Литі неметалеві матеріали

ЛИ́ТІ НЕМЕТАЛЕ́ВІ МАТЕРІА́ЛИ  — щільні, міцні неметалеві матеріали з комплексом своєрідних властивостей, які отримують з розплавів гірських порід, металургійних шлаків, оксидів, хімічних речовин, технічної сировини та їхніх сумішей. Див. також Вог­нетривких матеріалів промисловість, Ливарне виробництво, Лиття, Петрургічна сировина, Петрургія. Вироби виготовляють за допомогою методів ливар. технології з кристалізацією роз­плаву під час формування й охо­лодження відливків. Обрана шихт. композиція визначає фіз.-хім. властивості розплаву та отриманого литого виробу. Розрахунок шихти забезпечує утворення необхід. мінералів, що гарантує вироблення литого матеріалу з відповід. характеристиками. Вони визначають галузь застосування відливків залежно від умов експлуатації. Отримання якіс. відливків безпосередньо пов’я­зане з ливар. властивостями розплаву, головними з яких є рідкоплинність та усадження. Розплав, який заливають у фор­му, повинен мати достатню плин­ність, щоб у литої деталі можна було сформувати чіткі розміри та необхідну конфігурацію. Існує взаємозв’язок в’язкості та рідкоплинності розплаву. Це дозволяє під час розроблення тех­нол. режиму лиття за даними температур. залежності в’язко­сті обрати такий температур. інтервал заливання, який забезпечить якість виливка, що виготовляється. Під час затвер­днення та кристалізації відливка у ньому утворюються усадк. раковини і пори, які спричиняють виникнення гарячих тріщин. Для зниження усадження та забезпечення якості литої деталі на практиці застосовують спец. технол. прийоми. Залежно від хім. складу та методу отримання неметал. розплави мають різноманітні кристалізац. властивості: схильні до переохолоджен­ня, склоутворення або об’єм. кри­сталізації. Ці характерні особливості впливають на макро- і мікробудову відливків. Зональність, структура, мінерал. склад, вла­стивості осн. матеріалоутворюв. мінералу, величина кристалів, їхні взаємне розташування, наявність та вміст склоутворюв. складової обумовлюють фіз.-хім. властивості литого матеріалу. Водночас вони залежать від хім. складу розплаву та технол. параметрів створюваного виробу. Залежно від використовуваних шихт. компонентів Л. н. м. поділяють на камене- (петрург.), шлако- та плавленолиті оксидні. У кожній із підгруп можливий поділ за назвою осн. мінералу (піроксен, фторфлогопіт тощо) або за гол. властивістю (термостійкі, вогнетривкі та ін.).

Найрозвинутішим є виробництво ка­м’яного литва з вивержених гір­ських порід. Кристалічна фаза таких матеріалів представлена переважно утвореннями моноклін. піроксену та магнетиту. У структурі присутня вільна склоутворюв. фаза (5–20 %). Вона може перебувати у вигляді відокремлених прошарків, у міжвіс. просторах дендритів або міждендрит. зонах кристалів. Вироби з розплавів гірських порід мають темно-сіре чи чорне забарвлення. Каменелитим матеріалам властиві висока щільність структури та низька пористість закритого типу, що сприяє прак­тич. відсутності водопоглинання, високій газощільності, хім. стій­кості в агресив. середовищах. Кам’яне литво піроксен. складу характеризується достатньою міцністю, високою зносо- та ра­діац. стійкістю. Досить часто унаслідок високих фіз.-хім. влас­тивостей петрург. матеріали ви­користовують замість сталі, ча­вуну, вогнетривів і бетону. Труби, плити та фасонні вироби з них застосовують у гірн.-видо­був., вугіл., енергет., металург., хім. галузях, машинобудуванні, під час виробництва цементу, в буд-ві, для захисту технол. устат­кування від корозії та стирання. Кам’яне литво на основі діопсиду білого кольору постачають на підприємства харчової промисловості, з їхньою допомогою виконують архіт. оформлення будівель і споруд, фонтанів, з них виготов­ляють прес-форми, шари та футерування шарових млинів підприємств лакофарб. та емалевої пром-стей. Специфічні властивості має матеріал, осн. матеріалоутворюв. мінералом якого є калієвий фторфлогопіт (75–90 %). Йому характерна висока рідкоплинність, яка при 1400–1450 °С у 3–4 рази перевищує рідкоплинність базальт. складу та наближується до показників вуглец. сталі. З нього виготовляють фторфлогопіт. вироби склад. конфігурації з порожнинами й отворами та товщиною стінок 10–50 мм. Цей матеріал має термічну та пірохім. стійкість в агресив. рідких метал. середо­вищах, хороші діелектр. властивості; витримує зміну температури від –70 до +1000 °С; хімічно стій­кий у розплавах хлоридів лужних, лужноземел. металів, хлорі, азоті, окислюв. і відновлюв. атмосферах. Литі кам’яні вироби використовують у кольор. металур­гії, рідкоземел., хім. пром-стях, машинобудуванні та ливар. виробництві. Деталі з них у вигляді конструкц. вузлів і футерув. еле­ментів встановлюють у ливар. машинах, плавил. печах для отри­мання, дозування, транспортування та заливання первин. і вторин. алюм. сплавів, цинку, ла­туні, у магнієвих електролізерах, агрегатах вироблення й очищення тетрахлориду титану.

Порівняно з петрургічними, шлак. розплави мають низьку в’яз­кість, високу рідкоплинність та кристалізац. здатність. Водночас їхнє усадження під час тверднення коливається в широких межах — від 0,8 % для мідноплавил. до 8–23 % для силікомарганц. шлаків. У результаті остаточна пористість знижує щільність відливків. Як і в каменелитому матеріалі, у шлаках міститься вільна склоподібна фаза (10–30 %). Склокристалічна струк­тура шлаколитих матеріалів визначає їхні фіз.-мех. властивос­ті: міцність, зносостійкість, кислототривкість. Силікомарганц. шлак утворює матеріал високої термостійкості. Шлак. литво за­стосовують у різноманіт. галузях. Плитами футерують бункери, жолоби та течки для зберігання і транспортування руд, агломерату, коксу, вугілля, щебеню, піску та ін. абразив. матеріалів. Відливають футерув. плити для захисту від зношення газовідводів, приймал. лійок малого конуса та сухих пиловловлюв. домен. печей, мультициклони систем пиловловлювання агломерац. ф-к, надстав­ки виливниць для розливання сталі, тюбінги для водонепроникного кріплення гірн. виробок і блоки шахт. кріплення, брущатку для доріг, плити для підлоги, бордюрні каміння, труби та ін.

Вогнетривкі матеріали та вироби, які виготовляють методом ливар. технології з тугоплав. і хімічно стійких оксидів, вирізняються стійкістю при високих т-рах експлуатації. Їх кваліфікують як плавленолиті вогнетриви. Хім. вміст відіграє гол. роль у формуванні структури та мінерал. складу, обумовлює фіз.-хім. властивості матеріалу, сферу його використання. Плавленолиті вогнетриви, які мають найбільші перспективи розвит­ку, за хім.-мінерал. складом поділяють на баделеїтокорунд., глиноземисті (корунд.), алюмо­силікатні (муліт.), хромкорунд., хромалюмоциркон. і магнезійно-шпінелідні. Розплави, які синтезують у відповід. системах, характеризуються низькою в’яз­кістю та високою рідкоплинністю, а усадження під час переходу з рідкого стану в твердий, перевищує усадження більшос­ті металів і становить від 10–13 % до 25 %. Процеси усаджен­ня визначаються температур. фактором. Існують технол. при­йоми, спрямовані на її зниження. Оксидні розплави мають вузький інтервал кристалізації (30–50 °С). Їм властиві об’ємна та послідовна кристалізація під час тверднення, утворення зональності у відливках. Для плав­ленолитих вогнетривів характерні високі щільність, температура почат­ку деформації під навантаженням, міцність, короз. стійкість у контакті з високо­температур. агресив. розплавами: скломасою, шлаками. Вогнетриви моноліт. будови у 1,75–2,2 раза стійкіші порівняно з виробами зі спечених матеріалів. Це визначило сферу їхнього застосування у чорній і кольор. металургії та скляній промисловості, з них створюють футерув. елементи басейнів скловар., дугових сталеплавил. і метод. нагрівал. печей, конвекторів. Використовують у зонах макс. зношування футерівки шлак. пояса вакуум. ковшів, для мурування дна та стін вакуум. камер, в установках пор­цій. і циркуляцій. вакуумування сталі. З їхньою допомогою здій­снюють футерування деяких зон домен. печей і шлак. пояса мідноплавил. відбивал. печей. Ними вимуровують подини метод. нагрівал. і терміч. печей.

Літ.: Хан Б. Х., Быков И. И., Кораблин В. П., Ладохин С. В. Затвердевание и кристаллизация каменного литья. К., 1969; Липовский И. И., Дорофеев В. А. Основы петрургии. Москва, 1972; Переработка шлаков в строительные ма­териалы и изделия: Сб. науч. тр. Челябинск, 1974; Попов О. Н., Рыбал­кин П. Т., Соколов В. А., Иванов С. Д. Производство и применение плавленолитых огне­упоров. Москва, 1985; Панфилов М. И., Школьник Я. Ш., Орининский Н. В. и др. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии. Москва, 1987; Соколов А. Н., Ашимов У. Б., Болотов А. А. и др. Плавленые огнеупор­ные оксиды. Москва, 1988; Косинская А. В. Литые неметаллические ма­териалы // Неорган. материаловедение. Материалы и технологии. К., 2008. Т. 2, кн. 1.

А. В. Косинська

Рекомендована література

1. Хан Б. Х., Быков И. И., Кораблин В. П., Ладохин С. В. Затвердевание и кристаллизация каменного литья. К., 1969;
   Google ScholarInternet
2. Липовский И. И., Дорофеев В. А. Основы петрургии. Москва, 1972;
   Google ScholarInternet
3. Переработка шлаков в строительные ма­териалы и изделия: Сб. науч. тр. Челябинск, 1974;
   Google ScholarInternet
4. Попов О. Н., Рыбал­кин П. Т., Соколов В. А., Иванов С. Д. Производство и применение плавленолитых огне­упоров. Москва, 1985;
   Google ScholarInternet
5. Панфилов М. И., Школьник Я. Ш., Орининский Н. В. и др. Переработка шлаков и безотходная технология в металлургии. Москва, 1987;
   Google ScholarInternet
6. Соколов А. Н., Ашимов У. Б., Болотов А. А. и др. Плавленые огнеупор­ные оксиды. Москва, 1988;
   Google ScholarInternet
7. Косинская А. В. Литые неметаллические ма­териалы // Неорган. материаловедение. Материалы и технологии. К., 2008. Т. 2, кн. 1.
   Google ScholarInternet

завантажити статтю