автореферат диссертации по металлургии, 05.16.08, диссертация на тему:Разработка способов повышения долговечности крупноблочных простенков коксовых печей

п г " ГП

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ 2 1 ДПР ^97 УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КОСТИНА Елена Дмитриевна

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КРУПНОБЛОЧНЫХ ПРОСТЕНКОВ КОКСОВЫХ ПЕЧЕЙ

Специальность: 05.16.08 - Машины и агрегаты

металлургического производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Донецк - 199?

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Донецком государственном техническом университете (ДонГТУ).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Парфенш Александр Сергеевич.

Официальные оппоненты: ~ -—-——__

доктор технических наук, профессор Сопилкин Георгий Викторович, кандидат технических наук Власов Геннадий Александрович.

Ведущая организация: Донбасская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования Украины, г.Макеевка.

Защита состоится " ^ " _юд7 года

в часов минут в ауд.5.308 на заседании специализиро-

ванного ученого совета Д 06.04.05 Донецкого государственного технического университета по адресу: 340000, г.Донецк, ул.Артема, 58, ДонГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого государственного технического университета (340000, г.Донецк, уд.Артема, 58, 2 учебный корпус).

Автореферат разослан " " ¿/¿с^тпя^ 1997 года.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета

Н.Г.Пироженко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Опыт сооружения и эксплуатации одного из основных агрегатов металлургического производства - коксовых батарей из крупноразмерных огнеупорных бетонных блоков - на Стахановском коксохимзаводе (СКХЗ) подтвердил перспективность их дальнейшего внедрения на других предприятиях.

Разработка, сооружение и освоение крупноблочной бетонной кладки (КБК) коксовых батарей, принципиально отличающихся от традиционных, были осуществлены в середине 80-х годов под руководством А.И.Сибилева специалистами СКХЗ, Донбасскоксохшремонта, Донецкого государственного технического университета (ДонГТУ), Восточного института огнеупоров, Восточного углехимического института, ПКБ Укркокса, Украинского государственного научно-исследовательского углехимического института, Государственной кокоохимстзн-ции и других организаций. Положительному результату способствовала также научная работа М.Ю.Посохова, впервые исследовавшего процесс коксования на опытной коксовой печи ВУХИНа, выполненной из огнеупорного бетона.

Практика подтвердила достоинства новых конструкций (сокращение капитальных, трудовых затрат и сроков сооружения, индустриализация и механизация изготовления и монтажа, повышение прочности и газоплоткости кладки) и возможность их широкомасштабного внедрения. В связи с этим большую значимость для повышения долговечности крупноблочных батарей имеет анализ процесса возникновения, предотвращение и устранение дефектов КБК, продление ее ресурса и, следовательно, повышение эффективности производства. Решение этих вопросов актуально и для повышения долговечности других тепловых агрегатов металлургического производства, в которых используются крупноблочные конструкции из огнеупорного бетона.

Связь теш диссертации с планом основных работ университета.

Базой для подготовки диссертационной работы явились НИР, выполненные кафедрой МАХП ДонГТУ в соответствии с планом работ университета и направленные на повышение долговечности коксовых батарей и разработку новой экологически чистой технологии производства кокса (номера госрегистрации 01880007998, 01910043363, 01890087427, 01900068167, 03931Ю11483). Роль автора: разработка методик анализа дефектов кладки и исследования прочностных харак-

теристик материала; проведение экспериментальных исследований; разработка технических решений, направленных на повышение долговечности кладки; разработка проекта кладки экспериментальной батареи наклонных блочных агрегатов с предварительным прессованием загрузки и проекта перекладки коксовой батареи N 2 СКХЗ.

Цель работы. Разработка способов повышения долговечности простенков коксовых печей из крупноразмерных огнеупорных бетонных -&2шков__наоснове знания закономерностей процесса разрушения и восстановления^ "—---—________

Идея работы заключается в повышений ресурса—крупно5лочной_ кладки путем снижения гревднообразования на основе знания закономерностей ее разрушения и создания кладки из материалов и конструкций повышенной термической стойкости.

Методы исследования. В работе использованы методы математической статистики и теории надежности при обработке и анализе обширной производственной информации, экспериментальные методы исследований физико-механических характеристик элементов коксовых печей. Для исследования температурного и напряженного состояния простенка разработана математическая модель распределения температур и напряжений, в которой использованы численные методы решения начально-краевых задач для дифференциального уравнения теплопроводности: конечно-разностная аппроксимация начально-краевой задачи и ее реализация с помощью метода переменных направлений и схема сквозного счета.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:

- впервые установленные закономерности и параметры процесса разрушения-восстановления КБК;

- двумерная математическая модель распределения температур и напряжений в кладке;

- впервые экспериментально определенные прочностные характеристики материала различных зон кладки по сечению обогревательного простенка;

- впервые предложенные критерии разрушения КБК, определение ее. предельного состояния и прогнозирование на этой основе ресурса.

Научная новизна данных положений заключается в том, что исследования разрушения кладки из крупноразмерных огнеупорных бетонных блоков ранее не проводили. Кроме того, полученные научные результаты являются новыми и применительно к существующим традици-

онным конструкциям кладки.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается применением в исследованиях проверенных теоретических положений теории теплопередачи, теории надежности и современных методов математической статистики. Адекватность математической модели обеспечена тем, что в нее заложены объективные универсальные законы теплопередачи и сохранения энергии и подтверждается совпадением прогноза температур в центре коксового пирога (расхождение до 5X).

Научное значение работы. Научные положения работы позволяют обосновать способы повышения долговечности крупноблочной кладки на основе расчета температурных напряжений по сечению простенка. Двумерная математическая модель температурного и напряженного состояния кладки может быть использована для расчетов температурных напряжений, возникающих в кладке печей различных конструкций, при выборе конструктивных параметров, обосновании материала и размеров элементов кладки, при анализе трещинообразования.

Практическое значение работы. Новые технические решения позволяют повысить прочность и долговечность КБК, а именно:

- конструкция комбинированного блочного простенка (A.C. N 1723095) повышает термостойкость наиболее подверженных циклическим термомеханическим воздействиям участков простенков и улучшает их ремонтопригодность;

- конструкция КБК с выполнением компенсаторов трещин (патент N 1806163) снижает вероятность трещинообразования;

- технология и регламентация ремонтно-профилактических работ обеспечивает увеличение ресурса КЕК.

Реализация выводов и рекомендации работы. Предложенные технические решения использованы при разработке рабочих проектов экспериментальной батареи наклонных блочных агрегатов и перекладки коксовой батареи N 2 Стахановского КХЗ, а также используются заводом при эксплуатации и ремонтах КБК. Рабочая проектная документация передана на СКХЗ и завод-изготовитель - Хрисгофоровс-кий завод огнеупорных блокоа и бетонов.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на ряде НТК: по завершенным НИР (г.Донецк,1991г.), г.Днепропетровск (1991г.), на I, II республиканских (г.Донецк, 1990, 1993г.), IV-YI Всеукраинских по охране окружающей среды и рацио-

нальному использованию природных ресурсов (г.Донецк, 1994-1996г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 8 печатных трудах, авторском свидетельстве и патенте.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 131 странице. Состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 130 наименований, 9 приложений, содержит 29 рисунков, 5 таблиц. Общ® объем работы - 180 страниц.

гекую-бла1щаднос15__д.ф.-м.н. Н.А.Бритову за консультативную помощь при выполнении-

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Крупноблочная бетонная кладка (КБК) коксовых батарей выполнена из динасокварцитовых, а верк печей - из шамотных огнеупорных бетонных блоков, материальные швы - на основе динасового мертеля. Наибольшие размеры блоков: 520 х 1000 х 2900 мм. Масса блоков 400...2000 кг. Размеры камер коксования: 11760 к 2900 х 510 мм. Всего на кладку батареи из 40 коксовых печей израсходовано 3320 блоков 43 типоразмеров.

. Такое выполнение кладки вместо мелкоштучного кирпича привело к 25-30-кратному сокращению суммарной протяженности материальных швов, лимитирующих прочность и герметичность кладки. Наиболее крупные стеновые блоки, заменяющие до 500 штук огнеупорного кирпича, являются основными элементами обогревательных простенков коксовых печей (рис.1).

Анализ научно-технической информации позволил выделить главные причины разрушения кладки и способы восстановления, обосновать направления поиска методов повышения ее долговечности, а также показал, что процессы разрушения и восстановления, определяющие долговечность КБК, в настоящее время изучены недостаточно. В связи с этим в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

- изучение закономерностей и параметров процесса разрушения-восстановления - КБК с анализом дефектов по видам и выявлением наиболее уязвимых конструктивных элементов и зон;

Автор выражает и к.т.н. В.Н.Ткаченко работы.

Рис. 1. Крупноблочный простенок: 1 - регенераторы; 2 - корнюрный блок; 3 - подовый блок; 4 - стеновой блок; 5 - блок сборного канала; 6 -блок перекрытия газосборного канала; ?-блок перекрытия камеры коксования; 8 - люковый блок; 9 - плиты выстилки верха батареи

- исследование прочностных характеристик материала обогревательных простенков;

- разработка критериев разрушения и определение ресурса КБК коксовых батарей;

- обоснование регламента ремонтно-профилактических работ;

- разработка математической модели распределения температур и напряжений в головочной зоне кладки;

- разработка технических решений, обеспечивающих повышение долговечности КБК на основе анализа процесса ее разрушения-восстановления.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ-ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА КРУПНОБЛОЧНОЙ КЛАДКИ

Анализ процесса разрушения КБК основан на проведении регулярных осмотров камер коксования с накоплением первичной статистической информации. Классификация дефектов проведена с применением числового кодирования информации и последующей ее обработкой на ПЭВМ. Обработано свыше 12 тысяч дефектов за период 1985-1995г. ЕыгаГвыделеш—основные—дефщст^Ш^трещины, раковины, сколы, выкрашивание материального шва, к^нюыГ^шуклости^вгнутостиА^^

В качестве параметров степени разрушения приняты удельные показатели, отнесенные на один простенок коксовой батареи: интенсивность возникновения дефектов ш, степень поверхностной трещинсватости по длине Ть и высоте блока Тн: и = М / (Но ДЬ Д53, Ть - Е Ь / ¿К, Тн = Е 1Г / Д5. где ДИТ и ДН - количество трещин и всех дефектов, возникших за время ДЬ; N0 - количество дефектов, возникших после суши и разогрева батареи; Е 1Г и Е 1В - суммарные длины горизонтальных и вертикальных трещин, Д5 - площадь зоны кладки, для которой определяют параметр.

Анализ распределения дефектов по., видам и интенсивности их возникновения в процессе эксплуатации батареи показал, что трещины являются основным видом дефектов (62 - 88%). Поскольку крайние (головочные) блоки содержат до 95% всего количества дефектов кладки, был исследован процесс их разрушения, который является определяющим для всей кладки.

Наибольшие значения интенсивности трещинообразования ¿о наблюдались в начальный период эксплуатации батареи (до 203 печевыдач, рис.2)." В дальнейшем происходило постепенное снижение а (после 1500 печевыдач в 3-4 раза по сравнению с начальным периодом) при степени разрушения блоков с коксовой стороны в 1,2...1,35 раза выше , чем с машинной.

Степень трещиноватости в процессе эксплуатации возрастает неравномерно и после 10 лет достигает на головке блока (в зоне 1-2 отопительных каналов) Ть .= 2,3 м/мг и Тн = 3,1 м/м2, в зоне 3-7 отопительных каналов Ть = 0,49 м/м2 и Тн = 0,44 м/м2 (рис.3).

Среднее статистическое расстояние между соседними трещинами

Рис. 2. Изменение интенсивности трещинсобразования на головке блока (зона 1-2 отопительных каналов)

п • количество печеаыдач

Рис.4. Изменение среднего расстояния между горизонтальными (1) и вертикальными (2) трещинами по длине блока т-зоны 1-7 отопительных каналов

Тн, Ть м/м2

. * —

л / 2

У / | «"

О 1000 2000 3000 п

Рис.3. Степень трещиноваггости на головке блока (1) и в зоне 3 - 7 отопительных каналов (2):

..... поперечная {по высоте);

—.— продольная (по дпине)

Ор, МПа

1,5

0,5 ------

0 20 40 60 80 100 Ь.ММ

Рис. 5. Прочность материала блоков а зависимости от глубины относительно поверхности камеры коксования

изменяется от 55-80 мм на головке блока до 190-200 мм в зоне 3-7 отопительных каналов (рис.4).

На протяжении всего периода эксплуатации крупноблочной коксовой батареи на основании регулярных осмотров проводили работы по устранению или частичной компенсации возникающих в кладке дефектов. Статистические характеристика! процесса восстановления кладки приведены в табл.1 в виде математического ожидания М(хг,п) и сред-неквадратического отклонения S(tT,п) периодичностей торкретирований ж—пззмазок^__1етшовлено, что коксовая сторона требует в 1,45 - 1,55 раза больший объём восстаншителыгьйс41абот^___ч9м^ машинная сторона. При этом подмазок простенков потребовалось на 20-25% больше, чем торкретирований.

На основании статистического анализа процессов разрушения-восстановления КБК выполнено прогнозирование ее ресурса.

Критерий суммарной трещиновагости для 1-го из п простенков и

его предельное значение определили по формуле:

__п

Ti* = ]/ Тт2 + Tu2 , Т* - Е Ti* / п.

Для определения влияния различных факторов на состояние КБК и значение критерия предельного состояния кладки простенка и коксовой батареи в целом был использован метод экспертных оценок ведущих специалистов предприятия.

В результате обработки экспертных оценок предельным состояни-

Таблица 1

Статистические характеристики процесса восстановления кладки

Наименование ремонтных работ Статистические характеристики

М(тт,п),мес S(lT, п),мес V = S/M

Машинная сторона:

подмазки 6,94 0,92 0,13

торкретирования 8,98 1,32 0,15

Коксовая сторона:

подмазки 4,8 0,8 0,17

торкретирования 5,95 0,99 0,17

ем КБК является наличие множественных трещин, раковин, прогаров или провалов в зоне двух смежных отопительных каналов одного простенка, устранение которых путем торкретирования и подмазки не дает эффекта на срок более 30 печевыдач. Предельным состоянием для всего массива КБК коксовой батареи является наступление предельного состояния для 20% простенков батареи.

Предельные значения интегрального критерия разрушения R* и интенсивности трещинообразования и* на основе экспертных оценок:

к. к R* = £ Ri * / к, <л* = £ щ* / к,

i=l i=l

где к - количество экспертных оценок по критерию.

Прогнозируемые ресурсы по критериям Т*, R* и а*:

Х(Т) = (Т* - Tc-d) / v(T); t(R) = (R* - Rc-p) / v(R),

t(w) = (</ - «на) / v(w) + 1,

где Tc-p, Rc-» " соответствующие параметры состояния кладки после сушки и разогрева; (¿из - параметр интенсивности образования трещин в условиях нормальной эксплуатации батареи; v(T), v(R) v(w) -средние скорости изменения параметров Т, R и « в процессе эксплуатации батареи до предельного состояния.

Результаты прогнозирования ресурса во многом определяются состоянием кладки после сушки-разогрева и интенсивностью образования трещин в условиях нормальной эксплуатации батареи. Ресурс i(Т) может быть определен для различных зон кладки простенков и для батареи в целом, a xÇR) и t(ù>) применимы для КЕК батареи в целом.

В условиях эксплуатации кладки коксовых батарей СКХЗ t(T) для зоны 1-2 отопительных каналов - 22 - 28 лет, для батареи в целом - более 50 лет, что свидетельствует о вполне приемлемой долговечности КБК. При этом она может быть значительно повышена путем усовершенствования зоны 1-2 отопительных каналов, улучшения условий ее работы, повышения ремонтопригодности и своевременного проведения ремонтно-профилактических работ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ КЛАДКИ

Для анализа процесса разрушения и расчета конструкций необходимо знание прочностных характеристик материала. Наиболее важны величины растягивающих напряжений бр, под воздействием которых в кладке происходит образование и развитие трещин.

Испытания образцов из различных зон простенков после 6 лет эксплуатации, а также сырых блоков, полученных с завода-изготовите ля, проводиди1Л1утем_^1храскадывания при статическом нагружении на прессе.' Было исследовшо~также—влшние—лшиярочность бетона покрытия из алюмохромофосфатного связующего (АХФС). ~ " —

Среднестатистическая прочность динасокварцитовых блоков, бывших в эксплуатации, находится в доверительном интервале значений бр = 0,85 - 1,29 МПа. Это более, чем в три раза выше прочности сырых блоков (бр = 0,3-0,4 МПа). Наибольшей прочностью обладает наименее подверженный разрушению материал серединных зон блоков (бр «= 0,94 - 1,53 МПа), а наименьшей - зоны заплечиков (бр = 0,64 - 1,19 МПа), что является следствием воздействия на заплечики влажной уплотнительной смеси и возникновения большого количества микротрещин.

Прочность материала блочной кладки изменяется в зависимости от глубины расположения образца относительно поверхности камеры в диапазоне бр = 0,95 ... 1,22 МПа (рис.5). Наименьшей прочностью обладают слои на поверхностях камеры коксования и отопительного канала, причем толщина наименее прочного, нарушенного микротрещинами, слоя на поверхности камеры головочной зоны блоков достигает 35 - 40 мм, что больше, чем для других зон блоков в 2 - 7 раз.

Экспериментально установлено положительное влияние алюмохро-мофосфатных покрытий на прочность сырых блоков из динасакварцито-вого бетона: при нанесении защитного покрытия из АХФС прочность материала возрастает в 1,6 - 2,4 раза. Это связано с уменьшением влияния поверхностных микродефектов как концентраторов напряжений.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР И НАПРЯЖЕНИЙ И ЕЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Своеобразие конструкций коксовых батарей при множестве трудно поддающихся количественному определению расчетных параметров,

определяющих напряженно-деформированное состояние и степень разрушения огнеупорной кладки, обусловливает различие методик эе расчетов на прочность и долговечность.

Известные методики расчетов напряженно-деформированного состояния обогревательного простенка по баночной схеме, предложенные В.Алерсом, по схеме плиты (В.С.Ромасько) или ортогропной плиты, прогнозирование долговечности кладки на основе обобщенных диаграмм ползучести динаса (М.Г.Скляр, Ю.С.Васильев, А.И.Еирозуб, А.А.Лобов), разработки по теории ресурсной прочности упруго-хрупких тел (М.Ю.Посохов, В.П.Федотов) основаны не на статистическом анализе дефектов кладки, а на теориях прочности, связанных с разрушением хрупких материалов, и не учитывают неравномерности процессов разрушения в различных зонах простенков.

Основной причиной возникновения трещин являются температурные перепады по сечению блоков, особенно в наиболее подверженной разрушению голоеочной зоне кладки простенка. Для этого разработана двумерная математическая модель, адаптированная применительно к крупноблочной кладке. Входными факторами являются геометрические размеры узла и теплофизические свойства конструкционных материалов и коксуемой массы. Расчетная схема приведена на рис.6.

Рис. 6. Расчетная схема: I - II! - оси соответственно обогревательного простенка, первого отопительного канала, камеры коксования, 1 - простенок; 2 - отопительный канал; 3 -футероэка двери; 4 - корпус двери; 5 - коксуемая загрузка; 6 - газовый зазор

Допущения: шихта и элементы конструкции печи - однородные среды, геометрия узла упрощена, размеры кладки постоянны; тешюфи-зические свойства шихты введены как эффективные величины (с учетом экзо- и эндогенных реакций); распределение температур и напряжений во всех простенках одинаково по высоте.

Процесс нагрева-охлаждения блочного простенка камеры коксования описывается следующим уравнением теплопроводности:

для О С х <£ Н, 0 < у <Ь, где Та(х,ух) - функция распределения температуры по координатам х, у и времени Т; Сп(Тл) - теплоемкость; рп - плотность; Хп(Тп) -теплопроводность бетона; Н - полуширина простенка; Ь - длина зоны теплообмене.

Граничные условия:

- идеального контакта на границе "дверь-простенок":

5Т, дк

ЬТп бх

ТмСх.У.Г)

Тп(х,у,-С)

симметрии температурных полей в простенке: 5ТП

= 0.

Г

£>х

6Тп ду

- 0;

(2)

(3)

- на границе "зазор-простенок": ЬТп I

= йсрС Тпср ~ Тп

5п Г

(4)

где аср - осредненный коэффициент конвективной теплопередачи е системе тел "шихта, футеровка, дверь, простенок"; ТПср - средневзвешенная температура элементов конструкции "дверь, простенок, шихта"; п - внешняя нормаль к границе;

- на границе "простенок - отопительный канал":

Хп ~ - бп [Тгс4(^) - Тп4 1 + а [Тгс(г) - Тп дп Г 1 Г -1 Г

где а - коэффициент конвективного теплообмена; б а - коэффициент теплообмена излучением между греющей средой отопительного канала и кладкой; Тгс - температура греющей среды отопительного канала.

(5)

^ 600

Рис.7. Распределение температур после загрузки шихты в зоне первого отопительного канала динасокварцитового простенка

Рис. 8. Диапазон перемещения изолиний критических напряжений при продолжительности коксования: ■■ " ■■ ос ———30мин

10 С ----5 мин

•24 ч

Уравнение теплопроводности для шихты аналогично (1) с учетом конвективной составляющей. В начальный период коксования, когда происходит сушка шихты, движение границы £,(х,у) между сухой Т1к(ё,,т) и влажной Тгк(£,,т) шихтой задается известным условием Стефана. На границе % выполняются равенства: Т1к(£,,т)=Т2к(д,'£)=Ти. .Граничные условия симметрии температурных полей в шихте и идеального контакта между шихтой и футеровкой аналогичны (2,3).

Начальные условия заданы з виде двумерного поля температур: Т(0, х, у) = Т0(х, у).

Температурные напряжения, возникающие в кладке: 61 = (Ьср - и Е а / (1 - р.), где - средняя температура простенка; I - температура в рассматриваемой точке; Е - модуль упругости бетона; а - коэффициент линейного расширения; ц. - коэффициент Пуассона.

Реализация математической модели на ПЭВМ (рис.7, 8) позволила установить, что максимальные растягивающие напряжения (6ртах = 35,5 МПа) возникают в начальный момент периода коксования (после загрузки шихты) на поверхности камеры коксования напротив первого

отопительного канала, сжимающие (бсжтах =17,7 Ша) - на поверхности отопительного канала. Максимальная глубина расположения изолинии 'критических напряжений бр, соответствующих пределу прочности бетона при растяжении, в наиболее опасной зоне с точки зрения нарушения герметичности камеры коксования (напротив отопительного канала) для динасокварцитового бетона - 48-53 мм от поверхности камеры.

Влияние ширины и материала простенка на распределение темпе-эатурныхлшщяжений^езначительно (табл. 2), но сказывается на глубине проникновения критических-напряжений ^бках^Ззуена динасокварцитового бетона на шамотный увеличивает напряжения^ но~уменьшае-т-бтах- Следовательно, для снижения вероятности трещинообразования изменять ширину простенка нецелесообразно, но можно рекомендовать шамотный бетон для замены динасоквацитового в головочной части простенков.

Наибольшие абсолютные перемещения фронта критических напряжений наблюдаются для зоны, примыкающей непосредственно к двери коксовой печи, где наблюдаются наиболее нестационарные температурные условия работы кладки, приводящие к интенсивному трещинообразова-нию, что подтверждается наибольшими значениями критерия Т.

Приведенные в табл. 2 данные позволяют обосновать параметры глубин заложения компенсаторов трещин в зависимости от температурных условий и материала кладки.

Таблица 2

Результаты исследования математической модели

Ширина простенка, мм Толщина стенки отопительного канала, мм Динасокварцитовый бетон ДКВБП-121 Шамотный бетон ШЕП-431

пах бр , МПа max беж > МПа Smax max бр . ЙПа max беж , Ша бтах

мм 7. мм /*

580 120 34,7 14,8 72 60 76,6 67,9 60 50

540 (база) 100 35,5 13,6 50 50 82,8 69,1 40 40

500 80 35,7 13,8 68 85 86,5 63,1 60 75

460 60 36,4 13,6 48 80 95,3 58,3 42 70

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

На основе комплексных экспериментальных и аналитических исследований были разработаны технические решения, направленные на повышение долговечности коксовых батарей, а именно:

- рекомендации по составу и технологии нанесения защитных покрытий на блоки, а также технология выполнения материальных швов КБК;

- регламентация ремонтно-профилактических работ с учетом степени разрушения кладки;

- конструкция комбинированного блочного простенка (A.C. N 1723095), в которой примыкающая к анкеражу часть обогревательного простенка на участке первых двух отопительных каналов выполнена в виде съемных головочных блоков, изготовленных из материалов повышенной термической стойкости.

- технология компенсации трещин в элементах блочной кладки (патент N 1806163), заключающаяся в установке компенсаторов трещин вблизи поверхности блоков по оси стенок отопительных каналов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В диссертации дано теоретическое обобщение результатов статистического анализа технического состояния крупноблочной бетонной кладки (КБК) простенков коксовых печей, установлены закономерности и параметры процесса ее разрушения, определены причины возникновения дефектов. Дано решение новой научной задачи обоснования способов повышения долговечности крупноблочной кладки, заключающейся в расчете температурных напряжений по сечению простенка и определении зон, наиболее подверженных разрушению.

2. Предложены критерии предельного состояния КБК и дан прогноз ее ресурса, составляющий в зависимости от условий эксплуатации 22 - 50 лет.

3. Разработана и исследована двумерная математическая модель распределения температур и напряжений в КБК, позволившая установить закономерности изменения температурных напряжений в наиболее подверженной разрушению головочной зоне простенка.

4. Экспериментально определены изменения прочностных характеристик материала различных зон КБК в процессе эксплуатации по

сечению обогревательных простенков.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны технические решения, направленные на повышение надежности и долговечности КБК (конструкция комбинированного блочного простенка и технология компенсации образования и развития трещин в элементах блочной кладки (A.C. N 1723095, патент N 1808163) и регламентация проведения профилактически-восстановительных работ; рекомендации по нанесению защитных покрытий и по тзыпалкенщи^атериадьных швов.

6. Новые тетайческие^шения_л^ре{^евдации использованы при проведении профилакт1мес™-восстановительнызГ^абШ^агШахановжом_ КХЗ и в рабочих проектах крупноблочной коксовой батареи N 2 СКХЗ и экспериментальной батареи наклонных блочных агрегатов для коксования углей.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Парфенюк A.C., Зборщик М.П., Костина Е.Д. и др. Пути повышения долговечности блочной бетонной кладки коксовых батарей // Огнеупоры. 1992. N4. С.24-26.

2. Парфенюк A.C., Веретельник С.П., Костина Е.Д. и др. Физические факторы надежности эксплуатации кладки коксовых печей из

.. .крупноразмерных огнеупорных блоков // Кокс и химия. 1992. N11.

.. С. 18-20.

3. Парфенюк А.С., Веретельник С.П., Костина Е.Д. и др. Причины и закономерности возникновения дефектов блочной кладки коксовых батарей // Кокс и химия. 1993. N4. С.19-22.

4. Ткаченко В.Н., Бритов H.A., Костина Е.Д. и др. Математическая .... модель теплообмена в зоне прессования агрегатов для коксования

углей // Кокс и химия. 1994. N 2. С. 19-21.

5. A.C. 1723095 СССР. МКИ4 С 10 В 29/00. Батарея горизонтальных коксовых печей /Парфенюк A.C., Веретельник С.П., Костина Е.Д. и др. (СССР).- N 4849265/26; Ззявлено 26.07.90; Опубл. 30.03.92; Бш. N 12.

6... Патент 1806163 СССР. МКИ4 С 10 В 29/00. Отопительный простенок камеры коксования /Парфенюк A.C.,Веретельник С.П.,Костина Е.Д. и др. (СССР).-N4931946/04; Заявлено 29.04.91; Опубл. 30.03.93; Вюл. N 12.

АННОТАЦИЯ

Костина О.Д. "Розробка saco6iB гйдвищення довгов1чност1 крупноблочних npocTiHKiB коксових шчей". Рукопис дисертаци на здобуття наукового ступени кандидата техн1чних наук. Спещальнють 05.16.08 - машини та агрегата металург!иного виробництва. Донецький державний техначний университет, Донецьк, 1997 р.

На основ! дослгдження процесу руйнування-вхдновлення крупноблочно! кладки з вогнетривких бетонних блок1в, зизначення MiiiHocHi-ix характеристик бетону, розпод!лу температурних напружень виконана ощнка ресурсу кладки та розроблен! техн1чн1 р!шення, спрямован! на п!двшцення довгов1чност1 крупноблочних npocTiHKiB шляхом нанесення захиених покрить, використання компенсаторгв тр1щиноутворення та.конструкцп комб1нованого прост1нку з р1зних вогнетривких матер1ал1в,

Ключов! слова: коксова батарея, продес руйнуваннн-в1дновлення, крупноблочна кладка, вогнетривкий бетон, ресурс, температуря! напруження, тдвкщення довгов!чност1.

SIM/ÎARY

Kostina E.D. " Working out of ways of increase of coke ovens large-sized block paiers longevity". A manuscript of dissertation on a scientific degree conferment cf a candidate of sciences. Speciality: 05.16.08 - machines and aggregates of metallurgical production. Donetsk State Technical University, Donetsk, 1997.

On the basis of research of process of destruction -restoration large-sized block masonry from refractory concrete, determination of concrete characteristics of durability, distribution of temperature stresses estimation of its resource nas made and technical decisions, which increase longevity of. coke 3vens large-sised block piers by meance drawing protective sheetings, application equalisers of cracks and design of combined Dier from various refractory materials.

Key words: коксова батарея, процес руйнування-в1дновлення, срупноблочна кладка, вогнетривкий бетон, ресурс, TeraepaTypHi 1апруження, п1двщення довгов1чност1.