Изобретение относится к способам изготовления арматурных элементов или фибр, применяемых для дисперсного армирования бетона.

Известен способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната на отрезки заданной длины и расщепление их путем перетирки, термическую обработку, в котором сначала осуществляют резку и расщепление отрезков каната, а термической обработке подвергают полученные отрезки, при этом термическую обработку производят острым паром при 100~400°С или водой при 7О-10О°С, а очистку арматуры от остатков пенькового сердечника каната, после перетирки отрезков каната, осуществляют продувкой полученной арматуры сжатым воздухом, причем при термической обработке в острый пар или воду добавляют поверхностно- активные вещества в виде алкилфенолов или калиевого и натриевого мыла синтетических и природных жирных кислот [А. с. СССР Ns 996673, МКИ Е04С 5/07, опубл. 15.02.1983, бюлл. Ns 6].

Недостатком известного способа является то, что удаление смазки и загрязнений с проволок фибры путем термообработки при достаточно высокой температуре снижает механические свойства полученной дисперсной арматуры, и, вследствие ординарности способа воздействия, требует длительного времени, что повышает энергоемкость и снижает производительность процесса, либо, при малом времени очистки, не гарантирует полного обезжиривания проволок, что снижает чистоту поверхности проволок, ухудшает их сцепление с бетоном и, в итоге, ухудшает технологические свойства фибробетонов, например, прочность. Кроме того, выявленная экспериментами склонность к повышенному сцеплению проволок фибры из стальных канатов между собой и ее стремление к комкованию затрудняет удаление загрязнений при термообработке, а после термообработки ~ затрудняет их последующее равномерное распределение в фибробетоне, что также ухудшает его технологические свойства. После термообработки паром или, особенно, горячей водой фибра остается влажной, что приводит к возникновению на ее поверхности коррозии и ухудшает ее технологические свойства, а в данно способе не предусмотрена операция сушки фибры.

Известен способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната на отрезки заданной длины, расщепление их путем перетирки, термическую обработку и дозирование, в котором отрезки канатов предварительно расщепляют на пряди с последующим разделением на проволоки, а термическую обработку осуществляют сжатым горячим воздухом при 80-120°С, после дозирования проволок [А.с. СССР Ns 1219760, МКИЕ04С 5/07, опубл. 23.03.1986, бюлл. Ns 11].

Недостатком известного способа является то, что расщепление отрезков канатов сначала на пряди, а затем на проволоки добавляет в технологический процесс дополнительную операцию, увеличивает время и энергоемкость и снижает производительность процесса получения дисперсной арматуры. Обезжиривание (т.е., фактически, удаление смазки и загрязнений) проволок фибры путем термообработки снижает механические свойства полученной дисперсной арматуры, и, вследствие ординарности способа воздействия, требует длительного времени, что повышает энергоемкость и снижает производительность процесса, либо, при малом времени очистки, не гарантирует полного обезжиривания проволок, что снижает чистоту поверхности проволок, ухудшает их сцепление с бетоном и, в итоге, ухудшает технологические свойства фибробетонов, например, прочность. Кроме того, выявленная экспериментами склонность к повышенному сцеплению проволок фибры из стальных канатов между собой и ее стремление к комкованию затрудняет удаление загрязнений при термообработке, а после термообработки - затрудняет их последующее равномерное распределение в фибробетоне, что также ухудшает его технологические свойства.

Известен способ получения изделий из каната, включающий подачу каната к режущему устройствуи его резку на отрезки заданной длины, в котором канат перед резкой подвергают термической обработке при 400- 1000°С с последующим охлаждением, режут канат на отрезки длиной 0, 5-2,0 шага свивки каната и полученные отрезки каната расщепляют путем перетирки [Ах. СССР КаВ67977,МКИ D07B 7/16, опубл. 30.09.1981, бюлл. ть].

Недостатками известного способа являются применяемая термическая обработка (отжиг) каната до осуществления его резки, который усложняет процесс получения фибры, увеличивает его трудоемкость, повышает энергоемкость процесса и снижает качество получаемой фибры (фибра теряет свойства упругости и прочности, которые выгодно отличают фибру, получаемую из канатов, от фибры, получаемой из проволоки или пластин), что в итоге ухудшает качество фибробетона. Кроме того, удаление производственных загрязнений и смазки из тела туго свитого каната путем отжига требует длительного времени, что также повышает энергоемкость и снижает производительность процесса, либо, при недостаточном времени очистки, не обеспечивает полного удаления смазкии загрязнений с проволок, что снижает чиетоту поверхности проволок, ухудшает их сцепление с бетоном и, в итоге, ухудшает технологические свойства фибробетонов, например, прочность.

Известен способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната на отрезки заданной длины, расщепление отрезков на пряди, перетирку их для расщепления на отдельные проволоки и последующую очистку проволоки от смазки, в котором расщепление отрезков на пряди осуществляют в процессе резки конца каната, который укладывают на две опоры и упруго изгибают между ними при поперечной подаче режущего инструмента, затем отрезки торцом каната сбрасывают с опоры в устройство для перетирки прядей, при этом очистку расщепленных проволок от смазки производят путем их перетирки е песком или песчано-гравийной смесью [А.с. СССР Ш 1384687, МКИ Е04С 5/07, опубл. 30.03.1988, бюлл. Ш 12}.

Недостатком известного способа является то, что за один проход между валками, если они вращаются с одинаковыми угловыми скоростями при одинаковых диаметрах валков, туго свитые пряди каната на проволоки не распадаются. Испытания показывают, что вращающиеся валки при таком ординарном воздействии лишь несколько раздавливают пряди, но объявленной перетирки и разделения на проволоки в известном способе не произойдет, для этого нужно более сложное и воздействие на отрезки каната. В известном способе сложной для осуществления представляется и перетирка проволок с песком, так как не указан способ перетирки, а например, в валках, по аналогии с перетиркой прядей для разделени на проволоки, это сделать невозможно. Кроме того, экспериментом установлено, что перетирка проволок с песком не дает качественной очистки проволок от смазки, если является единственной операцией по очистке проволок.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку канат на отрезки заданной длины, их расщепление на отдельные проволоки и последующую очистку проволок, причем резку каната осуществляют термофрикционным способом, расщепление отрезков каната на отдельные проволоки осуществляют путем растирания между двумя поверхностями, одна из которых вращается, а другая совершает вибрационные колебания, очистку проволок осуществляют в ванне с моющим раствором, совершающей вибрационные колебания (инновационный патент РК Ns 31586, МКИ Е04С 5/00, B23D 31/02, опубл. 30.09.2016, бюлл. Ns 12).

Недостатком известного способа является достаточно продолжительный процесс расщепления отрезков каната на отдельные проволоки, производимый между двумя поверхностями, одна из которых вращается, а другая совершает вибрационные колебания, трудность обеспечения высокой скорости движения вращающейся поверхности, быстрый и значительный по величине износ поверхностей, особенно совершающей вибрационные колебания, причем дополнительный недостаток заключается в сложности изготовления рабочей части поверхности, совершающей вибрационные колебания и ее дальнейшей настройки на взаимодействие с вращающейся поверхностью при изменении диаметра расщепляемых на проволоки отрезков каната. Также, как недостаток, можно отметить однорежимный процесс очистки проволок в ванне с моющим раствором, совершающей вибрационные колебания. Проволочная фибра из стальных канатов обладает достаточно сильной склонностью повышенному сцеплению проволок фибры между собой и стремлением к комкованию при постоянной частоте вибрации в любой емкости, поэтому, если фибра в моющей ванне скомкуется и образуется «ёж», то она очень плохо очистится от загрязнений. Перемена режимов мойки фибры, например, частоты вибрации, ванны с моющим раствором в известном способе не предусмотрена. Такж:е после операции мойки фибра остается влажной, что приводит к возникновению на ее поверхности коррозии и ухудшает ее технологические свойства, а операция сушки фибры в известном способе не предусмотрена. Единственная в известном способе операция очистки фибры от загрязнений, - мойка, ~ не гарантирует полного удаления загрязнений, и на поверхности проволок может оставаться некоторое их количество, то есть известный способ не гарантирует получения абсолютно чистой поверхности проволок фибры для обеспечения их высоких технологических свойств.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности, уменьшении энергоемкости и времени процесса получения дисперсной арматуры, в повышении производительности процесса, и снижении затрат на его проведение, а также в улучшении технологических свойств как дисперсной арматуры (фибры), так и фибробетонов, за счет обеспечения высокой чистоты поверхности проводок. Технический результат от использования изобретения заключается в увеличении скорости расщепления отрезков канатов на отдельные проволоки, повышении производительности и уменьшении количества оставшихся нерасщепленными отрезков каната, в повышении эффективности удаления загрязнений с проволок, то есть в уменьшении количества остаточных загрязнений на проволоках фибры и обеспечении высокой чистоты поверхности проволок, в устранении влажности готовой фибры и вследствие этого в предотвращении коррозии ее поверхности и улучшении ее эксплуатационных свойств, в увеличении шероховатости поверхности проволок фибры и в обеспечении прочного сцепления проволок фибры с бетоном.

Сущность изобретения заключается в следующем. Предложен способ изготовления дисперсной арматуры, включающий резку каната н отрезки заданной длины, их расщепление на отдельные проволоки и последующую очистку проволок, при котором очистку проволок осуществляют в ванне с моюшим раствором, совершающей вибрационные колебания, причем расщепление отрезков канатов на отдельные проволоки осуществляетс на валковой дробилке, валки которой вращаются навстречу друг другу с разными угловыми скоростями, с соотношение угловых скоростей в пределах от 1:1,1 до 1:1,5, после чего проволоки отделяются от частиц загрязнений на плоском виброгрохоте, потом очищаются в совершающей вибрационные колебания с переменной частотой вибрации в пределах от 30 до 10 Гц ванне с моющим раствором, зате подвергаются сушке в закрытом виброконвейере, в который подается горячий газообразный теплоноситель, в направлении, попутном движению проволок, после чего дополнительно очищаются путем принудительного перемешивания с сыпучим абразивным материалом в гравитационном бетоносмесителе.

Схема реализации предлагаемого способа изготовления дисперсной арматуры осуществляется путем резки, расщепления, последующей мокрой очистки от загрязнений, сушки и сухой очистки от остаточных загрязнений отработанных стальных канатов, являющихся техногенными отходами промышленных предприятий, преимущественно горно-добывающей отрасли.

Способ изготовления дисперсной арматуры осуществляется следующим образом. Отработанные стальные канаты разрезают на отрезки заданной длины, как правило это 50...100 диаметров проволоки, любым известным в технике способом.

Полученные отрезки каната далее подвергаются расщеплению на отдельные проволоки путем раздавливающе-истирающего и разрывающего воздействи на них, создаваемого между валками валковой дробилки, в которую подаются любым известным способом, вращающимися навстречу друг другу с разными угловыми скоростями, с соотношением угловых скоростей в пределах от 1:1,1 до 1:1,5, то есть, например, если один валок вращается с угловой скоростью 1000 об/ мин, то второй валок должен вращаться с угловой скоростью из диапазона от 1100 до 1500 об/мин. При этом частота вращения медленного валка может достигать 3000 об/мин и более. Требуемая величина деформации расщепляемой пряди отрезков каната регулируется величиной зазора между валками с учетом диаметра каната. Кроме того эффективность процесса расщепления отрезков можно регулировать за счет изменения угловых скоростей валков валковой дробилки, вращающихся навстречу друг другу. Экспериментами установлено, что увеличение частоты вращения валков и соотношени частот их вращения улучшает эффективность процесса расщепления отрезков на проволоки, но увеличивает энергозатраты на процесс. Для повышения эффективности расщепления отрезков каната на отдельные проволоки валки можно выполнить с насечками, принудительно захватывающими отрезанные пряди канатов в зону расщепления. .Это позволяет осуществлять расщепление отрезков каната на проволоки, во-первых, без предварительного расщепления отрезков канатов сначала на пряди, а, во-вторых, за счет захвата отрезков каната насечками одного валка, и разрыва их после раздавливания насечками другого валка, вращающегося, например, с большей угловой скоростью, и вырывающего отдельные проволоки из зацепа более медленно вращающегося валка,

Одновременное действие вращения валков навстречу друг другу с разными угловыми скоростями, где запаздывание одного из валков создает сложное растирающее, и, за счет насечек на поверхности валков, вращательно-разрывающее воздействие на расщепляемые отрезки каната, обеспечивает их перемещение через зазор и расщепление на отдельные проволоки.

Это приводит к уменьшению времени и энергоемкости, повышению производительность и эффективности операции расщепления и всего процесса получения дисперсной арматуры.

После расщепления разъединенные проволоки вместе с сыпучими загрязнениями, отделившимися от проволок в процессе резки и расщепления подаются на сито плоского вибрационного грохота, проходя но которому от загрузочного к разгрузочному концу отделяются от частиц загрязнений, причем проволоки движутся к месту разгрузки по ситу, а частицы сыпучих загрязнений проходят сквозь ячейки сита под него и движутся по подситовому лотку. Дойдя до разгрузочного конца виброгрохота проволоки с сита ссыпаются в накопительную емкость дл черновой фибры, а выделенные загрязнения - в накопительную емкость для загрязнений. После прохождени виброгрохота количество загрязнений в фибре значительно уменьшается. По сути, на фибре остаются в основном загрязнения, адгезированные к поверхности проволок, такие, как смазка. Это значительно облегчает последующее проведение процесса мокрой очистки фибры, или ойки.

Далее черновая фибра, то есть дисперсная арматура в виде проволок с адгезированными на их поверхности загрязнениями, полученная в результате расщепления отрезков каната и отделения от нее сыпучих загрязнений, подвергается мокрой вибрационной очистке от смазки и других поверхностных загрязнений, Для очистки дисперсной арматуры от смазки и других поверхностных загрязнений фибра, в виде пучка проволок, находящихся в контактном взаимодействии друг с другом, любым известным способом помещается в ванну, заполненную моющей жидкостью, после чего ванна подвергается воздействию вибрационных колебаний, причем режим колебательного движения может быть как с отрывом фибры от дна ванны (с подбрасыванием), так и без отрыва. Ванну подвергают колебаниям с переменной частотой вибрации в пределах от 30 до 10 Гц. При колебаниях ванны с частотой вибрации более 30 Гц амплитуда колебаний становится весьма малой (0,2...0,4 мм), вследствие чего эффективность очистки фибры снижается, что требует увеличения времени ее обработки. При колебаниях ванны с частотой вибрации менее 10 Гц, сначала, при частоте 7...8 Гц, ванна входит в резонансные колебания, что может привести к разрушению конструкции, а затем, при переходе через резонанс и дальнейшем уменьшении частоты колебаний очистка проволок фибры практически прекращается. Поэтому рекомендуется следующий режим мойки фибры при колебаниях с переменной частотой вибрации. На начальном этапе ванну с фиброй и моющим раствором подвергают колебаниям с относительно высокой частотой (20-30 Гц), но сравнительно небольшой амплитудой (0, 5.. Л, 5 мм), что позволяет эффективно удалять основную массу поверхностных загрязнений за достаточно короткое время (5...10 мин). Удаление загрязнений осуществляется за счет того, что, расположенная в ванне свободно, фибра под действием вибрационных колебаний, а также за счет сил инерции, вызываемых собственной массой проволок, вовлекается в инерционное колебательное движение с перемещением проводок фибры относительно друг друга. Это их перемещение, сопровождаемое трением и движением поверхности одной проволоки фибры по поверхности другой или других проволок, приводит к взаимному соскабливанию с этих поверхностей загрязнений. Также процессу разрушения и удаления загрязнений с поверхностей фибры способствуют явления турбулизадии потоков и то кавитации. Высокочастотное контактное взаимодействие проволок с малыми взаимными перемещениями на начальном этапе значительно повышает эффективность и уменьшает время мойки фибры. По мере удаления с фибры основной массы загрязнений на проволоках остаются загрязнения, имеющие наибольшую прочность сцепления с поверхностью проволок. Высокочастотные колебания с малой амплитудой не справляются с удалением таких загрязнений, поэтому ванну необходим перевести в режим низкочастотных колебаний (10-15 Гц) при которых амплитуда колебаний (при той ж подведенной мощности) увеличивается и составляет 2, 5..3,5 мм или более (в зависимости от жесткости опорных пружин). Удаление загрязнений при низкочастотной обработке фибры осуществляется за счет тех же процессов, что и при высокочастотной обработке. Однако увеличение амплитуды колебаний при их меньшей частоте приводит к рост величины взаимных перемещений проволок фибры относительно друг друга, растет величина совершаемой работы по соскабливанию загрязнений с поверхностей проволок, что приводит к удалению большей части оставшихся на проволоках после высокочастотной обработки загрязнений.

Длительность каждого этапа и всего процесса вибрационной очистки определяется величиной загрязненности фибры, однако можно рекомендовать длительность каждого этапа обработки ~ не менее 5 мин. Переход с одной частоты вибрации на другую может осуществляться автоматически по сигналу, например, реле времени, либо с помощью ручного управления.

Также возможны и другие режимы колебаний ванны с моющим раствором и фиброй с переменной частотой, например, когда частота колебаний за период обработки (мойки) фибры меняется несколько раз от максимальной до минимальной и обратно через определенные периоды времени (например, через каждую минуту работы оборудования), что можно делать вручную, но лучше выполнять по определенной программе с и помощью реле времени или других устройств автоматического регулирования.

По достижении требуемого качества очистки фибры процесс её мойки останавливается, и фибра извлекается из ванны любы известным способом.

После извлечения фибры из мойки на фибре остается моечный раствор, который необходимо удалить с фибры путем высушивания, Поэтому влажная фибра подается любым известным способом в закрытый виброконвейер, лоток которого представляет собой, по сути, трубу прямоугольного или любого другого, удобного для транспортирования и высушивания дисперсной арматуры, поперечного сечения, которая имеет на каждом конце отверстие, на одном конце - загрузочное, на другом - разгрузочное. Мокрая фибра подается в виброконвейер через загрузочное отверстие. Вблизи этого же отверстия находится отверстие для подачи горячего газообразного теплоносителя, например, нагретого воздуха. В виброконвейере фибра под действием колебаний лотка, создаваемых вибровозбудителем, движется вдоль лотка от загрузочного отверстия к разгрузочному. Горячий теплоноситель подается в зону загрузки фибры и движется также вдоль лотка в направлении, попутном движению проволок фибры, то есть, в направлении разгрузочного отверстия. Рекомендуется режим движения проволо фибры выбирать с их подбрасыванием и отрывом от лотка для лучшего взаимодействия проволок с потоком горячего теплоносителя. Скорость движения фибры вдоль лотка должна быть такой, чтобы к моменту выгрузки из виброконвейера фибра была абсолютно сухой, то есть на ее поверхности не оставалось бы влаги. Поэтому скорость перемещения фибры от загрузки к разгрузке выбирается, как правило, опытным путем в зависимости от влажности фибры, количества фибры, степени комкования фибры, температуры и количества подаваемого горячего теплоносителя и других параметров. Температура горячего теплоносителя рекомендуется не ниже 60°С, но может быть любой, обеспечивающей качественный процесс сушки фибры. Однако надо учитывать, что увеличение температуры теплоносителя повышает эффективность сушки, но увеличивает энергозатраты на этот процесс. В процессе транспортирования с подбрасыванием и попутного перемещения проволок фибры и горячего теплоносителя происходит их взаимодействие, влага на поверхности проволок нагревается и испаряется с поверхности, смешиваясь с потоком теплоносителя. Кроме того, особенно на начальном этапе сушки, капли влаги механически стряхиваются с поверхности проволок под действиехМ вибрации, передаваемой проволокам от лотка виброконвейера, падают на поверхность лотка, где также нагреваются и испаряются, смешиваясь с потоком теплоносителя. Высушенная фибра выгружается из виброконвейера через разгрузочное отверстие. Использованный теплоноситель, температура которого при подходе в зону выгрузки понижается по сравнению с его начальной температурой в зоне загрузки, в смеси с испаренной влагой, может выводится из виброконвейера и через разгрузочное отверстие, но также имеется возможность отвода теплоносителя с испаренной влагой и через специальное отверстие, располагаемое в верхней стенке трубы виброконвейера в зоне разгрузки, причем это отверстие может быть подсоединено к вытяжной системе, которая позволяет осуществлять принудительный отвод использованного теплоносителя и испаренной влаги с регулированием скорости отводимого потока теплоносителя, что, в сочетании с регулированием температуры подводимого теплоносителя и скорости перемещения фибры по лотку, позволяет изменять эффективность и качество процесса сушки в очень широком диапазоне, подстраиваясь под параметры исходной влажной фибры, подвергаемой сушке.

Выгруженная из виброконвейера высушенная фибра может содержать на поверхности проволок остаточные загрязнения, не удаленные в процессе мойки. Поэтому для обеспечения гарантированной высоко чистоты поверхности проволок фибры, повышения качества фибры и ее технологических свойств фибру дополнительно подвергают очистке путем принудительного перемешивании с сыпучим абразивным материалом, например, с песком, или мелким щебнем, или песчано-щебеночной смесью а гравитационном (барабанном) бетоносмесителе, Для этого фибру любым известным способом загружают в гравитационный бетоносмеситель, куда также загружается сыпучий абразивный материал (или песок, или мелкий адебеиъ, или несчано-одебеночная смесь, или иной), В процессе интенсивного принудительного перемешивания фибры вместе с сыпучим абразивным материалом в бетоносмесителе, абразивные частицы соскребают остаточные загрязнения с поверхности проволок фибры, в результате чего поверхность проволок фибры становится весьма чистой и абсолютно сухой, та как абразивный материал может впитывать в себя остатки влаги с поверхности фибры, если вдруг таковая осталась после сушки. Также абразивный материал при истирающем воздействии на поверхность проволок увеличивает ее шероховатость, что впоследствии, при применении фибры, улучшает сцепление проволок с бетоном, повышая технологические характеристики фибробетоиа (например, прочность на изгиб). Время перемешивания фибры с абразивным материалом рекомендуется не менее 3- х минут.

Можно отметить, что использование для перемешивания фибры с абразивным материалов лопастного (валъного) бетоносмесителя неэффективно по причине того, что в процессе перемешивания фибра заклинивает в зазоре между лопастями смесителя и его корпусом, что приводит к остановке вала смесителя, то есть перегрузке привода его вращения, и к изгибу лопастей, а также к очень сильной деформации (изгибу и скручиванию) проволок фибры, что делает ее технологически непригодной.

После окончания очистки фибра вместе с абразивным материалом выгружается из бетоносмесителя, а затем производят разделение фибры и абразивного материала любым известным способом, например, на сите вибрационного грохота или с помощью электромагнита.

После разделения готовая товарная фибра направляется на фасовку и отгрузку потребителю, а сыпучий абразивный материал может быть использован для очистки еще несколько раз, пока не достигнет предельной загрязненности и (или) влажности

Таким образом, расщепление отрезков каната на проволоки за счет сложного раздавливающе-иетирающего и разрывающего воздействия на них вращающихся с различной угловой скоростью валков валковой дробилки и их расщепление за один проход, качественная многостадийная очистка проволок дисперсной арматуры от загрязнений сначала на сите вибрационного грохота, потом в ванне с моющей жидкостью при переменном режиме вибрационных колебаний, а затем в гравитационном бетоносмесителе с сыпучим абразивным материалом, эффективная сушка фибры в закрытом виброконвейере е горячим теплоносителем и в бетоносмесителе с абразивным материалом, позволят увеличить скорость расщепления отрезков канатов на отдельные проволоки, повысить производительность и уменьшить количество оставшихся нерасщепленными отрезков каната, повысить эффективность удаления загрязнений с проволок, уменьшить количество остаточных загрязнений на проволоках фибры и обеспечить высокую чистоту поверхности проволок, устранить влажность готовой фибры и предотвратить коррозию ее поверхности, улучшить ее эксплуатационные свойства, увеличить шероховатость поверхности проволок фибры, обеспечить прочное сцепление проволок фибры с бетоном, то есть повысить эффективность, уменьшить энергоемкость и время процесса получения дисперсной арматуры, повысить производительность процесса, снизить затраты на его проведение, улучшить технологические свойства как дисперсной арматуры, так и фибробетонов, за счет обеспечения высокой чистоты поверхности проволок, то есть решить задачу изобретения.