для данных условий футеровочиые ма­ териалы;

пригодность штучных футеровочных материалов для первой зоны износа проверяется на сопротивляемость раскалыванию при ударе (по табл. 59).

Внутренние поверхности дмni.ua и вертикальных стенок, а также поверхности рассекателей должны быть возможно более гладкими. Нельзя допускать образования уступов и замкнутых пространств, в которых могла бы застаиваться стекающая с угля вода, а также выступов, способных задерживать движение угля.

Внутренние углы между смежными плоскостями наклонных сте­ нок днища необходимо заделывать раствором или бетоном. Шири­ ну плоскости заделки рекомендуется принимать равной 200 мм. Если днище бункера футеруется плитками, ширина плоскости за­ делки должна быть равной или кратной ширине футеровочной плитки. Внутренние углы между смежными плоскостями верти­ кальных стенок заделывать не требуется.

Подвижность цементно-песчаного раствора, применяемого для укладки плиток футеровки, должна соответствовать 8—10 см (по погружению стандартного конуса СтройЦНИЛ).

Толщина прослойки раствора между плитками футеровки и по­ верхностью основания не должна превышать 10 мм. Толщина швов между керамическими и шлакоситалловыми плитками должна быть не более 3 мм, а между плитками из других материалов (бетона, каменного литья, кирпича) — не более 10 мм.

Составы для приклеивания плиток футеровки должны подби­ раться строительными лабораториями в соответствии с требуемой прочностью сцепления.

С целью уменьшения усадочных деформаций в прослойке из цементного раствора, которым прикреплены футеровочных плитки, необходимо предохранять раствор от высыхания не менее семи су­ ток после укладки плиток. Для этого футеровку следует покрывать полиэтиленовой пленкой или слоем увлажняемых опилок.

Контроль прочности прикрепления плиток футеровки к основа­ нию производится при сдаче бункера в эксплуатацию определением прочности сцепления при нормальном отрыве трех плиток футе­ ровки в каждой из зон износа.

Для уменьшения износа швов между футеровочнымн плитками, снижения сопротивления скольжению угля по футеровке и более прочного крепления плиток к основанию при устройстве футеровки следует соблюдать следующие условия:

каждый последующий ряд плиток сдвигать по отношению к предыдущему на половину ширимы плитки (шахматная укладка); прямоугольные плитки укладывать так, чтобы их длинные сто­

201