Каменное литье и материалы на его основе

Краткий справочник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»

Каменное литье и материалы на его основе. 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.

Сырьем для их производства служат темноокрашенные магматические породы: диабаз, базальт и светлоокрашенные осадочные породы: доломит, мел и кварцевые пески. 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 хро-митную 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.

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 копильни-ки, 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 °С. 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 °С начинается выделение мельчайших октаэдрических кристаллов магнетита, что приводит к осветлению прилегающих участков основной стекловидной массы. При

1200 °С выделяются отдельные, единичные кристаллики полевого шпата типа плагиоклаза. Около 1150 °С 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.

Камнелитные изделия (трубы, плитки и др.) имеют однородную мелкокристаллическую структуру. Предел прочности при сжатии их 250 -400 МПа, они имеют высокую твердость, морозо- и кислотостойкость, что обусловлено их большой плотностью (2900 ... 3000 кг/м3) и малой пористостью не более 1.0 ... 1.5 %. Истираемость изделий из каменного диабаза, гранита составляет 0.7 г/см2, что в 2 ... 5 раз меньше, чем базальта. Изделия из каменного литья находят применение для футеровки бункеров, травильных ванн, плиток полов в цехах с агрессивными средами.