CC BY
25
УДК 666.974.2:669
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОПИТКИ ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА ШЛАКОВЫМ РАСПЛАВОМ
А .Ю. Конопляник, к .т .н., доц.
Постановка проблемы. Разработанная ранее модель взаимодействия жаростойкого бетона футеровки со шлаковым расплавом [1] позволила сделать вывод о том, что критерием взаимодействия расплавленного шлака с бетоном может служить коэффициент шлакопереноса, а повышения шлакоустойчивости футеровки можно достигнуть путем уменьшения этого коэффициента. Поскольку в литературе нет данных о методах определения коэффициента шлакопереноса, возникла необходимость разработки методик, направленных на решение этого вопроса.
Анализ имеющихся возможностей позволил сделать вывод о том, что наиболее доступными и эффективными являются экспериментальные методы, основанные на взвешивании.
Отработка методики производилась на жаростойком бетоне, хорошо зарекомендовавшем себя в футеровке прибыльных надставок для слитков массой 24 тонны в условиях разливки стали Мариупольского металлургического комбината им. Ильича [2], и содержащем: 34,6 % шамотного заполнителя фракции 5 - 10 мм, 26,1 % шамотного заполнителя фракции 0,14— 5 мм, 21,5 % катализатора ИМ-2201, 1,8 % феррохромового шлака и 16,0 % жидкого стекла. Пористость бетона варьировалась путем изменения количества тонкомолотой добавки и соотношения между крупным и мелким заполнителями. Варьирование пористостью осуществлялось, с учетом того, что между пористостью бетона и коэффициентом шлакопереноса существует взаимосвязь [1].
Эксперимент проводился следующим образом. Синтетический шлак, применяемый при разливке стали в слитки и содержащий: 38,8 % 8Ю2, 4,41 % А1203, 1,46 % Бе203, 21,0 % СаО, 3,95 % БеО, 15,76 % МпО, 6,58 % А1мет, 4,03 % СаБ2, 1,28 % №20, 0,103 % Р и 0,55 % 8 , измельчался и был просеян через сито с размером ячейки 0,2мм. Навеска шлака в количестве 37 г загружалась в чугунный тигель. Образец из жаростойкого бетона диаметром 36 мм и высотой 50 мм фиксировался в тигле с помощью держателя из платинородиевой проволоки таким образом, чтобы нижняя поверхность образца касалась шлака (рис.1). Рядом устанавливались контрольные образцы таким образом, чтобы не было их контакта со шлаком.
Образцы нагревались в камерной электропечи до температуры 1400 0С со скоростью подъема температуры: до 800 0С - 10 градусов в мин, выше 8000С - 5 градусов в мин, выдерживались при этой температуре 5,20 и 40 мин, затем температура снижалась до 1300 0С в течение 60 мин. После снижения температуры до 1300 0С образцы были подняты над шлаком и охлаждены вместе с печью.
Режим нагрева - охлаждения образцов до температур 1300^1400 0С, учитывая температуру плавления шлака равную 1285 0С, обеспечивал их пропитку шлаковым расплавом в течение 85, 100 и 120 мин соответственно.
С поверхности образца удалялись остатки шлака, а сама поверхность, находившаяся в контакте со шлаком, шлифовалась.
I
Рис.1. Схема размещения образцов для проведения эксперимента:
1 - жаровая труба; 2 - тигель; 3 - шлак; 4 - испытуемый образец; 5 - держатель; 6 -крышка; 7 - термопара; 8 - контрольные образцы; 9 - подставка.
Измерялся вес образцов, пропитанных шлаком и контрольных образцов. Для определения коэффициента шлакопереноса было выполнено следующее. Рассчитывалась максимально возможная прибавка веса за счет пропитки образцов шлаком
2 П
Рмакс = Л Г Ь 1 + п Рист , (1)
где: Ь и г - соответственно высота и радиус образца, см;
П - пористость, доли единицы;
Лист - истинная плотность шлака, равная 2,82 г/см3.
Вычислялось изменение веса образцов за счет пропитки шлаком р - р р - р
АР ( * ) = —- =-^ (2)
макс лг2 Ьри
ист
1 + П
где: Р и Ркн - соответственно вес пропитанного шлаком образца и контрольного образца, г.
В соответствии с разработанной на IBM PC программой были получены координаты и строилась теоретическая кривая зависимости изменения веса образцов за счет пропитки шлаком от времени пропитки при коэффициенте шлакопереноса С равном единице (рис. 2).
Экспериментальная кривая была построена по полученным в результате опыта значениям изменения веса образцов через 85, 100 и 120 минут, т.е. во времени их пропитки шлаковым расплавом.
Определялось расстояние от точек значения изменения веса образцов до теоретической кривой - 81, 82, 83 (рис. 2).
Учитывая условия параллельного сдвига кривих,
/ (т^-) = / (тт) . (3)
= '(С
Ь т Ь
где: Ст и С - соответственно теоретический и определяемый коэффициент шлакопереноса; Ьт и Ь - соответственно теоретическая и принятая, высота образца,
определялось расстояние между кривыми
С Ь2
8 = 1в с^ * ^ = 1в Ст - 21в Ьт + 21в Ь - С (4)
Ь т С
так как СТ = 1, а Ьт = Ь = 1
получаем
8= (5)
отсюда коэффициент шлакопереноса равен
С = 108 (6)
аМО
Рис. 2. Зависимости изменения веса образцов за счет пропитки шлаком от времени пропитки:
1 - теоретическая; 2 - экспериментальная.
Значение коэффициента шлакопереноса определялось для различных значений 8.
Математическая обработка результатов производилась следующим образом. Вычислялся стандарт коэффициента шлакопереноса
с = 3(С + с2 + Сз) . (7)
Среднеквадратическая ошибка равна
п
п(п -1)'
О* = [(С - С1)2 + (С - С2)2 + (С - Сз)2] , (8)
где: п - количество измерении.
Среднее значение коэффициента шлакопереноса равно
С = С . (9)
Вероятностное значение равно
С = С ± . (10)
Определенный по разработанной методике проведения эксперимента коэффициент шлакопереноса жаростойких бетонов с пористостью 20,8 - 21,6 % составил 0,003 - 0,0041 см2/мин.
Выводы. Разработанная методика экспериментального исследования пропитки жаростойкого бетона шлаковым расплавом позволяет определить коэффициент шлакопереноса бетона в зависимости от изменения веса образцов во времени их пропитки шлаковым расплавом. Дальнейшие исследования посвящены определению оптимальных составов жаростойких бетонов и закономерности изменения их шлакоустойчивости в соответствии с разработанными моделью взаимодействия бетона футеровки со шлаковым расплавом и методикой проведения эксперимента.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. Конопляник А. Ю. Разработка модели взаимодействия бетона футеровки тепловых агрегатов с шлаковым рас плавом // Металлургическая и горнорудная промышленность. -2007. - N 3. - С. 80 - 85.
2. Конопляник А. Ю., Бородин А. А., Белкин А. И., Филатова Т. И. Исследование износа монолитных футеровок прибыльных надставок // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1998. - N 2. - С.29 - 32.
УДК 666.974.2:669
Разработка методики экспериментального исследования пропитки жаростойкого бетона шлаковым расплавом / А. Ю. Конопляник //Вкник ПридншровськоТ державно!" академп будiвництва та арх^ектури. - Днiпропетровськ: ПДАБА, 2009. - № 4 - . С. - 14 -17. - Бiблiогр.: ( 2 назв., рис. - 2).
Разработана методика экспериментального исследования пропитки жаростойкого бетона шлаковым расплавом. Получены теоретическая и экспериментальная зависимости, позволяющие определить коэффициент шлакопереноса жаростойких бетонов при их различной пористости.
