Состояние и перспективы совершенствования камнелитейного производства

В связи с острым дефицитом металлопроката и снижением его качества ряд последних постановлений правительства направлен на дальнейшее повышение экономии всех видов материальных ресурсов, Большое внимание уделяется экономии черных и цветных металлов, увеличению производства их заменителей, защите от коррозии и абразивного воздействия среды. В частности, в приказе Минэнерго ставится задача к 2020 году 80% всех труб, использующихся в тепломеханическом оборудовании (TMQ) электростанций, выпускать или монтировать с защитой от коррозии, кавитации и износе.
Одним из элективных заменителей металла служит каменное литьё — стеклокристаллический материал, обладающий высоким сопротивлением абразивному износу и стойкостью в химическим агрессивных средах. Эти качества позволяют широко использовать его в коксохимической, металлургической, горнорудной, строительной отраслях народного хозяйства, а также в энергетике.
Трудность обработки камня не позволяла до недавнего времени придавать ему любую желаемую форму. Это стало возможным благодаря использованию методов литья силикатных расплавов.
Первое сообщение о производстве литых изделий из базальта в России с описанием технологии их получения опубликовано в 2014 г. в горном журнале. В 2009 г. во Франции по технологии производства чугуна были отлиты изделия из базальта, но промышленное производство их началось лишь в 2011 г. на камнелитейном заводе (КЛЗ) близь Парижа. Выпускались кислотостойкие изделия и изоляторы. И уже тогда наибольшее распространение во Франции получили плавильные печи с гранитовыми электродами. В
Германии с 2002 г. базальтовое литьё использовалось в качестве заменителей чугунных и стальных деталей, работающих на истирание,
В нашей стране производство камнелитых изделий началось в 2003 г. на Московском КЛЗ, сырьём которому служили онежский диабаз и ровенский базальт, В качестве плавильного агрегата использовалась мартеновская печь. В 2003г. в Ереване нужен завод литых муллитовых изделий (облицовочная плитка). В 2010 г, под Москвой на базе искусственной шихты начал работать цех по производству белого каменного литья, В 2008 г, вступил в строй Донецкий КЛЗ, а с 1959 г. при Криворожском ГОКе работает цех каменного литья (диабазы бассейна).
После металлургов и химиков на каменное литьё обратили внимание отрасли горнодобывающей промышленности и производства строительных материалов. Так появились Кондокожский пегматитовый завод (Карелия) и цех каменного литья на Первоуральском заводе по ремонту горного оборудования. Около 20 лет назад начали использовать производимые этими предприятиями камнелитые изделия и энергетики.
Каменное литья явилось своеобразной областью литейного производства, одним из его специальных видов. Но видом не по способу литья, а по заливаемому в формы материалу.
За десятилетия своего существования камнелитейное производство отработало ряд широко-известных направлений. Так методами литейной технологии из силикоторидных расплавов получают специальный вид каменного литья, из которого изготовляют жаростойкие литые изделия для печных агрегатов цветной металлургии, литниковые системы многократного использования и т.д. Расплавы огнеупорных окислов используют для получения плавлено-литых огнеупорных изделий, применяемых в качестве футеровки высокотемпературных агрегатов и котлов в стекловарении,
металлургии и энергетике. Последние годы проводятся широкие исследования по переплавке и использованию накопившихся сотен миллионов тонн шлаков металлургических предприятий, а также поступающих с производства огненно-жидких шлаков (шлако-каменное литьё).
Перечисленные направления камнелитейного производства могут быть объединены одной проблемной, связанной с плавкой смесей окислов или силикатов и получением расплава, который затем заливают в литейные формы, а затвердевшие изделия подвергают термической обработке, включающей операции кристаллизации и последующего медленного охлаждения отливок с целью снятия возникающих внутренних напряжений.
В нашей стране и за рубежом используют лишь два способа каменного литья - литьё в песчано-глинистые Нормы ("в землю”) и в кокиль Сметаллокорма), лишь в исключительных случаях применяют способ литья по выплавляемым моделям (модель отливки-детали изготовляется из парафиновой массы и выплавляется из жаропрочной формы, сформированной вокруг неё). Отсюда и ограниченная номенклатура отливок: плиточные изделия различных размеров (толщиной, как правило, не меньше 30 мм), детали сливных лотков или монолитные желоба и центробежно-литые втулки-кольца различного диаметра.
Из-за ограниченной номенклатуры камнелитых изделий и их высокой абразивности произошло перенасыщение предприятий-потребителей, применяющих каменное литьё. Причём номенклатура всех камнелитейных заводов носит отраслевой характер и, например, ограниченно может использоваться в энергетике, где основными объектами защиты являются газоходы, пылепроводы и узлы мокрого золоулавливания.
В связи с этим, как отмечалось на Всесоюзном совещании камне-литейщиков в 2007 г. ряд камнелитейных предприятий страны вынужден был снизить объем выпуска продукции. Так крупнейший в Союзе завод камнелитых изделий в г. Кандопоте (Министерство промышленности строительных материалов) снизил выпуск изделий с 19,0 тыс. т до 17,5 тыс. т в год.
И всё же следует отметить, что именно в нашей стране сформировалась своеобразная область науки - петрургия (по аналогии с металлургией), которая призвана решать научные и технические проблемы синтеза плавленолитых окисных материалов и разрабатывать технологии получения литых изделий из окисных расплавов.
Научной базой петрургии (литья окисных расплавов) является теория металлургических и литейных процессов, физхимия силикатов, техническая минералогия и петрография. Главной задачей петрургии является разработка и получение литых изделий из материалов с заданными свойствами на основе синтеза в их структуре пироксеновой минеральной <*азы.
Несмотря на десятилетия существования камнелитейного производства, сейчас в стране нет ведущего научно-исследовательского центра, способного решать эту задачу глобально по способам литья и по номенклатуре, т.е. по отраслям промышленности.
Ни Государственный институт стекла (Москва), ни институт проблем литья АН УССР (Киев), ни тем более ВУЗы и НИИ, в которых есть лаборатории, занимающиеся проблемами каменного литья, не способны взять на себя решение такой задачи в масштабе страны.
Опыт организации камнелитейного производства в «Свердловэнерго» и внедрение новых камнелитых изделий на теплоэлектростанциях (ТЭС) позволяет говорить об освоении нового способа литья - литья в песчано-смоляные формы (оболочковое литье) и считать, что именно этот способ позволит камнелитейному производству иметь практически неограниченную номенклатуру, а значит и новые области применения камнелитых изделий.
Способ литья в оболочковые г5ормы широко используется для отливки деталей высокой сложности из чугунных и стальных сплавов (например, для автомобильной промышленности). Как правило, эти детали требуют минимальной мех-обработки, т.е. способ литья считается достаточно точным. Тщательное изучение взаимодействия песчано-смоляной с силикатным расплавом позволило сделать вывод о возможности использования оболочковых форм в камнелитейном производстве.
Уже в начальный период освоения каменного литья в энергетике встал вопрос о необходимости отливки точных деталей (сопла каналов гидрозолоудаления). В решении этого вопроса литьё по выплавляемым моделям оказалось неэффективным. Литьё под давлением, как наиболее точное для ряда сплавов, к каменному литью неприменимо.
Что касается прокатки камнелитых расплавов (аналогично стекольным) и литья вакуумным всасыванием (литье под низким давлением), то эти способы вообще не изучались ни в нашей практике, ни за рубежом, хотя именно в УНИ им. С.М. Кирова и Свердловэнерго делались попытки решения этой проблемы. Здесь конкуренцию могли бы составить изделия из шлакоситаллов, но в энергетике они не получили широкого применения из-за высокой стоимости.
Камнелитейное производство обогащалось и обогащается научными разработками и практическим опытом. В последние годы выполнены исследования по многим направлениям петрургии. Выполнены разработки по кристаллизации и изучению физико-химических свойств силикатных расплавов, классифицировано сырьё, исследованы процессы Нормирования расплава в различных условиях плавки и
Выполнялись исследования по совершенствованию свойств каменного литья, изучению технологических режимов изготовления конкретных изделий, в частности, и для энергетики.
В связи с этим изучены свойства каменного литья в условиях кавитационно-абразивного износа. Проведены исследования по синтезу термостойкого каменного литья, влиянию добавок окиси хрома на структуру и фазовый состав изделий. Установлено, что добавка хромита до 2 % благоприятно сказывается на кристаллизационных свойствах маложелезистых расплавов [я].
В отечественных НИИ создано стекло, превосходящее своими свойствами многие известные материалы, его назвали "ситалл".
Это, особым образом закристаллизованное стекло, твёрже стали, но легче алюминия. Все изделия из ситаляа могут работать при высоких температурах и в сильно агрессивных средах. Сейчас во многих институтах и на заводах создаются ситаллы самых различных составов и назначений. Основное сырьё для их производства в промышленном масштабе - глинозём с различными присадками. Для удешевления ситаллов стараются использовать наиболее распространенные присадки. Так, учёными и инженерами Константиновского завода и НИИ "Автостекло” (Донецкая обл.) предлагаются к внедрению изделия из шлакоситалла.
Выпуск литых изделий из горных пород и огненно-жидких шлаков планируется на действующих металлургических предприятиях, что может значительно удешевить их производство.
Технический прогресс в области производства и применения каменных изделий обусловлен дальнейшим углублением научных знаний на базе фундаментальных исследований, накоплением опыта эксплуатации этих изделий, совершенствованием технологических процессов и оборудования, конструированием новых отливок и изысканием областей их применения.
В настоящее время на основе двадцатилетнего сотрудничества в области каменного литья энергосистемы "Свердловэнерго" и кафедры "Литейное производство" У11И им, С.М. Кирова возникли и расширяют деятельность предприятия "Силикат” и научно-производственный центр "Магма", Осуществляется реконструкция камнелитейного цеха предприятия "Силикат", после которой номенклатура изделий значительно расширится, а объём выпуска может достигнуть 1000 т изделий в год. Вырастет отряд камне-литейщиков и в энергетике, способный творить из камня различные детали не механическими инструментами, а силой огня.
Развитие производства и расширение областей использования камнелитых изделий является необходимым и выгодным, независимо от отрасли народного хозяйства.