автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Свойства и технология жаростойких бетонов повышенной шлакоустойчивости

m ^

ПРИДЙ1ПР0ВСБКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМ1Я БУД1ВИИЦТВА TA АРХ1ТЕКТУРИ

На правах рукопису

КОНОПЛЯНИК Олександр ГСЫановнч

УДК 666.974:669.13

ВЛАСТИВОСТ1 ТА ТЕХНОЛОГ1Я ЖАРОСТ1ЙКИХ БЕТОН1В ШДВИЩЕНОХ ШЛАКОСТ1ЙКОСТ1

05.23.05 - Буд1вслыи MaTepiann та внробп

АВТОРЕФЕРАТ дисертаци на здобуття паукового ступени кандидата техшчннх наук

Дншропетровсыс - 1997

Дисертайею е рукогшс.

Робота виконана в Придн1провськ1й державна академП . буд!вництва та арх!тектури.

Науковий кер!вник

кандидат техн1чиих наук, доцент Бород!н Олександр Олександрович

Науковий консультант

доктор техн!чних наук, професор Пунаг1н Володимир Миколайович

0ф!Щйн1 опоненти

доктор техначних наук, професор Щеглова Мелан1я ДмитрПвна кандидат техн!чних наук, доцент Шпирко Школа Васильович

Пров1дна орган!зац!я - УкрД1промез, и. Дн1пролетровськ

Захист дисертаЩ! видбудеться "27" лютого 1997 р. о 13 годин! на зас!данн1 слец1ал2зовано'] вчено'/ ради Д 03,07.05 в Придн!провськ1й державн1й академН буд1вниц-тва та арх1тектури за адресов: 320600, ы.Дн1пропетровськ, вул. Чернишевського 24е.

3 дисертац!ею ыожна ознайомитись в б1бл1отец! Прид-н1провсько1 державно! академП буд!вництва та арх!тектури.

Автореферат роз!сланий "25" с!чня 1997 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано! вчено] ради

Карпух!на А.К.

а

ЗАГАЛЫ1А ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

ДктуальнЮть теми. Одним э головних напрямк1в при буд1вництв1 та ремонт1 теплових агрегат!в чорно! металургП е застосування жа-рост1йких бетон1в,ш,о забезпечують механ1зацш в!готовлення моно-л1тних футеровок,1х в!соку ст1йк1сть та покращення якост1 металу.

У сталеплавильному виробництв! пр! розливанн1 стал1 найб1лыа трудом1стким та важливим е д1лянка п1дготовки склад1в,що включав виготовлення футеровки прибуткових надставок 1 установку 1х на виливниц!.Основним призначенням прибутково! надставки е виведення усадочно! раковини.що утворюеться в процес! кристал1зац11 мета-лу,у верхню частину зливку для наступного в1ддалення II при про-катц1 з найменшими втратами металу.При цьому основними заходами скорочення втрат метану е ефективна телло!золяц!я ыеталу у при-бутков1й надставц1 та зб!льшення маси зливк1в до 20 тон 1 б1льше.

При експлуатацП прибуткових надставок для злывк1в велико! маси бетонна футеровка 1нтенсивно зношуеться 1 основним фактором, що визначае 11 знос.е взаемод1я з розплавленим шлаком та металом. Ця взаемод1я носить складний характер,повн!стю не вивчена 1 зале-жить в1д багатьох фактор1в.одним 1з яких е склад жарост!йкого бетону футеровки з високою ст1йк1стю до д11 розплавленого шлаку.

Так! склади можуть бути отриман! за рахунок п!дбору Зернового та м1нералоПчного складу вогнетривких комлонент1в,щр сприяють структуроутворенню цементного каменю бетону,результатом якого е зниження пористост! та реакц1йно! здатност1 бетону по в1дноиенню до шлаку.

Ефективна теплова робота прибутково! надставки ноже бути за-безпечена шляхом створення двошарово! футеровки.де поряд з вико-нанням робочого шару 1з бетону,який мае п1двищену шлакост1йк1сть, виконуеться 1 пост1йний шар 1з бетону,що мае п1дЕиаену тепло1зо-ляц!йну здатшсть.

Виходячи з цього,задача розробки та впровадження жарост!йких

бетон!в п!двищено"1 шлакост1йкост1 та тепло!заляц1йно! здатност1, конструктивна р!шень надставки, установки та удосконалення технологи- виготовлення монол!тно1 футеровки актуальна.

Мета роботи - розробка,досл!дження та впровадження жаросИй- • ких бетон!в,як! задовольняють умовам служби футеровки прибуткових надставок для зливк!в велико! маси; розробка механ!зму взаеыодП бетону ф>тэровки з розплавами шлак!в; розробка захисних шлакос-'. т^йких покритт!в, до забезпечують п!двищення строку служби моно-л!тно! футеровки; розробка рац1оналъноЗ конструкцП корпусу надставки та футеровки;розробка установки для виготовлення футеровки,а також технолог!чних прийокпв,дозволяючих вир!шувати питания 11 виготовлення з п1движениям ст1йкост! та покращенням якост! ме-талу.

Дисертатйна робота виконана у в1дпов!дност1 з Державною програмою "ЕколоПчно чиста енергетика та ресурсозбер1гаюч! технолог! 1"

Автор захшцае:

- оптимальн! склади жарост!йких бетон!в та законом1рн!сть зм1ню-вання шлакост!йкост1 та !нших ф1э!ко-механ!чних властивостей в залежност! в!д речовинного складу та сп!вв1дношення компонент!в;

- методику та результата досл1дження взаемодП розплавленого шлаку з жарост!йким бетоном;

- склади.жарост!йких бетойв п1двищено1 тепло!золяц1йно! здатнос-т1 та законом!рн1сть зм!ни 1х властивостей;

- склади вогнетривких покритт!в для захисту футеровки прибуткових надставок та результата досл!джень 1х властивостей;

- конструктивн! р1шення надставок з двошаровою футеровкою; -установку та технолог1ю механ!зованного виготовлення монол!тно1 футеровки надставок;

- результаты досв!дно-промислового досл1дження та техн1ко-еконо-

«

м!чну оц1нку впровадження 1х у виробництво.

Наукова новизна роботи. Встановлена можлив!сть одержання жа-

рост!йких бетон1в п!двищено1 плакост1йкост1 за рахунок застосу-вання оптимадьмих по зерновому та м!нералог1чиому складу компо-нент!в,що сприяють структуроутворенню бетону.

Залропонований ыехан1зм взаемодП розплавленого шлаку з бетоном футеровки.критер!ем якого виступае коеф1ц!ент шлаколереносу та отриман1 математичн! залежност1,як1 описують цей механ!зм.

Розроблен1 опткмальн! по шлакост1йкост1 склади жарост1йких . бетон!в на р1дкому скл1.Експериментально встановлена закономАр-н1сть зм!ни шлакост!йкост1 та 1нших ф1з1ко-механ1чних властивос-тей бетону в. залежност! в!д виду залровадженого у бетон тонкомолотого додатку та сп1вв1дноаення компонента.

Введениям у склад жаростойкого бетону пористого заповнювача отриман! бетони п1двицено1 тепло1золяц!йно'1 здатност! та встанов-лен1 эалежност! '¡х властивостей в1д вм!сту цього валовнювача.Вс-. тановлене явище "пластинчастого ковзання", яке дозволяе одночасно пол1пшити легкоукдадальнЮть та п1двивд!ти структурну ы1цд1сть бе-

тонно'1 сум1ш1.

Розроблен! рац1онадыи склади захпских покри-тв на зв'язую-чих 1з сернокислого магн1ю та лШюсульфонату техн!чного,як1 ма-ють високу шлакост1йкисть та адгезш до футеровки.

3 врахуванням служби футеровки залропонована та досл!джена в промислових умовах ращ опальна конструкц!я прибутково! надставки з двошаровою футеровкою,яка забезпечуе високу П ст!йк1сть та ефективне утеплення ыеталу у прибутков!й частин! зливку.

Розроблена установка в1броударно5 дП велико'1' потужност!, яка дозволяе ефективно упЦльнити бетонну сум!ш та виготовити монол1т-ну футеровку надставок для зливк1в велико! маси.

Новизна роботи п!дтвержена авторськими св!доцтваыи N1597246, 1653890,1731411 та позитивним р1шенням по заявц1 N4932593/02.

Практичне значения роботи складаеться в тому.що розроблен1, випробуван! та використан1 для практичних ц!лей склади *арост1й-

ких бетон1в,як! можуть застосовуватись для футеровки теплових аг-регат1в,працшчих п!д впливом високих температур розплавлених шлаку та металу.Лромислове впровадження склад1в жарост1йких бетона дозволило виготовляти монол!тну футеровку механ!зованним за-собом,п1двищити Г1 ст1йк1сть та тепло!золяд1йну здатн!сть.

Реал1зац1я результата досл!джень зд!йснена на Мариуполъсь-кому метгиург1 иному комб!нат1 1м. 1лл1ча та Кривор1зькому металур-, г1йному комб!нат! "Кривор!жсталь" шляхом проектування та вводу в експлуатац!ю промислових технолог!чних л!н1й по виготовленню дво-- шаровоЧ футеровки 1а жарост!йкого бетону прибуткових надставок для зливк!в масою 12,5-24 тони.Фактичний р1чний економ1чний ефект,отрицаний на Кривор!зькому металург1йному комб1нат1 у 1990 роц1, склав 75,1 тис.карбованц!в у ц!нах 1989 року.

Апробац1я роботи. Основн! положения дисертац!йно1 роботи до-пов1дались та обговорювались на науково-техн!чних конференц1ях Дн!пролетровського 1нженерно-буд!вельного 1нституту у 1993-1995 ■ рр..IV М1жнародн!й конференцЛ "Буд1вельн1 матер!али та буд!вель-н1 кеяструкц!ГУДн!пропетровськ,199б/,11 М1жнародн1м семгнар! "Механ1ка та фйзика руйнування буд!вельних матер!ал1в та конс-трукц!й" /Льв1в-Дубляни,1996/.

Публ1кац1Ч та винаходи. Основний зм1ст роботи викладений у 9 статтях та 4 авторських св1доцтвах.

Структура 1 обсяг роботи. Дисертац1йна робота складаеться з вступу.семи глав.основних висновк1в,списку л1тературних джерел 1з 157 назв 1 чотирьох додатк!в.Робота м1стить 228 стор1нок,у тому числ1 154 стор.машинописного тексту,40 рисунк1в та 31 таблиц».

Особистий внесок автора:

- лроведен1 експериментальн1 досл!дження взаемодП розплавленого шлаку з жарост!йкими бетонами та визначен1 !х оптимальн1 склади;

- на, основ! експериментально- теоретичних досл!джень розроблений механ!зм вваемодП шлаку з бетоном футеровки та отриман! залеж-

. HocTi.mo дозволяють qui нити результата взаемодЛ ;

- розроблена математична програма.яка дозволяе визначити концентрации шлаку по товщин1 бетону футеровки;

- розроблен1 склади та експериментально встановлен! законом1рнос-Ti зм1ни ф1зико-механ1чних властивостей жаростойких бетон1в п1д-вищено! тепло! золяцШю! здатност!;

- результата наукових досл!джень реал!зован! на металург1йних ; п1дприемствах шляхом впровадження склад!в харост1йких бетон1в,за-

хисних покригПв,конструктивных р1шень та технолог!'! виготовлення футеровки прибуткових надставок.

Методи досл!дження. Поставлен! завдання вир1шувались повд-. нанням стандартних i спец!альних метод!в досл1дження.Зг1дно стандартна методик досл!джувались: вогнетривк!сть, в1дкрита порис-т1сть, уявна густина, деформац!я п!д навантаженняы,м1цн1сть,тер-м!чна ст!йк1сть, тешюпров!дн!сть, структурна м1цн1сть та легко-укладалыисть. Зг1дно спецаальних методик досл!джувались шлакос-т1йк1сть та адгез!я вогнетривк1х сум!ш!в. Обробка експерименталь-них даних шлакост1йкост1 виконана за допомогою математичних прог-рам.

Робота виконана в лабораторЛ жаросийких бетон!в Придн1п-ровськоГ державно! академ11 буд1вництва та арх!тектури.

ЗИСТ РОБОТИ

Основн! тесретичп! та nparairai питания застосування жаростойких бетон1в на pis;:;:/, в'ялу чих розроблен1 Будн1ковиы П.П., Горловиы Ю.П., Зуксскы В. 2., За.м'ят1ниу O.P.. ЬЦловааовии Л. О., Некрасовим К.Д., Прядко В.М., Пург1ним O.K., Штакои U.B., Ш-BiHcbKHM Ю.О., Салмановим Г.Д., Стреловим К.К., Тарасовой А.П. та 1н.

Анал1з сучасного стану розробки та досл1дження жарост1йких бетон1в на рДзних в'яжучих та досв1д ïx використання дають поставу, вважат! найб!дьш сприятливим для виготовлення мовоа1тних фу-

теровок прибуткових надставок жарост!йк1 бетони на р1дкому скл1.

Склади бетон!в,що застосовуються в наш час,конструктивн1 р1-шення надставок та технолог1я виготовлення футеровки були розроб-лен! для невеликих,масою до 8,5 тон, зливк!в при конф1гурацП ■ внутр1шньо! порохнини у план! близько!до квадрату 1 розлив! ста-л1 в основному сифонним способом.

При аб!льшенн! маси вливку зб1льшуються розм1ри внутр1шно! порозкнини надставок 1 велик1 зливки, переважно листов1, мають вхе прямокутну конф1гурац!ю з в!дношенням стор!н б1льш двох. Виробни-ч!й досв!д виготовлення та ексвлуатацП футеровки прибуткових надставок для зливк!в масою б1льш 12 тон показав, що вони мають принципов! в!ды!нност1 в!д надставок для зливк!в меншо! маси 1 використання розроблених ран!ш склад1в, конструктивних р1шень 1 ,технолог!й виготовлення двошарово! футеровки або неможливе, або утруднене з наступних причин:

- час кристал1зацП великих зливк!в у 1,5-2 рази перевищуе час кристал1зацП зливк1в масою до 12 тон 1 складае 280-300 хвилин, а бетон футеровки з плином тривалого пер!оду п!длягае дГ! розплав-лених шлак!в та мегалу;

- футеровка- по довгих сторонах, внасл1док близдаст! теплового центру адивку, внаходиться в б1льш жорстких умовах та зношуеться б1льш 1нтенсивно, н!х по коротких сторонах, що обумовлюе малий строк П служби;

- робочий вар футеровки по двох сторонах мае значну довжину, що в умовах одностороньо'1 дП температури приводить до його здимання усередину надставки та в1докремлення в!д пост1 иного шару з посл1-дуючим попаданиям розплавленого металу в зазор м1ж шарами та 1х руйнуванням при эн!манн! надставок з1 зливку;

- установка в1броударно! д!1 для виготовлення футеровки надставок зливк1в масою до 12 тон мае недостатню для ефективного ущ!льнення бетонно! сум!ш! збурюючу силу.

При ексллуатацП надставок для зливк1в велико! маси футеровка 1нтенсивно зношуеться 1 основним фактором,який визначае II внос, е взасмод1я з розплавленим шлаком. На наш погляд, враховую-чи темперзтурний та шлаковий режим роботи футеровки, найб!дьш 1н-тенсивним фактором, що впливае на просочення та зное футеровки, потрЮно вважати тривалу короз!йну д!ю шлаку на бетон футеровки. При цьому 1нф1льтрац1я шлаку у глибину футеровки залежить в!д по-ристост1 бетону 1 реакц!йно! здатност! матер1алу по в1дношенню до шлаку.

Враховуючи виде викладене, сформульована робоча г!потеза: '

- за рахунок п!дбору зернового та м1нералог1чного складу компо-нент1в можуть бути отриман! жарост!йк! бетони з високою ст!йк!стю до д11 розплавлених шлак!в та мегалу, що зздовальняють умовач служби футеровки прибуткових надставок великих зливк!в ыасою б1льш 12 тон. В якост1 таких компонент1в можуть бути використан! в1дходи п1дприемств Украши та 1нш1 недиф1цитн1 матер!ахи;

- введениям у склад бетону пористого заповнювача можливе отриман-ня бетон!в п!двищено"1 тепло! золящйно! здатност!, що забезпечуе зниження тепловитрат ! п!дви1дення якост! металу.що розливаеться.

Виб!р матер!ал!в для розробки склад!в бетоШв виконували на основ! анал!зу досв!дних даних та досл1джень в облает! д!1 шлак-вогнетрив, а також виконаних нами у виробничих умовах експе-риментальних досл!джень з визначення температурного та шакового режиму двошарово'1 футеровки !з жаросПйкого бетону. Кр1м того, при вибор! матер!ал!в враховували 1х властивост1, недиф!цитн1сть 1 можлив!сть поставки в межах Укра!ни.

В якост! зв'язуючого використовували натр!еве р!дке скло з модулем 2,6, а в якост! його твердника - ферохромовий шлак. За-повнювачем бетон!в служив шамот марки ЗШБ фракцП 5-10 ! 0,14-5 мм,а також кварцит марки СКМ-97 Овручського родовища з тонкомолотою складзючою в к!лькост! 20...257.. В якост1 тонкомолотих додат-

к1в використовували дистенс!л!ман!товий концентрат Вер5<ньодн1п-ровського комб1нату, мертель МШ-39 Ватут1нського вогнетривкого заводу; катал1затор 1М-2201 Стерл1тоыакського нафтох1м1чного заводу, пер!клазохром1т, отриманий помолом склепово! цегли.яка вже■ вживалась, шлам електрокорунду Запор! зъкого абразивного комб1нату та пиловидний в1дх1д кремн!йвм1стких феросплав1в Стахан1вського заводу.

Тепло1золяц1йну здатн1сть бетону покращували шляхом введения в його склад пористого заповнювача 1з спученого перл1тового п1ску фракц11 до 3 мм.який виробляеться 1а перл1та Закарпатських родо-вищ.

В результат! досл1дження роботи футеровки надставки для зливку массю 24 тони встановлено, що робочий шар при розлив1 металу п1ддаеться р1зкоыу нагр1вашю. Температура на поверхн! футеровки склала 1400°С при температурному-перепад! по П товцин1 1300...1350°С. При кристал1зацП металу в зливку знижуються тем-ператури на контакт1 футеровки з метал ом та температурний перепад по товщин1 футеровки. Наведен! граф1ки зм!ни температур по товщ!-н1 футеровки.

Розшавлений синтетичний шлак !нтенсивно взаемод!е з футеровкою, особливо у ншш1й частин1 надставки, внасл1док б!льш ви-соких температур шлаку 1 металу в ц!й зон1. Шсля першого наливу зменшення товщини бетону футеровки за рахунок насичення П шлаком та змивом продукт1в взаемодП склало 3...5 мм. На поверхн! футеровки утворився щ1льний захисний шар-гарн!саж з продуктов взаемодП шлаку та бетону, що ааважае 1нтенсивному просочуванню шлаку при наступних наливах. Шсля другого 1 наступних налив!в в1д$\ша-еться зменшення товщини футеровки на 0,5...1,5 мм за налив. Фронт проникнення шлакового розплаву зм!щуеться у глибину бетону футеровки, а його максимальна глибина визначаеться температурою крис-тал!зад!1 шлаку. При цьому товщина гарн1сажу зм!нюеться незначно.

оск1льки частина його розчиняеться продуктами плавки, а частина народуеться в результат1 проникнення шлаку у поверховий шар бетону футеровки. За критер1й зносу футеровки, визначений конструк-тивно-технолог1чними можливостями надставки, приймали зменшення товщини футеровки на величину 25 мм.

При розробц! механ1зму взаемодП бетону футеровки з розплава-ми шлаку роэглядали дв! концепцН 1нф1льтрац11 шлаку в бетон футе-ровки-п!д впливом грав1тац1йних та кап1лярних сил. Для оц1нки впливу колно'1 концепц11 1нф1дьтрацП шлаку,нами були заланован! 1 виконан! спец1альн1 експериментальн! поетапн1 досл!дження.

На першому етап1 використовували тигельний метод. Для цього виготовляли зразки розм1ром 50x50x50 мм з поглибденням-лункою д1-аметром 20 мм та висотою 11 мм. У лунку кожного зразку пом1шали 3,5 г синтетичного шлаку, який використовуеться при розлив! стал! в эливки 1 м!стить 38,8% SlOa, 4,41Z AI2O3. 1.46Z ГегОз, 21% CaO, 3,95% FeO, 15,767. №0, 6,582 А1мет. 4,03% CaF2, 1.287. Ha20, 0,103% Р та 0,55% S. Випробування проводили у камерн!й електропе-ч! СНО-345-2/15. Зразки з! шлаком нагр!вали до температури 1400°С, витримували при ц!й температур! 20 хв,.пот1м р!вном!рно знижували температуру до 1300°С протягом бОхв та охолоджували до нормально! температури разом з Шччю.Охолоджен! зразки розпилювали по центру заглиблення, шл1фували та вим!рювали площу шлакопросочення.

Досл!джувалась шлакост1йк1сть бетон1в на р!дкому скл! з р1з-ними тонкомолотими додатками. При визначешй к!льк1сного складу жарост!йких бетон!в вм!ст р!дкого скла визначали !з розрахунку на отримання сум1ш1 з легкоукладальн!стю 40-60 хв. Склада бетон!в,щ,о досл!джувались та 5х властивост! наведен1 у табл. 112.

Анал1з просочення зразк1в св1дчить про те, шр просочення зразку в!дбуваеться як у вертикальному, так i горизонтальному напрямках, а глибина просочення зразку у цих напрямках не мае 1с-тотних в1дм!нностей. Кращу ст!йк!сть до д!1 синтетичного шлаку

Таблиця 1

Склади жарост1йких бетон!в на первому етап! вилробувань

Иайменування | Номер складу / вм1ст, масХ

компонентов |----------------------------;---------------•

|1|2|3|4|5|6|7|8

Шамот фракц11 5-10 мм 34,9 -. 34,6 33,6 35,2 34,5 35,1 42,4 Шамот фрякц11 0,145мм 26,3 - 26,1 25,2 26,4 26,8 26,3 31,8 Кварцит фракцП 0-5 мм - 83,5 -----Мертель МШ-39 ,21.6 .......

Катал1затор 1М-2201' - 21,5 - - - -ДистенсШман1товий

концентрат - - 21,0 - 10,8

Иер1клазохром1т - - - - 22,0 10,8

Шлам електрокорунду - .- - - • - " - 21,9 -Пиловидний в!дх1д крем-

н1йвм1стких феросплав1в - - - - - 8,0

Оерохромовий шлак 1,7 1.8 1,8 1,7. 1,7 1,7 1,8 2,1 Р1дке скло густилою

1,32 Г/си3 15,3 14,7 16,0 18,5 14,7 16,4 14,9 15,7

Таблиця 2

Шлакост!йк!сть жарост1йких бетон!в та властивост! на II впливаюч!

Показники | Номер складу

1 -.............-...................-.....-.....

|1|2|3|4|5|6|7|8

Площа взаемодИ шлаку з бетоном,

мм2 87,5 234,8 135,0 120,0 Р 79.2* 151,0 265,0 4 Уявна густина,

Г/СМ3 1,92 2,17 2,05 1,99 2,2 2,05 2,14 1,88

В!дкрита лорис-

?1сть

бетона 20,5 19,4 20,8 22,4 20,2 21,6 20,7 23,6

зв'язки 29,3 23,9 26,5 32,8 25,8 28,4 26,3 34,6 Вогнетривк1сть,°С

бетона 1540 1630 1580 1610 1300 1380 1540 1350

* зв'язки 1430 1580 1540 1540 1320 1350 1480 1320

* - Часткова утрата форми 1з-за низько! вогнетривкост1 Сетону. Р - Зразки розплавились.

" показали бетони а тонкомолотими додатками 1э мертелю Ш-39, дис-тенс1л1ман1тового концентрату та катал1затора 1М-2201. як1 були в1д1бран1 для лодалыюго досл1дження мехая1зму просочення бетону шлаком.

На другому етал1 шлак у к1лькост1 37 г. завантажували у ча-вунний тигель. Бетонний зразок д!аметром 36 мм 1 висотою 50 ш ф1ксувався у тигел1 за допомогою утримувача 1з мол1бденового дроту таким чином, щоб т1льки його нижня поверхня мала контакт 1з шлаком. Поруч встановдювали зразки-близгаоки таким чином, цоб не було 1х контакту 1з шлаком. Випробування проводили у криптолов1й печ1. Зразки нагр1вали до 1400°С у тому режим!, до й на першому етап1 з наступною витримкою при ц!й температур1 5, 20 та 40 хви-лин, при цьому шлак знаходився у розплавленому стан1 45,60 та 80 хвилин в1дпов1дно. Пот1м,п1сля зниження температури до 1300°С зразки п1дн1мали над шлаком 1 охолоджували разом 1з п1ччю. Вим1-рювали вагу зразк1в 1з шлаком та без.нього. У в!дпов!дност! 1э зм1ною ваги зразк1в за розробленою методикою визначали коеф1ц!ент шлакопереносу для кожного складу бетону.

Для проведения випробувань на другому етал1 вибрали бетон базового складу 3 з тонкомолотим додатком !з катал1затора 1М-2201, Порист1сть бетону варЫрували шляхом зм1нювання к^лькос-т1 тонкомолотого додатку та сп!вв!дношення м1ж великим та др!бним заповнювачами-склади 3.,.3е. Меж! зм1ни перем1нних вибирали таким чином, щоб отримати сум1ш! з легкоукладальн1стю 40-60 хв. При цьому витрата катал!затора 1М-2201 менш 18,АХ приводить до зб1ль-шення жорсткост! сум!ш!,що не забезпечуе якост1 поверхн! бетону внасл!док наявност1 раковин та порожнеч з можлив1стю проникнення по них шлаку, а витрата б!льш 21,ЪХ приводить до зб1льшення по-ристост! бетону ! зв'язки. Склади жарост!йких бетон1в наведен1 у табл.З, а 1Х показники шлакост1йкост! у табл. 4.

Анал1з результат!в цього етапу випробувань показав, що в1д-

Таблица 3

Склади жарост!йких бетон!в на другому етап! випробувань

Наименування | Номер складу / вм!ст,масХ

компонент!в |----------------------------------------

.I 3 I 31 | 32 13з I 34 | 35 I 3©

Шамот фракцП 5-10 мм 34,6 36,0 36,9 39.0 41,7 36,8 39,5

Иамот фракцП 0,14-5мм 26,1 27,0 .28,2 21,7 23,4 23,9 25,6

Катал1затор 1М-2201 21,5 20,4 18,4' 21,5 18,4 21,5 18,4

Ферохромовии шлак 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8

Р1дке скло 16,0 14.5 14,7 16,0 14,7 16,0 .14,7

Таблиця 4

Показники шлакостШкост! жарост1йких бетон! в

Покаэники I' Помер складу

I.....................-...............—■

I 3 | 31 | 32 I З3 I 34 I 35 I Зб

К1льк!сть шлаку, г.який пройшов у бетон за час ' знаходлення його у роз-плавленому стан!, хв.

45 2,04 2,35 2,21 2,24 2,40 2,02 2,11

60 2,44 2,79 2,68 2,71 2,91 2,54 2,57

80 2,92 3,37 3,25 3,23 3,5 3,12. 3,2

В!дкрита порист!сть,Х 20,8 21,5 21.1 21,2 21,6 20,9 21,0

Коеф!ц!ент шлакоперено-

су, смй/хв х 102 0,3 0,39 0,36 0,355 0,41 0,31 0,33

К!льк!сть цикл!в просо-

чення футеровга! 18 13 15 15 12 IV. 16

Оулося просочення зразк!в шлаком при pycl його в гору - у б1к протилежний напрямку дГ! сми ваги.

Матер1али теоретичних та експериментальних досл1дхень дозволили зробити висновок, шо стосовно до модедовання процесу просочення шлаком бетон1в футеровки махе бути застосована класична те-ор1я тепломасопереносу. У цьому випадку концентрац1я шлаку, що пройиов у футеровку, Шдкоряеться р1внянню

-i2 j£ct

г 4 ~ 1ЯХ IT» т

W - Wo- 1--sin - • е

I я 1-1.3.5 н J

де: W0 - максимальна концентрац1я шлаку; Н - глибина просочення бетону; х - координата; С - коеф1ц1ент шлакопереносу; t - час знаходження шаку у розплавленому стан1; i - номер наливу ме-талу (1-1, 2, 3 ... п).

Найменший коеф1ц!ент шлакопереносу мае жарост1йкий бетон складу 3, шо пов'язано з його самою низькою пористости 1 в1дпо-в!дно з к1льк1стю шлаку, пройденого у бетон. 3 ростом в1дкрито'1 пористост! бетону коеф!ц1ент шлакопереносу зб1льшуеться. За допо-могою розробленоЧ математично! программ визначений характер просочення футеровки 1з бетону складу 3 (рис.) у в1дпов1дност1 з яким просочення футеровки на 25 мм та Л зное в!дбувавться п1сля 18 цикл 1в д1Ч шлаку. • '

Встановлен! оптимальн1 по шлакост1йкост1 склади бетон1в з тонкомолотими додатками 1з дистенс1л1ман1тового концентрату та мертелю ШЬЗЭ з коеф!ц1ентами шлакопереносу р1вниыи 0,0034 та 0,00355 см2/хв в!дпов1дно. У в!дпов1дност1 з цими коеф1ц!ентами просочення футеровки настае в1дпов1дно п!сля 16 та 15 цикл!в д11 шлаку.

Рис. Характер просочення футеровки 1з карост!йкого бетону складу 3: 1,3,5,9,13 та 18 - цикли д11 шлаку.

Враховуючи те, то одним 1з вид!в взаемодП е зменшення тов-щини поверхневого шару внасл!док його розм'якшення.були проведен! досл1дження вогнетривкост1 сум1и!в бетон!в !з шлаком при вм!ст! шлаку 10-80Х. Найб1льш! показники вогнетривкост! мае сум1ш шлаку з бетоном з тонкомолотим додатком 1з дистенс!л1ман!тового концентрату, а найменьш! - шлаку з бетоном з тонкомолотим додатком 1з мертелю МШ-39.

Петрограф!чним та ренгенофазовим алал1зами встановлено, що висок1 показники . шлакост!йкост! бетон!в досягаються також за ра-хунок 1нтенсивно1" мул!т!зац!! зв'язуючо! маси. Досл1дження поро-вого простору бетону з тонкомолотим додатком !з катал!затора 1М-2201 показало, що в робоч!й зон! у результат! розпод!лу пор п!двищуеться к1льк1сть великих, до 10 мкм, пор, по яких в!дбува-еться подальше проникнення шлаку у футеровку.

Встановлен! та вивчен! основн! ф1зико-механ!чн! властивост1. оптимальних склад1в бетон!в: вогнетривк!сть, в!дкрита пористость, уявна густина, м!цн1сть при стиснен!, температура деформацП п!д

навантаженням, терм!чна ст!йк!сть, усадка, теплопров1дШстъ, легкоукладальн!сть та структурна м!цн!сть. Олтимальн1 характеристики дозволяють використовувати ц1 бетони для виготовленяя робо-чого шару двошарово'1 футеровки.

Введениям у склад бетону пористого спученого перл1тового п1ску отриман! бетони п!двищено! тепло1золяд!йно'1 здатност! для виготовлення пост1йного шару футеровки. Встановлено, введения у склад вогнетривких сум!шей перл!тового Шску в к1лькост! 0.1... 1,82 забезпечуе одночасне покращення 1х легкоукладальност! та структурно! м1цност1, яке забезпечуеться за рачунок позитивного ефекту "лластинчастого ковзання". КоефШент теплопровЗдност! бетон^ з додатком перл!тового п1ску у к1лькост1 1,82 при температур! 600°С у 1,31...1,34 рази нихче в пор1внянн1 з теплопров!д-н!стю вих1дних склад!в без додатку та складае 0,69...0,73 Вт/м-К. Встановлен! та вивчен1 .залежяост1 основних ф1зико-механ!чних властивостей в!д оптимального вм1сту йерл!тового п1ску.

Для Шдвищенн» ст1йкост1 футеровки розробили та дослШши склади захисних покритт1в !з вогнетривких сум!шей. Кращими захис-ними властивостями волод1ють покриття 1з вогнетривких сум¡шей на основ1 комлозиц1й: магнезит - вогнетривка глина та магнезит-пило-видний в!дх1д виробництва кремн1йвм!стких феросплав1в з зв'язую-чими 1з сернокислого магн1ю та л1гносульфонату техн!чного. При цьому кращу шакост1йк1сть мають покриття складу: магнезит 51,32, вогнетривка глина 17,22 та л1гносульфонат техн1чний 31,52. Висок! показники шлакост!йкост1 цих композиц!й досягаються за рахунок утворення шп!нел!ду складного складу, який утворюе суц!льну кайму навколо шлакост1йких, але не термост1йких, зерен переклазу.

Розроблена конструкц!я прибутково! надставки з двошаровою футеровкою. Для запоб!гання здимання робочого шару футеровки при зн!манн! надставок !з зливку поверхню нижньо'1 полиц! виконали уг-нотою. Виходячи з вимог експлуатац!'! максимальна глибина угнуто!

поверхШповинна складати 0,3...0,5 товщини робочого вару футеровки у нихн1й частин1.

Розроблена установка в1броударно1 д11 велико] потужносП для виготовлення футеровки надставок для зливк1в масою до 24 тон, яка дозволяв ефективно ущ1льнити жорстку бетонну сум1ш. В основу ро-боти установки покдадений принцип самосинхрон1зац11 динам1чних систем. Досл1джен1 режими, як1 в1дпов!дають синхроному обертанню в1братор!в.

Удосконален! технолог1чн1 параметри виготовлення моноя1тно! Футеровки з встановленням оптимального режиму сушки шаров:п1дви-цення температури до 150°С 1 витримка 2 години, п1двищення темпе-ратури до 350°С 1 витримка 4 години. П1д1бран1 склади мастид, шр зменшують зчеплення сердечник1в установки з в1дформованои бетонной сум1шшю та забезпечують виготовлення футеровки надставок без лорушення П якост1 та форми.

Досв1дно-промислов1 досл1дхення та впровадження результата роботи на Мар1упольському 1м.1лл1ча та Кривор1зькому металург1й-них комб1натах п1дтвердили ochobhI висновки, отриман1 у лабораториях умовах. Ст1йкЮть футеровки 1з жарост1йкого бетону п1двй-щено! илакост!йкост1 с тонкомолотим додатком. 1з катал1затора IM-2201 склада в уыовах Мар1упольського та Кривор1эького комб!на-т1в у середньому 20 та 27,5 наиш1в. то у 1,3...2,5 рази вище ctIükoctI Футеровки 1з вааотно! цегди. Ст1йк1сть футеровки з р!з-ша;и захксними покриттяыи п1дввдено! шлакост1йкост! в уиовах Ма-р1уполъсь!:ого комбинату склада 22...26 налив1в, .Покравшая тепяо-1золяц1йпо1 здатно0т1 прлбутково! надставки дозволяс. знкзим: ¡¡а 0.8. ..1,0 в1дходи металу з головной обр1зз:о.

На п!дстав1 викона-'них досл1дасень буди розроблен1 техи1чн! завдання на проектування та буд1вництво технолог1чних л!н1й по футеровц! прибуткових надставок дарост!йкиы бетоном.. Ц1 л1н11 бу-

ли введеи1 в екпслуатац!» на Мар1упольському та Кривор1зькому ме-талург1йних комб1натах.

Фактичний р!чний економ1чний ефект, отриманий на Кривор!зъ-кому металург1йному комб1нат1 у. 1990 роц1 склав 75,1 тис. карбо-ванц1в у ц1нах 1989 року.,

затхлый вгаювки

1. Розроблен1 склади жарост1йких Сетон1в на р1дкоскляному в'яхучому з шамотним заловнювачем, як! волод1ють п!двищеною шла-кост1йк1стю до дП розплав1в шлаку.

. 2. Встановлено, що рух розллавленого шлаку у Сетонн1й футе-ровц1 п1дкоряеться р!вняшда тепломасопереносу. Запропонован меха-н1зм взаемодП шлаку з Сетоном футеровки, критер1ем якого висту-пав коеф!ц!ент шлакопереносу.. 0трЫан1 математичн1 залежност!, цо описують цей механ1зм.

3. За ст!йк1стю до д1i синтетичного шлаку найб!льш прийнят-ними е жарост1йк! бетони з тонкомолотими додатками 1з катал!зато-ра JM-2201, дистенс1л1ман!тового концентрату 1 мертелю МШ-39.

4. Розроблен! харост1йк! бетони п1двищено'1 тепло1золяц1йно1 здатност! з додатками спученого перл1тового п1ску., як! забезлечу-ють зниження витрат тепла 1 п!двищення якост! металу.шр розлива-еться.

5. Розроблен! склади захисних покритт!в п1двищено! шлакос-т!йкост1 на основ! композиц!й магнезит-вогнетривка глина та магнезит* пиловидний в1дх1д 'кремн!йвм1стких феросплав1в 1з зв'язуючи-ми з сернокислого магн!ю 1 л1гносулъфонату техн!чного.

6. Розроблен! та дос-л!джен1 у промислових умовах конструкц!я прибутково! надставки, установка, а також технолог!чн! прийоми виготовлення футеровки, як1 дозволяють вир1шувати питания механ1-зованного виготовлення монол1тно! футеровки, п!двищення И ст!й-кост! та покращення якост! металлу.

7. ЕфективШсть наукових розробок та 1х промислова реал1за-ц1я моле бути досягнута лише тод1, коли повно та взаемоув'язано вир1шен1 питания по складам жарост1йких бетон1в та захисних пок-ритт!в,конструкц1i надставки та технологи виготовлення футеровки.

8. Досв1дно-промисловими випробуваннями та впровадженням с клад! в жарост1йких бетон1в, конструктивних р1шень та технолоПч-них прийом!в виготовлення монол1тно1 футеровки прибуткових надставок Остановлена можливЮть п1двищення ' ст1йкост1 футеровки у 1,3...2,5 рази та зниження в1дход1в металу з головною обр1ззю на 0,8...1.0Х.

9. Фактичний р1чний економ1чний ефект, отримаяий у 1990 роц1 в1д упровадхения результата роботи на Кривор1зькому металурПй-ному комб1нат1, склав 75,1 тис. карбованц1в.

OchobhI положения дисертацП опубл1ковано в 13 роботах:

1. Завадский М.Я. .Конопляник А.Ю.,Белкин А.И.,Головкин В.Н., Кондратова Г.Г. Применение жаростойкого бетона в футеровке прибыльных надставок для слитков массой 24 т. //Огнеупоры. 1990.N 7. С.52-56. (Доля автора-40Х. Внедрение в производство жаростойких бетонов, конструктивних решений надставки и технологии изготовления футеровки).

2. Гизатулин Г.3..Белкин А.И..Агафонова E.H..Завадский М.Я., Конопляник А.Ю. Повышение качества 24-т слитков спокойной стали, отлитых с утеплением головной части. //Сталь. 1990. М 9. С. 75-76. (Доля автора-302. Изучение качества металла, отлитого с прибыльными надставками, футерованными жаростойким бетоном).

3. Грызлов Е.Г., Белкин А.И. .Агафонова E.H., [Завадский М.Я.]. Конопляник А.Ю. Снижение головной обрези 24-т слитков спокойной стали, отлитых с утеплением головной части жаростойким бетоном. //Металлургическая и горнорудная промышленность.1992. N 1. С.18-19. /Доля автора-ЗОХ. Анализ качества разливаемого металла/.

4. [Завадский М.Я.1. Конопляник,А.Ю., Белкин А.И. Подбор огнеупорных смесей для обмазки футеровки прибыльных надставок изложниц. //Огнеупоры. 1992. N 9-10. С. 33-37. (Доля автора-607.. Предложены новые составы защитных покрытий).

5. Конопляник А.Ю., Бородин A.A., Белкин А.И..Колониари Г.В. Подбор составов и исследование свойств смазок, используемых при изготовлении футеровки прибыльных надставок. //Металлургическая и горнорудная промышленность. 1Я94. N 3. С. 61-63. (Доля авто-

• ра-601. Подобраны смазки и исследованы их свойства).

6; |Завадский М.Я.!. Конопляник А.Ю. .Бородин A.A., Белкин А.И., Смирнов В. И. Ви'броустановки большой мощности с самосинхронизирующимися вибраторами для изготовления монолитной футеровки металлургических агрегатов и конструкций. //Металлургическая и горнорудная промышленность. 1995. N 4. С.46-49. (Доля автора-40t. Разработка установки и параметров вибрации).

7. Бородин A.A., Конопляник А.Ю..Подбор составов жаростойких « бетонов повышенной шлакоустойчивости для футеровки тепловых агрегатов и конструкций. В сб.аннотаций и научно-исследовательских трудов ПГАСиА за 1995 год. - Днепропетровск: 1996. С.16-17. (Доля автора-502. Подбор составов и исследование их свойств).

8. Бородин A.A., Пунагин В.Н., Конопляник А.Ю. Прогноз процесса пропитки жаростойких бетонов шлаковым расплавом. Сб. научных тр. "Строительные материалы и строительные конструкции", IY Международная конференция ICMB, 96.-Днепропетровск: ПГАСиА, 1996. С. 55-56. (Доля автора-А07.. Предложен механизм взаимодействия шлака с бетоном футеровки).

9. Бород1н 0.0., Конопляник О.ХЗ. Експериментальн! досл1джен-ня жарост1йких бетон1в. //Материал» II М1жнародного симпоз1уму "Механ1ка 1 ф1зика руйнування буд1вельних матер!ал!в та конструк-ц1й",- Льв1в-Дубляни: 1996, С. 151-153. (Частка автора-501. Проведения експериментальних дос.д1джень бетон!в).

10. А.С. N 1597246 СССР. Прибыльная надставка. /М.Я.Завадский. В.М.Прядко, А. Ю. Конопляник, Г.З.Гизатулин, Г.И.Налча, А.И.Белкин, В.А.Кулик, Г.Г.Кондратова. //Открытия.Изобретения. 1990. N 37. С.28. (Доля автора 307.. Разработка конструктивных решений прибыльной надставки).

11. А.С. N 1653890 СССР. Огнеупорная смесь для изготовления футеровки прибыльных надставок./М.Я.Завадский.В.П.Алмазов.А.Ю.Ко-ноплянйк, Г.З.Гизатулин. А.И.Белкин, В.Н.Головкин.//Открытия. Изобретения. 1991. N 21. С.51. (Доля автора-307.. Разработка составов огнеупорных смесей с добавками перлитового песка).

12. А.С. N 1731411 СССР. Состав огнеупорной смеси для обмазки футеровок прибыльных надставок. /М.Я.Завадский. А.Ю.Конопляник. В.С.Магала, Г.З.Гизатулин, А.И.Белкин, В.Н.Головкин //Открытия. Изобретения. 1992. N 17. С.62. (Доля автора-50%. Предложены составы и обосновано содержание компонентов).

13. Положительное решение по заявке N 4932593/02 СССР от 24.01.92 г. Огнеупорная смесь для обмазки футеровки прибыльных надставок. /М.Я.Завадский, А.Ю.Конопляник, В.С.Магала, Е.Г.Грызлов, Г.З.Гизатулин, А.И.Белкин, В.А.Кулик//. (Доля автора-50%. Предложены составы и обосновано содержание компонентов).

Abstract

Konoplyanik A.Y. Properties and technology of heat resistance concretes with raised resistance to action of slag.

The thesis for competition on the Degree of Ph. D. of Teclinical Science on the Speciality 05.23.05 - Building Materials and Products, Pridnieprovsky State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnepropetrovsk, 1997.

In this work on base of experimental and theoretical investigations the heat resistant concretes of high resistance to action of slag and mechanism of mutual action of melting slag

with lining of tops are elaborated. The equation, that allows one ■to estimate the resolts of this process, where the slag -transfer ratio is a criteria of the mutual action. Is obtained. Tho Injection of porous aggregate In a concrete mixture allows one to Increase Isolating facility of lining.

The application of elaborated of heat resistant concretes, constructive design and technological operations of lining production of tops allows one to increase'durability of lining and to decrease the wastes of metal with head - scrap.

Аннотация

Конопляник А.Ю. Свойства и технология жаростойких бетонов повииенной илакоустойчивости.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 -Строительные материалы и изделия, Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 1997.

В диссертации на основании опытно-теоретических исследований разработаны жаростойкие бетоны повышенной илакоустойчивости и механизм взаимодействия расплавленного anaica с футеровкой прибыльных надставок. Получено уравнение, позволяющее оценить результат этого взаимодействия, критерием которого выступает коэффициент шлакопереноса. Введение в состав бетона пористого заполнителя позволило повысить теплоизолирующую способность футеровки.

Использование разработанных жаростойких бетонов, конструктивных решений и технологических приемов изготовления футеровки прибыльных надставок для слитков большой массы позволило повысить стойкость футеровки и снизить отходы металла с головной обрезыо.

Ключов! слова: жарост!йкий бетон, шлакост1йк1сть,захисне покриття, конструюЦя, технолог!я, прибуткова надставка.

Подписано к печати 21.01.97 г. Формат 60x84 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл.печ.л. 0.97. Заказ-N 15. Тираж 100 экз. -