Каменное литье: материалы и свойства, технология производства

Каменное литье - уникальный строительный материал, сочетающий высокую прочность, стойкость к агрессивным средам и низкую стоимость по сравнению с металлическими аналогами. В этой статье мы подробно рассмотрим технологию производства каменного литья, его свойства и области применения.

История появления каменного литья

Первые упоминания о каменном литье относятся к началу XX века. Технологию начали разрабатывать во Франции, а в 1902 году лабораторные испытания стартовали в России под руководством Ф.Ю. Левинсона-Лессинга.

В 1940-х годах фундаментальные исследования искусственных каменных систем проводил академик Д.С. Белянкин. Им были изучены процессы кристаллизации шлаков, клинкеров, керамики, абразивов и других неметаллических материалов, что послужило толчком для развития камнелитейного производства.

Современные технологии получения каменного литья базируются на старых методиках с учетом последних достижений в области металлургии и материаловедения.

Сырье для производства каменного литья

В качестве сырья для получения расплава используются вулканические горные породы – диабазы, базальты, габбро-диабазы. Это магматические образования основного состава, обладающие оптимальными литейными и кристаллизационными характеристиками.

Также в шихту могут входить:

• метаморфические породы – амфиболиты, сланцы;
• осадочные отложения - глины, пески;
• некоторые виды шлаков и золы.

Для регулирования свойств расплава используют различные добавки. Например, для снижения вязкости и температуры плавления могут вводиться плавиковые шпаты и оксид цинка (до 3%). При этом избыток кварца ухудшает литейные качества, а избыток оливинов и пироксенов делает материал хрупким.

Технология производства каменного литья

Плавку каменного литья осуществляют в специальных высокотемпературных электродуговых или газовых печах при температуре около 1500°C. Процесс аналогичен выплавке металла.

Расплав разливают в песчаные или металлические формы, где он кристаллизуется при охлаждении. Для получения плотной мелкозернистой структуры отливки подвергают постепенному отжигу, медленно снижая температуру от 800 до 200°С.

Контроль качества сырья, плавки, разливки и охлаждения на всех этапах производства является обязательным.

В зависимости от химического состава и режимов охлаждения различают несколько видов каменного литья с разными физико-механическими характеристиками.

Физико-механические характеристики каменного литья представлены в таблице:

Области применения каменного литья

Благодаря высокой стойкости к агрессивным средам и истиранию, каменное литье широко используется в различных отраслях промышленности.

Химическая промышленность

В химической и нефтехимической отрасли каменным литьем футеруют реакторы, трубопроводы, емкости, насосы и другое оборудование, подверженное воздействию кислот, щелочей и органических растворителей. Это позволяет значительно продлить срок службы аппаратов и сократить вредные выбросы.

Металлургия

Плиткой каменного литья и специальными трубами футерованными каменным литьем защищают желоба, бункеры, газоходы, циклоны, скрубберы на металлургических предприятиях. Футеровка повышает коррозионную стойкость и снижает затраты на обслуживание оборудования в агрессивных средах.

Горнодобывающая промышленность

В горной отрасли широко применяются трубы и желоба из каменного литья для транспортировки руды, пульпы, шламов. Особо востребована футеровка гидроциклонов, флотомашин, классификаторов, дробильного оборудования. Срок службы таких аппаратов увеличивается в несколько раз.

Энергетика

На угольных электростанциях применяется каменное литье для изготовления желобов золоудаления, систем подачи угля, футеровки газоходов котлов. Каменные футеровки стойки к эрозии, перепадам температур и продуктам горения.

Прочие области применения

Каменное литье также находит применение в коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и других отраслях, где требуются конструкции, стойкие к истиранию, ударам, перепадам температур и воздействию агрессивных сред.

Экономический эффект от использования каменного литья

Главными преимуществами применения каменного литья являются:

• Значительное увеличение срока службы футерованного оборудования (в 3-8 раз)
• Снижение затрат на ремонт и техобслуживание
• Экономия металла при замене металлических деталей на каменные
• Уменьшение выбросов вредных веществ, экологичность

По данным производителей, экономия металла составляет около 4 тонн на каждую тонну использованного каменного литья.

Перспективы развития производства каменного литья

В настоящее время отмечается стабильный рост спроса на изделия из каменного литья. Это связано с расширением областей его применения и повышением требований промышленности к стойкости используемого оборудования.

Совершенствование технологий

Активно ведутся работы по улучшению технологий производства каменного литья с целью оптимизации составов и свойств материалов, повышения качества отливок, снижения себестоимости.

Расширение областей применения

Помимо традиционных сфер (химпром, металлургия, горное дело), все более широкое распространение находят разнообразные каменнолитые изделия в строительстве, коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве.

Новые научные исследования

Ведутся исследования по созданию принципиально новых каменнолитых композитов и гибридных материалов с улучшенными или специализированными свойствами. Разрабатываются оптимальные режимы модифицирования добавками.

Крупнейшие производители каменного литья в России

На данный момент в России функционирует несколько десятков заводов, специализирующихся на выпуске каменного литья. К числу крупнейших относятся:

• ООО "Химснаб" (Санкт-Петербург)
• ООО "Каменное литье" (Челябинск)
• ЗАО "Уралбазальт" (Екатеринбург)
• ООО "Каменное литье" (Первоуральск)
• ЗАО "Композит" (Братск)

Ассортимент продукции

Производители предлагают широкий ассортимент каменнолитых изделий: плитки, трубы, отводы, изоляторы, вкладыши, арматура, специальные футеровочные элементы, строительные блоки и т.д.

Цены на каменное литье

Стоимость изделий из каменного литья зависит от многих факторов:

• Вида материала (износостойкое, термостойкое)
• Типа изделия (плитка, труба, поручень и т.д.)
• Размеров и конфигурации
• Наличия дополнительной обработки поверхности
• Необходимости в армировании металлической сеткой или каркасом

В среднем стоимость 1 кв.м плитки каменного литья составляет 500-800 рублей. Линейный метр труб футерованных каменным литьем обойдется от 800 до 5000 рублей в зависимости от диаметра.

Каналы продаж каменного литья

Каменное литье реализуется напрямую с заводов-производителей, через специализированные оптовые компании, а также в розничных магазинах стройматериалов.

Особенности транспортировки и монтажа

При транспортировке и монтаже каменнолитых конструкций важно соблюдать осторожность, не допуская резких ударов и сколов. Крупные или хрупкие элементы упаковываются в деревянные ящики или обрешетки. Сборка на объекте должна выполняться специалистами в соответствии с чертежами.

Правила эксплуатации каменного литья

Для обеспечения максимального срока службы каменнолитого оборудования рекомендуется:

• Соблюдать температурный и химический режим работы согласно свойствам материала
• Избегать резких ударов и механических нагрузок, не предусмотренных проектом
• Регулярно очищать поверхность от отложений продуктов коррозии и накипи
• Периодически проверять состояние крепежа, при необходимости подтягивая болтовые соединения

При обнаружении сколов, трещин, признаков разрушения материала следует незамедлительно обратиться в сервисную службу.