Контрольная работа Материалы и изделия из каменного литья и шлаковых расплавов
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
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
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 (Rсж = 300...600 МПа; Rизг = 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.
Камнелитные материалы практически не подвергаются радиолизу, стойки к ионизирующему облучению. Именно низкая проницаемость радионуклидов через поверхность изделий из каменного литья, обуславливает возможность дезактивации полов, стен, ёмкостей, хранилищ, облицованных камнелитыми плитами, достаточно простым и эффективным способом – смывом дезактивирующей жидкостью.
На основе разработанных технологий, на производственной базе Украины были изготовлены и прошли испытания опытные образцы комбинированных «камень-бетон» контейнеров для длительного хранения и захоронения радиоактивных отходов 1-й и 2-й групп.
На рисунке показана схема контейнера в разрезе. Предлагаемые контейнеры можно использовать для длительного хранения практически любых высокотоксичных химических веществ до их переработки и утилизации.
Традиционные сферы применения камнелитых изделий: гидроциклоны, трубы, плиты, лотки для защиты рабочих поверхностей бункеров, желобов, узлов, горно-обогатительного, металлургического и энергетического оборудования; кислотоупорные плитки и фасонные детали для химической промышленности; футеровка шаровых мельниц, облицовочные материалы и другие изделия, работающие в условиях воздействия кислот, щелочей или сыпучих абразивных материалов и пульп.
В России в настоящее время функционируют два завода: на Урале (г.Первоуральск Свердловской области) и в Карелии (г.Кондопога), имеющие камнелитейное производство, однако уровень их технической и технологической оснащенности требует серьезных работ по реконструкции, метрологическому обеспечению и повышению культуры производства, для чего требуются серьезные инвестиции. В последнее время такие работы начаты усилиями новых владельцев и руководства заводов.
Схема футеровки стальных труб камнелитыми вкладышами. Длина одного вкладыша равна 1м. Длина одной секции стальной трубы, футерованной соответствующим количеством вкладышей, – до 11м. Камнелитые вкладыши изготавливаются путём заливки расплава во вращающуюся круглую форму центробежной установки. Применение таких труб увеличивает срок их службы во много раз.
4 Заключение
Экономический эффект применения камнелитых изделий обеспечивается за счет меньшей их стоимости по сравнению с рядом изделий, изготавливаемых из традиционных материалов, таких как металлы, гранит и др. Стоимость приготовления каменного расплава, а значит и готовой продукции зависит от применяемого энергоносителя - газ является самым дешевым, мазут и электроэнергия - дороже. Как было сказано ранее, наиболее экономически эффективным решением проблемы стоимости камнелитой продукции рассматривается использование огненно-жидких готовых шлаковых отходов металлургического, энергетического (зольные топочные отходы ТЭЦ), химического (минеральные удобрения) производств.
Экономический эффект применения камнелитых изделий обеспечивается, кроме того, за счет существенного увеличения длительности эксплуатации, уменьшения количества плановых и аварийных ремонтов на объектах, где применены изделия из каменного литья, даже если их стоимость несколько выше аналогичных изделий из традиционных материалов, например, из бетона.
Исходный ценовой ориентир для поставляемой на рынок продукции из каменного литья - около $300-350 (без НДС) за тонну обобщенных изделий с пересчетом цены конкретного вида продукции в его потребительских единицах - за 1 куб. м., 1 кв. м., 1 пог. м., 1 штука.
Отпускная цена изделий зависит от объема спроса на них, текущих затрат на исследовательские и опытные работы, на освоение производства новых видов изделий, изготовление технологической оснастки, затрат на реконструкцию оборудования и метрологическое обеспечение технологического процесса, на проведение мероприятий по повышению культуры производства.
Возрождение и дальнейшее развитие российской камнелитейной отрасли промышленности является, по мнению авторов, актуальной и перспективной задачей руководителей и специалистов всех уровней, от государственных органов до малых предприятий. Устойчивое и рентабельное функционирование данной отрасли зависит от целого комплекса факторов, присущих любой другой сфере промышленного производства в России в современных условиях.
Реконструкция и переоснащение двух существующих в России заводов, имеющих камнелитейное производство в промышленных масштабах. Оба завода выпускают подобную продукцию с 60-х годов. При существующем на заводах оборудовании и организации технологического процесса (без должного метрологического обеспечения и компьютерного управления) специалистам очень трудно осуществить проведение опытных исследовательских работ. Невозможно, также, освоение новых технологий и производства новых видов сложной в конструкторском и наличие специалистов - металлургов, наиболее близких к данной области.
Создание нового современного камнелитейного производства на базе существующих, но незагруженных литейных мощностей. Можно создать производство на базе свободных производственных площадей других предприятий, не литейного профиля, но не работающих по основному назначению. Первый вариант не требует больших финансовых затрат ($300-500 тысяч), для реализации второго варианта потребуются инвестиции, зависящие от планируемых объемов будущего производства продукции из каменного литья. По нашим оценкам рентабельное производство можно организовать для объемов выпускаемой продукции, порядка 10000 тонн в год и более. Для организации таких объемов производства по второму варианту потребуются инвестиции в пределах $4,0-4,5 млн. со сроком окупаемости, порядка 1,5-2,0 лет. В любом случае бизнес-предложения предприятия, содержащие технико-экономические расчеты, должны быть положены в основу документов, требуемых для проектирования, согласования и утверждения в установленном порядке обоснований инвестиций и другой документации в соответствии с требованиями Госстроя России.
Приведем несколько примеров. На Ижорском заводе (г.Санкт-Петербург), на базе одного из цехов металлургического комплекса был спроектирован специализированный участок каменного литья и освоен выпуск ряда изделий из шлаковых отходов, например, вкладышей для сопряжения трамвайных путей с проезжей частью улиц и плит для перекрытия рельсовых путей на переездах Схема двухсторонней стыковки трамвайного рельса с вкладышами (в сечении). Применение данной схемы позволяет легко и быстро производить замену изношенных рельсов без вскрытия асфальтового покрытия.
Рис. 7/1. Схема установки вкладышей для рельсов с губой.
Рис. 7/2. Схема установки вкладышей для рельсов без губы.
(рис.7).
Управление по транспорту администрации города поддержало этот проект, однако он не получил своего развития в середине 90-х годов. В мартеновском цехе №3 Магнитогорского металлургического комбината была реконструирована плавильная печь, освоен выпуск фундаментных блоков и седловидных утяжелителей для магистральных газопроводов. На Кузнецком металлургическом комбинате был налажен выпуск камнелитых тюбингов, которыми оборудован один из участков Люблинской линии Московского метро. Были реализованы предпроектные разработки с выпуском опытных образцов продукции из каменного литья на Челябинском металлургическом комбинате и Чебоксарском заводе "Промтрактор". Был подготовлен проект для создания камнелитейного производства из золошлаковых отходов Молдавской ГРЭС. Этот проект, к сожалению, не был реализован из-за военных действий в Приднестровье.
Анализ событий 90-х годов показывает, что основной причиной, по которой камнелитейное производство не получило устойчивого развития, послужило экономическое положение в стране в целом и металлургической, машиностроительной, энергетической отраслях, в частности, для которых камнелитейное производство не рассматривалось в качестве профильного вида деятельности. Соответственно, поиск и вложение инвестиций для непрофильного вида производства не считались приоритетным направлением. Особенно в то время, когда не хватало собственных оборотных средств и внешних заимствований для обновления основных фондов и производственных мощностей профильного производства.
В последние годы ситуация в экономике страны существенно изменилась, появились финансовые средства, которые могут быть направлены на развитие перспективных технологий и новых направлений промышленного производства. Изменилось, также, отношение руководителей крупных промышленных предприятий, предпринимателей и потенциальных инвесторов к использованию финансовых средств для развития реального сектора экономики. Поэтому авторы считают, что в настоящее время возникли объективные предпосылки для реального возрождения и развития производства продукции из каменного и шлакокаменного литья.
Организация и проведение широкой целевой рекламной кампании и информационных мероприятий по продвижению продукции из каменного литья на рынке России и за рубежом. По мнению авторов статьи, предлагаемая кампания должна носить комплексный характер, как по составу участников (кооперация, включающая разработчиков, производителей, специалистов по маркетингу и менеджеров по продажам), так и по всему спектру возможных видов производимой и новой востребованной для производства продукции.
Организация и проведение широкой маркетинговой кампании по изучению рынка для оценки реального соотношения спроса и предложения продукции из каменного литья, что поможет определить оптимальные объемы производства, номенклатуру продукции, ценовую политику, а также организовать эффективный менеджмент. Реализация высокого профессионального уровня маркетинговой кампании для данной отрасли особенно актуальна, поскольку сфера возможного применения камнелитой продукции исключительно широка и разнообразна, и также широк диапазон предъявляемых к продукции требований со стороны различных заказчиков и потребителей.
Организация профессиональной подготовки кадров для камнелитейного дела от ученых материаловедов до рабочих-камневаров. Последние 10-12 лет эта проблема стоит весьма остро, а подготовкой специалистов для этой области науки и производства, по нашим данным, российские учебные заведения от ПТУ до ВУЗа не занимаются, как это было когда-то, например, в Уральском политехническом институте в г.Свердловске (сейчас - г.Екатеринбург).
Перечисленные направления не исчерпывают необходимость решения всех возможных проблем для возрождения и развития камнелитейной отрасли промышленности. В рамках одной обзорной статьи невозможно подробно обсудить весь спектр задач, поэтому мы остановились на главных из них, без решения которых движение вперед не состоится.
Список используемой литературы
1. Большая Советская Энциклопедия. 3-е издание. Том 19, М., 1975, с.498
2. Магистр В.Г.Байрон, ктн В.В.Вагин, дхн В.А.Жабрев, ктн В.И.Евсеев, В.С.Крылов, В.В.Умястовская.
Шлакокамнелитые изделия и конструкции.
"Огнеупоры и техническая керамика", №11, 1999, с. 44-46.
3. В.В.Вагин,Б.И.Пирогов.
Каменное литье.
"Машгиз", М., 1962, с 9.
4. И.Е.Липовский, В.А.Дорофеев.
Камнелитейное производство,
"Металлургия", М., 1965, 200с.
5. Каменное, шлакокаменное литье. Отраслевой каталог.
Минчермет СССР, НИИЧерметинформация. М., 1988, 14с.
6. Г.А.Лебедева, Г.П.Озерова.
Каменное литье как радиационно-стойкий материал.
"Строительные материалы", №5, 1998, с.14,15.
7. А.В.Косинская, С.С.Затуловский.
Камнелитые материалы для получения коррозионно- и радиационно-стойких изделий.
"Литейное производство", №10, 2001, с. 21, 22.
