Введение к работе
Актуальность работы. Опыт сооружения и эксплуатации одного из основных агрегатов металлургического производства - коксовых батарей из крупноразмерных огнеупорных бетонных блоков - на Стахановском коксохімзаводе (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 коксохимстан-ции и других организаций. Положительному результату способствовзла 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 темы 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, O393U011483). 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
-&20ков__носнове знания закономерностей процесса разрушения и
восстановления^ "— —
Идея работы заключается в повышении ресурсам—крупноблочной_ кладки путем снижения грещинообразования 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 физика-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 5%).
Научное значение работы. Научные положеній работы позволяют обосновать способы повьшения 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 (А.С. 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 рекомендаций 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 блокоз и бетонов.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на ряде НТК: по завершенным НИР (г.Донецк,1991г.), г.Днепропетровск (1991г.), на І, П 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. Общи объем работы - 180 страниц.
Автор1щр1шїЄІгтлуооку^ Н.А.Бритову
и к.т.н. В.Н.Ткаченко за консультативную помощь~при выполнении-работы.