Применение каменного литья во всех отраслях промышленности
Каменное литье относится к числу тех немногих материалов, которые сочетают в себе целый комплекс положительных эксплуатационных свойств.
Высокая износостойкость, кислото— и щелочестойкость, термостойкость в сочетании с хорошими диэлектрическими и достаточно высокими механическими свойствами обеспечивают каменному литью конкурентоспособность с такими материалами как сталь, чугун, огнеупорные материалы, железобетонные изделия, увеличивая срок службы оборудования в 4-20 раз в зависимости от условий его эксплуатации.
На каждой установленной тонне камнелитых изделий экономится 5-8 тонн металла и значительно сокращается объем ремонтных работ.
В 50 раз меньшая теплопроводность и более низкий коэффициент трения каменного литья, по сравнению с металлами, намного улучшает эксплуатационные характеристики оборудования, особенно в зимних условиях, в несколько раз снижает степень намораживания транспортируемого материала на стенки трубопроводов, желобов, лотков
Каменное литье производят из расплавленных горных пород методом литья в кокиль, земляные или оболочковые формы, центробежным способом.
В зависимости от условий эксплуатации изделия каменного литья могут быть изготовлены с более высокими показателями износостойкости или термостойкости, а также различной толщины.
Тенденция развития изделий каменного литья — увеличение их габаритных размеров, подготовка отдельных элементов для механизированного способа монтажа, например, 3 или 9-элементные блочные мультициклоны, стальные трубы диаметром до 1420 мм, длиной 6-12 м, футерованные камнелитыми вкладышами, панели для шихтовых бункеров, кольца диам. 2200 мм для томильных колодцев и др.
Интересным направлением является получение светлокаменного литья.
Эффективным методом более широкого внедрения изделий каменного литья на предприятиях является включение нового материала в конструкцию разрабатываемого оборудования и в сооружения, подвергающиеся абразивному изнашиванию, воздействию агрессивных сред и повышенных температур, при проектировании цехов и участков.
Стоимость изготовления 1 тн. каменного литья ниже цены 1 тн. металла. Если учесть, что удельный вес камня почти в 3 раза ниже удельного веса железа, то переход от чугунных и стальных изделий к камнелитым представляет значительную экономическую перспективу.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАМЕННОГО ЛИТЬЯ.
Анализ работы оборудования и сооружений предприятий добывающих отраслей, металлургии, а также других отраслей промышленности, подвергающихся абразивному изнашиванию, воздействию агрессивных сред и повышенных температур, показал, что большая часть поверхностей оборудования не защищена или защищена малоэффективными материалами от разрушающего воздействия рабочей среды; при этом более 90% площади оборудования и сооружений работают при давлениях менее 5 Мпа.
По своим прочностным свойствам каменное литье (плитка износостойкая кислотоупорная из каменного литья, вкладыши камнелитые износостойкие кислотоупорные, трубы футерованные камнелитыми вкладышами, желоба камнелитые износостойкие, кислотоупорные, отводы, тройники, крестовины, футерованные камнелитыми вкладышами) выдерживает нагрузки значительно превышающие 5 Мпа и поэтому может широко спользоваться для защиты оборудования от абразивного изнашивания, воздействия агрессивных сред и повышенных температур, что подтверждается многолетней практикой эксплуатации камнелитых изделий в различных отраслях промышленности, обеспечивая увеличение срока службы оборудования в 2-6 раз.
Каменным литьем футеруют:
на агломерационных и обжиговых фабриках — шихтовые бункера, течки, мультициклоны, циклоны, трубы Вентури, газоходы грязного газа, коллектора, скруббера, пульпопроводы, желоба, покрытия полов промышленных зданий и др. ;
в доменных и сталеплавильных цехах — шихтовые и коксовые бункера, бункера горячего агломерата, течки, воронки, циклоны, газоходы грязного газа, очистные сооружения, покрытия полов промышленных зданий, элементы тепловых агрегатов, работающих при температурах до 850 °С;
в прокатных цехах — желоба смыва окалины, емкости для агрессивных жидкостей, циклоны, газоходы грязного газа, покрытия полов промышленных зданий, очистные сооружения, элементы тепловых агрегатов, работающих при температуре до 850 °С и др. ;
в коксохимическом производстве — шихтовые бункера, питатели, течки, желоба, коксовые рампы (термостойкое литье), покрытия полов промышленных зданий, очистные сооружения, скруббера, циклоны, газоходы грязного газа и др. ;
в огнеупорном производстве — шихтовые бункера, питатели, течки, циклоны, газоходы грязного газа, очистные сооружения, трубопроводы возврата некондиционного шамота на домол в шаровую мельницу, покрытия полов промышленных зданий, элементы тепловых агрегатов, работающих при температуре до 850 °С и др. ;
в энергетике — газоходы грязного газа, трубы Вентури, покрытия полов промышленных зданий, каналы гидро— и пневмозолоудаления, футеровка течек, бункеров, дымососов мелющих вентиляторов, обмуровка нижней части трубы дымоудаления; в гражданском и промышленном строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве — поверхности строительных деталей в декоративных целях, оборудование тротуаров (в рифленом и нерифленом вариантах), коллектора, сооружений, подверженных кислотному и биологическому воздействию;
в лакокрасочном, эмалевом, карандашном производстве, а также в керамической промышленности — абразивно изнашиваемые детали и поверхности шаровых мельниц, цильпебсы (мелющие тела) для измельчения в мельницах шлекера, глазури и т. д. ;
в химической и целлюлозной промышленности — кислотоупорные полы для защиты бетонных фундаментов под аппаратами при непосредственном действии на бетон агрессивной среды, в сатураторах, кристаллоприемники, сборники для маточного раствора, чаны для выщечачивания, травильные ванны, сборники автоклавной жидкости, футерованных напорные баки для кислоты, генераторы для получения ацетальдегида, цистерны для азотной кислоты, холодильники для купоросного масла, сборники для слабой серной кислоты, отстойники для серной кислоты, котлы периодической варки целлюлозы, поверхности канализационных систем, отводящих кислото— и щелочесодержащие стоки; контейнеры для хранения ядохимикатов.
в мясоперерабатывающей промышленности — полы для загонов КРС в забойных отделах, кровесточные каналы;
в аэрокосмической отрасли — футеровка огнеотводящих каналов стартовых столов;
в ядерной промышленности — специальные контейнеры для захоронения отработанного ядерного топлива.
Возможности каменного литья до конца еще не изучены и до сих пор находятся новые сферы его применения.
Можно привести несколько примеров эффективной работы изделий каменного литья. Хвостоканавы обогатительных фабрик Южного ГОКа, Ново-Криворожского ГОКа, а также многих других горно-рудных предприятий футерованные камнелитыми плитами, работают без капитального ремонта не менее 10 лет, тогда как раньше ремонтировались через каждые 1,5-2 года.
Срок службы камнелитых гидроциклонов диам. 360-1400 не уступает, а в некоторых случаях превосходит, срок службы гидроциклонов, защищенных износостойкой резиной, полиуретаном или карбокорундом.
Шламопроводы диам. 1220 мм, футерованные камнелитыми вкладышами работают без серьезных ремонтных работ на Ингулецком ГОКе (г. Кривой Рог, Украина) с 1972г., на Качканарском ГОКе с 1977 г., на Костомукшском ГОКе с 1981г., тогда как раньше они заменялись через каждые 5 лет. Футерованные каменными и крупногабаритными плитами размерами до 1000x1000x100 шихтовые бункера горячего агломерата в доменных цехах металлургических комбинатов «Запорожсталь», Днепропетровском им. Дзержинского и Макеевском после 5 лет эксплуатации не имеют заметных признаков износа.
Срок службы между капитальными ремонтами бункеров, защищенных шамотным кирпичом, пакетами из рельс, бетонными плитами, составляет около 5 лет.
Продолжительность работы камнелитой футеровки доменных коксовых бункеров превышает срок службы несущих металлоконструкций, т. е. более 10-15 лет.
Срок службы эрлифтов из стальных труб на доменных печах не более 4-6 мес.
Эрлифт с футеровкой из каменного литья, установленный на 9-й доменной печи комбината «Криворожсталь», работает без замены уже много лет.
В результате замены чугунных элементов батарейных циклонов агломерационных машин на Днепропетровском им. Дзержинского и Алчевском металлургических комбинатах и Енакиевском металлургическом заводе, а также на Высокогорском ГОКе и Гороблагодатском РУ на блочные камнелитые мультициклоны увеличился вдвое срок службы батарейных циклонов между капитальными ремонтами с 4 до 8 лет, улучшились показатели степени очистки газов от твердых частиц на 4-10%, уменьшились трудозатраты при монтаже и демонтаже батарейных циклонов.
На Криворожском, Мариупольском им. Ильича, Нижнетагильском металлургических комбинатах в прокатных цехах в системе гидросмыва окалины вместо чугунных элементов установлены камнелитые желоба, благодаря чему увеличился межремонтный период до 10-15 лет.
Срок службы коллекторов агломерационных машин, защищенных каменными плитами размером 600x400x50 мм, увеличился с 4 до 8 лет, в результате чего почти исключились профилактические ремонты, которые проводились каждый квартал.
В коксохимическом производстве для футеровки коксовых рамп вместо чугунного литья широко используют термостойкие камнелитые плиты размером 300х300×40мм, благодаря чему увеличился срок службы рамп с I до 5-8 лет.
Футеровка камнелитыми плитками скрубберов позволила увеличить срок их службы в 2-3 раза.
Экономически выгодно применение камнелитых плит в качестве дорожных покрытий.
На территории Южного ГОКа (г. Кривой Рог, Украина) более 30 лет эксплуатируются пешеходные дорожки, выложенные камнелитыми плитами размерам 500х х500х40 мм.
В 1998 г. на Сухоложском огнеупорном заводе был установлен трубопровод футерованный камнелитыми вкладышами, предназначенный для возврата некондиционного шамота на домол в шаровую мельницу.
По прошествии 5 лет износа практически нет.
До этого стоявший трубопровод незащищенный каменным литьем меняли 2 раза в год.
В 1997 г. на Кумертаусской ТЭЦ ОАО «Башкирэнерго» была произведена футеровка камнелитыми износостойкими плитками дымососа мелющего вентилятора.
Без футеровки камнелитыми плитками дымосос приходил в негодность каждые 2-3 месяца.
В течении 6 лет ежегодные проверки этого оборудования не выявили сколько-нибудь значительного износа.
Каменное литье
Статьи и материалы (разных лет) собраны в настоящей теме для популяризации каменного литья, доказательства его перспективности и вдохновения читателей на создание камнелитейных производств в нашей стране. Производителей камнелитых изделий ждет большой успех. Друзья, давайте приступать к делу.
С.И. Огарышев
учредитель и директор научно-технического отраслевого журнала «Базальтовые технологии»
Из журнала «Техника – молодежи», 1953, № 8 (С. 9).
Инж. А. Викторов
Рис. А. Сафонова
Камень. Что может быть крепче камня, прочнее его? Недаром говорят: твердый как камень.
Действительно, тысячелетия стоят каменные утесы из застывшей лавы, почти не зыблемые силами природы – ни водой, ни ветром, ни резкой сменой температур. Только мелкие крошки, обломки удается в течение огромных промежутков времени отколоть от каменных великанов объединившимся в своем натиске стихиям природы.
Как же появляются, где родятся эти несокрушимые горные породы?
. Вот из жерла вулкана изливается вниз по склону огненно-жидкий поток лавы. Постепенно он остывает, желтовато-белый отблеск зарева над ним сменяется малиново-красным – лава густеет и, наконец, застывает тяжелыми бесформенными глыбами.
А нельзя ли попробовать снова расплавить горную породу, например базальт, и отлить из нее в специальной форме изделие? Ведь давно уже производятся отливки из металла? Оказалось, что можно, но в течение долгого времени этим почти не занимались. Во-первых, мешала высокая температура плавления базальта – около 1450°; во-вторых, изделия из литого камня получались почему-то хрупкими, непрочными. Искусственный камень словно терял самое ценное свойство – прочность.
Почему же, застывая в потоках лавы, базальт становится прочным и несокрушимым? Оказалось, что и здесь базальт не везде одинаково прочен. Верхние его слои, где он застывает быстро, – пористые, слабые. И только более глубокие слои, где остывание под защитой вышележащих, плохо проводящих тепло слоев проходит медленно, оказываются твердыми и монолитными. Значит, чтобы литье из искусственного камня стало таким же прочным, как природный камень, оно должно остывать очень медленно. Это остывание обеспечивает ему возможность наиболее полной кристаллизации. Чем полнее пройдет кристаллизация, тем прочнее будет искусственный камень.
Конечно, для каменного литья подходит не каждая горная порода, не каждый вид базальта. Стараются подобрать при этом такую «руду», химический состав которой обеспечивал бы ее равномерное расплавление и застывание, равномерную постепенную кристаллизацию. Такие «каменные руды», годные для получения каменного литья, есть у нас в Западной Украине близ г. Ровно и во многих других местах.
Литой камень – незаменимый материал для изготовления целого ряда промышленных изделий. Он химически стоек, хорошо сопротивляется действию кислот и щелочей, – значит, из него очень удобно делать химическую аппаратуру – плитки для травильных ванн и ванн для электролиза. Он не коррозирует – канализационные и водопроводные трубы из камня можно считать практически вечными. Он прочен, хорошо сопротивляется истиранию, – нет лучшего материала для изготовления облицовочных плиток. Он хороший изолятор – значит, может быть применен как электротехнический материал.
У черного литого камня есть и другие ценные свойства.
Он дружит с железом – хорошо схватывает арматуру, – значит, по аналогии с железобетоном, может быть создан железобазальт. Он может подружиться с воздухом – стать пористым, как губка, и таким легким, что будет плавать на воде. В таком виде он может быть применен на наших строительствах как отличный звукоизолятор и теплоизолятор.
Вот как происходит изготовление литья из камня на камнелитейном заводе.
В большую плавильную печь, нагретую мазутными форсунками до температуры 1450°, забрасываются куски базальта. Сначала они трескаются и размягчаются, а затем расплавляются в густую массу, напоминающую по вязкости мед. В это время происходит выделение из расплавленного камня газов. Затем «мед» совершенно разжижается, и расплавленный базальт огненно-жидкой струей стекает в специальный накопитель – миксер.
Из миксера расплавленный камень, отличающийся от изливающейся из вулканов лавы отсутствием газов и паров, разливается по формам из огнеупорной глины.
Чтобы получить прочное кристаллическое литье, эти формы – изложницы – с еще не остывшим огненно-жидким базальтом отправляют в кристаллизатор, а затем в отжигательную тоннельную печь, где поддерживается температура 850–900°. Здесь каменная отливка находится около суток, и за это время в ней происходит глубокий и полный процесс кристаллизации. Вышедшие из отжигательной печи в цех завода блестящие с поверхности каменные изделия оказываются прочными, как природный камень. При испытаниях они выдерживают сжатие до 3 тыс. кг на кв. см.
Оказалось, что из камня можно отливать и высокохудожественные изделия, что и в этом отношении он почти не уступает таким древним литейным материалам, как бронза и чугун. В расплавленном виде он хорошо заполняет все тончайшие изгибы формы, а при охлаждении почти не изменяется в объеме. Художественные изделия из красивого черного камня спорят по красоте с каслинским литьем.
Петрургия – каменное литье, младшая сестра металлургии. Скоро она займет подобающее ей место в технике.
Большие черные куски базальта, прибывшие на вагонетках, загружаются в плавильную печь. В царстве бушующею пламени они размягчаются и превращаются в огненно-жидкую массу, постепенно стекающую в накопитель. В накопителе постоянно содержится большое количество расплавленного камня, который разливается в формы – изложницы. После разливки эти формы с колышущимся огненным литьем по транспортеру направляются в печь-кристаллизатор, где каменное литье приобретает мелкокристаллическое строение, придающее твердость отливкам. Окончательную прочность изделия из базальта получают при медленном движении вагонеток в длинной тоннельной печи. В кружках изображено: разливка в форму (слева) и готовая, отлитая из камня плитка (справа).
| Цитата |
|---|
| Сергей Огарышев написал: Оказалось, что из камня можно отливать и высокохудожественные изделия, что и в этом отношении он почти не уступает таким древним литейным материалам, как бронза и чугун. В расплавленном виде он хорошо заполняет все тончайшие изгибы формы, а при охлаждении почти не изменяется в объеме. Художественные изделия из красивого черного камня спорят по красоте с каслинским литьем. |
Из журнала «Изобретатель и рационализатор», 1962, № 2 (С. 8–9).
В ПОВЕСТКУ ДНЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОВЕТА МОСГОРСОВНАРХОЗА
ПЕТРУРГИЯ – ЧТО ВЫ ОБ ЭТОМ ЗНАЕТЕ?
Естественный камень базальт – отличный строительный материал. Его знали и любили еще строители древнего Египта, Рима, Византии. И для современных архитекторов камень – гранит и мрамор – наиболее благородный и долговечный материал. A что если камень расплавить? Подобно тому, как внутренний жар планеты выливает, выплескивает жидкий камень – лаву из жерлов вулканов, так и нам расплавить камень в печах и вылить его в литейную форму. Какой материал, с какими качествами мы при этом получим?
Впервые камень был расплавлен в 1777 году англичанином Д. Аризолем. Однако продолжительное время исследования в области каменного литья не выходили за пределы лабораторий.
Основателем советской камнелитейной промышленности является академик Ф.Ю. Левинсон-Лессинг – геолог, исследователь вулканов. В 1926 году были начаты экспериментальные работы, завершившиеся в 1932 году пуском Московского камнелитейного завода. Так родилась новая наука и новая отрасль техники – петрургия.
Петрургия – это отливка различных изделий из расплавленных горных пород или из жидких металлургических шлаков.
Инженеры и конструкторы Московского камнелитейного завода – большие энтузиасты каменного литья. Изделия нашего завода – детали из плавленого базальта и диабаза – применяются во многих отраслях народного хозяйства. Так, например, облицованные камнем каналы гидрозолоудаления на ТЭЦ автозавода имени Лихачева работают уже более 20 лет, в то время как металлические выходят из строя через 2–3 года. На Шахтинской ГРЭС имени Артема в 1959 году сильно изнашиваемые участки пылепроводов мельничной установки (входные и выходные колена трубопроводов) были обмазаны базальтовой замазкой. Хотя толщина слоя не превышала 15–20 мм, срок службы этих участков увеличился в три-четыре раза. На Ясиновском коксохимическом заводе базальтовое литье было установлено на коксовых рампах. Это позволило сэкономить 500 тонн металла и резко улучшить сход кокса с рампы.
Таких примеров можно привести множество.
Нам хотелось бы обратить внимание заводских рационализаторов и изобретателей на большие возможности, скрытые в литом камне. Во-первых, в ближайшее время вступят в строй еще несколько мощных заводов каменного литья. Новаторы самых различных отраслей промышленности не должны дожидаться, пока эти заводы пришлют им каталоги своих изделий, предложат готовый ассортимент каменных деталей. Наоборот, пусть новаторы энергично предъявят свои требования к петрургии, скажут, что и где можно заменить на камень.
Вот цифры, иллюстрирующие выгодность применения каменного литья: одна тонна камня может заменить от трех до восьми тонн металла! Экономия от этой тонны составит около 500 рублей.
Сами каменные детали нужно совершенствовать. Следует подумать над способами их склейки, сварки, создать конструкции надежных стыков, узлов соединения, позволяющие делать сложные каменные конструкции, целые каменные машины. Вероятно, будет перспективным армирование камня другими материалами, вспенивание его для получения пористых теплоизоляционных материалов, закалка каменных изделий для придания им большой прочности.
ВОСЕМЬ ТОНН МЕТАЛЛА ИЛИ ОДНА ТОННА КАМНЯ
Тридцатилетний опыт применения продукции Московского камнелитейного завода ясно доказал, что камень намного лучше стали сопротивляется истиранию и действию кислот и влаги. Каменное литье не ржавеет, не нуждается в антикоррозийных покрытиях, не боится никаких атмосферных воздействий.
И все же очень слабо внимание к плавленому камню со стороны изобретателей-машиностроителей. Если не считать отдельных «неподвижных» деталей в гидроциклонах, втулок, насадок, камень не нашел широкой дороги к машиностроению. В этом, по всей вероятности, сказывается некоторая «боязнь», неверие в его возможности. А зря! Каменное литье может работать и в машиностроении и в приборостроении, в сельском хозяйстве, металлургии. Необходимо только внимательно, вдумчиво подойти к замене металла камнем.
Мы хотим раскрыть перед новаторами всю богатую гамму возможностей изделий из базальта и диабаза.
Итак: химия и металлургия. Здесь изделия из плавленого камня незаменимы, например для футеровки химической аппаратуры, работающей в агрессивной среде; для защиты бункеров и желобов в коксохимии; для облицовки угольных эстакад и углемоек, загрузочных воронок, сепараторов для кокса, флотационных машин, циклонов и тому подобных устройств.
Трубопроводы. Всюду, где существует пневматическая или гидравлическая подача сыпучих материалов – колчедана, песка, шлака, – камень может служить в 20 раз дольше легированной стали. Увеличение срока службы трубопроводов и водостоков очень важно еще и потому, что их ремонт весьма затруднителен и связан с большими земляными работами.
Для улучшения культуры производства каменными плитками можно покрывать полы в литейных цехах, котельных и там, где работают с кислотами и щелочами.
Сельское хозяйство. Из литого камня выгодно прокладывать водопроводы, делать камнелитые кормушки, более долговечные и гигиеничные, чем из какого-либо другого материала. Им следует футеровать трубы пневмотранспорта для зерна и различные стоки.
Большие перспективы у каменного литья как электроизоляционного материала. Базальт уже используется для облицовки аккумуляторных батарей, электролизных ванн, для изготовления изоляторов-подставок.
В заключение можно добавить, что базальтовый порошок – лучший материал для припыливания форм и стержней в сталелитейных цехах.
Если использовать для литья металлургические шлаки, появляется заманчивая возможность производить отливки непосредственно из жидкого шлака. Рядом с разливкой стали может происходить разливка камня, каменное литье.
Короче говоря, существующие области применения каменного литья и его возможности настолько многообразны, что быстрейшее внедрение его в производство принесет большую выгоду, позволит сэкономить сотни тысяч тонн металла. Мы просим Технический совет Мосгорсовнархоза включить в повестку одного из ближайших своих заседаний вопрос о применении камня вместо металла везде, где это возможно.
Из книги А. Чуйко «Искусственные камни», 1962 (С. 75–80).
Чего только нет в земной коре? Там есть руды черных и цветных металлов, каменная соль, барит, боксит, янтарь, апатиты, нефть и различные нерудные ископаемые.
Не менее важны для нас, главным образом для строительства, различные нерудные ископаемые: гранит, известняк, мрамор, диабаз, базальт и многие, многие другие.
Базальт – наиболее тяжелая из изверженных пород. Его объемный вес доходит до 3 300 кг/м3, а прочность – до 5 тыс. кг/см2. Базальт очень тверд и поэтому трудно обрабатывается. Недостатком базальта является также и то, что он сравнительно хрупок и в месторождениях часто бывает разделен трещинами на отдельные пласты. Хотя это и облегчает его разработку, но зато затрудняет получение изделий требуемой величины и правильной формы. Поэтому применяют базальт лишь как дорожный материал, в качестве щебня для бетона и как материал для мощения откосов.
Тысячелетиями почти неизменными стоят каменные утесы из застывшей базальтовой лавы. Большая долговечность, а также твердость и вязкость – все это заставило специалистов искать более удобный способ использования диабазов и базальтов.
А нельзя ли базальт расплавить, а из расплава отливать изделия такой формы, какая потребуется?
Случайные опыты плавления камней производили еще алхимики XVII–XVIII веков, искавшие чудесный камень жизни. Первые же исследования плавления горных пород начали производиться с конца XVIII века, в связи с возникновением спора между учеными о происхождении Земли. Джемс Холл, сторонник гипотезы образования земной коры из застывшего жидкого расплава, в 1801 г. расплавивший кусок базальта, писал: «Камень – застывшая лава, значит камень огнем можно разварить в лаву; но если тысячелетия назад лава, остывая, расползалась и твердела в случайных, самотечных руслах, то человек, остужая каменный развар, сообразно своей воле, может придать камню нужные, полезные формы».
Опыты Холла повторил Уатт.
Но ученые того времени мало заботились о практическом применении полученных результатов. Однако предприимчивый англичанин Адкок все же в 1851 г. взял патент на изготовление труб и различных изделий из расплавленного и отлитого в формы базальта.
Значительно позднее опыты с плавлением камней производил француз Рибо. На основании этих работ во Франции в 1911 г. были построены заводы каменного литья. Так возникла новая отрасль промышленности – петрургия, изготовляющая изделия из плавленых камней.
В нашей стране над проблемой каменного литья много работали профессора А.С. Гинзбург в Ленинграде (в Институте прикладной минералогии над онежским диабазом), Н.К. Флоренский в Москве (в Электротехническом институте над закавказским базальтом), инженеры Оленин и Борухин на заводе «Изолятор», инженер Вагноровский в Ереване и др.
Каменнолитейное производство очень похоже на сталеварочное. Вот автоматически открывается массивная дверца – и своеобразная мульда, наполненная необычной шихтой, из серо-черного камня послушно опрокидывается в огнедышащую пасть печи. Печь загружают непрерывно через каждые 6 мин. Причем раздробленные на небольшие куски камни помещают не в середину печи, как на металлургических заводах, а на специально устроенные полки из огнеупорного кирпича. Так делается потому, что камень плохо проводит тепло, и если его забросить в печь, как металл, кучей, то в нижних слоях он плохо разогреется и не расплавится.
На полках камни под воздействием высокой температуры в 1 400–1 450° плавятся. Проходит некоторое время, и из печи жидкая слепящая каменная лава тонкой струей уже стекает в ванну. Там она «проваривается». На ее поверхности непрерывно появляются и лопаются пузырьки выделяющихся газов. Расплавленный камень бурлит и клокочет. Но вот он постепенно успокаивается и образует в нижней части печи гладкое, блестящее зеркало.
Из печи расплав по специальному каналу передается в разливочный барабан, называемый копильником, откуда масса разливается в земляные формы, состоящие из кварцевого песка и 20 % огнеупорной глины. Формы обычно подогревают до 400–450°.
После остывания камень снова превращается в твердое вещество, при этом в его строении происходят существенные изменения. Если до плавки в шлифе естественного диабаза можно было видеть множество причудливых кристаллов (магнетитов, авгитов, плагиоклазов, пироксенов), застывших в разнообразных узорах, определяющих прочность камня, то в камне после его переплавки эти минералы уже не обнаруживаются. Он превращается в однообразную аморфную массу.
Решив одну задачу, специалисты начали работать над другой, как сохранить при литье не только все ценные качества камня, но и усилить их. Из печи каменный развар заливают в формы и вводят в карусельную печь. Чтобы литье имело кристаллическое строение, расплав выдерживают при температуре 1050–950° в течение 10–30 мин. Такое постепенное охлаждение расплава возвращает камню его кристаллическую природу. Правда, в шлифе не видно теперь ни плагиоклазов, ни авгитов, но зато там есть новые кристаллы, которых нет в природе, представляющие собой пучок переплетающихся тончайших игл.
Оберегая вторично рожденный камень от резких температурных колебаний, его вновь вводят в тоннельную печь, имеющую в начале печи 800° и в конце – 100°. В печи камень медленно охлаждают. И вот через 15–20 часов из тоннельной печи получают готовые остывшие изделия, изготовленные из каменного расплава.
Плавленый диабаз в 3–4 раза прочнее естественного. При испытании на сжатие его прочность доходит до 8 тыс. кг/см2, больше, чем у чугуна!
Чем же все-таки, кроме прочности, замечателен плавленый диабаз? Какие качества выдвигают его в первую шеренгу новых материалов? Почему в нашей стране придается такое большое значение камнелитейной промышленности?
Известно, что для получения любого металла приходится перерабатывать значительно больше руды, чем выходит из нее металла. Так, например, для получения тонны свинца требуется переработать 16 т руды, меди 50 т, чугуна 2 т. Кроме этого, выплавка металла сложный процесс.
Процесс отливки изделий из плавленого камня значительно проще доменного. К тому же каменное литье совершенно не имеет отходов. Все сырье, загруженное в печь, полностью используется в виде готового расплава. Сырье, необходимое для его производства, – диабаз и базальт, имеется в неисчерпаемых количествах.
Диабазы и базальты кислото- и щелочностойки. Даже в кипящих кислотах, которые в течение нескольких часов, а иногда даже минут разрушают любые металлы, каменное литье может находиться без изменений весьма долгое время. А это значит, что сотни изделий химической промышленности могут быть отлиты из каменных пород. Следовательно, это даст большую экономию средств нашему народному хозяйству.
Изделия из каменного литья становятся солидным конкурентом многих самых зарекомендованных и испытанных электроизоляционных материалов, тем более, что любой пробитый электротоком диабазовый изолятор, не в пример фарфоровому, может быть легко запаян тем же плавленым камнем и опять работать, как новый.
Каменное литье термически стойко. Если пластинку толщиной 6 мм нагреть и сразу же погрузить в холодную воду, она не даст трещин.
Износу и истиранию каменное литье сопротивляется лучше любых твердых металлических сплавов. Так, например, шары и облицовка мельниц, изготовленные из каменного литья, работают без износа в течение многих лет в условиях, в которых стальные детали разрушились бы через несколько лет.
Литой базальт употребляется и для изготовления желобов гидрозолоудалителей на тепловых электростанциях. Здесь они служат во много раз дольше, чем желоба металлические.
Сопла для пескоструйных аппаратов, выполненные из каменного литья, также работают гораздо дольше, чем металлические.
Фильеры (плитки для протягивания проволоки) из каменного литья успешно заменяют алмазные.
Электротехникам нужны диабазовые и базальтовые изоляторы для воздушных линий, а железнодорожникам – для третьего рельса метрополитена (рельса, заменяющего подвеску для проводов).
Из каменного литья изготовляются также плитки, применяемые для футеровки аппаратуры и цилиндрических аппаратов, прямоугольный и клиновый кирпич, желоба для каналов, отдельные фасованные детали, а также решетки для укладки насадочных колец в аппаратах, футляры для установки измерительных приборов, трубы и многое другое.
Каменное литье имеет непосредственное отношение и к сельскому хозяйству. Ведь производство таких удобрений, как, например, суперфосфат, происходит в очень агрессивной среде. И химики часто оказывались в большом затруднении, так как металлические лопасти мешалок суперфосфатных агрегатов недолго выдерживают влияние этой среды, а изготовленные из каменного литья оказались чуть ли не в 20 раз прочнее.
Коэффициенты линейного расширения каменного литья и железа близки. Поэтому, заливая каменным расплавом каркас из стальных прутьев или проволоки, получают новый материал – сталекамень, обладающий повышенными упругими свойствами и значительно большей прочностью, чем железобетон.
Сталекамень пригоден для ответственных строительных конструкций, испытывающих динамическую нагрузку, например для железнодорожных мостов, колонн, ступеней и т.д.
Строители требуют изготовления диабазовой облицовки для тоннелей метрополитена, делают заявку на пустотелые несущие конструкции, фундаментные подушки, водопроводные и паропроводные трубы и вообще на изделия, которые с успехом смогли бы заменить чугунные и железные там, где последние подвергаются быстрой коррозии.
Многолетняя практика эксплуатации каменного литья показала, что срок службы оборудования, защищенного литыми изделиями, увеличивается в 4–15 раз. Хвостопровод одной обогатительной фабрики, например до облицовки его каменнолитьевыми плитами, ремонтировался каждые 1,5–2 месяца. После облицовки он работает без ремонта вот уже два года.
Продолжительность работы гидроциклонов, футерованных каменным литьем, в 6 раз большая, чем чугунных.
Всасывающий стальной патрубок пескового насоса с толщиной стенки 8 мм выходит из строя через 30–35 суток работы. Защищенный же каменным литьем патрубок за такой же срок работы имеет износ не более 1 мм.
На Кузнецком металлургическом комбинате коксовые бункера, выложенные плитками, работают без ремонта по 8–10 лет.
На шахте комбината «Кузбассуголь» колена трубопроводов, футерованные плавленым базальтом, обеспечивают пропуск 30–50 тыс. м3 закладочного материала вместо 2,5–6 тыс. м3 без применения футеровки базальтом.
На одном из чехословацких заводов пневматический трубопровод, облицованный вкладышами из литого базальта и транспортирующий кокс, имеющий температуру 80°, находится в непрерывной эксплуатации вот уже 10 лет. Без применения же базальта этот же трубопровод, будучи выполненным из чугуна или стали, прослужил бы всего несколько месяцев.
Срок службы травильных баков, футерованных толстыми свинцовыми пластинами, при воздействии 20-процентной серной кислоты, нагретой до 60°, обычно не превышал 6 месяцев, После замены свинцовых пластин каменными плитами, поставленными на кислотоупорном порошке, срок службы травильных баков увеличился до 5–7 лет. Днища флотационных машин, отлитые из каменного литья, имеют срок службы в 6 раз больший, чем чугунные.
Кроме увеличения срока службы различного оборудования, каждая тонна каменного литья, примененного в том или ином механизме или оборудовании, дает экономию от 400 до 700 руб. и до 4 т металла: чугуна, марганцовистой или легированной стали, свинца, меди и других цветных металлов. Поэтому ввод в эксплуатацию к концу семилетки каменнолитейных заводов общей мощностью всего лишь 100 тыс. т литья в год сэкономит народному хозяйству 55 млн. руб. и до 200 тыс. т металла.
.
Отсканированные страницы со статьей «Заменитель металла» из книги А. Чуйко «Искусственные камни» можно скачать по ссылке: https://yadi.sk/d/qmFcM5mo3adkUK
Из журнала «Природа», 1968, № 6 (С. 80–82).
КАМЕНЬ ВМЕСТО МЕТАЛЛА
Г.М. Давыдов
Кандидат экономических наук
Киев
За последние три десятилетия в нашей стране развилась новая наука петрургия, стоящая на грани многих естественных наук и тесно связанная с народным хозяйством. Она охватывает широкий комплекс вопросов, которые, с одной стороны, связаны с минералогией, петрографией, физико-химией природного сырья, а с другой, – с различными свойствами литых изделий, получаемых из этого сырья. Однако темпы развития петрургии еще не всегда отвечают требованиям современного производства и здесь перед учеными открывается широкое поле деятельности.
Что же это за наука и чем она занимается?
Обратимся сначала к истории. Более 100 лет назад в одном русском журнале1 было опубликовано сообщение о производстве изделий из базальта, горной магматической породы, продукта извержения вулканов. В статье подчеркивалось, что «базальту суждены, кажется, многочисленные промышленные применения. Из этой породы теперь уже приготовляются трубы, цилиндры, кирпичи, черепицы, вазы, бутыли для химических заводов, консоли и многие другие изделия».
.
1 См. «Горный журнал», Изделия из базальта, ч. III, кн. VII, 1854.
Действительно, заменить дефицитный металл, получать путем его переплавки изделия, которые не уступали бы металлу по качеству – такая идея выглядела весьма заманчиво. Первые опыты плавки базальта, производившиеся во Франции изобретателем Адкоком, не дали положительных результатов. Изделия оказались похожими на непрозрачное стекло, и главное, были хрупки. В этом, видимо, и заключалась основная причина, по которой в то время плавка камня не получила применения на практике.
Более чем через полстолетия – в 1909 г. – там же, во Франции, Франсуа Риббе установил, что если поместить каменный расплав в печь с температурой 900° и затем медленно охлаждать, начинается процесс кристаллизации и «стекло» сначала превращается в «фарфор», а затем и в камень. Последующие опыты показали, что плавленые камни по своим физико-химическим и техническим свойствам значительно превосходят свою первооснову. Такое интересное открытие поставило вопрос о промышленном применении плавленого базальта.
В начале 20-х годов во Франции была создана компания по производству изделий из каменного литья «Компани женераль дю базальт». В 1921 г. в предместье Парижа, в местечке Витри, впервые вошел в строй небольшой камнелитейный завод производительностью в 3 тыс. т литья в год. Завод производил глазным образом кислотостойкие изделия и изоляторы. Через несколько лет (в 1924 г.) был построен второй завод в г. Пьюи.
Технология производства и технический опыт этих предприятий быстро переносится в Германию, где в эти же годы создается «Акционерное общество Базальт». В г. Линце на Рейне был построен завод каменного литья производительностью 7–8 тыс. т в год. В отличие от французских предприятий здесь производились различные изделия из плавленых базальтов, обладающие высокой сопротивляемостью к истиранию, в основном для замены металлических деталей в устройствах, транспортирующих абразивные материалы. Этим и было по существу заложено начало развитию камнелитейного производства.
Сообщение акад. Ф.Ю. Левинсон-Лессинга, посетившего в 1925 г. камнелитейный завод в Витри, натолкнуло на мысль освоить технологию производства каменного литья в нашей стране. Пионерами в этом деле были ленинградский профессор А.С. Гинзберг, под руководством которого производились в Институте прикладной минералогии лабораторные опыты по получению изделий из плавленого онежского диабаза (изверженной горной породы таких же примерно свойств, как и базальты) и московский профессор П.А. Флоренский, проводивший опытные плавки закавказского базальта на заводе «Изолятор». Так, в скромных лабораториях советских ученых в 1926–1927 гг. начались исследования свойств каменного литья. Это были основы новой науки – петрургии (от греческого «петрос» – камень).
Учитывая зарубежный опыт и результаты собственных исследований и экспериментов, ученые настаивали на необходимости создания камнелитейного производства. Однако промышленность в то время не могла еще освоить производства каменного литья и оно на некоторое время неоправданно было забыто.
В 30-х гг., когда в нашей стране развернулись грандиозные стройки, особенно остро ощущался недостаток металла. Вот тут и начались поиски достойных его заменителей. Мысль ученых и инженеров вновь обратилась к камню, к самому распространенному материалу нашей планеты. Воскресла техническая идея – превратить камень в расплав – огненно-жидкую лаву с тем, чтобы она застывала, кристаллизовалась, принимала необходимые формы – т.е. управлять этим сложным технологическим процессом.
Наряду с зачинателями этого нужного и такого важного дела – Ф.Ю. Левинсон-Лессингом, А.Е. Ферсманом, А.С. Гинзбергом и П.А. Флоренским появилась новая плеяда ученых и практиков – энтузиастов каменного литья.
Большую работу по пропаганде проблем петрургии провел В.В. Обручев. В 30-х гг. он выступает с оригинальными статьями в периодических научных и научно-популярных изданиях и газетах, опираясь на научные исследования, показывает огромное народнохозяйственное значение применения каменного литья во многих отраслях производства, поднимает эти вопросы до уровня государственных задач. Большой заслугой В.В. Обручева как ученого было и составление им широкой по тем временам библиографии по вопросам петрургии. Первая научная информация способствовала развитию научных исследований и экспериментов в этой области.
С тех пор прошло много лет. Теперь ни для кого не секрет, какое большое дело было задумано нашими учеными. Ведь достаточно побывать на любом из химических заводов или горнообогатительных комбинатов, чтобы убедиться, насколько быстро порой изнашивается металлическое оборудование и аппаратура. Можно напомнить, что потеря металла от коррозии и в результате износа ежегодно составляют 4–5 млн. т. А ведь значительную часть чугуна, стали, а также цветных металлов можно сохранить для других, более важных целей.
Каменное литье – надежная защита от разрушающего воздействия на оборудование различных агрессивных сред – соляной, серной и азотной кислот, едких солей и щелочей. Это мощное средство защиты от механического истирания деталей. Нельзя забывать и о долговечности изделий из каменного литья в производственной эксплуатации. Например, срок службы металлических трубопроводов на обогатительных предприятиях не превышает 6 месяцев, такие же трубы из каменного литья действуют 10 лет.
Широкое применение каменного литья в народном хозяйстве в условиях новой экономической реформы сулит огромные выгоды: сбережение только 1 % металла дает дополнительно народному хозяйству примерно 700 тыс. т металла в год. Если же учесть темпы развития народного хозяйства в ближайшие годы, а следовательно и потребность в металлах, то размеры такой экономии резко возрастут. Изделия из каменного литья – не только заменители металлов, это и новые материалы, значительно превосходящие естественный камень, металлы, специальные сплавы, стекло, фарфор и дерево по кислотоупорности, щелоче- и морозоустойчивости, стойкости против истирания и коррозии, диэлектричности, механической прочности и т.д., а следовательно по долговечности и, что особенно важно, по экономичности.
Срок эксплуатации металлического оборудования, защищенного каменным литьем, как показывает многолетняя практика, увеличивается в 3–15 раз, в зависимости от различных условий. На каждой тонне каменного литья экономится от 3 до 7 т металлов или от 300 до 700 руб. Сырьевая база каменного литья в нашей стране велика. Месторождения изверженных кристаллических пород распространены во многих местах: базальты на Украине, в Армении, Грузии, на Дальнем Востоке; диабазы и габбродиабазы в Карельской АССР, Ленинградской, Мурманской, Оренбургской, Пермской областях, на острове Сахалин; траппы – в Восточной Сибири; и др. Все они могут разрабатываться открытым способом, что значительно удешевляет добычу.
Успешное решение проблемы каменного литья способствует вовлечению в хозяйственный оборот новых выгодных сырьевых баз, созданию на их основе новых отраслей общественного производства, ускоряющих научно-технический прогресс страны. Теперь исследования вопросов петрургии из некогда начинавшихся отдельных экспериментов в скромной лаборатории Ленинградского института прикладной минералогии вышло на широкие просторы нашей Родины. На географической карте СССР можно обозначить уже десятки пунктов, где сосредоточены исследования: Москва, Ленинград, Киев, Львов, Харьков, Днепропетровск, Донецк, Кривой Рог, Коммунарск, Ростов-на-Дону, Свердловск, Челябинск, Иркутск, Петрозаводск, Мончегорск, Минск, Ереван, Каунас, Вильнюс и др. С каждым годом научный интерес к проблеме петрургии возрастает. Сейчас намечены основные направления дальнейших исследований1. Получило некоторое развитие и промышленное производство каменного литья. Предприятия производят десятки тысяч тонн продукции в год. Однако это лишь начало большого и нужного дела. В ближайшие годы необходимо расширить развитие этой новой отрасли производства, создав предприятия в тех районах страны, где уже сейчас определились для этого благоприятные природно-географические условия и технико-экономические предпосылки.
УДК 679; 8.06
.
1 В марте 1967 г. в Донецке состоялось третье Всесоюзное научно-техническое совещание, созванное Академией наук УССР.
