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

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.

Иногда в качестве сырья для литья и прессовки используются некоторые виды шлака, золы из промышленных отходов.

История

Природные вулканические капли базальта

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.

Петрургия

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°С до 200°С. Поэтому производство каменного литья является более энергоёмким процессом чем, например, производство стали.

Основные физико-механические свойства каменного литья приведены в таблице № 1, а данные по стойкости в агрессивных средах — в таблице 2.

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 200°С).

Физико-механические свойства каменного литья:

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, Мпа	100630	43700	120000	18000
Теплопроводность,Вт/(м-0С), при 200°С	1,52	1,07	51	0,83
Удельная теплоёмкость, кДж/ (кг-0С) при 200°С	0,77	0,67	0,46	0,79
Температурный коэффициент линейного расширения, ?-10	83,0	60,0	132	21
Коэффициент истираемости, кг/м²	1,0	1,4	--	--

Стойкость каменного литья в кислотах и щелочах:

Наименование кислоты	Износостойкое каменное литье	Термостойкое каменное литье
H2SO4(конц.)	97	92
HCl(конц.)	90	80
HCl(р-р 20 %)	94	не иссл.
CH3COOH(конц.)	97	не иссл.
HNO3(р-р 56 %)	95	не иссл.
H3PO4(р-р 85 %)	95	не иссл.
HF(р-р 45 %)	40	не иссл.
NaOH(р-р 20 %)	95	не иссл.
NaOH(р-р 20 %)	87	не иссл.
KON(р-р 20 %)	98	не иссл.
KON(р-р 40 %)	95	не иссл.
KON(р-р 50 %)	85	не иссл.

Основные свойства каменного литья

1. Высокая стойкость к абразивному износу. Так как каменное литьё имеет 7-ю — 8-ю группу твёрдости по шкале Мооса (т.е фактически уступает по этому показателю только алмазу и корунду) то его износостойкость значительно превышает все стали, включая марганцовистую, чугуны (в том числе ИЧХ), резины, пластмассы и все остальное.
2. Высокая химическая стойкость к большинству промышленно применяемых кислот и щелочей, за исключением плавиковой кислоты.
3. 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.
4. Низкая теплопроводность и низкий коэффициент линейного расширения. Придаёт определённые теплоизоляционные свойства.
5. 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.
6. 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 (а фактически по производственным данным эта цифра в 3-4 раза больше). Это выгодно отличает термостойкое каменное литьё от большинства огнеупорных материалов.

Обладая вышеперечисленными свойствами, каменное литьё нашло широкое применение в промышленности. А именно:

• 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.

Вид производства, характеристика породы	Срок службы металл. трубы	Срок службы футеров. трубы
Железные руды и их шламы	1-2,5 лет	не менее 10 лет
Кварцевые пески	до 2 лет	не менее 7 лет
Медно-цинковые соединения	до 2 лет	не менее 8 лет
Золы ТЭЦ	1-2 года	20-25 лет

Труба футерованная каменным литьём — металлическая труба в которую вставлены камнелитые патрубки длиной 1 метр. Стыки между патрубками замазываются специальной замазкой, наполнителем которой является кислотоупорный порошок — размол каменного литья.

• 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 не выдерживает и одного.

Литература

• Журнал «Базальтовые технологии».
• 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.
• Гинзберг А., Обручев В. В., Осипов М., Семёнов Ф. Первая электропечь для плавки диабаза должно положить начало мощной ленинградской петрургии // Техника. 1933. № 37 (184). 21 апр.
• Обручев В. В. Применение изделий из каменного литья // Минерал. сырьё. 1933. № 10. С. 67-68.
• Обручев В. В. Новый путь использования камня // Наука и техника. 1933. № 22.
• Обручев В. В. Каменное литьё // Вестник знания. 1934. № 5. С. 316—317.
• Пеликан А. Плавленые камни // Производство и использование в промышленности. М.: 1959.
• Липовский И. Е. Камнелитейное производство. М.: 1965.
• Липовский И. Е., Дорофеев В. А. Основы петрургии. М.: «Металлургия», 1972. 319 с.
• Новое в технологии каменного литья: Сб. науч. тр. М., 1981.
• Базальтовая вата: история и современность. Пермь: ИИЕТ РАН, 2003. 124 с.
• 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.

Ссылки

• [bse.sci-lib.com/article088802.html БСЭ. Статья «Петрургия»]