Rakenteiden suojaus lämpösäteilyltä ääriolosuhteisa terästeollisuudessa yleisillä suojausmenetelmillä

Abstract

Tutkimus laadittiin suunnitteluohjeen pohjaksi. Tutkimuksessa esitellään tietoja, joita tarvitaan kuumiin terästeollisuuden käyttöolosuhteisiin sijoittuvien rakenteiden ja rakenteita suojaavien menetelmien suunnitteluun. Tutkimuksen pohjalta laadittavan suunnitteluohjeen avulla rakenteet saadaan suunniteltua kestämään paremmin terästeollisuuden käyttöolosuhteita. Rakenteet kuumenevat terästehtaissa, joissa prosessit lähettävät voimakasta lämpösäteilyä ympäristöönsä. Terästeollisuuteen sijoittuvien rakenteiden suunnittelussa on huomioitava myös mekaaniset ja kemialliset rasitukset. Tutkimuksessa tarkoituksena oli myös arvioida FDS-lämpösimulointiohjelmiston tarkkuutta ja soveltuvuutta betonirakenteiden pintalämpötilojen sekä lämpösäteilyn tehon simuloinnissa. Tutkimuksessa ohjelmistolla tehdyt lämpösäteilyn tehon laskentatulokset vastasivat todellisia mittaustuloksia noin 25 %:n tarkkuudella. Pintalämpötilojen laskentatulokset vastasivat todellisia mittaustuloksia parhaimmillaan noin 19 %:n tarkkuudella. Tutkimuksessa kuvaillaan kuumia terästeollisuuden prosesseja ja lämpöolosuhteita terässulatoissa ja kuumavalssaamoissa. Tutkimuksessa on hyödynnetty Rautaruukin Raahen sekä Outokummun Tornion terästehtaiden terässulattojen ja kuumavalssaamojen lämpöolosuhdetietoja. Kuumuudesta aiheutuvia haittoja voivat olla betonirakenteiden halkeilu, rapautuminen ja viruminen, teräsrakenteiden väsyminen, viruminen ja muotojen muuttuminen sekä muurauksien ja massauksien mureneminen. Tutkimuksessa kuvaillaan kuumiin käyttöolosuhteisiin soveltuvien rakennusaineiden sekä Portland-sementtibetonin tärkeimpiä fysikaalisia lämpöominaisuuksia, joita tarvitaan rakenteiden suunnittelussa ja mitoituksessa. Tutkimuksessa on käsitelty yleisiä kuumuudensuojausmenetelmiä. Näitä ovat mekaaniset kuumuudensuojausmenetelmät, lämmönlähteen koteloiminen ja betonipeitteen paksuuden kasvattaminen teräsbetonirakenteessa. Myös rakenteen sijoittelulla voidaan vaikuttaa rakenteen lämpötilaan. Ruostumattoman teräslevyn on terästeollisuudessa huomattu toimivan hyvänä lämpösäteilyn suojana. Tätä suojausominaisuutta on tässä tutkimuksessa tarkasteltu tarkemmin mittauksilla ja FDS-ohjelmistolla laadituilla lämpösimulaatioilla. Ruostumaton teräslevy on myös mittausten ja mallinnusten mukaan erinomainen lämpösäteilyn suoja. Tutkimus perustuu kirjallisuuteen, tutkimusraportteihin, haastatteluihin, mittaustuloksiin sekä ohjelmistopohjaisiin lämpösimulaatioihin.