Футеровка каменным литьем

Публикация: 02.05.2023
Время чтения: 9 мин.
Просмотров: 909

Каменное литье производят путем плавления шихты из различных пород камня. Сырьем для отливок служат вулканические породы (диабаз, базальт) или другие нерудные материалы (кварцевый песок, доломит). Для футеровки агрессивных и высокотемпературных агрегатов используют горные породы.

Содержание

Производство и требования к каменному литью
Преимущества и особенности камнелитной футеровки
Свойства каменного литья
Области применения каменного литья
Производство труб, футерованных каменным литьем

Производство и требования к каменному литью

Изготовление плитки и фасонных изделий для футеровки из камня производят по похожему принципу с металлургическим литьем:

нагрев и плавление при 1400 °С - 1500 °С;
розлив в нагретые до 500 °С формы (в зависимости от технологии – в землю, кокиль или изложницы);
отжиг при температуре 1000 °С;
отпуск - медленное охлаждение до 24 часов.

В результате отливка получает плотное, однородное, кристаллическое строение, что определяет ее высокие механические характеристики. Каменная шихта из осадочных пород (доломита, известняка) и металлических шлаков дает отливки белого цвета. Вулканические породы (диабаз, базальт) придают изделиям темный цвет.

Производители каменного (базальтового) литья базируются в основном на местном сырье и выпускают продукцию по своим ТУ, проводят необходимые испытания и подтверждают характеристики сертификатом соответствия.

Преимущества и особенности камнелитой футеровки

Технология камнелитного производства позволяет изделиям из него превосходить природные качества каменного сырья. За счет отжига и отпуска пористость не превышает 1-3%, что обеспечивает водонепроницаемость и стойкость к низким температурам. Высокую механическую прочность дает плотность литья, достигающая 3000 кг/м.

Для решения задачи защиты агрегатов от агрессивного воздействия (футеровки) применяют два типа изделий. Износостойкие узлы лучше противостоят абразивному воздействию, хорошо сопротивляются агрессивным средам, но до +150 °С. Термостатическое литье сохраняет стойкость к химическому составу рабочей среды до +900 °С, однако менее устойчиво к механическому воздействию.

Чаще всего футеруют трубы, циклоны и отводы. В процессе вкладыш помещается в металлическую трубу, а пространство между трубой и вкладышем заполняется специальным раствором.

Правильный подбор каменной футеровки позволяет получить следующие выгоды:

использование камнелитных изделий для покрытия металлической обечайки или трубопровода позволяет увеличить срок эксплуатации оборудования в 10 раз. В критических высокотемпературных местах, где сталь служит меньше года, футеровка терпит до 7 лет. Так же долго служат футерованные трубы и фитинги (отводы, тройники, крестовины) диаметром 100-375 мм. Это в свою очередь приводит к эконосии листового металла и стальных труб;
в местах, где абразивный износ металла составляет 1 см, износостойкая облицовка теряет 1 мм;
кроме увеличения межремонтного цикла тепловых агрегатов, значительно сокращаются затраты на демонтаж, монтаж футеровки при ремонте и замене изношенного оборудования;
использование футеровки сокращает металлоемкость тепловых конструкций. На 1 тонне камня экономится до 8 тонн изделий из металла.

Экономический эффект от применения данного вида футеровки ощутимо улучшит финансовые показатели.

Свойства каменного литья

Сочетание химического состава, технологии изготовления, благодаря которой каменные отливки приобретают однородную кристаллическую структуру, а также плотность придают изделиям ряд уникальных свойств. Они не теряют свои качества со временем и после радиоактивного облучения при разрушении не образуют радиоактивной пыли.

Физические качества

Твердость базальтового литья занимает 3-е место по шкале Мооса (до 8 баллов) после корунда и алмаза. Плотность плит и других изделий из камня ниже, чем у конструкционных сталей, и использование их в качестве несущих элементов ограничено. Кроме того, они хрупкие и ударные нагрузки держат хуже металла.

Однако среди огнеупоров их физические преимущества неоспоримы.

Показатель	Каменное литье		Шамот-ный кирпич	Огнеупо-рный бетон
Показатель	Износо.	Термо.	Шамот-ный кирпич	Огнеупо-рный бетон
Объемная масса, кг/м3	2900-3000	2800-2900	2000	1990
Водопоглощение, %	0,13	0,7	11,0	10,1
Предел прочности при сжатии, МПа	250	200	23	44
Предел прочности при изгибе, МПа	30	20	5,6	3,6
Ударная вязкость, кДж/м2	1,25	1,06	-	1,2
Модуль упругости, Мпа	100630	43700	10000	18000
Коэффициент Пуассона	0,25	0,24	-	-
Термостойкость, °С	150	700	1047	1027
Теплопроводность, Вт/(м-С°), при 20°С	1,52	1,07	1,0	0,83
Удельная теплоемкость кДж/ (кг-С°) при 20°С	0,77	0,67	0,83	0,79
Температурный коэффициент линейного расширения, a-10^-7 °С-1, в интервале 20-600 °С	83	60	38	21
Износостойкость, г/см²	0,12	0,13	-	-

Таблица 1. Физические свойства огнеупоров

Пределы прочности и упругости почти в 10 раз лучше, чем у большинства материалов для футеровки тепловых агрегатов.

Химические

Низкое водопоглощение (табл. 1) придает стойкость к различным агрессивным средам. Камнелитная футеровка на 80-98% инертна к воздействию большинства кислот и щелочей.

Наименование кислоты	Стойкость различных материалов, в %
Наименование кислоты	Износостойкое каменное литье	Термостойкое каменное литье
H₂ SO₄(конц.)	97	92
H Cl (конц.)	90	80
H Cl (раствор 20 %)	94	не иссл.
CH₃COOH (конц.)	97	не иссл.
HNО₃ (р-р 56 %)	95	не иссл.
H₃PO₄ (р-р 85 %)	95	не иссл.
HF (р-р 45 %)	40	не иссл.
NaОН (р-р 20 %)	95	не иссл.
NaОН (р-р 40 %)	87	не иссл.
КОН (р-р 20 %)	98	не иссл.
КОН (р-р 40 %)	95	не иссл.
КОН (р-р 50 %)	85	не иссл.

Таблица 2. Воздействие агрессивных сред на камнелитную облицовку

Из таблицы видно, что только водный раствор концентрацией 45% фтороводорода HF (плавиковая кислота) способен в 2,5 раза уменьшить стойкость базальтового литья.

Электрические особенности

Химическая инертность и низкое водопоглощение не образуют в футеровке электролитов, поэтому каменное является хорошим диэлектриком: прочность на пробой 0,8-3,0 кВ/мм, удельное сопротивление 1,7-3,0 105 ·ОМ·м, диэлектрическая проницаемость при промышленной частоте 50 Гц 0,095-0,13.

Светлое каменное литье обладает лучшими диэлектрическими свойствами, а темное можно улучшать, изменяя в нем содержание металлов.

Эксплуатационные свойства литья

Каменное литье обладает уникальной способностью не разрушаться при перепаде температур. Согласно испытаниям по ГОСТ 6145-55 образцов износостойкого изделия оно должно выдержать не меньше 7 теплосмен, термостойкой продукции свыше 20. Цикл нагревания до заданной температуры, выдержка при ней определенное время и охлаждение в определенном режиме называется теплосменой.

Низкое изменение линейных размеров и скорости распространения тепла в изделиях делает их предпочтительными для теплоизоляции. Теплопроводность литья при температуре до 100°С не выше 1,24х103 м2 /ч, до 900°С близка к 3,22х103 м2 /ч.

В условиях работы на истирание износостойкость футеровки каменным литьем выше металлов, синтетических материалов, кроме алмазов и корунда.

Области применения каменного литья

Уникальные способности каменного литья противостоять физическому износу, работая при высоких температурах и химически активных средах, находят применение в различных производствах.

Камнелитная футеровка находит применение в следующих отраслях.

В отраслях, связанных с добычей полезных ископаемых, руды, каменного угля. Антиабразивное покрытие транспортных желобов, трубопроводов, механизмов дробления и хранения сырья значительно продлевает срок работы конструкций;
В металлургии, химической промышленности, преобразующей сырье при высоких температурах и с помощью кислот, щелочей, активно используют для защиты своих конструкций и транспортировки продукции химическую инертность каменного литья;
Отводы и стоки отходов, а также полы в сооружениях животноводства и мясоперерабатывающей промышленности, облицованные каменной плитой, служат долгие годы.
В энергетике, в том числе атомной, где хранилища радиоактивных материалов, футерованные химически нейтральным литьем, позволяют надежно защищать емкости от разрушения.
Каменное литье нашло применение даже в космической отрасли - им футерованы отводящие пламя от дюз ракеты каналы стартового стола.

Правильно подобранная специалистами и качественно исполненная камнелитная футеровка быстро окупается и приносит ощутимую прибыль.

Производство труб, футерованных каменным литьем

Производство представляет собой высокотехнологичный процесс, включающий несколько ключевых этапов, которые обеспечивают надежность и долговечность конечного продукта.

Этапы производства:

Подготовка исходного материала: производство начинается с подготовки исходного материала, который включает в себя каменные породы, такие как базальт. Эти материалы проходят процесс дробления и измельчения до необходимой фракции.
Плавка и формовка: измельченный материал подвергается плавке в специальных печах при температуре около 1300-1400 градусов Цельсия. Полученная расплавленная масса заливается в формы для создания труб различного диаметра и длины. Длина труб может варьироваться в зависимости от требований заказчика.
Охлаждение и термообработка: после формовки изделия проходят процесс постепенного охлаждения и термообработки для достижения необходимых физических и химических свойств. Это этап критически важен для обеспечения прочности и долговечности труб.
Футеровка труб: внутренняя поверхность стальных труб футеруется (покрывается) каменным литьем. Процесс включает нанесение слоя расплавленного каменного материала на внутреннюю поверхность трубы и его последующее равномерное распределение.
Контроль качества: на каждом этапе производства проводится строгий контроль качества. Готовые изделия проходят проверку на отсутствие дефектов, соответствие размерам и устойчивость к агрессивным воздействиям.
Соединение и финальная обработка: после проверки качества трубы готовы к соединению и финальной обработке, что включает обработку краев для обеспечения надежного соединения при монтаже.