Лекция 3. Устройство насыпей и обратной засыпки

Удаление серы (десулъфурация металла)

Сера

Сера обладает неограниченной растворимостью в жидком железе и ограниченной в твердом. При кристаллизации стали по границам зерен выделяются застывающие в последнюю очередь сульфиды железа. Железо и сульфид железа образуют низкоплавкую эвтектику (температура плавления 988 °С), которая при наличии кислорода (образование оксисульфидов) плавится при еще более низких температурах. Межзеренные прослойки (выглядят в виде нитей) при нагревании металла перед прокаткой или ковкой размягчаются, и сталь теряет свои свойства - происходит разрушение металла (красноломкость). Красноломкость особенно сильно проявляется в литой стали, так как сульфиды и оксисульфиды в этом случае скапливаются по границам первичных зерен. Повышенное содержание серы приводит часто к появлению так называемых "горячих трещин". Поэтому в большинстве случаев удаление из металла серы - одна из главных задач сталеплавильщика[2].

При растворении серы в железе выделяется тепло, что видно из следующей реакции:

,

Активность серы в жидком железе зависит от состава расплава. Такие примеси, как углерод, кремний, повышают активность серы в жидком расплаве, так как вытесняют ее из "микроячеек" структуры жидкого металла и занимают ее место. Поэтому, например, при прочих равных условиях обессеривать чугун, содержащий много углерода и кремния, легче, чем обычную сталь.

Десульфураторами чугуна являются элементы, имеющие более высокое сродство к сере (большее отрицательное значение ΔG реакции образования сульфида), чем железо: Mn, Mg, Na, Ca и др., а также церий (Се) и другие редкоземельные элементы. Все эти элементы используют на практике:

- натрий в виде соды при внедоменной десульфурации чугуна;

- магний - в виде чистого Mg или сплавов (лигатур) с другими металлами;

- кальций - иногда в виде сплавов с другими металлами, а чаще в виде извести (СаО) или известняка (СаСО₃);

- марганец - в виде сплавов марганца с железом (ферромарганца), а также в виде марганцевой руды.

Очень большим сродством к сере обладают редкоземельные металлы. Самым дешевым и распространенным из перечисленных материалов является известь.

Основным источником серы в шихте является чугун. Кроме того, определенное количество серы может попасть в металл с ломом (особенно со стружкой, не очищенной от смазочных масел), с добавочными материалами, а также из атмосферы печи, если печь отапливают топливом (мазутом, газом), содержащим серу.

В сталеплавильном агрегате удаление серы из расплавленного металла в шлак происходит в большинстве случаев в результате образования CaS:

Fe +[ S ]+(СаО)=(CaS)+(FeO),

при этом сера, растворенная в металле, реагирует с СаО в шлаке. Реакция протекает на поверхности раздела фаз, и увеличение этой поверхности (перемешивание металла со шлаком, вдувание в металл СаО в виде порошкообразной извести и другие способы) ускоряет эту реакцию и способствует более глубокой десульфурации.

Если шлак, кроме СаО, содержит много МпО, возможно протекание реакции

Fe +[ S ]+(МпО)=(MnS)+(FeO).

Образующийся при реакциях десульфурации сульфид кальция CaS и MnS нерастворим в металле.

В результате протекания реакций удаления серы из металла общая концентрация серы в шлаке (S) растет, а концентрация серы в металле [ S ] уменьшается.

Скачивание шлака и наведение нового (чистого по сере) шлака способствуют переходу новых порций серы из металла в шлак.

Таким образом, удалению серы из металла (десульфурации металла) способствуют:

1) наличие основных шлаков с высокой активностью СаО;

2) низкая окисленность металла, низкая окисленность шлака (минимум FeO);

3) низкая концентраци серы в шлаке (скачивание и наведение нового шлака);

4) перемешивание металла со шлаком и увеличение поверхности контакта;

[1] Фосфор не всегда является вредной примесью; например, при производстве стали, обрабатываемой на станках-автоматах, когда требуется получение ломкой стружки ("автоматные" стали), при производстве чугуна для фасонного литья (фосфор повышает жидкотекучестъ) и др.

[2] В некоторых случаях не стремятся получать очень низкие концентрации серы (иногда даже вводят некоторое количество серы в металл). Это бывает в случае выплавки «автоматной» стали, когда требуется ее хорошая обрабатываемость (например, при полировке стальных изделий в декоративных целях).

При строительстве насыпи наиболее пригодными являются дренирующие грунты (скальные, гравийные, песчаные). Если имеются местные, слабо дренирующие (супеси, легкие суглинки) и недренирующие (тяжелые суглинки и глины) грунты, то применение их для устройства насыпей возможно при естественной оптимальной влажности. Возве­дение насыпей до 2 м из глинистых грунтов на переувлажненных основаниях возможно при необходимости предварительного его осушения или отсыпка нижнего слоя насыпи из дренирующего материала. Насыпи высотой до 6 м можно устраивать на незатопляемых местах из слежавшихся котельных шлаков, если они содержат 15% несгораемого угля. Для устройства насыпей без ограничения можно применять кислые и нейтральные металлургические шлаки. Шлаки применяют только при условии, если они пролежали в отвалах не менее одного года.

Нельзя применять для устройства насыпей грунты илистые, глины и пылеватые суглинки в замерзшем состоянии, а также грунты, содержащие легкорастворимые в воде хлористые соли в количестве более 8% и сульфатные соли более 5%.

При высоком уровне стояния грунтовых вод или наличия поверхностных вод для возведения насыпи, нельзя применять лессовые, а также грунты со способностью высо­кого капиллярного поднятия.

Для отсыпки пойменных частей и периодически подтопляемых насыпей нельзя применять дерн, котельные шлаки, твердые и сланцевые глины, а также грунты с содер­жанием гипса более 5%. Насыпи необходимо возводить из однородного грунта, отсыпая его горизонтальными слоями на полную ширину земляного сооружения. Если насыпь устраивают из неоднородного материала и в ее основании размещают менее дрени­рующий грунт, то его поверхность должна иметь поперечный уклон не менее 0,04 в сторону откосов или водоотводящих устройств.

При устройстве насыпи не допускается искусственное смешивание глины с песком. Если насыпь высотой более 1 м, дерн не срезают, но перед отсыпкой глинистых грунтов основание вспахивают. При строительстве насыпи на косогоре с крутизной от 1:5 до 1:3 в ее основании необходимо устраивать уступы. При строительстве на болотах насыпей высотой 0,8—1,2 м следует применять крупнозернистый песок, гравий, щебень. Если земляное полотно насыпи высотой более 12 м располагают на косогоре круче 1:3, на оползневых и неустойчивых косогорах и в других неблагоприятных гидрогеологических условиях, строительство необходимо вести по индивидуальному проекту.

Обратная засыпка котлованов производится после окончания работ по устройству фундаментов в соответствии с проектом производства работ. Уплотнение связных грунтов, насыпей и обратных засыпок следует выполнять катками на пневматических шинах, кулачковыми и решетчатыми, трамбующими машинами. Уплотнение грунта, отсыпаемого в постоянные земляные сооружения, а также в пазухи котлованов и тран­шей производят послойно с учетом вида грунта, его влажности, требуемой плотности, объема работ, сроков выполнения и времени года. Перед уплотнением грунт разравни­вается слоями толщиной 15—20 см бульдозером или в особо стесненных местах —

Влажность грунта в % должна быть в пределах для:

— глин —23—25,

— тяжелых суглинок — 22—25,

— средних суглинок — 21—23,

— легких суглинок и супись — 15—17,

— лесса — 19— 21.

Для возведения насыпей и устройства обратных засыпок в проекте должны быть указаны типы и физико-механические характеристики грунтов, степень уплотнения, границы частей насыпи и др. специальные требования.

Засыпку траншей с уложенными трубопроводами в непросадочных грунтах сле­дует производить в две стадии.

На первой стадии выполняется засыпка нижней зоны немерзлым грунтом, не содер­жащим твердых включений размером свыше 1/10 диаметра для асбестоцементных, пластмассовых, керамических и железобетонных труб на высоту 0,5 м над верхом трубы, а для прочих труб — грунтом без включений размером свыше 1/4 их диаметра на высоту 0,2 м над верхом трубы с подбивкой пазух и равномерным послойным его уплотнением до проектной плотности с обеих сторон трубы.

На второй стадии выполняется засыпка верхней зоны траншеи грунтом, не содержа­щим твердых включений размером свыше диаметра трубы. При этом должна обеспечи­ваться сохранность трубопровода и плотность грунта, установленная проектом.

Засыпку траншей с непроходными подземными каналами в непросадочных грунтах следует производить в две стадии.

На первой стадии выполняется засыпка нижней зоны траншеи на высоту 0,2 м над верхом канала немерзлым грунтом, не содержащим твердых включений размером свыше 1/4 высоты канала, но не более 20 см, с послойным его уплотнением до проектной плотности с обеих сторон канала.

На второй стадии выполняется засыпка верхней зоны траншеи грунтом, не содержа­щим твердых включений размером свыше 1/2 высоты канала. При этом должна обеспе­чиваться сохранность канала и плотность грунта, установленная проектом.

Обратную засыпку траншей, на которые не передаются дополнительные на­грузки (кроме собственного веса грунта), можно выполнять без уплотнения грунта, но с отсыпкой по трассе траншеи валика, размеры которого следует определять с учетом последующей естественной осадки.

Траншеи и котлованы, кроме разрабатываемых в просадочных грунтах II типа, на участках пересечения с существующими дорогами и другими территориями, имею­щими дорожные покрытия, следует засыпать на всю глубину песчаным, галечниковым грунтом, отсевом щебня или другими аналогичными малосжимаемыми (модуль де­формаций 20 МПа и более) местными материалами, не обладающими цементирую­щими свойствами, с уплотнением. При отсутствии в районе строительства указанных материалов допускается совместным решением заказчика, подрядчика и проектной организация использовать для обратных засыпок супеси и суглинки при условии обес­печения их уплотнения до проектной плотности.

На участке пересечения траншей, кроме разрабатываемых в просадочных грунтах, с действующими подземными коммуникациями (трубопроводами, кабелями и др.), проходящими в пределах глубины траншей, должна быть выполнена подсыпка под действующие коммуникации немерзлым песком или другим малосжимаемым грунтом по всему поперечному сечению траншеи на высоту до половины диаметра пересекаемого трубопровода (кабеля) или его защитной оболочки с послойным уплотнением грунта.

Обратную засыпку (за исключением выполняемых в просадочных грунтах II типа) узких пазухах, где невозможно обеспечить уплотнение грунта до требуемой плотности имеющимися средствами, следует выполнять только малосжимаемыми грунтами (щебнем, гравийно-галечниковыми и песчано-гравийными грунтами, песка­ми крупными и средней крупности) или аналогичными промышленными отходами с проливкой водой, если в проекте не предусмотрено другое решение.

При устройстве насыпей на сильнопучинистых основаниях нижняя часть на­сыпи должна быть отсыпана на высоту не менее глубины промерзания до наступления устойчивых отрицательных температур воздуха.

Насыпи, возводимые без уплотнения, следует отсыпать с запасом по высоте на осадку по указаниям проекта. При отсутствии в проекте указаний величину запаса следует принимать: при отсыпке из скальных грунтов — 6%, из нескальных — 9%.

При использовании грунтов повышенной влажности проектом должны быть предус­мотрены зоны насыпей, отсыпаемых из дренирующего материала, обеспечивающего дре­нирование уложенного грунта повышенной влажности при его консолидации под дей­ствием собственного веса и возможность перемещения транспортных средств и механизмов по картам отсыпки.

Обратные засыпки выемок в грунтовых условиях II типа по просадочности, в том числе на пересечениях с действующими коммуникациями, а также под дорогами с покрытием усовершенствованного типа следует производить глинистыми грунтами с послойным уплотнением сразу после устройства фундаментов и коммуникаций. Использование дренирующих грунтов не допускается.

При обратной засыпке котлованов в набухающих грунтах следует применять нена-бухающий грунт по всей ширине пазухи или в пределах прилегающего к конструкции вертикального демпфирующего слоя, поглощающего деформации набухания. Ширина демпфирующего слоя грунта устанавливается проектом.

Набухающий грунт допускается использовать для засыпки траншей с коммуникаци­ями, а в местах наложения на них дорог и территорий с дорожным покрытием — только ненабухающий грунт.

При использовании в насыпи грунтов разных типов необходимо выполнять сле­дующие требования:

— использовать в одном слое грунты разных типов не допускается, если это не предусмотрено проектом.

При укладке грунта «насухо», за исключением дорожных насыпей, уплотнение следует производить, как правило, при влажности W, которая должна быть в преде­лах AWo<W<BWo, где Wo — оптимальная влажность, определяемая в приборе стан­дартного уплотнения. Коэффициенты А и В следует принимать по табл. 7.

При производстве работ по устройству насыпи обратной засыпки, состав контроли­руемых показателей, допустимые отклонения, объем и методы контроля см. в табл. 8.

Дата добавления: 2014-01-03