Работа промышленных предприятий, связанных с получени­ем насыпных грузов железнодорожным транспортом, в зимнее время серьезно осложняется тем, что при перевозке грузов в условиях низких температур значительная часть этих грузов подвергается смерзанию и затрудняется их выгрузка.

Особенно сильно смерзаются руды (всех видов), рудные кон­центраты, песок, уголь и ряд других грузов, которые зачастую превращаются в монолит. В связи с этим выгрузка их из ваго­нов связана с большими трудностями, с затратой длительного времени и большого количества рабочей силы.

В связи с этим у нас в стране и за рубежом проводится целый ряд мероприятий, предупреждающих смерзаемость сы­пучих грузов, а также разработаны устройства, обеспечивающие восстановление сыпучести грузов, перевозимых железнодорож­ным транспортом и прибывающих в пункты назначения в смерз­шемся состоянии.

В порту Толедо (США) была смонтирована установка, обо­рудованная газовыми горелками инфракрасного излучения.

С обеих сторон железнодорожного пути установили 36 гене­раторов излучения так, что их лучи направлены непосредствен­но на стенки вагонов. Топливом для горелок служил пропан.

Применение этого способа позволило разогревать смерзший­ся уголь почти вдвое быстрее, чем при разогреве угля паром в тепляках. Затраты на топливо снизились примерно на 40%.

В порту Ту-Харбора (США) была также введена в эксплуа­тацию установка, позволяющая разогревать смерзшуюся руду с помощью инфракрасных лучей до полного восстановления ее сыпучести.

Каждый вагон обогревали 48 генераторов инфракрасных лу­чей, смонтированных на специальных приспособлениях (в ва­гонных позиционерах). Генераторы работали на пропане и при­родном газе. Газовоздушную смесь на верхних генераторах зажигали электроискровым способом, а на остальных — вспо­могательными горелками. Смесительные камеры горелок обору­дованы соленоидными клапанами с электроприводом для регу­лирования подачи газа и воздуха, а также системой авто­матического отключения подачи газа. Боковые генераторы инфракрасных лучей этой рудоразмораживающей установки от­личаются от генераторов, установленных в предыдущем случае меньшими размерами и значительно большей площадью кера­мических насадок. Изменение конструкции боковых генераторов дало возможность расположить их в нижних рядах ближе к стенкам вагонов и направить поток инфракрасных лучей на участки наибольшего промерзания руды. Для обеспечения кон­центрированного направления инфракрасных лучей на обогре­ваемые ими стенки вагонов и на руду боковые и верхние гене­раторы оборудованы параболическими отражателями.

Установка для разогрева смерзшейся руды работает следую­щим образом: при подаче вагонов с рудой к установке опреде­ляют толщину смерзшейся руды, затем оператор, получив со­общение о прибытии руды и степени ее смерзаемости, автомати­чески открывает ворота установки и включает сигнал на подачу вагонов на место разогрева.

По окончании подачи вагонов до специального упора опера­тор по громкоговорящей связи дает указание обслуживающему персоналу отсоединить от вагонов локомотив и покинуть здание установки. Ворота в здание он может закрыть после того, как локомотив будет удален от здания примерно на 10 м. Затем опе­ратор переключает реле времени подачи газа на позицию, соот­ветствующую толщине слоя смерзшейся руды, и приводит в действие программное управление работой установки, которое последовательно включает приводы вагонных позиционеров и их выдвижных рам, а также приводы воздуходувки и соленоид­ных клапанов для подачи воздуха и газа в смесительные каме­ры генераторов. При этом сигнальные лампы на пульте управ­ления показывают оператору, установились ли вагонные пози­ционеры и выдвижные рамы в требуемое положение у каждого вагона в отдельности. В процессе разогрева смерзшейся руды 48 генераторов излучают около 100 тыс. ккал/ч.

Температура воздуха в здании установки колеблется от 0°С на уровне пола до 90° С на высоте 4,6 м. В результате наблю­дений за ходом разогрева руды было отмечено, что циркуляция и низкая температура воздуха на уровне пола не оказывают су­щественного влияния на интенсивность передачи тепла инфра­красными лучами на стенки обогреваемых ими вагонов.

Продолжительность разогрева зависит от мощности потока инфракрасных лучей, крупности и влажности руды и толщины смерзшегося слоя. На рудоразмораживающую установку в пор­ту Ту-Харбора подают вагоны с рудой, толщина смерзшегося слоя которой составляет 50—125 мм.

По истечении заданного времени разогрева руды программ­ное устройство на пункте управления автоматически отключает подачу газа, выключает воздуходувку и возвращает в исходное положение вагонные позиционеры и их выдвижные рамы, после чего оператор может открыть ворота в здании установки и включить сигнал на подачу локомотива для удаления вагонов с разогретой рудой.

Если вагонные позиционеры или их выдвижные рамы не воз­вращаются в исходное положение, вследствие чего нельзя подать локомотив, то используют ручное управление работой генера­торов и вагонных позиционеров.

С вводом в эксплуатацию рудоразмораживающей установки было значительно ускорено выполнение работ по перегрузке ру­ды с железнодорожного на водный транспорт, сокращено время простоя вагонов, уменьшена численность персонала, занятого на разогреве и выгрузке руды, а также существенно снижены расходы на разгрузку вагонов. На агломерационной фабрике завода Онайтез Стайте Стил Корп в Янгстуне (США) введена в эксплуатацию установка для разогрева смерзшихся в желез­нодорожных вагонах угля, кокса, доломита, известняка и песка инфракрасными лучами.

Установка размещена в тепляке, представляющем собой лег­кий каркас с обшивкой из листов рифленого алюминия. Газо­вые излучатели смонтированы на металлических рамах, при­крепленных к стенам и потолку тепляка, а также между рельсами под вкатываемым в тепляк вагоном. Излучатели раз­мещены в тепляке с учетом особенностей смерзания материала в разных частях вагона: подвагонные излучатели, предназна­ченные для разогрева материала в карманах разгрузочных лю­ков и у наклонных стенок вагона, выделяют около 1 млн. ккал/ч; Излучатели, смонтированные на стенах тепляка для разогрева материала у боковых стенок вагона, выделяют около 500 тыс. ккал/ч и верхние излучатели, используемые для разо­грева верхней корки смерзшегося груза, выделяют 75 тыс. ккал/ч.

Пульт управления установкой находится вне тепляка и об­служивается одним рабочим.

Заслуживает также внимания французский опыт размора­живания сыпучих грунтов в вагонах путем обогрева их газовы­ми инфракрасными излучателями. Установка имеет длину 72 м И делится на три зоны: обогревание, оттаивание и разгрузка. Топливом горелок инфракрасного излучения служит коксовый газ с теплотой сгорания 4900 ккал/м3 и давлением 100 мм вод. ст.

В 1961 г. в Советском Союзе начались исследования по вос­становлению сыпучести смерзшихся грузов с помощью инфра­красных лучей. С этой целью были проведены опыты с электри­ческими лампами инфракрасного излучения для восстановления сыпучести смерзшейся в вагонетках глины. Применение лампо­вого инфракрасного разогрева для восстановления сыпучести глины оказалось нерентабельным.

Институтом Мосгазпроект были проведены лабораторные ис­следования по оттаиванию смерзшихся грузов газовыми горел­ками инфракрасного излучения.

Для проведения исследований были взяты следующие мате­риалы: железорудный концентрат, аглоруда, руда криворожская и песок со средней влажностью 10% •

Образцы из указанных материалов размером 40X40X40 см Замораживались в специальном холодильном шкафу. Монолиты помещались в железный ящик со съемной боковой стенкой, что позволяло проводить испытания при непосредственном воздей­ствии инфракрасных лучей на поверхность материала или через металлическую и деревянную стенки.

Температура по разным сечениям монолита определялась хромель-копелевыми термопарами, заделанными в материал. Размораживание производилось при помощи горелок типа КГ-3.

Как видно из рис. 119, температурные кривые в монолите при разогреве концентрата, аглоруды и песка носят одинаковый характер. На рис. 120, 121 и 122 показано распределение темпе­ратур в монолите железорудного концентрата при нагреве его через металлическую стенку и при непосредственном облучении поверхности. Как видно из рисунков, процесс разогрева концен­трата при непосредственном воздействии инфракрасных лучей на его поверхность протекает более эффективно.

Зависимость температуры стенки от времени нагрева при разных расстояниях до излучателя изображена на рис. 123. Из

Рис. 121. Распределение темпе­ратур в монолите железоруд­ного концентрата при непосред­ственном облучении на расстоя­нии 200шм до излучателя

/ — на глубнне 80 мм: 2 — иа глу­бине 160 мм от поверхности

Рис. 122. Глубина оттаивания монолита железорудного кон­центрата с влажностью 9% при непосредственном облучении поверхности с расстоянием до излучателя 200 мм

I — металлическая стенка; II — Деревянная (бортовая стенка вагона)

Рисунка видно, что температура поверхности деревянной стен­ки растет по времени более интенсивно, чем металлической, даже при меньших плотностях облучения (при больших рас­стояниях до излучателя). Это объясняется более низкой теп­лопроводностью дерева по сравнению со сталью. На рис. 124 показано распределение температур в монолите концентрата при периодической и непрерывной работе инфракрасной горелки.

Как видно из графика, при периодическом режиме время работы горелки значительно сокращается. Во всех слу­чаях после прекращения обогрева наблюдалось повышение тем­пературы оттаиваемого материала по всем слоям за счет тепла, аккумулированного металлической стенкой и оттаявшей частью материала.

На основании проведенных испытаний можно сделать сле­дующие выводы.

1. Во всех случаях облучения смерзшихся материалов про­исходит эффективный разогрев верхнего слоя. Разогрев после­дующих слоев идет за счет теплопроводности материала.

2. После выключения излучающей установки продолжается разогрев материала в глубину за счет тепла, аккумулированно­го металлической стенкой, и оттаявших слоев. Поэтому перио­дический режим работы установки является более экономич­ным.

3. При разогреве смерзшихся материалов через металличе­скую стенку горелками инфракрасного излучения КГ-3 расстоя­ние до излучателей должно находиться в пределах 100—300 мм, При непосредственном воздействии инфракрасных лучей на по­верхность материала в пределах 200—300 мм.

На одном из металлургических заводов была смонтирована экспериментальная установка по разогреву смерзшихся грузов газовыми инфракрасными горелками.

Эта установка (рис. 125) позволяет разогревать смерзшиеся грузы в железнодорожном полувагоне грузоподъемностью 72 т С металлическими бортами.

Она состоит из нижних, верхних и боковых панелей с вмон­тированными в них горелками инфракрасного излучения типа ГИИ-3 теплопроизводительностью 6400 Ккаліч (по шесть горе­лок в каждую панель).

Нижние, подвагонные панели, предназначенные для обогрева металлических люков вагона, смонтированы на специальных подвижных направляющих. Верхние панели смонтированы в подвижной раме, подвешенной на тросах, предназначены для обогрева материала, находящегося в вагоне, а боковые находят­ся на пантографах, обеспечивающих их перемещение. Для пони­жения давления природного газа с 6 Кгсісм2 до 130 мм вод. ст., Необходимого для нормальной работы горелок, имеется узел редуцирования.

Зажигание горелок осуществляется от электроспиралей. Об­щий расход газа на установку составляет 300 м3/ч.

Испытания установки показали:

1. Разогрев смерзшегося концентрата с влажностью 8—10%, газовыми инфракрасными излучателями значительно сокращает время размораживания по сравнению с разогревом в существую­щих тепляках, при тех же условиях.

На Енакиевском металлургическом заводе по проекту инсти­тута Южгипрониигаз была построена и испытана установка ин­фракрасного излучения для одного вагона.

В качестве излучателей были использованы газовые беспла­менные панельные горелки типа ГБП-120 конструкции Гипро — нефтемаша, снабженные экранирующими металлическими ре­шетками.

Установку снабдили верхними и нижними излучателями. Верхние излучатели собраны в три панели. Две из них состоят

Из 10 излучателей каждая. При разогреве груза в ва­гоне емкостью 93 т подклю­чалась малая панель, состо­ящая из четырех горелок ГБП-120. Верхние панели подвешены на тросах, во время работы они опускают­ся в полувагон при помощи лебедок с электроприво­дом.

Для предотвращения воз­горания внутренних стенок деревянного полувагона на верхних панелях установлен экран из асбестовой ткани. Для нижнего обогрева по­лувагонов кроме горелок ГБП-120 установлены горел­ки типа ЮГ Г-120, которые имеют расход природного газа 6 мг1ч при давлении его перед форсункой 1,9 кгс/см[3].

Два типа горелок были применены для сравнительных испы­таний в эксплуатационных условиях с целью выбора наилучше­го типа горелок при проектировании промышленных установок.

Нижние излучатели устанавливались на тележки и подводи­лись непосредственно под люки полувагонов с зазором 300— 380 мм от поверхности люка, при этом под люками, располо­женными над колесными парами, устанавливались горелки ЮГГ-120, так как в зазор между ребордой колеса и крюком, фиксирующим люк в закрытом положении, горелка ГБП-120 не проходила.

Общий вид установки показан на рис. 126. Схема расположе­ния термометров сопротивления по глубине загрузки (точки /— 7) и график изменения температур по массе концентрата изоб­ражены на рис. 127.

За период испытаний было разогрето пять полувагонов с кри­ворожским концентратом и один полувагон с криворожской ру­дой. Средняя влажность концентрата составляла 10%. При ис-
питаниях установки разогрев полувагона со смерзшейся желез­ной рудой продолжался 2, а с концентратом — 3 ч. После выключения установки в последующие 2—3 ч происходило от­таивание среднего слоя груза в вагоне. В течение всех испыта­ний температура букс тормозных устройств и металлических частей вагона не поднималась выше допустимой.

Рис. 127. Схема расположения термометров сопротивления по глубине загрузки полувагона

З — схема расположения термометров сопротивления по глубине загрузкн: 1 — контур стенок полувагона; 2 — кон­тур груза; 3 — дно вагона

Б — график изменения температуры по массе концентрата: 1 — через 2 ч пос­те окончания обогрева; 2 — конец ра­зогрева; 3 — начало разогрева

К недостаткам установки следует отнести невысокий к. п. д. горелок ГБП-120 (радиацией передается только 30% тепла).

Горелки ЮГГ-120 при их нижнем расположении необходимо защищать от загрязнения сыпучим материалом. Для обогрева люков вагона необходимо иметь горелки с излучающей метал­лической поверхностью.

На одной ГРЭС была испытана опытная установка для раз­мораживания полувагона с углем грузоподъемностью 93 т.

Для обогрева стенок и торцов вагона были применены пане­ли с газовыми горелками инфракрасного излучения типа ПГ-І (Краснодарского завода), работающие на природном газе с теп­лотой сгорания 8500 ккал/м3 при давлении 155—185 мм вод. ст.; Теплопроизводительность горелки 3000—3500 ккал/ч.

Всего в установке имеется 16 панелей, в каждую из которых вмонтировано по 16 горелок.

Панели бокового разогрева имеют возможность перемещать­ся перпендикулярно от вагона, устанавливаясь на любом рас­стоянии от бортов вагона в пределах 300—1450 мм.

Для нагрева днища вагонов были применены блоки инфра­красных горелок БГИ конструкции института Гипрониигаз, установленные наклонно вне габаритов вагона. На шпалах между рельсами были установлены газовые пламенные горелки со вторичными излучателями. Разгрузка вагонов осуществля­лась на вагоноопрокидывателях.

Испытание опытной установки показало, что среднее время пленочного размораживания угля в полувагонах с металличе­скими бортами составляет 15—20 мин. При этом пленочное раз­мораживание оказалось достаточным для разгрузки вагона на вагоноопрокидывателе.

Зарубежный опыт и данные, полученные у нас в стране, го­ворят о том, что восстановление сыпучести смерзшихся грузов с помощью инфракрасных лучей может быть одним из эффек­тивнейших и экономически целесообразных способов, ускоряю­щих разгрузку вагонов в зимнее время.