В частном домостроении часто возникает вопрос использования бетона в средах повышенных температур: это сооружение каминов, дымовых труб, печей и очагов на открытом воздухе. Для этих целей целесообразно использовать именно жаропрочный бетон с добавками, придающих особые свойства стройматериалу.

Прежде чем говорить о составе и характеристиках материала, нужно отметить, что бетон это не нано материал, созданный по специальным технологиям. Главное свойство бетона это дешевизна и простота изготовления. Поэтому в качестве присадок для цементной смеси используются отходы различных отраслей промышленности: в основном горнодобывающей и металлургической. Поэтому не стоит удивляться, если вместо уникальных присадок, будут использоваться самые обычные отходы, вроде керамзитной крошки.

Еще один момент, который стоит прояснить – это количество присадок и жидкость для создания смеси. В составе цементной смеси редко присутствует больше одной присадки. Ее выбирают в зависимости от требуемых свойств будущего бетона. Нет смысла использовать более дорогую присадку для создания жароупорного бетона, если можно обойтись обычным наполнителем для жаропрочного. Все траты в строительстве должны быть целесообразными.

В состав любого бетона входит цементная основа, щебень разного дисперсного состава, песок и, по необходимости, присадки.

В качестве цементной основы может быть использован:

• Портландцемент или шлакопортландцемент
• Жидкое стекло
• Глиноземистый цемент

Как на обычной стройке, так и в условиях частного малоэтажного домостроения, наиболее приемлемыми являются различные марки портландцемента. Глиноземистый цемент производится далеко не во всех областях России, поэтому его доставка связана с дополнительными тратами, что значительно увеличивает цену материала.

Жидкое стекло это принципиально новый материал. Его использование связано с дополнительными тратами на оборудование, сырье и присадки. Поэтому его использование связано с куда большими тратами, нежели даже использование глиноземистых цементов. Цементы на основе жидкого стекла используют при строительстве зданий, к которым предъявляют повышенные требования прочности и надежности: научные учреждения, атомные и гидроэлектростанции, небоскребы повышенной высотности.

В зависимости от присадки формируется плотность конечного материала, но, вне зависимости от исходников, плотность жаропрочных составов бетона начинается от 1500 кг/м 3 .

Классификация жаростойкого бетона

Жаростойкий бетон из-за своих прочностных характеристик, используется не только по прямому назначению, но и в качестве теплоизолирующих материалов и как основа для несущих конструкций. Стройматериалы из жаростойкого бетона способны выдерживать давление от 200 до 600 МПа/см 2 , тогда как тот же показатель у обычного бетона в зависимости от качества начального сырья колеблется от 50 до 200. Поэтому было признано целесообразным классифицировать бетон по несколькими параметрам, чтобы облегчить выбор строительного материала для каждой конкретной задачи строительства.

По структуре

В зависимости от присадок меняется плотность цементной смеси, соответственно меняется вес 1 кубометра цемента и его характеристики. В связи с этим по структуре бетон разделяют на:

• Тяжелый
• Легкий
• Ячеистый

Тяжелый бетон подразумевает использование обожженные отходов горнодобывающей промышленности. Этот цемент отлично подходит для строительства высоких промышленных дымовых труб, опор многоэтажных зданий и строительства промышленных печей. В малоэтажном строительстве его применение нецелесообразно.

Легкий бетон создают в основном с помощью добавления в раствор керамзита, хотя допускается использование других обожженных синтетических присадок.

Ячеистый бетон содержит в своем составе пустоты с воздухом, что значительно увеличивает теплозащитные характеристики стройматериала, но уменьшает показатели прочности. В домашних условиях изготовить блоки жаростойкого бетона этого типа практически невозможно. Зато они находятся в свободной продаже на рынке строительных материалов. В качестве основы ограждающей или несущей конструкции этот материал не используют, зато он отлично подходит для ограждения стен от губительного воздействия открытого пламени или утепления конструкций.

По вяжущим компонентам

Как говорилось ранее, по вяжущим компонентам или цементной основе выделяют бетон на основе:

• Портландцемента
• Шлакопортландцемента
• Глиноземистых цементов
• Силикатного стекла

Конечно, идеальным вариантом для строительства стало бы силикатное стекло, но оно дорого в использовании. Портландцементы и шлакопортланд цементы практически одинаковы в своих эксплуатационных характеристиках. Но в шлакопортландцементы уже входят определенные добавки, которые могут затруднить использование присадок.

Для жаростойких бетонов более целесообразно использовать глиноземистую цементную основу, так как под воздействием высоких температур, этот материал не деформируется, только набирая прочность.

Но если термозащитные свойства таких блоков находятся на достаточно высоком уровне, то несущая способность куда меньше таковой у портландцемента.

Поэтому в условиях самостоятельного изготовления жаростойкого бетона, лучше использовать относительно универсальный портландцемент.

По способу применения

Сфера применения жаростойкого бетона достаточно велика, но конкретно способов применения раствора или блоков всего три:

• Для создания несущих конструкций стен или печей. Для малых печей, каминов и открытых очагов частных домов несущие характеристики различных подвидов жаростойкого бетона не критичны, но в условиях промышленного строительства, эта характеристика действительно важна. Поэтому дома можно использовать, например, легкие или ячеистые бетоны для формирования очага камина или печи. На большой стройке это недопустимо.
• Для внутренней облицовки камер сгорания. Существуют как огромные котлы, так и маленькие домашние печи. Что в первом, что во втором случае допускается создание несущей конструкции из не жаропрочных материалов с последующей облицовкой конструкций, соприкасающихся с открытым пламенем. Именно для облицовки этих внутренних пространств и используется жаропрочные бетоны.
• Для тепловой изоляции зданий. В этом случае облицовку проводят с внешней стороны ограждающих конструкций, и облицовка не соприкасается с пламенем. Для таких целей часто используют бетон с ячеистой структурой

По температурному режиму использования

Здесь стоит сказать о разнице в понятиях жаростойкого и жаропрочного бетона именно в зависимости от характеристики температурных режимов воздействия.

• Обычный бетон, не способный выдерживать температуру более 200 градусов без растрескивания и деформаций
• Жаростойкий бетон, выдерживающий температуру до 500 градусов. Этого типа вполне достаточно для домашнего камина, печи или открытого очага.
• Жароупорный выдерживает температуру до 1580 градусов.
• Огнеупорный 1580-1770 градусов
• Высокоогнеупорный способен выдерживать температуры свыше 1770 градусов.

По типу наполнителя

В качестве присадок может использоваться:

• Для обычного жаростойкого бетона используются доменные шлаки, измельченные пористые вулканические породы, керамзит и прочие искусственные измельченные заполнители. Перед запуском в продажу присадки обжигают и гранулируют.
• Для бетона с повышенными показателями жаропрочности используют обожженные и измельченные огнеупорные материалы: магнезит, корунд, шамотный кирпич.
• Для цементов из жидкого стекла используют продукты обжига глины и магнезита, называемые силикатами магния.

Технические требования к жаростойким растворам

• Способность выдержать температуру не менее 500 градусов
• Способность к сопротивлению на сдавливание от 200 МПа/см 2

Плюсы и минусы

Плюсов у этого материала достаточно много:

• Большой запас прочности
• Способность выдерживать высокотемпературный нагрев без деформации
• Хорошие теплоизолирующие качества
• Возможность использования, как в качестве скрепляющего вещества кладки, так и для изготовления строительных огнеупорных материалов.

Существует так же и ряд минусов:

• Чем выше целостность, тем ниже способность сопротивления высоким температурам и наоборот
• Уже готовая смесь не может храниться дольше 2-3 недель, иначе полученный бетон не может считаться жаростойким, так как не будет обладать требуемыми параметрами термозащиты

Сфера использования

Жаростойкие бетоны используются для строительства заводов электропромышленности, металлургии и химической промышленности. Особенно хорошо этот стройматериал показал себя в последней, поскольку правильно подготовленный жаростойкий бетон сопротивляется не только высоким температурам, но и химическому воздействию

Производство огнестойких бетонов в домашних условиях

Наиболее простые вариации фольги могут быть созданы в домашних условиях. Сложные составы это удел исключительно промышленного производства. С другой стороны, сложно представить себе строительную задачу в пределах частного домостроения, для которой понадобился бы огнеупорный бетон. Жаростойкого состава будет вполне достаточно.

Подбор состава

В состав бетона должны входить тугоплавкие горные породы, но в домашних условиях проще использовать керамзит. Перед приготовлением его необходимо измельчить до состояния песчаной были. Максимальный размер частицы не должен превышать 1 мм.

Инструменты и материалы

Помимо добавки необходим гравий, песок, гашеная известь и непосредственно цемент

Необходимые инструменты:

• Мастерок
• Бетономешалка
• Виброинструмент, как минимум перфоратор. Для изготовления блоков лучше использовать виброоснование.
• Дробилка или ручная мельница
• Форма для блока или отмостка.

Поэтапное приготовление раствора

Разберем приготовление цемента по этапам:

1. Приготовление цементной смеси. Это измельчение добавки и добавление ее к цементу и песку. На одну часть цемента добавляют 4 части керамзита, 3 части песка.
2. После того, как цементная смесь станет однородной можно добавлять гравий: на 3 части цементного состава добавляют 2 части гравия и пол части гашеной извести.
3. После смесь разбавляется 2 частями воды и формуется. В процессе формовки форма должна быть установлена на виброоснование, а по бетону в опалубке лучше пройтись перфоратором,чтобы избавиться от пузырьков воздуха.
4. В течение суток после формовки состав набирает крепость. Еще три дня получившийся бетон нужно поливать водой, чтобы окаменевшая смесь не дала трещин.

Изготовление жаростойкого бетона в домашних условиях не самая сложная задача. Главное, трезво оценивать свои силы, правильно выбирать присадки и следовать инструкции.

Уголь — это горючая осадочная порода растительного происхождения, состоящая в основном из углерода и ряда других химических элементов.
Состав угля зависит от возраста: самый молодой — бурый уголь (марка 1Б по свойствам ближе к древесине, 3Б — к каменному углю), затем идет каменный уголь , старше всех антрацит . По мере старения происходило концентрирование углерода и уменьшение содержания летучих составляющих, в частности, влаги. Так, бурый уголь имеет влажность 30-40%, более 50% летучих компонентов, у антрацита оба показателя составляют 5-7%.

Кроме основных компонентов, уголь содержит "породу": различные негорючие золообразующие добавки. Наличие породы уменьшает удельную теплоту сгорания угля, увеличивает износ механизмов котла, затрудняет углеподготовку (дробление угля до нужной фракции). В зависимости от сорта и условий добычи зольность может различается очень сильно. Так, зольность кузбасского каменного угля 15-17%, бурого балахтинского (Красноярский край) менее 10%, но в России встречаются угли с зольностью до 30-35%.
Зола является вредным отходом, загрязняющим окружающую среду, и подлежит утилизации на специальных полигонах. Для удобства вывоза зольник в Термороботе сделан съемным, транспортабельным.
Есть также "зола уноса ", определяющая экологические показатели котла, ее количество учитывается при экологической экспертизе проекта котельной . Выброс пыли зависит от сорта угля, мощности и конструкции котла.
Важным показателем угля является температура плавления золы , зависящая от химического состава породы в конкретном угле, она определяет спекаемость (шлакование) угля в топке котла.

Есть еще один вредный компонент угля — сера . При сжигании серы образуются ее окислы, которые, взаимодействуя с водой, превращаются в серную кислоту. Она загрязняет окружающую среду и дает кислотный конденсат, разрушающий элементы котла. Содержание серы обычно находится в пределах 0,1-1%.

Основной показатель топлива — удельная теплота сгорания . В сертификатах указывают "высшую " и "низшую " теплоту сгорания, их отличие описано . При выборе угля и при следует обращать внимание на низшую теплоту, обозначаемую в сертификатах Q i r . У бурого угля ее значение составляет 3000-5000, у рядового каменного угля 5000-5500 ккал/кг. В справочниках можно встретить значение 7000 ккал/кг, это относятся к угольному концентрату ("условное топливо"), на обычных угольных складах таким углем не торгуют.

Плотность угля — от 1 до 1,7 т/м 3 в зависимости от содержания минеральных веществ, но в практических расчетах следует пользоваться "насыпной плотностью ". Для рекомендованного нами балахтинского угля 3Б она составляет 0,8 т/м 3 (бункер котельной Терморобот-300 объемом 5 м 3 вмещает 4 тонны угля). Насыплая плотность сортового каменного угля около 0,85 т/м 3 .

Как горит уголь

Уголь содержит 2 горючих компонента: летучие вещества и твердый коксовый остаток . Конструкция котла должна обеспечить полное сжигание обоих компонентов топлива. Механический или химический недожог очень сильно снижает и его экологические показатели.

На первом этапе горения происходит газификация угля : из него выделяются летучие вещества; при достатке кислорода они быстро сгорают, давая длинное пламя. Затем выгорает коксовый остаток; интенсивность и температура его горения зависит от вида угля (бурый, каменный, антрацит): чем выше степень углефикации (самая высокая она у антрацита), тем выше температура воспламенения и теплота сгорания, но ниже интенсивность горения.

Уголь марок Б, Д, Г
Из-за высокого содержания летучих веществ такой уголь быстро разгорается и быстро сгорает. Уголь этих марок доступен и пригоден почти для всех видов котлов, но для полного сгорания этот уголь должен подаваться маленькими порциями, чтобы выделяющиеся летучие вещества успевали полностью соединяться с кислородом воздуха (так, в котлах Терморобот ТР-200, ТР-300 уголь подается почти непрерывно). Полное сгорание угля характеризуется желтым пламенем и прозрачными дымовыми газами; неполное сгорание летучих веществ дает багровое пламя и чёрный дым.

Уголь марок СС, Т, А
Разжечь такой уголь труднее; он горит долго и выделяет много тепла; его можно загружать большими партиями, так как в нем горит в основном коксовый остаток, нет массового выделения летучих веществ. Очень важен режим поддува: при недостатке воздуха горение происходит медленно, возможно угасание, либо, напротив, чрезмерное повышение температуры, приводящее к прогоранию котла. В Термороботе при использовании углей СС и Т резко (на 30-50%) снижается мощность котла, это следует учитывать при выборе мощности котла. Использование в Термороботе угля А (антрацита) не допускается.

Удельный вес каменного угля 1,2 – 1,5 г/см3 ,теплота сгорания 35000 кДж/кг. Каменный уголь считается пригодным для технологического использования если после сгорания зола составляет 30% или менее. Примитивная добыча ископаемых углей известна с древнейших времён (Китай, Греция). Существенную роль в качестве топлива уголь стал играть в Англии в 17 веке. Становление угольной промышленности связано с использованием углей, как кокса при выплавке чугуна. Начиная с 19 века крупный потребитель угля – транспорт. Основные направления промышленного использования угля: производство электроэнергии, металлургического кокса, сжигание в энергетических целях, получение при химической переработке разнообразных (до 300 наименований) продуктов. Возрастает потребление углей для получения высокоуглеродистых углеграфитовых конструкционных материалов, горного воска, пластических масс, синтетического, жидкого и газообразного высококалорийного топлива, ароматических продуктов путём гидрогенизации, высоко азотистых кислот для удобрений. Получаемый из каменного угля кокс, необходим в больших количествах металлургической промышленности.

Получение кокса осуществляется на коксохимических заводах. Каменный уголь подвергается сухой перегонке (коксованию) путём нагревания в специальных коксовых печах без доступа воздуха до температуры С. При этом получается кокс – твердое пористое вещество. Кроме кокса при сухой перегонке каменного угля образуются также летучие продукты, при охлаждении которых до 25-75 С образуется каменноугольная смола, аммиачная вода и газообразные продукты. Каменноугольная смола подвергается фракционной перегонке, в результате чего получают несколько фракций:

Легкое масло (температура кипения до 170 С) в нем содержится ароматические углеводороды (бензол, толуол, кислоты и др. вещества;

Среднее масло (температура кипения 170-230 С). Это фенолы, нафталин;

Тяжелое масло (температура кипения 230-270 С). Это нафталин и его гомологи

Антраценовое масло – антрацен, фенатрен и др.

В состав газообразных продуктов (коксового газа) входят бензол, толуол, ксиолы, фенол, аммиак и другие вещества. Из коксового газа после очистки от аммиака, сероводорода и цианистых соединений извлекают сырой бензол, из которого выделяют отдельные углеводороды и ряд других ценных веществ.

Аморфный углерод в виде каменного угля, а также многие соединения углероды играют важнейшую роль в современной жизни как источники получения различных видов энергии. При сгорании угля выделяется тепло, которое используется для отопления, изготовления пищи и для многих производственных процессов. Большая же часть получаемого тепла превращается в другие виды энергии и затрачивается на совершение механической работы.

Каменный уголь – твердое горючее, полезное ископаемое растительного происхождения. Он представляет собой плотную породу черного, иногда темно-серого цвета с блестящей матовой поверхностью. Содержит 75-97% углерода, 1,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода, 0,5-4% серы, до 1,5% азота, 2-45% летучих веществ, количество влаги колеблется от 4 до 14%. Высшая теплота сгорания, рассчитанная на влажную беззольную массу каменного угля не менее 238МДж/кг.

Каменный уголь образуется из продуктов разложения органических веществ высших растений, претерпевших изменения в условиях давления различных пород земной коры и под воздействием температуры. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменный уголь увеличивает содержание углерода и одновременно уменьшает количество кислорода, водорода, летучих веществ. Изменяется также теплота сгорания угля.

Характерные физические свойства каменного угля:

Плотность (г/см3) – 1,28-1,53;

Механическая прочность (кг/см2) – 40-300;

Удельная теплоемкость С (Ккал/г град) – 026-032;

Коэффициент преломления света – 1,82-2,04.

Наиболее крупные по объему добычи месторождения каменного угля в мире это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны – в России; Карагандинский – в Казахстане; Аппалачский и Пенсильванский бассейны – в США; Рурский – в Германии; Большой Хуанхэ – в Китае; Южно-Уельский – в Великобритании; Валансьен – во Франции и др.

Насыпная плотность материала определяется отношением массы материала к занимаемому им объему. Для угля, песка и цемента она выражается в кг/куб. м. Под насыпной плотностью подразумевается объем материала, который он занимает в неуплотненном состоянии. Черпнули ковшом экскаватора, насыпали – вот она, «насыпная» плотность.

Песок

Песок далеко не всегда бывает чистым, очень часто он бывает не промытым или промытым плохо, здесь остается только уповать на совесть поставщика, ну и не забывать самому контролировать качества песка хотя бы визуально: сколько мусора в песке и не видны ли не размытые комья глины. Ниже приведена насыпная плотность для чистого сухого песка.

Если песок влажный, то вес 1 куб. м этого материала можно смело увеличивать на 10-12%.

Насыпная плотность для чистого сухого песка:

• Песок карьерный: 1500 кг.
• Речной песок: 1600 кг.
• Песок кварцевый: 1700 кг.

Приблизительно проверить насыпную плотность песка можно следующим образом. Взвесьте пустое ведро, затем наполните ведро, песком насыпая его с некоторой высоты, песок в ведре не уплотняйте. Взвесьте ведро, затем разделите 1000 на литраж ведра и умножьте полученное число на вес песка без учета веса ведра.

Например, ведро 12 литров, пустое оно весит 1 кг, наполненное песком 19 кг. Делим 1000:12=83,33 (количество таких ведер в 1 куб. м по объему). 19-1=18 (вес песка в ведре). 18 х 83,33= 1499,9 кг данного песка занимает объем 1 куб. м.

Цемент

Насыпная плотность цемента разных марок (М200, М300, М400, М500) будет приблизительно одинаковая, при слеживании насыпная плотность значительно увеличивается, и происходит это довольно быстро. Для удобства взаиморасчетов принято считать, что 1 куб. м качественного цемента весит 1300 кг.

Хотя это не совсем так: свежопроизведенный цемент марки М500 имеет насыпную плотность 1100 кг/ куб. м, а слежавшийся (но вполне еще годный к употреблению) 1600 кг/куб. м.

Проверить насыпную плотность цемента можно по аналогии с песком.

Уголь

С углем все намного сложнее, так как насыпная плотность очень сильно зависит от размера фракций, а с углем это тяжко: размер от больших глыб до угольной пыли, также различные марки угля тоже весят по-разному. Вес угля одной и той же марки и одного класса размеров, но из разных угольных бассейнов, также может существенно различаться.

В Российской Федерации применяется следующая классификация угля. Поскольку здесь мы рассматриваем насыпную плотность, то температуру горения и прочие полезных характеристики я приводить не буду, приведу только название марок и классификацию по размеру кусков.

Бурый (Б), Длиннопламенный (Д), Газовый (Г), Жирный (Ж), Газовый жирный (ГЖ), Коксовый (К), Коксовый жирный (КЖ), Коксовый второй (К2), Слабоспекающийся (СС), Тощий (Т), Отощенно-спекающийся (ОС), Антрацит (А).

Классификация по размеру кусков:

• Более 100 мм – П (плита),
• 50-100 мм – К (крупный),
• 25-50 мм – О (орех),
• 13-25 мм – М (мелкий),
• 6-13 мм – С (семечка),
• 0-6 мм – Ш (штыб).

Без классов: Р (рядовой), 0-300 мм – карьерный, 0-200 мм – шахтный.

Название угля записывается так: на первом месте марка, на втором размер.

Чаще всего попадаются смешанные по крупности классы, например ДКОМ (длиннопламенный, крупный + орех + мелкий, т. е. от 13 до 100 мм).

Данные, которые я приведу, довольно усредненные – так, чтобы иметь понятие, в общем, так как на данный момент уголь продают в большинстве случаев на вес, а не объем.

Марка угля	Удельный вес 1 куб. м (Вес 1 куб. м материала, если предположить, что это монолитный кусок объемом 1 куб. м)	Насыпной вес некоторых ходовых видов (по крупности) угля
Бурый (Б)	1250-1500 кг/куб. м	БКО 680-720 кг/куб. м
Длиннопламенный (Д)	1280-1350 кг/куб. м	ДПК около 800 кг/куб. м, ДКОМ около 700 кг/куб. м
Жирный (Ж)	1250-1300 кг/куб. м	ГЖО около 800 кг/куб. м
Газовый (Г)	1280-1330 кг/куб. м	ГЖО около 800 кг/куб. м
Тощие (Т)	1310-1390 кг/куб. м	ТР 1250-1300 кг/куб. м
Антрацит (А)	1000-1150 кг/куб. м	АС около 800 кг/куб. м

Проверить насыпную плотность, которую узнали от продавца, можно также по аналогии с песком, но тару лучше взять побольше, чтобы уменьшить погрешность. Погрешность результатов будет заметно больше, чем у сыпучих материалов. Для определения плотности угля существует целый ГОСТ(54246-2010), но он используется для промышленных объемов угля.

ГОСТ Р 54246-2010
(ИСО 23499:2008)

Группа А19

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАСЫПНОЙ ПЛОТНОСТИ

Coal. Determination of bulk density

ОКС 73.040
ОКП 03 2000

Дата введения - 2012-07-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании" , а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Институт горючих ископаемых - научно-технический центр по комплексной переработке твердых горючих ископаемых" (ФГУП "ИГИ") на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 179 "Твердое минеральное топливо"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 декабря 2010 г. N 1045-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 23499:2008* "Уголь - Определение насыпной плотности" (ISO 23499:2008 "Coal - Determination of bulk density") путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей, ссылок), которые выделены в тексте курсивом**
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке ;
** В бумажном оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделе "Нормативные ссылки" приводятся курсивом, остальные по тексту документа - обычным шрифтом. - Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ


Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Введение

Уголь как сыпучая масса характеризуется насыпной плотностью. Эту величину определяют путем взвешивания единицы объема свободно насыпанного угля (без уплотнения).

Насыпная плотность угля - величина относительная. Это выражается в том, что результат определения зависит от условий проведения испытания, от конструкции и размеров аппаратуры, способа загрузки угля и т.д.

При одинаковых условиях проведения испытания величина насыпной плотности угля зависит от влажности, гранулометрического состава пробы, действительной и кажущейся плотности.

В зависимости от этих факторов насыпная плотность угля изменяется в относительно широких пределах.

Стандартный метод определения насыпной плотности может быть разработан только для узкого круга объектов испытания. В соответствии с этим настоящий стандарт распространяется на измельченные угли или смеси углей (шихту), подготовленные для загрузки в коксовые печи, и устанавливает методы определения насыпной плотности в стандартной аппаратуре. Регламентированы конструкция и размеры конуса (бункера), приемного сосуда (мерной емкости) и высота сбрасывания (или скорость падения) угля из конуса в сосуд.

По требованию настоящего стандарта одновременно с определением насыпной плотности угля проводят ситовой анализ и определение общей влаги.

Определение насыпной плотности угольной загрузки необходимо для расчета работы коксовых печей. Известно, что насыпная плотность угольной загрузки влияет на физико-химические свойства кокса и на производительность коксовых печей.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на измельченные каменные угли с размерами кусков менее 37 мм и устанавливает метод определения насыпной плотности углей или смеси углей (шихты), подготовленных для загрузки в коксовые печи. Определение насыпной плотности проводят путем засыпки материала в мерную емкость (контейнер) без уплотняющих усилий с использованием конуса (бункера).

Настоящий стандарт неприменим для определения насыпной плотности мелко измельченного или пылевидного энергетического угля и для определения насыпной плотности углей, хранящихся в штабелях.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 52911-2008 (ИСО 589:2003, ИСО 5068-1:2007) Топливо твердое минеральное. Методы определения общей влаги

ГОСТ 2093-82 Топливо твердое. Ситовый метод определения гранулометрического состава

ГОСТ 10742-71 Угли бурые, каменные, антрацит, горючие сланцы и угольные брикеты. Методы отбора и подготовки проб для лабораторных испытаний

ГОСТ 17070-87 Угли. Термины и определения.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 17070 .

4 Сущность метода

Сущность метода заключается в том, что пробу измельченного угля или шихты загружают в конус (бункер), расположенный на определенной высоте над приемным сосудом, объем и массу которого предварительно определяют. После быстрого открытия затвора конуса уголь поступает в приемный сосуд (мерную емкость). Поверхность угля в сосуде разравнивают планкой и сосуд с углем взвешивают.

Насыпную плотность рассчитывают как отношение массы свеженасыпанного угля к его объему.

5 Аппаратура

5.1 Мерная емкость (приемный сосуд) представляет собой контейнер в виде куба с ручками объемом (0,0284±0,000082) м (1 кубический фут), с внутренними размерами, равными 305 мм (1 фут). Емкость имеет жесткую конструкцию и гладкую внутреннюю поверхность. Точный объем емкости (м) определяют, используя воду с известной плотностью.

Мерную емкость изготавливают из металла такой толщины, чтобы обеспечить достаточную прочность стенок и дна в условиях опыта. Минимальная рекомендуемая толщина стенок равна 3 мм.

Примечание - Внутренние размеры куба могут быть округлены с допустимым отклонением до 300 мм. Объем контейнера в этом случае составит приблизительно 0,027 м. Важно знать точный объем мерной емкости, т.к. эта величина является определяющей при расчете насыпной плотности угля.

5.2 Конус предназначен для наполнения углем мерной емкости (см. рисунок 1). Размеры конуса: высота 610 мм, внутренний диаметр верхней части 510 мм, диаметр круглого отверстия на дне конуса 115 мм. Подвижный клапан конуса состоит из задвижки, которая представляет собой передвижную пластину, и опоры, приваренной к основанию конуса таким образом, чтобы клапан мог легко открываться и закрываться при движении задвижки по направляющим опоры. Конус помещают в каркас типа треноги, верхняя часть которого представляет собой кольцо с внутренним диаметром 460 мм. Конус вставляют в каркас таким образом, чтобы расстояние от верхней части задвижки до дна мерной емкости составляло 560 мм (см. рисунок 1).

а) аппарат в сборе

б) железная задвижка, установленная в основании бункера	в) регулируемая часть опоры бункера

1 - высота конуса; 2 - высота от железной задвижки до дна мерной емкости; 3 - мерная емкость; 4 - гайка регулировочная; 5 - гайка фиксирующая; 6 - болт М16; а - сталь 1,6 мм; b - трубка с наружным диаметром 18 мм

Рисунок 1 - Аппарат для определения насыпной плотности угля с помощью конуса

5.3 Выравнивающая планка представляет собой узкую стальную полосу с приблизительными размерами 760х40х5 мм.

5.4 Устройство для взвешивания представляет собой платформу для взвешивания до 100 кг груза с пределом допускаемой погрешности 0,05 кг.

6 Приготовление пробы

6.1 Пробу измельченного угля приготавливают в соответствии с ГОСТ 10742 .

Во время приготовления пробы для определения насыпной плотности накапливаемые порции пробы должны храниться в герметично закрытом контейнере для предотвращения потери влаги. Минимальная масса пробы для определения насыпной плотности составляет 150 кг. Этого количества достаточно для проведения четырех испытаний и определения общей влаги.

6.2 Пробу угля для определения насыпной плотности тщательно перемешивают и делят, без измельчения, на четыре порции по 34 кг каждая в соответствии с ГОСТ 10742 . Эту операцию проводят по возможности быстро для предотвращения потерь влаги и насыпную плотность угля определяют немедленно. Если испытание нельзя провести сразу, пробы хранят в герметичных водонепроницаемых контейнерах с плотно закрытыми крышками, причем пробы до испытания должны минимально соприкасаться с воздухом.

Примечание - Если проба состоит из угольной мелочи и в ходе испытания содержание общей влаги изменяется, расхождение между результатами определения насыпной плотности может быть значительным. Результат определения общей влаги должен быть представительным для пробы, приготовленной для определения насыпной плотности угля (раздел 6).

7 Проведение испытания

7.1 Конус, вставленный в каркас-треногу, помещают на горизонтальную поверхность (на металлическую пластину или на пол). Подготовленную пробу (раздел 6) размещают на ровной поверхности и осторожно разравнивают лопатой или совком так, чтобы толщина слоя угля была около 100 мм. Следует избегать надавливания на уголь тыльной стороной лопаты или совка. Затем последовательно набирают полную лопату или совок угля из равномерно распределенных точек на поверхности угля и осторожно ссыпают его в конус, подходя к нему с разных сторон. Это предотвратит сегрегацию и уплотнение угля во время заполнения конуса. Загружают в конус около 34 кг угля.

7.2 Центр предварительно взвешенной мерной емкости (5.1) располагают под клапаном конуса. Затем полностью открывают задвижку клапана, весь уголь высыпается в емкость и пересыпается через край. Если увлаженный уголь не высыпается свободно из бункера, осторожно проталкивают сверху вниз сквозь уголь выравнивающую планку (5.3).

7.3 После заполнения мерной емкости (5.1) осторожно удаляют излишки угля с одновременным выравниванием его поверхности движением выравнивающей планки (5.3) в горизонтальной плоскости с ее опорой на края мерной емкости. При этом следят за тем, чтобы все углы мерной емкости были заполнены углем. Следует избегать сотрясения или передвижения наполненной емкости до тех пор, пока не будет удален весь лишний уголь. Мерную емкость помещают на платформу для взвешивания (5.4) и взвешивают с пределом допускаемой погрешности 0,05 кг. Разность массы наполненной и пустой емкостей представляет собой массу неуплотненного угля.

7.4 Проводят определение содержания общей влаги и гранулометрического состава. Результат определения влаги включают в протокол испытаний. Туда же включают результаты ситового анализа для правильной интерпретации величины насыпной плотности. Определение влаги проводят методом, регламентированным в ГОСТ Р 52911 , а ситовой анализ - по ГОСТ 2093 .

8 Обработка результатов

Насыпную плотность угля , выраженную в кг/м, в расчете на сухое состояние угля, рассчитывают по формуле

где - масса чистой сухой мерной емкости, кг;

- масса наполненной мерной емкости, кг;

- объем чистой сухой мерной емкости, м;

- общая влага угля, %.

Насыпную плотность угля , выраженную в кг/м, в расчете на рабочее состояние угля, рассчитывают по формуле

Каждый результат определения насыпной плотности, выраженный в кг/м, рассчитывают с точностью до десятых долей.

Результат определения насыпной плотности, внесенный в протокол испытаний, представляет собой среднеарифметическое значение результатов двух параллельных определений, рассчитанное с точностью до целого числа.

9 Прецизионность

Прецизионность метода характеризуется повторяемостью и воспроизводимостью полученных результатов.

9.1 Повторяемость

Результаты двух параллельных определений, проведенных в одной лаборатории одним и тем же исполнителем, с использованием одной и той же аппаратуры на представительных образцах, взятых из одной и той же пробы для испытания, не должны отличаться друг от друга более чем на 10,0 кг/м.

Если результаты отличаются друг от друга более чем на 10,0 кг/м, проводят два дополнительных определения. Если вторая пара результатов имеет удовлетворительную повторяемость, то первую пару результатов отбрасывают и конечный результат рассчитывают, исходя из второй пары определений.

Если расхождение результатов обеих пар определений превышает 10,0 кг/м, то для получения конечного результата рассчитывают среднее значение результатов четырех определений, при этом разница между минимальным и максимальным результатами должна быть менее 13,0 кг/м. В противном случае все результаты аннулируют, выясняют и устраняют причину получения некорректных результатов и проводят два новых определения.

9.2 Воспроизводимость

Невозможно определить величину воспроизводимости результатов определения насыпной плотности угля в разных лабораториях, поскольку при перевозке проб возможно измельчение угля. Изменение гранулометрического состава пробы приведет к изменению результатов определения насыпной плотности угля.

10 Протокол испытаний

Протокол испытаний должен содержать следующую информацию:

б) идентификацию пробы;

в) результаты испытания, рассчитанные на сухое и рабочее состояния пробы;

Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2012