8796960997

I

Rys. 1, Schemul przemieszczania się sklepienia i otwierania spoin po zdjęciu odeskowania

kość powierzchni kontaktu kształtek zależeć będzie od wielkości obniżenia się wierzchołka sklepienia, które z kolei zależy od ścisłości układania kształtek podczas budowy. Zmniejszenie się powierzchni kontaktu kształtek spowoduje odpowiedni wzrost panujących w nich naprężeń. Sytuacja ta zwykle nie jest jednak niebezpieczna, bowiem wytrzymałości mechaniczne wyrobów są wystarczająco wysokie. Należy jednak zaznaczyć, że przy zbyt luźnym ułożeniu kształtek obniżenie wierzchołka luku sklepienia może być tak duże, że linia sil rozporu przesunie się poza środkową 1/3 grubości sklepienia (co zgodnie z regułą Winklera stanowi warunek stabilności łuku) i sklepienie takie może ulec zawaleniu.

t

f Oó ~ zenie

p:Zf-'~r !

■ sk.lDilnia

Podczas nagrzewania pieca do temperatury pracy mocniej nagrzewać się będą dolne warstwy sklepienia i one też będą się rozszerzać mocniej niż chłodniejsze warstwy górne. Rozszerzające się kształtki wypełniać będą przestrzeń wcześniej otwartych spoin zwiększając powierzchnię wzajemnego kontaktu. Naprężenia panujące w kształtkach ulegają wtedy zmniejszeniu i wyrównaniu. Prawidłowo wykonane sklepienie powinno też po rozgrzaniu podnieść się do poziomu zerowego”, tj. poziomu wyznaczonego zbieżnościami klinów, przy założeniu całkowitego wzajemnego ich kontaktu. Jeżeli wyroby zabudowane w łuku sklepienia nic mają zapewnionej możliwości swobodnej ekspansji np. z powodu niedostatecznej ilości szczelin dylatacyjnych, siły powstające wskutek hamowania tej ekspansji sumując się z siłą rozporu mogą doprowadzić do nadmiernego wzrostu naprężeń, wywołującego różnorakie zjawiska. Kształtki mogą być ściśnięte aż do skruszenia, może nastąpić deformacja plastyczna najbardziej nagrzanych warstw sklepienia, belki oporowe mogą ulec rozsunięciu, wreszcie sklepienie może podnieść się w górę, ponad poziom zerowy [1, 2, 3,]. W tym ostatnim przypadku, występującym zresztą najczęściej, linia sił rozporu ulega spłaszczeniu i przesuwa się w dolne, bardziej nagrzane warstwy sklepienia. Taka zmiana położenia linii sił rozporu powoduje z kolei otwieranie się spoin w górnych ..zimnych"’ warstwach sklepienia. Wzrost długości luku powodowany jest głównie rozszerzalnością cieplną wyrobów, a ponadto innymi przyczynami, jak; utlenianie i rozszerzanie się blach otulin, rozszerzanie się wyrobów wskutek cyklicznych zmian temperatury i atmosfery w piecu, wskutek procesów korozyjnych zachodzących w warstwach roboczych oraz pęcznienia wyrobów określanego jako „bursting effect”.

Również i otwieranie się spoin przy „rośnięciu” sklepienia ma pewien charakterystyczny układ zależny od możliwości swobodnej ekspansji wyłożenia. Rozkład laki w połączeniu z rozkładem naprężeń w sklepieniu modelowym [4] przedstawiono na rys. 2. Taki wtórny rozkład naprężeń może doprowadzić do tego, że osiągną one ekstremalnie wysokie wartości, teoretycznie nieskończenie wielkie (1. 3j.

Pomiary dokonywane na koronie sklepień różnych pieców wykazują, że podnoszenie się sklepienia po nagrzaniu do temperatury pracy sięga najczęściej wartości 10-f-40 mm (5). Warto tu zwrócić uwagę, że według Basjasa [6] tylko 20^ rozszerzalności warstw roboczych wyrobów wpływa na podnoszenie się łuku,

•

reszta kompensowana jest ich deformacją plastyczną wskutek działania wysokiej temperatury i naprężeń mechanicznych.

Przeniesienie działań sił rozporu na nagrzane, termoplastyczne warstwy sklepienia jest uważane za jedną z głównych przyczyn tworzenia się złuszczeń. Pod wpływem tych sił pojawiają się w tworzywie wyrobów najpierw spękania, które później rozprzestrzeniając się powodują zluszczanie kawałków wyrobów. Spękania takie, jako rezultat działania naprężeń przegubowych pojawiają się w wyrobach najczęściej na granicy strefy termoplastycznej i strefy jeszcze sztywnej w danych warunkach temperatury i naprężeń (rys. 3a). W innym przypadku (rys. 3b), spękania mogą powstać jeszcze bliżej zimnego końca kształtki. Wyroby nagrzane jednostronnie posiadają wygięte boczne powierzchnie, powodujące występowanie między nimi szczeliny, co prowadzi do powstawania naprężeń zginających i ewentualnych spękań [7].

Rys. 2. Schemat otwarcia spoin 1 rozfcładu naprężeń w sklepieniu nagrzauym (Schacht. Hrlbar — 4): a — schemat otwarcia spion, b — rozkład części zdolnych do przenoszenia obciążeń (zaciemnione), c — rozkład naprężeń w łuku sklepienia, kG/cm*

Podnoszenie i opadanie sklepienia występuje podczas całej jego pracy i jest wyraźniejsze kiedy sklepienie już się częściowo zużyje. Sklepienie takie jest bardziej czule na zmiany temperatury. Mała jego grubość oraz dodatkowe rośnięcie spowodowane nasyceniem wyrobów tlenkami żelaza powodują, że zmiany położenia Korony sięgają 200—300 mm [8]. Również przegrzanie sklepienia do temperatury powyżej 1800°C zwiększa jego czułość na zmiany temperatury, tak że nawet krótkotrwałe otwarcie okien wsadowych powoduje istotne zmiany jego położenia. W przypadku lokalnych zużyć części cieńsze wykazują tendencję do wypiętrzania, części grubsze do opadania w dół, a sytuacja taka grozi już zawaleniem się sklepienia. Istnieje stwiei-dzona praktycznie zależność między wysokością podnoszenia się sklepienia w górę po rozgrzaniu a jego trwałością [9], stąd też dla ograniczenia możliwości nadmiernych ruchów sklepienia, na jego górnej powierzchni stosuje się w niektórych konstrukcjach poprzeczne lub wzdłużne belki dociskowe.

Należy pamiętać również o tym, że powtarzające się w czasie pracy pieca cykliczne ruchy sklepienia nadają działaniu sił charakter dynamiczny. Takie nawet krótkotrwałe działania są bardziej groźne od sil statycznych, bowiem w wyrobach zachodzą zjawiska zmęczeniowe, przez co wyroby stają się bardziej kruche i bardziej podatne na niszczenie.

Zmiany konfiguracji sklepienia mocno wpływają również i na rozprzestrzenianie się złuszczeń, co przeja-

72 \