Вироби із жаростійкого бетону для футерування вагонеток тунельних печей та організація їх виробництва на цегельних заводах.
Інститут «УралНДІстром» за свою багаторічну історію зробив значний внесок у розвиток вітчизняної керамічної промисловості. Протягом 60-80-х років минулого століття «УралНДІстром» (тоді інститут «УралНДІстромпроект») виконував функції науково-дослідної та проектної бази в системі Міністерства промисловості будівельних матеріалів РРФСР, у тому числі й у частині модернізації та вдосконалення випалювальних агрегатів, що використовуються на підприємствах галузі.
Значний обсяг науково-дослідних робіт було проведено інститутом для вирішення проблем, пов'язаних із збільшенням міжремонтного терміну експлуатації вагонеткового парку печей випалу керамічної цегли.
Аналіз робіт тунельних печей з випалення керамічної цегли показав, що футерування вагонеток експлуатується в більш важких умовах, ніж футерування стін і склепіння в зоні випалу печі. Поряд з термічними напругами при циклічному впливі температур протягом 24 - 36 годин, пов'язаному з підйомом температури від до 10-20 до 1000 0 С і вище, остиганням в каналі печі до 100-200 0 С і наступним різким охолодженням при виході з печі під розвантаження , футерування вагонеток несе навантаження від садка, піддається ударним впливам при просуванні вагонеток вздовж каналу печі.
Тяжкі умови роботи футерування вагонеток призводять до обмеженого терміну їхньої служби, необхідності постійних витрат на їх ремонт, що в кінцевому підсумку призводить до подорожчання основної продукції - керамічної цегли. Практика останніх років показує, що підвищення стійкості футерування вагонеток тунельних печей на цегельних заводах може бути досягнуто як за рахунок застосування спеціальних пресованих вогнетривів, так і за рахунок використання виробів із жаростійкого бетону з підвищеними термомеханічними.властивостями.
Перший шлях реалізовано головним чином імпортних заводах, куди за контрактами передбачалося постачання як технологічного устаткування, а й вогнетривких виробів. При цьому більшість зарубіжних фірм, які здійснювали постачання цегельних заводів в Україну, використовували вогнетриви фірми Burton (Німеччина), яка є визнаним європейським лідером у галузі виробництва вогнетривів для керамічної промисловості.
Високі експлуатаційні властивості вогнетривів «Burton» (термін служби 5-6 років) досягається за рахунок використання спеціальних кордієритових складів замість шамотних складів, що застосовуються для цієї мети на вітчизняних вогнетривких заводах.
Проте, відносно висока вартість вогнетривів фірми Burton стримує їх широке застосування на українських заводах навіть при поточному ремонті вагонеток, у футеровках яких при пуску печі використовувалися вогнетриви Burton.
Іншим напрямом підвищення стійкості футеровок вагонеток тунельних печей є застосування у футеровках жаростійких бетонів.
Для виготовлення робочого шару футеровок вагонеток тунельних печей по випалу керамічної цегли пройшли опробацію жаростійкі бетони на різних в'яжучих з температурою застосування 1100-1200 0 С. Основні властивості жаростійких бетонів регламентовані ГОСТ 20910-90 виробів їх - Довідковим посібником до СНиП 2.03.04.-84 [4]. Однак, практика показала, що використання багатьох видів жаростійких бетонів (на портландцементі, глиноземистому цементі, рідкому склі) є невиправданим у футеровках вагонеток керамічної промисловості [5].
Потрібен був тривалий пошук оптимальних складів бетонів, термомеханічні властивості.яких достатньо відповідали б жорстким умовам їх експлуатації у футеровках вагонеток. Так в «УралНДІстромпроекті» були розроблені склади жаростійкого бетону на шамотних і керамзитових заповнювачах, в яких застосовувався високоглиноземистий цемент, отриманий з шлаків виробництва металевого хрому, а для виробів каналізованого пода - бетон на в'яжучому шлаколужному [2;3;
Наприкінці минулого сторіччя при будівництві нових цегельних заводів потужністю 75-80 млн. шт. умовної цеглини з шириною каналу тунельної печі 7 м виникла необхідність розробки футерування вагонеток зі строгою геометрією пода, що дозволяє використовувати робототехніку для укладання цегли на вагонетки. При цьому вся обпалювана цегла повинна була розміщуватися на каналізованому поді. Маса вагонеток обмежувалася, виходячи з можливостей механізмів їх пересування. Конструкція футерування мала забезпечити високий рівень теплоопору і низьку теплоємність.
Відповідно до технічного завдання фахівців фірми "Уніморандо" в УралНДІстромпроекті були розроблені склади жаростійкого бетону та конструкція футерування вагонетки (рис.1).
Властивості жаростійкого бетону для виготовлення окантувальних блоків верхнього ряду футерування та каналізованого пода наведені в таблиці. Нижній ряд окантувальних блоків футерування вагонетки виготовлявся з керамзитобетону на високоглиноземистому цементі із середньою щільністю 1400-1600кг/м 3 , а центральна частина - з керамовермікуліту щільністю 500 кг/м 3 .
Пізніше для виготовлення елементів каналізованого пода був розроблений склад шлаколужного бетону з поліпшеними термомеханічними властивостями.
Розроблена конструкція дозволила скоротити масу футерування вагонетки з 12004кг у фірми "Уніморандо" до 10528кг.варіант інституту УралНДІстромпроект. Це дозволило знизити температуру зовнішньої (нижньої) поверхні металоконструкції вагонетки. Довгострокові спостереження за роботою вагонеток свідчать, що температура на буксах колісних пар не перевищує 60 0 С.
В даний час дана конструкція вагонеток з невеликими варіаціями успішно використовується на переважній більшості заводів, що мають печі з шириною 7 м каналу.
Довговічність футерування вагонеток залежить не тільки від термомеханічних властивостей, що застосовуються вогнетривких матеріалів. Значною мірою термін служби вагонеток залежить від конструкції футерування, а також технології виконання футерувальних робіт.
Конструкція футерування вагонетки повинна забезпечувати виключення можливості проникнення дрібнорозмірної крихти бою цеглини в шви між блоками. В іншому випадку відбувається згодом неминуче розсовування елементів блокової футеровки і, як наслідок, її руйнування.
За кордоном з метою збирання крихти бою цегли з поверхні футерування вагонеток використовують спеціальні установки для знепилювання, типу стаціонарних або пересувних промислових пилососів.
Практика показала, що «суха» збірка блокових елементів футерування більш краща, ніж кладка з використанням розчинів і вогнетривких клеїв. дозволяє легко та швидко проводити ремонт або заміну окремих блокових елементів у разі виходу їх з ладу. При сухому складанні стійкість блоків щодо один одного забезпечується за рахунок «пазогребневих» та «замкових» з'єднань.
Аналіз існуючого досвіду застосування жаростійких бетонів у футеровках вагонеток показує, що найбільша ефективність з економічної та технологічної точок зору досягається у тому випадку, коли виготовлення виробів із жаростійкого бетону.для футерування вагонеток та їх монтаж проводиться на спеціалізованій ділянці безпосередньо на цегельному заводі [1; 6].
Для цієї мети інститутом «УралНДІстром» розроблено типовий проект ділянки з виробництва виробів із жаростійкого бетону, який складається з двох основних установок:
- установка для виробництва фракціонування заповнювача;
- встановлення для формування бетонних виробів.
Установка з приготування фракціонованого заповнювача (рис.2)
включає: бункера вихідного матеріалу (бій або брухт шамотної цегли, шлаки); транспортер; дробарку; віброгуркіт; бункера фракціонованого заповнювача; систему аспірації.
Установка з виготовлення бетонних виробів (рис.3) складається з набору ємностей для заповнювачів, цементу або рідкого сполучного, дозаторів, бетонозмішувача, комплекту форм на вироби, вібромайданчика, пропарювальної або сушильної камери (для шлаколужних бетонів), підйомно-транспортного пристрою для переміщення форм та готових виробів.
У разі застосування як заповнювачів фракціонованого щебеню, що отримується зі спеціалізованих вогнетривких заводів, необхідність встановлення дроблення та розсіву заповнювачів відпадає. У цьому випадку доцільно застосовувати заповнювач не з бою шамотних виробів, а з обпаленого шамота. Це дозволяє отримувати бетони з вищими експлуатаційними властивостями.
Організація власного виробництва виробів із жаростійкого бетону на цегельних заводах має ряд особливостей, головна з яких полягає в тому, що експлуатаційні властивості виробів залежать від виробника-споживача в одній особі.
При цьому аналіз роботи деяких підприємств показує, що для успішної роботи ділянок з виготовлення виробівжаростійкого бетону необхідно чітко налагодити:
- вхідний контроль якості сировинних матеріалів;
- виконання технологічного регламенту виробництва;
- контроль якості готової продукції;
- контроль якості складання та ремонту футерування вагонеток;
- контроль за станом футерування кожної вагонетки;
- статистичний аналіз тривалості служби як кожного окремого елемента, так і всього футерування загалом.
Багаторічний досвід успішної роботи ділянок з виготовлення виробів із жаростійкого бетону для футерування вагонеток тунельних печей з каналізованим подом, наприклад, на Ревдинському цегельному заводі, Челябінському заводі ВАТ "КЕММА" підтверджує практичну та економічну доцільність даного напрямку.