1. Каменное литье. Технология производства, свойства и область применения изделий
Каменные изделия (бруски, плиты, трубы, желоба и др.) получают путем расплавления предварительно подготовленной шихты из горных пород и соответствующих добавок к ним, отливки расплава в формы, кристаллизации изделия, отжига и охлаждения его.
В качестве сырья для изготовления, изделий каменного литья используют обычно горные породы магматического происхождения — диабазы и базальты. Эти породы по химическому составу достаточно постоянны и дают возможность получить изделия высокой плотности, стойкости в агрессивных средах и с повышенной сопротивляемостью истиранию. Изделия из диабазов и базальтов имеют темную окраску вследствие наличия в них темноокрашенных минералов. Для получения изделий каменного литья светлых тонов в качестве сырья используют кварцевый песок, доломит, мел и мрамор. Для снижения температуры плавления шихты и отбеливания состава расплава в шихту вводят плавиковый шпат и окись цинка.
Целесообразно применять отходы при разработке горных пород. Наиболее пригодны горные породы с содержанием SiO2 до 42…47%. При большем количестве SiO2 повышается вязкость расплава, снижаются литьевые качества и ухудшается кристаллизация. Плагиоклазы повышают кристаллизационную способность расплава, но повышают температуру плавления. Оливины и пироксены улучшают литьевые качества материала, но увеличивают хрупкость изделий и повышают температуру плавления.
Для понижения температуры плавления в шихту вводятся флюсующие вещества (плавиковый шпат 3%); для ускорения процессов кристаллизации при охлаждении расплава — тугоплавкие материалы: магнезит, хромит и хромитную руду, действующие как центры кристаллизации (затравки); для отбеливания расплава вводят оксид цинка в количестве 0.8%. Перед загрузкой в печь сырьевые материалы измельчают, просеивают и дозируют в необходимом соотношении. [3]
Для плавки шихты применяют шахтные, ванные, вращающиеся и электрические печи. Расплав получается при температуре 1400…1500 °С. При непрерывной отливке изделий расплавленный материал поступает в копильники, в которых создается запас однородной массы с температурой 1180…1250°С. Охлаждение расплава перед разливкой в формы необходимо для образования надлежащей структуры изделий и снижения усадочных дефектов (трещин, раковин). Далее расплав выливается в земляные, металлические или силикатные формы, подогретые до 600…700°С, и постепенно охлаждается.
Затем изделия подвергаются отжигу (медленному охлаждению) обычно в туннельных или камерных печах при температуре 800 … 900 °C. Отжиг способствует повышению деформативности, уничтожению температурных напряжений, связанных с охлаждением и кристаллизацией.
Постепенное понижение температуры благоприятствует выпадению кристаллической фазы из расплава. Введенные в сырьевую смесь минерализаторы способствуют ускорению процесса кристаллизации, путем регулирования температуры управляют степенью кристалличности камнелитных изделий. При охлаждении базальтовых расплавов при температуре 1250 °C начинается выделение мельчайших октаэдрических кристаллов магнетита, что приводит к осветлению прилегающих участков основной стекловидной массы. При 1200 °C выделяются отдельные, единичные кристаллики полевого шпата типа плагиоклаза. Около 1150 °C резко увеличивается число центров кристаллизации плагиоклаза и возникает тонкокристаллическая сетка мельчайших кристалликов плагиоклаза. При дальнейшей снижении температуры (1100°С) параллельно с продолжающимся выделением магнезита и плагиоклаза начинают выделяться кристаллы пироксена.
