способ тепловой обработки изделий из тяжелого бетона

Формула изобретения

СПОСОБ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА в среде продуктов сгорания природного газа в щелевых камерах непрерывного действия с позонным регулированием температуры и влажности среды, включающий подъем температуры, изотермическую выдержку изделий и охлаждение их, отличающийся тем, что, с целью экономии газа при различном ритме работы конвейера, прогрев изделий ведут по следующему режиму: в зоне разогрева температуру повышают в течение 4 (T/n) ч от 60 (T/n)^-28 до 105 (T/n)^{-43 o}С, относительную влажность при этом снижают от 27 (T/n)^0,72 до 9 (T/n)^0,65%, в зоне изотермического прогрева температуру снижают в течение 5 (T/n) ч от 105(T/n)^-0,43 до 89 (T/n)^-0,39>^oC, относительную влажность при этом изменяют от 9(T/n)^0,65 до 12 (T/n)^0,74%, в зоне охлаждения температуру снижают в течение 5(T/n) ч от 89(T/n)^-0,39 до 55 (T/n)^-0,23oС, повышая при этом относительную влажность от 12(T/n)^0,74 до 32 (T/n)^0,63%, где T - длительность цикла тепловой обработки без предварительного выдерживания изделий, ч, n - количество постов-стоянок в камере.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству изделий из бетона, а именно к процессу тепловой обработки их в среде продуктов сгорания природного газа.

В технологии изготовления сборного железобетона известны способы прогрева изделий в камерах непрерывного действия - одноярусных щелевых или тоннельных [1, 2] . Движущиеся в такой камере вагонетки с определенным ритмом проходят по длине щели три зоны: подъема температуры, изотермической выдержки и охлаждения.

Для устранения негативных последствий недвижимой среды прогрева, а также для интенсификации процесса теплообмена между средой и изделиями рекомендуется осуществлять в зоне активной тепловой обработки рециркуляцию среды [3] . Рециркуляцию применяется в щелевых камерах, использующих как паровоздушную среду, так и воздушно-сухую, например, продукты сгорания природного газа (ПСПГ). В последнем случае камера оборудуется теплогенератора, а в объеме щели организуются последовательно размещенные условно-замкнутые кольца циркуляции продуктов сгорания газа [4].

Поскольку производительность камер может быть разная и изменяться по технологическим и организационным причинам, ритм движения вагонеток также переменчив. При длительном цикле прогрева (20-30 ч) изделия, переходя с поста на пост, находятся в камере продолжительное время, поэтому уровень теплового воздействия можно снизить по сравнению с достаточно высоким уровнем температур, который должен быть при коротком цикле (10-12 ч). Следовательно, как указано в [3], при изменении ритма работы конвейера необходимо производить соответствующую корректировку режимов тепловой обработки.

Известны способы прогрева бетонных изделий в среде ПСПГ [5, 6, 7], в которых описаны оптимальные скорости подъема температуры среды при изменении относительной влажности. Однако эти способы не предусматривают корректировки температурного режима в зависимости от ритма перемещения вагонеток в камерах непрерывного действия и не могут быть реализованы на данных тепловых установках, имеющих четкое зонирование объема по температурно-влажностным параметрам.

Наиболее близким к изобретению является способ тепловой обработки [8]. Данный способ применяется в камерах с позонным регулированием температуры и влажности и включает подъем температуры, изотермическую выдержку изделий и охлаждение их. Согласно (8), в процессе ТВО предусматривается комплексное воздействие на бетон температуры, влажности и скорости движения среды, которые должны изменяться в зависимости от зоны прогрева, в которой находится изделие.

Однако данный способ предполагает использование в качестве греющей среды паровоздушной смеси с высокой относительной влажностью и не применим для установок непрерывного действия, оснащенных теплогенераторами типа ТОК.

Цель изобретения - сокращение расхода газа в тепловых установках непрерывного действия при изменении ритма работы конвейера.

Это достигается реализацией следующего режима прогрева бетонных изделий в щелевых камерах:

в зоне разогрева температуру повышают в течение 4 (T/n) ч от 60 (T/n)^-0,28 до 105 (T/n)^-0,43оС, относительную влажность при этом снижают от 27 (T/n)^0,72 до 9 (T/n)^0,65%;

в зоне изотермического прогрева температуру снижают в течение 5 (T/n) ч по нисходяще-восходящей кривой от 105 (T/n)^-0,43 до 8 (89 (T/n)^-0,39оС, относительная влажность при этом изменяется от 9 (T/n)^0,65 до 12 (T/n)^0,74% ;

в зоне охлаждения температуру снижают в течение 5 (T/n) ч от 89 (T/n)^-0,39 до 55 (T/n)^-0,23оС, повышая при этом относительную влажность от 12 (T/n)^0,74 до 32 (T/n)^0,63%;

где T - длительность цикла тепловой обработки, без учета времени предварительной выдержки, ч; n - число постов-стоянок в камере.

На фиг. 1 изображена заявляемая область температурно-влажностных параметров среды ПСПГ в щелевой камере, выполненной для наиболее распространенного диапазона ритмичности толкания вагонеток на конвейере: 0,86-1,71 ч (период оборачиваемости тепловых агрегатов 12-24 ч). Цифрами 1 и 2 обозначены кривые температур соответственно для T = 12 и T = =24 ч, 1" и 2" - соответствующая этим периодам относительная влажность среды. Термограмма изображена в привязке к продольному разрезу щелевой камере 3, на рельсовом пути которой находится четырнадцать поддон-вагонеток с изделиями. По ходу движения вагонеток цифрами 4 - 6 обозначены кольца циркуляции АСПГ, вырабатываемых теплогенераторами 7 и нагнетаемых в камеру рециркуляционными вентиляторами 8.

Камера оснащена теплогенераторам ТОК-1А, не имеющими системы доувлажнения ПСПГ, поэтому среда в камере имеет естественную для щелевых камер относительную влажность при коэффициенте подсоса воздуха, равным 2-3,5, который характерен для данного вида тепловых установок.

Температурное поле среды ПСПГ устанавливается по длине камеры по законам распространения тепловых волн от возмущающего источника (подающего патрубка теплогенератора). При слабом возмущении, когда теплогенераторы работают в "мягком" режиме, неоднородность температурного поля ниже (кривая 2). Чем выше уровень возмущения, т.е. выше температура входящих в камеру ПСПГ (при форсированных режимах работы генераторов) - кривая 1 - тем более выражена неоднородность температурного поля.

В соответствии со схемным решением камеры распределение температурного поля среды ПСПГ таково, что зона подъема температур занимает 0,25L, зона изотермии - 0,35L, зона остывания - 0,4L, где L - длина щелевой камеры.

Характерными точками температурного поля по длине щелевой камеры являются: температуры напротив нагнетающих патрубков генераторов t₁^max и t₂^max, и температуры у торцов камеры t_вх и t_вых.

Если упростить картину распределения температурных полей в виде прямых линий с изломами в характерных точках и изобразить процесс тепловой обработки в масштабе времени, то получим фиг. 2, на которой прослеживается зависимость снижения температурного воздействия при изменении ритма работы конвейера.

Позицией 1 на фиг. 2 изображен режимный график прогрева бетонных изделий толщиной до 160 мм для ритма толкания вагонеток T/n = 12/14 = 0,86 ч, позицией 2 - то же, для ритма T/n = 24/14 = 1,74 ч.

Аналогичным образом - путем соединения характерных точек на кривой распределения относительной влажности в камере - построены графики соответствующих влажностей среды 1 и 2 в процессе прогрева. Пунктирными кривыми показано перемещение характерных точек режимного графика тепловой обработки при изменении ритма толкания вагонеток на конвейере.

Прогреву подвергались промышленные изделия - внутренние стеновые панели ВЛ-92 толщиной 160 мм, изготовленные из тяжелого бетона М250 (класс прочности В20). Состав бетона следующий; кг: цемент 350, песок 500, щебень 1280, вода - 155 л (дозировка на 1 м³ бетонной смеси). Подвижность смеси ОК-4 см, В/Ц 0,44, вяжущее - портландцемент М400 (по ГОСТ 10178-85) Николаевского ЦГК с минеральными добавками, III группы эффективности при пропаривании. В качестве крупного заполнителя использовался гранитный щебень фракции 5-20 мм, насыпной плотностью 1340 кг/м³ (по ГОСТ 8267-82), мелким заполнителем служил песок природный с модулем крупности 1,44, насыпной плотностью 1380 кг/м³ (по ГОСТ 8736-85).

Прогрев осуществлялся в щелевой камере Львовского ДСК-2 размером 112х4,2х2,1 м, объемом 935 м³, выполненной из тяжелого бетона, утепленного снаружи плитами из пеностекла толщиной 100 мм и плотностью 300 кг/м³, в которой размещались четырнадцать поддон-вагонеток с изделиями. Подключение теплогенераторов ТОК-1А к камере выполнено по схеме (4). Аналогичная камера оборудована шестью механическими разбрызгивателями воды центробежного типа, которые устанавливались над каждым постом-вагонеткой, находящейся в зоне изотермии.

Обе установки оборудованы газовыми счетчиками для контроля расхода газа в процессе ТО. Контроль температурно-влажностного режима прогрева производился с помощью хромель-копелевых термопар, расставленных через каждые 8 м по длине камеры: показания регистрировались потенциометром-самописцем КСП-2. Для контроля прочности бетона прогреваемой плиты изготавливали образцы-кубы с ребром 10 см, которые располагались по центру формы-вагонетки рядом с изделием. Коэффициент загрузки камер бетоном во всех случаях был 0,02. Во избежание пересушки поверхность бетонных образцов и изделий покрывали эмульсолом.

Распалубочную прочность бетонных плит ВЛ-92 определяли путем испытания половины образцов через 0,5 ч после ТО, оставшуюся половину после прогрева помещали в камеру нормального твердения и испытывали 28 сут. Параллельно из бетона того же состава изготавливали контрольные образцы, которые испытывались в возрасте 28 сут. нормального твердения.

Пpогрев производили для четырех различных ритмов движения конвейера при длительности цикла ТО (обороте теплового агрегата) 12, 14, 17, 24 ч. Соответственно, ритмичность перемещения вагонеток в камере с поста на пост: 0,86, 1 и 1,21, 1,71 ч.

Данные сравнительных испытаний приведены в табл. 1.

Кинетика прогрева изделия в заявляемом решении и прототипе для одного и того же режима ТО практически одинакова, о чем свидетельствует неизменная прочность образцов через 0,5 ч после ТО. Следовательно, температурно-влажностные параметры прогрева при одном и том же ритме работы конвейера подобраны правильно с точки зрения сопоставления результатов обоих способов прогрева. Перерасход газа составил в среднем 6,5 нм³/м³ бетона или 20% от средней величины 31,4 нм³/м³, характерной для заявляемого способа.

Обоснование заявляемых режимных параметров среды приведено в табл. 2. Анализ ее показывает, что отклонение температуры прогрева на 1-2^оС выше от оптимальной приводит к увеличению удельного расхода природного газа на 2,3-4,3 нм³/м³ при незначительном повышении прочности бетона. Уменьшение же температуры прогрева ниже оптимальных границ при снижении расхода газа приводит к снижению относительной прочности бетона, что недопустимо. Следовательно, указанные температурно-влажностные параметры среды в каждой зоне камеры являются оптимальными для любого ритма работы конвейера. Например, для оборачиваемости камер T-20 ч и ритме конвейера T/n = =20/14 = 1,43 ч, оптимальными по расходу газа параметрами на входе в камеру будут:

температура 60 (T/n)^-0,28 = 60(1,43)^-0,28 = =54^оС

относительная влажность 27 (T/n)^0,2 = =27(1,43)^0,72 = 35%

на выходе из камеры:

температура 55 (T/n)^-0,23 = 55(1,43)^-0,23 = =51^оС

относительная влажность 32 (T/n)^0,63 = =32(1,43)^0,63 = 40% в зоне изотермии прогрев должен производиться при температуре от 105(T/n)^-0,43 = 104 (T,43)^-0,43 = 90^оС до 89 (T/n)^-0,39 = 89 (T, 43)^-0,39 = 77^оС, относительная влажность среды должна при этом изменяться от 9 (T/n)^0,65 = 9 (1,43)^0,65 = 11% от 12 (T/n)^0,74 = 12 (1,43)^0,74 = 16%.

Временные параметры процесса ТО при T = 20 должны быть:

подъем температуры 4(T/n) = 4(1,43) = 5,71 ч

изотермический прогрев 5 (T/n = 5 (1,43) = 7,14 ч

остывание 5 (T/n) = 5 (1,43) = 7,14 ч

Ритм работы конвейера T/n = 0,86 ч.

После предварительной выдержки изделие толщиной до 160 мм с температурой бетона 20^оС помещают в щелевую камеру, имеющую температуру среды на 1-м посту 60 (T/n)^-0,28 = 60(0,86)^-0,28 = 63^оС и относительную влажность 27(0,86)^0,72 = 24%.

Через каждые 0,86 ч производят заталкивание очередных форм, при этом вагонетка 1, находясь в зоне разогрева, перемещается по рельсовому пути камеры с 1 на 4 пост. По мере продвижения вагонетки 1 к 4 посту в течение 4(0,86) = 3,4 ч температуру среды повышают до 105 (0,86)^-0,43 = 112^оС путем снижения (увеличения) давления газа в горелках первых двух теплогенераторов. Относительную влажность среды при этом снижают до 9(0,86)0,65 = 8% путем управления положения шибера-задвижки на вытяжном воздуховоде. К концу стадии разогрева бетон прогревается до 55^оС.

Контроль температурно-влажностных параметров производят по показаниям автоматического многоточечного потенциометра, обслуживающего датчики, размещенные в зоне каждого поста-стоянки. Относительную влажность среды замеряют психрометрическим методом, с помощью сухой и мокрой термопары.

В изотермической зоне камеры по мере продвижения вагонетки N 1 с 4 по 9 пост в течение 5 (0,86) = 4,3 ч температуру снижают от 105 (0,86)^-0,43 = 112^оС до 89(0,86)^-0,39 = =95^оС путем регулирования давления газа в горелках второго и третьего генераторов. Относительную влажность среды при этом увеличивают с 9(0,86)^0,65 = 8% до 12(0,86)^0,74 = 11%. К концу стадии изотермического прогрева бетон прогревается до 70^оС.

В зоне охлаждения камеры, перемещая тележку N 1 с изделием с 9 по 14 пост в течение 5(0,86) = 4,3 ч температуру понижают от 89(0,86)^-0,39 = 95^оС до 55(0,86)^-0,23 = =57^оС, путем регулировки давления газа в третьем теплогенераторе. Относительную влажность среды за это время повышают с 12(0,86)^0,74 = 11% на 9-м посту до 32 (0,86)^0,63 = 29% на 14-м посту. На выходе из камеры бетон изделия имеет температуру 68^оС.

По окончании цикла ТО, длящегося 12 ч, распалубочная прочность бетона составляет 15,1 МПа (60% от R_н.x.²⁸), удельный расход газа равен 31,5 нм³/м³ прогретого бетона.

Ритм работы конвейера T/n = 1,71 ч.

Изделие толщиной до 160 мм с начальной температурой бетона 20^оС помещают в щелевую камеру с температурой среды на 1-м посту 60(1,71)^-0,28 = 52^оС и относительной влажностью 27(1,71)^0,72 = 40%.

Перемещая изделие с 1 по 4 пост в течение 4(1,71) = 6,8 ч температуру среды повышают до 105 (1,71)^-0,43 = 83^оС. Относительную влажность при этом уменьшают до 9(1,71)^0,65 = 13%. Бетон изделия прогревается к концу стадии разогрева до 56^оС.

В изотермической зоне камеры изделие перемещают с 4 по 9 пост в течение 5(1,71) = 8,6 ч, при этом температуру среды снижают от 105(1,71)^-0,43 = 83^оС до 89 (1,71)-^0,39 = =72^оС. Относительную влажность среды увеличивают от 9(1,71)^0,65 = 13% до 12(1,71)^0,74 = 18%. К концу изотермической стадии бетон разогревается до 65^оС.

В зоне охлаждения камеры изделие перемещают с 9 по 14 пост в течение 5(1,71) 8,6 ч. При этом температуру среды понижают от 89 (1,71)^-0,39 = 72^оС до 55(1,71)^-0,23 = = 49^оС. Относительную влажность среды увеличивают от 12(1,71)^0,74 = 18% до 32 (1,71)^0,63 = 45%.

К концу тепловой обработки, длящейся 24 ч, температура бетона равна 62^оС, распалубочная прочность составляет 15,4 МПа (61% от R_н.х²⁸). Удельный расход природного газа равен 31,2 нм³/м³ бетона.

Использование изобретения позволит снизить расход природного газа на каждый куб выпускаемой продукции; сократить удельные капитальные затраты на тепловую установку за счет отказа от оснащения изотермической зоны камеры увлажняющими устройствами; повысить надежность работы установки и продлить срок службы теплогенераторов за счет работы их на меньшей тепловой мощности; уменьшить коррозию металлоформ за счет пониженной относительной влажности в зоне изотермии; улучшить экологическое состояние атмосферы в зоне предприятия за счет снижения вредных выбросов CO и NO₂ при сгорании природного газа.