Исходные материалы и составы шихт для производства каменных отливок
Основой для изготовления каменных отливок служат расплавы, получаемые на базе изверженных горных пород, металлургических шлаков, а также синтетических шихт. Выбор сырья для производства отливок определяется прежде всего их назначением. Важным обстоятельством является близость используемого в качестве сырья материала к оптимальному химическому составу, обеспечивающему высокие эксплуатационные качества отливок, т.е, тех. задание на отливку должно включать все параметры среды, в которой будет работать отливка, а химсостав и структура отливки должны обеспечивать необходимую карреляцию износостойкости, химстойкости, термостойкости, жаропрочности и т.д. Необходимо учитывать также технологические качества шихтовых материалов и получаемых из них расплавов: стабильность химсостава по массе, невысокую температуру плавления, достаточную жидко-текучесть, хорошую кристаллизационную способность и т д.
В практике камнелитейных заводов чаще всего используют разновидности магматических пород: базальты, диабазы, андезито-базальты и пр. Они образовались при застывании магмы в земной коре и на её поверхности* В этих горных породах содержатся в основном окислы кремния.
В камнелитейном производстве обычно пользуются основными (базальтовая магма), средними (диоритовая магма) и кислыми (гранит) породами.
Из числа магматических пород лучшим сырьем для производства каменных отливок являются базальты. Они относятся к эффузивным горным породам (лава наиболее древних вулканов) - это плотные излившиеся породы, состоящие из темных минералов и стекла* Содержание в них значительного количества AlgOg, СаО и делают базальты менее вязкими, но более тугоплавкими. По своему минералогическому составу они представляют плагнокла (обычно лабрадор), авгит и оливин. Для производства различного фасонного литья необходимо иметь расплав с высокой жидко-текучестыо и кристаллизационной способностью, что и имеется у базальтовых и диабазовых пород,
К тому же они обеспечивают минимум стекловидной фазы, что улучшает свойства отливок, в частности, их износостойкость и термостойкость.
До недавнего времени основным методом выбора сырья для камнелитейного производства оставался ’’метод тыка". Наиболее ярко проявились недостатки этого метода в период станввления камнелитейного производства в Карелии. Ближайшее к Кондогржскому заводу Береговое месторождение габбродиабазов оказалось непригодным для получения ответственной продукции, в частности, камнелитых труб длиной 1 м,
С тех пор проводится глубокий анализ всех горных пород с сопоставлением их свойств и влияния их на свойства отливок.
И всё же ошибки продолжались. Так, цех каменного литья в Первоуральске треста "Уралруда" был привязан вначале к ремонтной отраслевой базе, а затем к местному железорудному карьеру по сырью,
К этому времени, из опыта камнелитейного производства было известно, что наиболее благоприятной горной породой является пироксенит и все камне-литейщики стали стремиться с помощью шихтовых добавок (присадок) добиваться пироксеновой структуры в расплавах. Так поступили и при организации участка каменного литья в Свердловэнерго (Первоуральск), хотя гораздо экономичнее и технологичнее было бы организовывать его в Качканаре (при Качканарской ТЭЦ) на базе сырья с Качканарского ГОКа (отличный пироксенит).
Правда, базальты, содержащие до 50 % Sl0z, для получения пироксеновой структуры отливок требуют небольшого количества корректирующих добавок. На базальтах Берестовецкого месторождения (Ревенохая обл.) сейчас работают камнелитейные цехи в Донецке и Кривом Роге. Первоуральским камнелитейным предприятиям "Уралруды" и Свердловэнерго приходится использовать горнблендитовые породы железорудного производства, что приводит к необходимости добавления большого количества корректирующих добавок, что, естественно, затрудняет получение необходимых свойств отливок* С завершением строительства своей железнодорожной ветки в 1991 году предприятия будут иметь возможность заводить пироксенитовый песок с Качканарского ГОКа, Это в значительной степени позволит решить проблему накопившихся отвалов.
Составы некоторых наиболее распространенных шихт, предназначенных для плавки в газопламенных и электродуговых печах, приведены в таблице J» I.
Для производства отливок используют также габбро-диабазы, пироксеновые кордиериты, андезиты и др., породы. Но принцип один: необходимо стремиться к пироксеновой структуре и химическому составу в расплаве, близкому к пироксену. Для сравнения в таблице № I приведены химсоставы горных пород, используемых в камнелитейном производстве.
Отливки из горнблендита склонны к трещинообразованию, поэтому добавляется кислая присадка (песок) для получения мономинеральной структуры, которая значительно уменьшает величину межфазных напряжений при термообработке отливок.
Чтобы сочетать высокую кислотостойкость и износостойкость, содержание окислов кремния, должно быть в интервале 48 4 53 %т Пироксеновый наиболее близок по оптимальному содержанию этих и других сплавов к требуемому составу каменного литья.
Таблица 1
Из приведенных составов (табл.1) на нашем предприятии используется состав 3, Уральский регион располагает большим количеством отходов обогащения железных руд, пригодных для петрургических целей. Использование отходов, прошедших дробление и сортировку, позволяет иметь низкую себестоимость исходного сырья (2,5-4,0 руб./т). В используемом нами горнблендите присутствуют кварцит, пироксен, магнетит и т.д., необходима корректировка состава добавками, чтобы суммарный состав пихты укладывался в структурную формулу пироксена (это цепочечные по структуре силикаты). Из минералов каменного литья пироксены обладают наибольшей скоростью кристаллизации, т.к. одинарные цепочки без особого труда укладываются параллельно друг другу в кристалл. Поэтому именно пироксены (с широким интервалом кристаллизации - 1100-600 °С) представляют в каменном литье основную кристаллическую фазу, определяющую и высокую механическую прочность отливки.
Горнблендит и пироксенит являются железистым алюмосиликатными системами. Расплавы, приготовленные на основе этих материалов с корректировкой, имеют и химический состав, приблизительно соответствующий кристаллохимический формуле сложного железистого пироксена авгитового ряда, который как основная минералогическая фаза закристаллизованных отливок определяет физико-химические свойства отливок.
Основным материалом, из которого почти полностью состоит горнблендит, является роговая обманка. Кроме нее присутствуют магнетит, алюмо-магнезиальная шпинель, полевой шпат. В качканарском пироксените крое основной пироксеновой фазы (80 %) есть примеси магнетита, кальцита, кварца и др.
Горнблендит поставляется с местного железорудного карьера в виде отсева ((фракция 0,5 4 15 мм). С целью введения расплава в поле кристаллизации пироксенов, т.е. для создания дополнительных
искусственных центров кристаллизации, к смеси горнблендита и кварцевого песка добавляют хромовую руду, Это улучшает структуру, но несколько снижает термостойкость (примерно, на 100°), а это один из основных эксплуатационных параметров отливок. Хромовая руда при этом заменяется шлаком хромового производства Челябинского ЭМК, в котором до 5 %, т.е., отходами.
Плавиковый шпат добавляют для уменьшения вязкости расплава. Сода ) также снижает вязкость и увеличивает кристаллическую способность расплава. Раньше для этих целей использовали известняк или доломит.
Другой разновидностью исходных материалов для каменного литья являются металлургические шлаки: доменные, медные, никелевые, ферромарганцевые, Использование огненно-жидких шлаков не требует затрат труда и энергии на вторичный переплав, однако, большинство разновидностей шлаков в натуральном виде по всвоему химическому составу не подходят для изготовления износостойких и кислотостойких изделий. Некоторые из шлаков применяются для получения литых строительных плит и блоков, поребриков, брусчатки для мостовых, пригрузов, литого щебня и т.д. Как одна из составляющих шихты, шлаки могут быть использованы для получения камнелитых изделий разнообразного назначения, в том числе и ситаллов.
Синтетические камнелитейные шихты могут формироваться на базе различных материалов (бой стекольной тары, кирпича и т.д.). В таблице I (п.4) приведена шихта, состоящая из природного сырья и отходов литейного цеха (отработанная Аормсзечная смесь). Эта шихта используется для изготовления термостойких отливок (в основном плиты) на ПЗРГО. Термостойкость достигается искусственным увеличением (созданием) пористости в отливках за счет содержания СаО.
Но при этом снижается механическая прочность и износостойкость изделий.
Другим примером использования синтетических шихт является белое каменное литье, которое получают из кварцевого песка, доломита, отходов мраморных карьеров и окиси цинка.
Таким образом, для каменного литья могут быть использованы различные широко распространенные природные материалы, но доводка их до пироксеновой структуры требует тщательного научно-технологического поиска. В ряде случаев производство каменного литья оказывается дешевым и экономически выгодным.