Камнелитейное производство
Ка́менное литьё (петрургия от др.-греч. pétros — камень и др.-греч. érgon — работа) — производство материалов и изделий путём литья из расплавов горных пород (таких, как базальт и диабаз) методом литья на промышленных предприятиях[1]
Горные породы для камнелитейного производства — расплавы обладающие лучшими литейными и кристаллизационными свойствами, среди них преобладают магматические породы основного состава (диабазы, габбро-диабазы, базальты, андезитобазальты) и близкие к ним по валовому химическому составу метаморфические (амфиболиты, сланцы и др.) и осадочные (глины, пески и др.) образования[2].
Иногда в качестве сырья для литья и прессовки используются некоторые виды шлака, золы из промышленных отходов.
История править
Каменное литьё в природе может осуществляться путём формовки расплавленной вулканической лавы.
Одно из первых производств по каменному литью было организовано во Франции.
В 1902 году в России лабораторные работы по подготовке промышленной технологии начал Ф. Ю. Левинсон-Лессинг.
Работами по искусственным каменным системам (металлургические и топливные шлаки, динас, шамот и другие огнеупоры, цементные клинкеры, керамика, абразивы, камни в стекле, неметаллические включения в стали и другие) в 1940-е годы руководил академик Д. С. Белянкин. Опыты по кристаллизации базальтовых стёкол для камнелитейщиков проводила Лаборатория Отдела экспериментальной петрографии ИГН АН СССР под руководством А. И. Цветкова.
Получение и физико-химические свойства править
Изделия из каменного литья используются в промышленности (в частности добывающей и металлургической, угольной и др.).
Каменное литьё получают в электродуговых или газовых печах. Процесс плавки каменного литья аналогичен плавке металла, температура плавления близкая. Для получения плотной структуры, камнелитые изделия проходят отжиг при плавном снижении температуры от 800 до 200 °С. Поэтому производство каменного литья является более энергоёмким процессом чем, например, производство стали.
Есть два основных типа каменного литья — износостойкое и термостойкое, У термостойкого литья чуть ниже физико-механические свойства, но оно может работать при температурах до 800 °С (износостойкое — при температурах до 400 °С).
Физико-механические свойства каменного литья[источник не указан 2257 дней]:
| Показатель | Износостойкое каменное литье | Термостойкое каменное литье | Серый чугун | Огнеупорный бетон |
|---|---|---|---|---|
| Объёмная масса, кг/м³ | 2900—3000 | 2800—2900 | 7200 | 1990 |
| Водопоглощение, % | 0,13 | 0,70 | — | 10,1 |
| Предел прочности при сжатии, МПа | 250—500 | 100—260 | 500 | 44,4 |
| Предел прочности при изгибе, МПа | 30—50 | 10—30 | 280 | 3,6 |
| Ударная вязкость, кДж/м² | 1,25 | 1,06 | 3 | 1,2 |
| Модуль упругости, ГПа | 100,6 | 43,7 | 120,0 | 18,0 |
| Теплопроводность, Вт/(м⋅°C) при 200 °С | 1,52 | 1,07 | 51 | 0,83 |
| Удельная теплоёмкость, кДж/(кг⋅°C) при 200 °С | 0,77 | 0,67 | 0,46 | 0,79 |
| Температурный коэффициент линейного расширения, 1/°С | 83,0 | 60,0 | 132 | 21 |
| Коэффициент истираемости, кг/м² | 1,0 | 1,4 | — | — |
Стойкость каменного литья в кислотах и щелочах[источник не указан 2257 дней]:
| Наименование кислоты | Износостойкое каменное литье | Термостойкое каменное литье |
|---|---|---|
| H2SO4 (конц.) | 97 | 92 |
| HCl (конц.) | 90 | 80 |
| HCl (раствор 20 %) | 94 | не иссл. |
| CH3COOH (конц.) | 97 | не иссл. |
| HNO3 (раствор 56 %) | 95 | не иссл. |
| H3PO4 (раствор 85 %) | 95 | не иссл. |
| HF (раствор 45 %) | 40 | не иссл. |
| NaOH (раствор 20 %) | 95 | не иссл. |
| NaOH (раствор 20 %) | 87 | не иссл. |
| KON (раствор 20 %) | 98 | не иссл. |
| KON (раствор 40 %) | 95 | не иссл. |
| KON (раствор 50 %) | 85 | не иссл. |
Применение и эксплуатационные свойства править
- Высокая стойкость к абразивному износу: поскольку каменное литьё имеет 7—8-ю группу твёрдости по шкале Мооса (фактически уступает по этому показателю только алмазу и корунду), то его износостойкость значительно превышает все стали, включая марганцовистую, чугуны (в том числе износостойкие хромистые), резины, пластмассы и др.
- Высокая химическая стойкость к большинству промышленно применяемых кислот и щелочей, за исключением плавиковой кислоты.
- Механические свойства ниже, чем у стали и чугуна, однако достаточны для того, чтобы каменное литьё работало в качестве несущего материала и качественно выполняло свои защитные функции.
- Низкая теплопроводность и низкий коэффициент линейного расширения. Придаёт определённые теплоизоляционные свойства.
- Плотность каменного литья 2,8—2,9 г/см³, то есть в 2,7 раза меньше, чем у стали, то есть чтобы зафутеровать одну и ту же площадь, каменного литья нужно в 2,7 меньше по весу, чем, например, стали. То есть в дополнение к техническим свойствам каменного литья добавляется экономическая целесообразность его применения.
- Есть также ряд специальных свойств: это низкое водонасыщение, электроизоляционные свойства, а также то, что каменное литьё не подвержено старению (то есть его свойства со временем не изменяются) и не образует радиоактивной пыли при взаимодействии с радиоактивными веществами
Термостойкое литьё по своим характеристикам может выдерживать до 800 °С не менее 40 циклов «нагрев — охлаждение» (по производственным данным — в 3—4 раза больше[источник не указан 378 дней]). Это выгодно отличает термостойкое каменное литьё от большинства огнеупорных материалов.
Обладая вышеперечисленными свойствами, каменное литьё нашло широкое применение в промышленности, из него изготавливаются трубы и отводы для изготовления и футеровки пульпо-, шламо-, золопроводов диаметром до 1220 мм. Срок службы таких трубопроводов, зафутерованных изнутри каменным литьём, увеличивается в 5—7 раз. В таблице приведены сравнительные данные стойкости между металлическими трубами и трубами, футерованными каменным литьём[источник не указан 2257 дней]. Стыки между патрубками замазываются специальной замазкой, наполнителем которой является кислотоупорный порошок — размол каменного литья.
| Вид производства, характеристика породы | Срок службы металлической трубы, лет | Срок службы футерованной трубы, лет |
|---|---|---|
| Железные руды и их шламы | 1—2,5 | не менее 10 |
| Кварцевые пески | до 2 | не менее 7 |
| Медно-цинковые соединения | до 2 | не менее 8 |
| Золы ТЭЦ | 1—2 | 20—25 |
Кроме того, из каменного литья изготавливаются:
- Трубы и отводы для пневмопроводов подачи сыпучих материалов. В местах, где идёт пневмоподача сыпучих материалов (которые обычно очень абразивные и подаются на больших скоростях), каменное литьё надёжно защищает основную трубу (или отвод) от износа, соответственно трубопровод надёжно работает без свищей и аварий. Такие трубы используют не только заводы по производству цемента, нерудных материалов, стекольные заводы, предприятия стройиндустрии, но и добывающие и металлургические комбинаты.
- Камнелитые желоба используются для гидросмыва золы, окалины, шлаков, в основном внутри помещений. Их используют угольные ТЭЦ, металлургические комбинаты, обогатительные фабрики.
- Плитка из каменного литья. В основном применяется для футеровки бункеров, течек, газоходов, очистителей, каналов, также используется для выкладки желобов, полов, футеровки различного оборудования. Укладывается на специальный раствор или специальный клей, щели промазываются кислотоупорной замазкой.
- Эффективно применение камнелитых мультициклонов в системах газоочистки агломерационных фабрик.
- Термостойкое каменное литьё используется в основном для футеровки рамп коксохимического производства. Оно создаётся из специального расплава на основе доломита. Выдерживает более 50 термоциклов. Базальтовое литьё выдерживает 25 термоциклов.
Примечания править
- ↑ Обручев В. В. Каменное литьё // Вестник знания. — 1934. — № 5. — С. 316—317.
- ↑ Индустриальное сырьё Архивная копия от 19 ноября 2018 на Wayback Machine // Большая Российская энциклопедия.
Литература править
- Базальтовая вата: история и современность. — Пермь: Изд-во ИИЕТ РАН, 2003. — 124 с.
- Гинзберг А., Обручев В. В., Осипов М., Семёнов Ф. Первая электропечь для плавки диабаза должно положить начало мощной ленинградской петрургии // Техника. — 1933, 21 апреля. — № 37 (184).
- Липовский И. Е. Камнелитейное производство. — М., 1965.
- Липовский И. Е., Дорофеев В. А. Основы петрургии. — М. : Металлургия, 1972. — 319 с.
- Обручев В. В. Библиография по каменному литью // Минеральное сырьё. — 1933. — № 10. — С. 76-78.
- Обручев В. В. Свойства каменного литья // Новости техники. — 1932. — № 10. — С. 186.
- Обручев В. В. Применение изделий из каменного литья // Минеральное сырьё. — 1933. — № 10. — С. 67—68.
- Обручев В. В. Новый путь использования камня // Наука и техника. — 1933. — № 22.
- Пеликан А. Плавленые камни. Производство и использование в промышленности. — М., 1959.
- Печенкин И. Г. Начала отечественной петрургии // Базальтовые технологии. — 2013. — № 3. — С. 16—25.
- Печенкин И. Г. Становление петрургии в СССР (1920—1940-е гг.) // Вопросы истории естествознания и техники. — 2016. — Т. 37. — № 2. — С. 251—268.
- Чуйко А. В. Искусственные камни. — М. : Московский рабочий. — 197, [3] с. : ил. — 8000 экз. — УДК 671.16(G).
- Петрургия // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
Для улучшения этой статьи желательно:
|