СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО КАМНЯ Российский патент 2006 года по МПК C04B32/00 C03C10/00 

Предлагаемый способ относится к производству каменного литья и может быть применен для получения цветных неметаллических изделий.

Известен способ получения неметаллической (каменной) отливки, включающий плавку неметаллических материалов и заливку расплава в форму (Пеликан А. Плавленные камни. Производство и использование в промышленности. - Пер. с чешск., М., 1959).

Недостатком известного способа является нерешенность проблемы получения цветных неметаллических изделий с требуемыми свойствами при минимальной трудоемкости и использовании дешевых отходов.

Известен способ получения синтетического шлака (Авторское свидетельство СССР №621737, М.Кл.² С 21 С 5/54, заявл. 09.02.76, 2320529/22-02, опубл. 30.08.78, бюлл. №32). Предложенный шлак содержит известь, глинозем, плавиковый шпат, окись магния, кремнезем. Этот шлак предназначен для рафинирования стали в ковше, но его можно использовать для получения каменного литья. Однако это дорого и неэффективно.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ производства каменного литья при содержании по массе в %: 40,86-48,61 SiO₂; 34,76-40,42 CaO; 2,05-3,06 Al₂O₃; 6,18-10,84 MgO; 1,20-1,68 Р₂O₅; 0,47-0,71 Fe₂O₃; 0,99-2,26 Cr₂O₃; 0,39-0,97 SO₃; 0,76-1,91 F (Авторское свидетельство СССР №1010037, кл. С 04 В 30/00, 1981). Производство такого дорогого каменного литья связано с требованиями улучшения диэлектрических характеристик материала и повышения их стабильности в условиях климатических и тепловых воздействий. Но при использовании этого способа не решаются проблемы получения цветных неметаллических изделий, использования дешевых отходов, снижения трудоемкости.

Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение получения каменного литья, возможность получения цветных неметаллических изделий с требуемыми свойствами при минимальной трудоемкости и использовании дешевых отходов.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что производят плавку неметаллических материалов, но в отличие от известных способов расплав неметаллических материалов перегревают до температуры, при которой обеспечивается требуемая жидкотекучесть, а затем в расплав вводят раздробленные порошкообразные цветные или (и) жидкие красящие вещества в количестве от 2 до 40% от массы расплава, создают смесь с требуемой окраской, эту смесь подогревают до температуры разливки, после чего производят разливку смеси и охлаждение. Способ отличается от известных и тем, что в расплав неметаллических материалов вводят частицы цветного стекла, и тем, что в расплав неметаллических материалов вводят частицы цветных естественных или (и) искусственных камней, неорганических красок, и тем, что в расплаве неметаллических материалов красящие вещества подплавляют, и тем, что в расплав неметаллических материалов совместно вводят твердые и жидкие красящие материалы, суспензии, и тем, что в расплав неметаллических материалов вводят частицы металла, например, чугунные, стальные, алюминиевые, медные, бронзовые, латунные опилки, и тем, что в расплав неметаллических материалов вводят частицы блестящих веществ.

Такое сочетание новых признаков с известными позволяет получать цветные неметаллические изделия с требуемыми свойствами при минимальной трудоемкости и использовании дешевых отходов.

Способ осуществляется следующим образом.

В газовой или электрической печи плавят неметаллические материалы, загружаемые в соответствии с расчетом шихты. Шихта может состоять из кварцевого песка, высокоглиноземистых материалов, глины, известняка, магнезита, оксидов железа, хрома, фосфора, плавикового шпата или естественных камней, доменных, ваграночных, металлургических шлаков, вулканических пород, неметаллических отходов химической, угольной, рудной промышленности, строительной индустрии. Расплав неметаллических материалов перегревают до температуры, при которой обеспечивается требуемая жидкотекучесть (в зависимости от состава расплава до температуры 1400-2700°С). Затем в расплав вводят раздробленные, порошкообразные цветные или жидкие красящие вещества в количестве от 2 до 40% от массы расплава. В расплав неметаллических материалов вводят или частицы цветного стекла (одного цвета или разных цветов), или частицы цветных естественных или (и) искусственных камней, неорганических красок. В расплаве неметаллических материалов красящие вещества подплавляют или сохраняют твердыми. В расплав неметаллических материалов можно совместно вводить твердые и жидкие (расплавленные) красящие материалы, суспензии. В расплав неметаллических материалов можно вводить частицы металла, например чугунные, стальные, алюминиевые, медные, бронзовые, латунные опилки, причем отдельно или в виде металлических смесей и смесей металлических порошков с неметаллическими цветными порошками, частицами, расплавами. В расплав неметаллических материалов можно вводить частицы блестящих веществ.

Расплавы неметаллических материалов можно создавать специально из исходных шихтовых материалов в соответствии с расчетом шихты с достижением заданных свойств или можно полезно использовать образующиеся жидкие шлаки при плавке металлических сплавов в вагранках (коксовых, газовых), дуговых электропечах, электрошлаковых установках. Подбор цветных веществ, вводимых в расплавленные неметаллические материалы, производится в зависимости от назначения получаемого каменного изделия требуемых свойств. При вводе в неметаллический расплав битого цветного стекла (отходов) достигается красивая цветовая гамма полученных изделий для художественного назначения. Если стекло частично подплавляется, то возникают разнообразные цветные узоры в полученном материале. В каждом конкретном случае в зависимости от требований производится подбор вводимых в расплав неметаллических материалов цветных веществ (неметаллических, металлических, смесей). Вводить надо цветных веществ от 2 до 40% от массы расплава неметаллических материалов. При вводе в расплав цветных веществ меньше 2% не достигается требуемый цветовой эффект, а если цветных веществ вводится в расплав больше 40% от массы расплава, то нарушается сплошность изделия при затвердевании расплава.

После получения смеси расплава неметаллических материалов с частицами цветных веществ требуемой окраски эту смесь подогревают до температуры разливки, после чего производят разливку смеси и охлаждение. Смесь можно заливать в формы, если достигается высокая жидкотекучесть, или формировать глыбу требуемого состава, формы и размеров для дальнейшей механической обработки при производстве художественных изделий.

Пример.

Изготавливали искусственные камни в виде кирпичей. Расплавили кислый ваграночный шлак с основностью 0,8 (отношение количества СаО к SiO₂) в газовой печи. Расплав неметаллических материалов (шлака) перегрели до температуры, при которой обеспечивалась высокая жидкотекучесть. Требуемая высокая жидкотекучесть шлака была достигнута при температуре 1420°С. В расплав шлака ввели раздробленное (битое) цветное бутылочное стекло (зеленое, коричневое, синее, фиолетовое) и блестящие неокисленные стальные опилки (нержавеющей стали). Количество вводимых этих веществ меняли 7 раз (1,5, 2, 10, 20, 30, 40, 43% от массы расплава неметаллических материалов, то есть шлака). Полученные смеси перегревали до температуры разливки (1430 - 1470°С) и заливали смесью шлака с цветными веществами формы-изложницы (чугунные, окрашенные изнутри огнеупорной краской). Заливка производилась в открытые формы, в которых смесь быстро охлаждалась. Получали одинаковые по размерам неметаллические кирпичи, которые после выбивки из формы шлифовали и полировали. Было установлено, что оптимальное количество вводимых в шлак цветных веществ находится в пределах 2-40% от массы расплава неметаллических материалов (при количестве цветных веществ в расплаве шлака меньше 2% изделия получаются непрочные и не достигается эффект цветности, а если цветных веществ в расплаве больше 40%, то резко снижается жидкотекучесть смеси при перегреве и нарушается сплошность изделий после затвердевания смеси). В оптимальных пределах вводимых в шлак цветных веществ изделия получались прочными и разноцветными. Частицы бутылочного цветного стекла размещались в изделиях в виде красивых блестящих вкраплений. Стальные опилки из нержавеющей стали были центрами кристаллизации, то есть повышали плотность, твердость и прочность материала. После полировки изделий они в сочетании со стеклянными цветными частицами создавали красивые узоры в материале. Изделия можно было использовать для облицовки строительных конструкций, художественного оформления сооружений, памятников.

В отличие от естественных поделочных камней полученные предложенным способом искусственные камни в 5-10 раз дешевле, в них можно достигать заданных декоративных, художественных, прочностных свойств, меняя количество и состав частиц цветных веществ, вводимых в расплав неметаллических материалов. Наиболее приемлемые для получения заданного состава неметаллического расплава и температурных условий являются электрошлаковые печи. В шлак, полученный в этих печах, можно вводить разнообразные раздробленные, порошкообразные цветные или жидкие красящие вещества. Подбор цветных веществ, вводимых в расплав неметаллических материалов, производится по получаемым предварительно опытным образцам, так как требуемые цвета изделий можно установить после затвердевания материала.

Использование малоценных веществ и отходов для получения неметаллического расплава и размельченных цветных неметаллических и металлических отходов, вводимых в расплав, позволяет улучшить экологическую обстановку, экономить средства в связи с уменьшением транспортных расходов и затрат на утилизацию отходов.

Предлагаемый способ получения искусственного камня позволяет увеличить в 3-5 раз твердость, износостойкость изделий по сравнению с применением известных способов.

Предлагаемый способ обеспечивает технический эффект и может быть осуществлен с помощью известных в технике средств. Варианты осуществления предлагаемого способа обеспечивают достижение разнообразных требований к изделиям, предназначенным для строительства, скульптурных произведений, декоративно-художественного оформления, технического применения.

Использование: в строительстве, скульптурные произведения, изделия декоративно-художественного оформления, технического применения. Технический результат изобретения - получение цветных неметаллических изделий с требуемыми свойствами при минимальной трудоемкости и использовании дешевых отходов. Производят плавку неметаллических материалов, расплав неметаллических материалов перегревают до температуры, при которой обеспечивается требуемая жидкотекучесть, а затем в расплав вводят раздробленные порошкообразные цветные красящие вещества в количестве от 2 до 40% от массы расплава, создают смесь с требуемой окраской, эту смесь подогревают до температуры разливки, после чего производят разливку смеси и охлаждение. В качестве неметаллических материалов используют кислый ваграночный шлак. В качестве красящих веществ вводят частицы цветного стекла и металла, например стальные опилки.

Способ получения искусственного камня, включающий плавку неметаллических материалов, в частности ваграночного шлака, отличающийся тем, что в расплав ваграночного шлака с основностью 0,8 при температуре 1420°С вводят раздробленное цветное бутылочное стекло и блестящие неокисленные стальные опилки, например опилки нержавеющей стали, в количестве от 2 до 40% от массы расплава, причем так, чтобы стальные опилки были центрами кристаллизации, а частицы цветного стекла размещались в виде вкраплений между металлическими опилками, смесь перегревают до температуры 1430-1470°С и заливают в формы.