Материалы и изделия из каменного литья и шлаковых расплавов

 Министерство  образования и  науки РФ

 Саратовский государственный  технический университет 
 

Контрольная работа по дисцеплине

Строительные  материалы 
 

«Материалы  и изделия из каменного  литья и шлаковых расплавов» 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                        Выполнил: 

                                                                        студент                                                                                                           

                                                      группы ПГС 33

                                                       Дегтярёв О.А. 

                                                      Принял:

                                                       Иващенко Ю.Г 
 

Саратов 2010 г. 
 

Содержание 

     Введение

    1 Общие сведения  

     2 Основные этапы  технологического  процесса      петрургического (камнелитейного) производства: 

    3 Примеры изделий 

   4 Заключение 

    Список используемой  литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                Введение 

    Характерной особенностью научно-технического процесса является увеличение объема общественного  производства. Бурное развитие производительных сил вызывает стремительное вовлечение в хозяйственный оборот все большего количества природных ресурсов. Степень  их рационального использования  остается, однако, в целом весьма низкой. Ежегодно человечество использует приблизительно 10 млрд. т. минеральных  и почти столько же органических сырьевых продуктов. Разработка большинства  важнейших полезных ископаемых в  мире идет быстрее, чем наращиваются их разведанные запасы. Около 70% затрат в промышленности приходится на сырье, материалы, топливо и энергию. В  то же время 10…99% исходного сырья  превращаются в отходы, сбрасываемые в атмосферу и водоемы, загрязняющие землю. В угольной промышленности, например, ежегодно образуется примерно 1,3 млрд. т. Вскрышных и шахтных пород  и около 80 млн. т. Отходов углеобогащения. Ежегодно выход шлаков черной металлургии  составляет около 80 млн. т., цветной 2,5, зол и шлаков ТЭС 60…70 млн. т., древесных  отходов около 40 млн. м³.

    Промышленные  отходы активно влияют на экологические  факторы, т.е. оказывают существенное влияние на живые организмы. В  первую очередь это относится  к составу атмосферного воздуха. В атмосферу поступают газообразные и твердые отходы в результате сгорания топлива и разнообразных  технологических процессов. Промышленные отходы активно воздействуют не только на атмосферу, но и на гидросферу, т.е. водную среду. Под влиянием промышленных отходов, сосредоточенных в отвалах, шлаконакопителях, хвостохранилищах и т.д., загрязняется поверхностный сток в районе размещения промышленных предприятий. Сброс промышленных отходов приводит, в конечном счете, к загрязнению вод Мирового океана, которое приводит к резкому снижению его биологической продуктивности и отрицательно влияет на климат планеты. Образование отходов в результате деятельности промышленных предприятий негативно сказывается на качестве почвы. В почве накапливаются избыточные количества губительно действующих на живые организмы соединений, в том числе канцерогенные вещества. В загрязненной «больной» почве идут процессы деградации, нарушается жизнедеятельность почвенных организмов.

    Рациональное  решение проблемы промышленных отходов  зависит от ряда факторов: вещественного  состава отходов, их агрегатного  состояния, количества, технологических  особенностей и т.д. Наиболее эффективным  решением проблемы промышленных отходов  является внедрение безотходной  технологии. Создание безотходных производств  осуществляется за счет принципиального  изменения технологических процессов, разработке систем с замкнутым циклом, обеспечивающих многократное использование  сырья. При комплексном использовании  сырьевых материалов промышленные отходы одних производств являются исходными  сырьевыми материалами других. Важность комплексного использования сырьевых материалов можно рассматривать  в нескольких аспектах. Во-первых, утилизация отходов позволяет решить задачи охраны окружающей среды, освободить ценные земельные угодья, занимаемые под  отвалы и шламохранилища, устранить вредные выбросы в окружающую среду. Во- вторых, отходы в значительной степени покрывают потребность ряда перерабатывающих отраслей в сырье. В-третьих, при комплексном использовании сырья снижаются удельные капитальные затраты на единицу продукции и уменьшается срок их окупаемости.

    Из  отраслей-потребителей промышленных отходов  наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в  сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10…30% снизить  затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством  их из природного сырья, экономия капитальных  вложений достигает 35..50%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 Общие сведения  

     Ситаллы и шлакоситаллы. Ситаллы – стеклокристаллические материалы, получаемые путем направленной частичной кристаллизации стекол. Структура ситаллов напоминает микробетон, где наполнителем являются кристаллы, а вяжущим – прослойки стекла. Доля стеклофазы в ситаллах обычно 20…40%. Кристаллическая фаза состоит из микрокристаллов размером около 1 мкм. Благодаря такому строению ситаллы сохраняют в себе многие положительные свойства стекла, в том числе и его технологичность, но лишены его недостатков: хрупкости, низкой термостойкости.

     Сырьё для производства ситаллов такое же, как и для стекла, но в расплав вводятся вещества-модификаторы, обеспечивающие направленную кристаллизацию.

     Для строительных целей весьма перспективны шлакоситаллы, получаемые на основе металлургических шлаков и модификаторов – СаF₂, TiO₂, и др. У шлакоситаллов очень высокая прочность (R_сж = 300...600 МПа; R_изг = 90...120 МПа), износостойкость и химическая стойкость. По долговечности шлакоситалл может конкурировать с природными каменными материалами (гранит, габбро и т. п.).

     Применение  шлакоситаллов перспективно для химической промышленности (трубы, плитки, детали насосов), в гидротехнике (для облицовки турбинных камер, водосливов), в дорожном строительстве и т. п.

     Из  горных пород и металлургических шлаков методом литья из расплавов  можно получить разнообразные строительные материалы с высокими эксплуатационными  свойствами. Исходным сырьем служат магматические (базальт, диабаз) и осадочные (доломит, известняк, песок) горные породы. Первые дают темноокрашенные изделия, а вторые – светлоокрашенные. Для получения каменного литья возможно использование металлургических шлаков; особенно эффективно их использование в огненно-жидком состоянии.

     Производство  литых каменных изделий начинают с подготовки и плавления (1400...1500°С) сырьевой шихты. Полученный расплав  выливают в формы и подвергают медленному охлаждению для прохождения  кристаллизации.

     Плотность каменного литья 2700...3000 кг/м³; пористость – не более 1...2%; поры замкнутые, что обеспечивает нулевое водопоглощение и высокую морозостойкость.

     Прочность, при сжатии составляет 200...250 МПа, при  изгибе – 30...50МПа, твердость 6...7 (по шкале  Мооса). Для каменного литья характерна очень высокая и универсальная химическая стойкость. Литые каменные изделия используют для облицовки конструкций, подвергающихся: многократному замораживанию-оттаиванию, интенсивному истиранию, воздействию химически агрессивных веществ и т.п. Поэтому основными видами литых каменных изделий являются облицовочные плитки, брусчатка для мощения дорог, мелющие тела и облицовка для мельниц, труб.

 

2 Основные этапы технологического процесса петрургического (камнелитейного) производства: 

     Подготовка исходной шихты необходимых  состава и кондиции в зависимости  от требуемых физико-механических  и химических свойств будущих  камнелитных изделий.

     Получение исходного расплава с температурой 1400-1600 С (либо использование готового шлакового расплава, от металлургического процесса).

    Экспресс-анализ химического состава исходного расплава.

     Подготовка расплава к разливке  – подшихтовка, гомогенизация, дегазация и другие операции в зависимости от исходного состава сырья.

     Предварительное изготовление модельной  и другой технологической оснастки.

    Подготовка (предварительно изготовленных) разливочных форм одноразового (открытые песчано-земляные) или многоразового (кокили) применения.

     Установка в формы (если необходимо  для конструкции изделия) арматуры, закладных деталей . Нагрев форм перед заливкой.

   Разливка расплава в формы.

    Кристаллизация и отжиг в термических печах при заданном температурно-временном режиме термообработке.

     Неразрушающий контроль качества отливок с отбраковкой (до 10%). Стабильность параметров годных изделий (в пределах требуемых характеристик) гарантируется при соблюдении указаний технологического регламента. 

     Извлечение отливок из форм; если  требуется, их завершающая обработка  (шлифование, нанесение рисунка и  другие заключительные операции).

    Приёмка, маркировка, упаковка, складирование  изделий. 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                        3 Примеры изделий

      В зависимости от состава исходной шихты, а также от режимов плавления и последующей термообработки, камнелитым материалам и изделиям из них можно придать целый комплекс высоких физико-механических, химических, радиационных и потребительских свойств. Эти свойства делают камнелитные конструкции и изделия весьма перспективными для применения во многих отраслях промышленности, транспорта, строительства, городского и сельского хозяйства.Например, камнелитые конструкции и изделия могут обладать повышенной термостойкостью до 6000 С (с более высоким содержанием CaO – до 22% и MgO – 17% и пониженным содержанием FeO+Fe2O3 – от 1% до 6%). Износостойкое каменное литьё имеет повышенное содержание FeO+Fe2O3 – от 12% до 18%.

    Каменному литью можно придать  различные цвета. Например, каменное  литьё из шлаков Никопольского  завода ферросплавов имеет светло-зелёный  цвет из-за повышенного содержания  MnO (до 20%).

    Каменное литьё белого цвета  имеет высокое содержание SiO2 (до 61%) и CaO (до 31%) и одновременно очень низкое содержание Al2O3 (0,1%-0,3%) и FeO (1%-2%) при полном отсутствии Fe2O3. Различные добавки в состав расплава могут придать изделиям из каменного литья широкую цветовую гамму. Такое свойство важно для отделочных, облицованных материалов и декоративных изделий.

    Комплекс приведённых высоких значений характеристик, которые можно придавать материалам из каменного литья, делает эту продукцию высоко эффективной для применения в конструкциях, сооружениях, элементах производственных и общественных зданий, где требуется высокая долговечность, стойкость к абразивному, химическому, термическому, биологическому, радиационному, атмосферному и другим агрессивным воздействиям эксплуатационной среды. Кроме того, они эффективны там, где требуются водонепроницаемость, морозостойкость, прочность, обеспечение хорошей теплоизоляции, художественно- декоративные и другие ценные для потребителя свойства материала и изделий из него, в зависимости от тех или иных конкретных условий эксплуатации.

   Применение камнелитых конструкций  и изделий увеличивает срок  службы объектов, работающих в  тяжёлых условиях, в 2-10 раз и  более. Каждая тонна изделий  из каменного литья сберегает  до двух тонн металла, до 750кг  огнеупорного кирпича, до 250 кг  цемента.

   Особенно необходимо подчеркнуть  способность камнелитого материала  противостоять воздействию длительного  и мощного радиоактивного облучения.

    Исследования, проведённые Институтами  России и Украины, показали  перспективность использования  каменного литья как радиационно-стойкого  материала при изготовлении контейнеров  для длительного хранения и  захоронения радиоактивных отходов и облицовке рабочих помещений и хранилищ на объектах ядерного цикла.

   Например, прочностные свойства  подвергнутых гамма облучению  образцов при дозе до величины 2.104 кГр сначала снижаются на 10-15%, а затем восстанавливаются до исходных значений. При этом существенных изменений в фазовом составе и структуре материалов не наблюдалось. Коэффициент массопереноса изотопов 137Сs у каменного литья в 358 раз меньше, чем у стали Ст20. Для изотопов 90Sr – меньше соответственно в 39 и 3,6 раза.