Классификация и общие свойства навалочных грузов

Навалочными называются сухие грузы, перевозимые без тары, т.е. навалом. По транспортной классификации навалочные грузы относятся к виду грузов, опасных возможностью смещения, и делятся на два класса: класс 1-й – незерновые навалочные и класс 2-й – зерновые грузы. Зерновые грузы рассматриваются в следующем разделе из-за специфических свойств.

К навалочным грузам 1 класса относят сырье минерального и растительного происхождения – каменные и бурые угли, сланцы, руды, другие полезные ископаемые; продукты промышленной обработки сырья – кокс, обогащенные руды, удобрения, строительные материалы.

Данные грузы состоят из большого количества частиц разных форм и размеров (некоторые сорта угля имеют частицы в виде пыли, а бывают «частицы» массой до нескольких сотен килограммов); частицы обладают подвижностью, которая характеризуется углом естественного откоса или сопротивлением сдвигу; пространство между частицами заполнено воздухом (газом) или воздухом и водой.

Степень и вид опасности при морской перевозке навалочных грузов определяется способностью грузов: смещаться к борту и создавать крен судна; разжижаться и перетекать к борту; самонагреваться и самовозгораться; создавать повышенные концентрации ядовитых и взрывоопасных газов; понижать концентрацию кислорода в атмосфере грузовых помещений; нарушать местную или общую прочность корпуса судна; химически активно взаимодействовать с металлом корпуса судна и механизмов; вызывать порывистую качку (из-за низкого положения центра тяжести груженого судна).

Специфические свойства навалочных грузов можно разделить на физические и химические. К физическим свойствам относятся: сыпучесть, способность к усадке и самосортировке, плотность, скважистость, сорбционность, тепло- и температуропроводность, абразивность, гранулометрический состав. К химическим свойствам относятся: самосогревание, самовозгорание, взрывоопасность, коррозионность (1, 21).

Навалочный груз может быть в трех транспортных состояниях: относительно монолитном, сыпучем и разжижающемся. Первое состояние характерно для грузов с углом естественного откоса более 35° и рудных концентратов при малой влажности; второе состояние – для грузов с углом естественного откоса не более 35°; третье – для рудных концентратов и подобных им грузов при повышенной влажности. Под действием динамических нагрузок при погрузке и перевозке навалочный груз может перейти из монолитного состояния в сыпучее; некоторые грузы при увлажнении и действии динамических нагрузок могут перейти из сыпучего состояния в разжиженное.

Отношение массы груза к общему объему груза называется насыпной массой навалочного груза (т/м

Для отдельной частицы груза эта величина не имеет смысла.

Стандартной плотностью навалочного груза является масса груза в мерном ящике с внутренними размерами 1000х1000х1000 мм. Используются и другие мерные сосуды разной, но точно известной вместимости (обычно алюминиевые сосуды вместимостью 0,05–0,1 м³⁾. Линейные размеры мерного ящика или сосуда должны быть больше размеров частиц не менее чем в 10 раз.

Плотность навалочных грузов способна меняться под действием динамических сил и статических нагрузок вследствие более компактной укладки частиц и уменьшения скважистости. Изменение плотности груза зависит от способа и высоты штабеля, интенсивности действия внешних сил. Величина, обратная насыпной массе навалочного груза, называется удельным объемом груза; она равна объему, занимаемому грузом массой 1 т в естественном состоянии.

Влажность – важная транспортная характеристика навалочного груза. Обычный способ ее определения – высушивание образца в сушильном шкафу при температуре 105–110°С до достижения постоянного веса пробы.

Отношение массы испарившейся влаги к массе сухого остатка после высушивания (в процентах) называется абсолютной влажностью груза. Влажностьгруза в значительной мере определяет состояние и поведение груза под воздействием статических и динамических нагрузок. С увеличением влажности угол естественного откоса растет до определенного предела, затем резко снижается; влияние влажности на объемную массу груза разное в зависимости от гранулометрического состава груза; изменение влажности влияет на силы сцепления и прочностные характеристики груза.

Под сыпучестью понимается способность груза смещаться (пересыпаться) вследствие взаимного передвижения частиц груза. Степень подвижности частиц и всей массы навалочного груза характеризуется углом естественного откоса навалочного груза , которым называется угол между горизонтальной плоскостью и образующей конуса, полученного в результате высыпания навалочного груза на эту плоскость. Угол естественного откоса является характеристикой груза в состоянии покоя.

Значение учитывается в расчетах площади, потребной для штабелирования груза, массы груза в штабеле, объема штивочных работ в трюмах, давления груза на ограждения, остойчивости судна с навалочным грузом при крене и смещении груза, при проектировании и эксплуатации перегрузочных и транспортирующих устройств.

Значение величины зависит от формы, размера, шероховатости и однородности частиц груза, влажности груза, способа и высоты отсыпки, состояния жидкой поверхности. Опасными в отношении смещения являются не только сыпучие грузы (такие, как зерно и другие насыпные грузы, обладающие устойчивым значением угла естественного откоса 35° и менее), но и те, которые приобретают свойство текучести под действием внешних динамических воздействий (качка, вибрация в течение рейса). Такие грузы называются тиксотропными. К ним относятся концентраты минеральных руд, а также порошкообразные и пылевидные вещества, перевозимые морем в увлажненном состоянии.

Транспортное состояние навалочных грузов характеризуется не только способностью пересыпаться, но и состоянием, при котором сыпучий по своей природе груз почему-либо утрачивает это свойство.

Слеживаемостью называется способность навалочного груза полностью или частично утрачивать свойство сыпучести в процессе транспортировки. Под влиянием силы тяжести многие грузы (соли, минеральные удобрения, руды) превращаются в более или менее монолитную массу. Помимо давления, на слеживаемость оказывают влияние влажность груза, кристаллизация солей из растворов, химические реакции, размеры и форма частиц груза, наличие и свойства примесей, длительность хранения, высота штабелей и другие факторы.

Частным случаем слеживаемости является сводообразование – самопроизвольное возникновение сводов, образованных частицами навалочного груза над выпускным отверстием бункера.

Смерзаемость – свойство навалочных грузов терять сыпучесть и превращаться в монолитную прочную массу при отрицательных температурах. Это свойство по своим внешним проявлениям и последствиям для транспортировки аналогично слеживаемости. Смерзаемость тем больше, чем мельче частицы груза, больше пористость и влажность. Крупнокусковые грузы меньше подвержены смерзаемости.

Применяются разные физические, химические, механические и комбинированные способы предупреждения или уменьшения смерзаемости, восстановления сыпучести. При транспортировке в зимнее время влажность руд должна быть не более 4 %, мелко кускового каменного угля – не более 5 %, апатитового концентрата – не более 0,5 %. Для восстановления сыпучести механическим способом применяют вибрационные (рыхлительные и ударные), бурорыхлительные (в том числе буро- и барофрезерные) и экскавационные машины.

Такие грузы, как пек, гудрон, асфальт, горячий агломерат, подвержены спекаемости (слипаемости) при изменении температуры во время перевозки. Реальный путь борьбы с этим явлением – изменение транспортного состояния грузов и технологии перевозки: перевозить не навалом, а в таре либо на специальных судах наливом с подогревом (по примеру перевозки серы).

Гранулометрический состав, т.е. количественное распределение составляющих груз частиц по их размерам, определяется путем последовательного грохочения (просеивания) образца груза через набор сит (решеток) с отверстиями разного диаметра. По гранулометрическому составу грузы делят на сортированные (у которых отношение размеров наибольшего и наименьшего кусков не превышает 2,5) и рядовые (которые характеризуются размером наибольшего типичного куска). По размерам (в мм) частиц навалочные грузы делятся на:

крупнокусковые более 160

среднекусковые от 60 до 160

мелкокусковые от 10 до 60

крупнозернистые от 2 до 10

мелкозернистые от 0,5 до 2

порошкообразные от 0,05 до 0,5

пылевидные менее 0,05

Гранулометрический состав груза определяет выбор схемы механизации перегрузочного процесса, влияет на слеживаемость и смерзаемость, а иногда и на потребительские качества груза.

Абразивность (истирающая способность) и острокромчатость (наличие острых режущих граней) грузов необходимо учитывать при выполнении погрузочно-разгрузочных операций и проектировании перегрузочных устройств.

Рассмотренные выше специфические свойства незерновых навалочных грузов определяют следующие технологические особенности их транспортировки: а) зависимость транспортного состояния груза от климатических факторов, таких, как температура и влажность воздуха; б) зависимость транспортного состояния груза от технологии добычи и обогащения; в) необходимость при транспортировке специализированного перегрузочного оборудования, подвижного состава смежных видов транспорта и флота; г) необходимость для некоторых грузов максимальной герметизации в транспортно-технологических операциях; д) повышенную трудоемкость переработки нижних слоев грузов в грузовых помещениях; е) необходимость ограничения высоты сбрасывания груза; ж) целесообразность стабилизации транспортного состояния груза в местах производства (гранулирование).