Каменное литье и материалы на его основе.

Камнелитные изделия (бруски, плиты, трубы, желоба и др.) получают путем расплавления предварительно подготовленной шихты из горных пород и соответствующих добавок к ним, отливки расплава в формы, кристаллизации изделия, отжига и охлаждения его.

Сырьем для их производства служат темноокрашенные магматические породы: диабаз, базальт и светлоокрашенные осадочные породы: доломит, мел и кварцевые пески. Целесообразно применять отходы при разработке горных пород. Плагиоклазы повышают кристаллизационную способность расплава, но повышают температуру плавления. Оливины и пироксены улучшают литьевые качества материала, но увеличивают хрупкость изделий и повышают температуру плавления. Для понижения температуры плавления в шихту вводятся флюсующие вещества (плавиковый шпат 3%); для ускорения процессов кристаллизации при охлаждении расплава — тугоплавкие материалы: магнезит, хромит и хромитную руду, действующие как центры кристаллизации (затравки); для отбеливания расплава вводят оксид цинка в количестве 0,8%. Перед загрузкой в печь сырьевые материалы измельчают, просеивают и дозируют в необходимом соотношении.

Для плавки шихты применяют шахтные, ванные, вращающиеся и электрические печи. Наиболее распространены ванные печи. Расплав получается при температуре 1400 ... 1500°С. При непрерывной отливке изделий расплавленный материал поступает в копильники, в которых создается запас однородной массы с температурой 1180... 1250°С. Охлаждение расплава перед разливкой в формы необходимо для образования надлежащей структуры изделий и снижения усадочных дефектов (трещин, раковин). Далее расплав выливается в земляные, металлические или силикатные формы, подогретые до 600... 700°С, и постепенно охлаждается. Затем изделия подвергаются отжигу (медленному охлаждению) обычно в туннельных или камерных печах при температуре 800... 900°С или в специальных печах. Отжиг способствует повышению деформативности, уничтожению температурных напряжений, связанных с охлаждением и кристаллизацией, увеличению сопротивляемости ударным нагрузкам.

Постепенное понижение температуры благоприятствует выпадению кристаллической фазы из расплава. Введенные в сырьевую смесь минерализаторы способствуют ускорению процесса кристаллизации, путем регулирования температуры управляют степенью кристалличности камнелитных изделий. Процесс кристаллизации можно направлять с помощью воздействия электрического или магнитного поля, приложением вибрации, облучением расплава рентгеновскими и радиоактивными веществами. При охлаждении базальтовых расплавов при температуре 1250°С начинается выделение мельчайших октаэдрических кристаллов магнетита, что приводит к осветлению прилегающих участков основной стекловидной массы и способствует спонтанному течению процесса кристаллизации. При 1200°С выделяются отдельные, единичные кристаллики полевого шпата типа плагиоклаза. Около 1150°С резко увеличивается число центров кристаллизации плагиоклаза и возникает тонкокристаллическая сетка мельчайших кристалликов плагиоклаза. При дальнейшем снижении температуры (1100°С) параллельно с продолжающимся выделением магнезита и плагиоклаза начинают выделяться кристаллы пироксена. Основные минералы, входящие в состав каменного литья,— пироксены, плагиоклазы, оливин, магнетит и др. Камнелитные изделия (трубы, плитки) имеют однородную мелкокристаллическую структуру. Предел прочности при сжатии их 250 ...400 МПа, они имеют высокую твердость, морозо- и кислотостойкость, что обусловлено их большой плотностью (2900... 3000 кг/м³) и малой пористостью не более 1,0... 1,5% при замкнутых порах. Истираемость изделий из каменного диабаза, гранита, литья составляет 0,7 г/см², что в 2... 5 раз меньше, чем базальта.

Изделия из каменного литья находят широкое применение для футеровки бункеров, течек, корпуса флотационных машин и т. д. Плитки из каменного литья с успехом заменяют металл, их используют для полов в цехах с агрессивными средами, при устройстве полов, в дорожном строительстве. Изделия из каменного литья применяются на химических заводах в качестве футеровки травильных ванн и отстойников.

Производство ИСК на основе каменного литья возможно по схеме, когда огнеупорный заполнитель объединяется с расплавом, после чего изделие формуется, а при необходимости и прессуется с последующим охлаждением до обычных температур. По другой схеме заполнитель объединяется с холодным высокодисперсным сырьем (в присутствии какой-либо жидкой среды), после чего отформованные изделия подвергаются определенной термической обработке. Во время этой обработки сырьевая прослойка в отформованном изделии частично расплавляется и при охлаждении переходит в стеклокристаллическое состояние с цементирующими свойствами, фиксируя микро- и макроструктуру конгломерата на основе каменного литья.

Получаемый по обеим технологиям конгломерат характеризуется стеклокристаллической микроструктурой вяжущей части и контактного слоя между вяжущим веществом и заполнителем, существенно влияя на макроструктуру ИСК и его технические свойства.