Способ изготовления металлобетонных изделий

 

Изобретение относится к способам изготовления металлобетонных изделий, применяемых в строительстве. Изобретение направлено на повышение качества поверхности и улучшение прочностных характеристик. Способ изготовления металлобетонных изделий, заключающийся в укладке минерального наполнителя в форму и скрепление его металлическим связующим, отличается тем, что в токопроводящую форму 1 сначала насыпают слой флюса 2, устанавливают плавящийся кожух 3, состоящий из цилиндра и листа 4 с закрепленными на нем направляющими трубками 5. По направляющим трубкам 5 подается дополнительный присадочный металл 6, предварительно обработанный поверхностно-активными веществами наполнитель 7 укладывают в кожух 3, закрытый сверху пластиной 8 с отверстиями 9 для подачи присадочного металла 6. Форма 1 и присадочный металл 6 подключаются к полюсам источника питания 10 и скрепление металлическим связующим производят расплавлением металла кожуха 3 и присадочного металла 6 в флюсовой ванне. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способам изготовления металлобетонных изделий, применяемых в строительстве.

Известен способ изготовления металлобетонных изделий, заключающийся во введении минеральных наполнителей в расплавленный металл в процессе его плавления [1] Изделия, полученные этим способом, имеют недостаточно высокие показатели прочности на сжатие, изгиб и растяжение.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления металлобетонных изделий, заключающийся в предварительной обработке минерального наполнителя поверхностно-активными веществами, укладке его в форму, уплотнению, нагреву до 200-300^oC и заливке расплавленным металлом с последующим скреплением наполнителя в результате затвердевания связующего [2] Изделия, полученные этим способом, имеют недостаточно плотную структуру из-за образования пустот, не заполненных металлическим связующим, так как при заливке происходит снижение жидкотекучести заливаемого металла по мере заполнения формы, недостаточно высокие прочностные характеристики и некачественную поверхность, так как происходит частичное сплавление изделия с формой.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение прочностных характеристик и улучшение качества поверхности металлобетонных изделий. Технический результат достигается за счет увеличения жидкотекучести металла в результате обеспечения расплавления расположенного в форме металла кожуха и присадочного металла в флюсовой ванне, обеспечивающей в зоне расплавления перегрев и удаление с его поверхности оксидной пленки, что способствует заполнению всех пустот между наполнителем, при этом происходит послойное расплавление металла от нижней части формы к верхней, что обеспечивает вытеснение из пустот воздуха и плотное заполнение.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе изготовления металлобетонных изделий, включающем обработку неметаллического наполнителя поверхностно-активными веществами, укладку его в форму, заполнение пустот между наполнителем, расплавленным металлическим связующим и скрепление наполнителя в результате затвердевания связующего, отличительными признаками является то, что перед укладкой наполнителя на дно токопроводящей формы насыпают слой флюса, после чего на него укладывают наполнитель, заключенный с боковых и верхней сторон в кожух, выполненный из металла связующего, при этом в полость формы сверху до слоя флюса подают присадочный металл, соединенный с одним из полюсов источника тока, второй полюс которого соединен с формой, а заполнение связующим пустот между наполнителем производят расплавлением металла кожуха и присадочного металла в флюсовой ванне. Плавление металла происходит в результате выделения теплоты в жидком электропроводном флюсе при прохождении через него электрического тока. Расплавленный металл, проходя через слой жидкого флюса, температура которого выше температуры плавления металла, интенсивно рафинируется от вредных примесей и неметаллических включений. Затвердевая на внутренней поверхности холодной относительно расплава формы, флюс обеспечивает хорошее качество поверхности изделий, кроме того флюс покрывает свободную поверхность жидкого металла и предотвращает образование усадочной раковины. Исключение операции заливки приводит к получению структуры без газовой пористости. Использование кожуха, закрытого с боковых и верхней сторон, препятствует всплыванию наполнителя в металлическом расплаве и способствует более равномерному его распределению в изделии, что приводит к увеличению прочности на изгиб и растяжение-сжатие.

На фиг. 1 представлена конструкция формы с наполнителем, реализующая способ; на фиг. 2 разрез по A-A на фиг. 1.

Конструкция состоит из токопроводящей формы 1, на дно которой насыпан флюс 2, установлен плавящийся кожух, состоящий из цилиндра 3, листа 4 и направляющих трубок 5, внутри которых находится присадочный металл 6. В кожух 3 запрессовывается наполнитель 7, закрытый сверху плавящейся пластиной 8 с отверстиями 9. Форма 1 и присадочный металл 6 подключены к источнику тока 10.

Пример. Для изготовления металлобетона используют композицию следующего состава, мас.

алюминиевый плавящийся кожух 25 + флюс 10% от алюминия, алюминиевая присадочная проволока 3, щебень гранитный, фракции 2-3 мм 70, поверхностно-активное вещество (мыло) 2.

Для изготовления металлобетонных изделий в качестве наполнителя использовался гранитный щебень Павловского карьера фракции 2-3 мм, который обрабатывали поверхностно-активным веществом раствором хозяйственного мыла. На дно токопроводящей формы 1, выполненной из чугуна СЧ20 (ГОСТ 1412-85), насыпали слой флюса 2 марки АН-А302 (ГОСТ 9087-81Е) в объеме 10% от массы связующего металла, устанавливали плавящийся кожух 3 из технического алюминия А5 (ГОСТ 4784-74 СТ СЭВ 730-77, СТ СЭВ 996-78). Кожух 3 изготовляли в виде полого цилиндра с толщиной стенок 10 мм, в цилиндр устанавливали алюминиевый лист 4 толщиной 8 мм с приваренными к нему направляющими трубками 5 диаметром 20 мм и толщиной стенок 5 мм. Внутрь помещали присадочную проволоку 6 диаметром 5 мм (ГОСТ 7871-75), проволока должна касаться флюса 3. В цилиндр кожуха 3 укладывали щебень 7 и сверху кожух закрывали металлической пластиной 8 с отверстиями 9 для подачи присадочной проволоки 6. Присадочную проволоку 6 соединяли с одним из полюсов источника тока 10, второй полюс которого соединен с формой 1. В твердом состоянии флюс не электропроводен, чтобы перевести его в жидкое электропроводное состояние, над дном формы возбуждали электрическую дугу, для этого включают ток и устанавливают пониженную скорость подачи присадочной проволоки 0,2 м/ч, флюс под действием дуги плавится, переходит в электропроводное состояние и шунтирует дугу. Электрический ток подают при помощи трансформатора ТШС 3000-3. Между кожухом и формой необходим зазор (5 мм), чтобы не произошло замыкание между ними. Сила тока 2000 А, напряжение - 30 В. При прохождении через флюсовую ванну электрического тока происходит ее перегрев в результате выделения теплоты, что обеспечивает плавление присадочного металла и металла кожуха. Так как плотность расплавленного флюса меньше плотности металла, флюс находится на поверхности металлической ванны и постепенно поднимается, обеспечивая послойное расплавление металла кожуха и присадочного металла, жидкий металл которых заполняет пустоты между щебнем. По мере плавления присадочного металла его подают в область флюсовой ванны со скоростью 0,6 м/ч. Время изготовления одного образца составляет 10 мин.

Подбором определенной марки флюса обеспечивается возможность активного воздействия на расплав металла во всем его объеме, легирования или модифицирования металла, а также гарантируется стабильность химического состава металла в процессе его расплавления, даже при наличии в нем легкоокисляющихся элементов. Флюс кристаллизуется на внутренней поверхности холодной относительно расплава формы, что препятствует привариванию изделия к форме и способствует получению хорошего качества поверхности изделия. Повышенная жидкотекучесть металла и отсутствие на его поверхности оксидной пленки приводит к улучшению смачиваемости наполнителя жидким металлом, заполнению всех пустот между наполнителем и, следовательно, к получению плотной и однородной структуры металлобетона. После остывания готовые образцы извлекались из формы и верхняя часть изделия с флюсом удалялась.

Для исследования были изготовлены металлобетонные образцы размером 4х4х4 см и проведено изучение механических свойств полученных образцов. Испытания на одноосное растяжение-сжатие и выносливость проводились на гидравлическом прессе ПСУ-125. Образцы, изготовленные предлагаемым способом, представлены в таблице.

Таким образом, металлобетон, полученный предложенным способом, имеет улучшенные прочностные характеристики и более качественную поверхность, так как использование кожуха и флюса препятствует привариванию изделия к форме.

Формула изобретения

Способ изготовления металлобетонных изделий, включающий обработку неметаллического наполнителя поверхностно-активным веществом, укладку его в форму и заполнение формы расплавленным металлическим связующим с последующим остыванием и скреплением наполнителя связующим, отличающийся тем, что после обработки неметаллический наполнитель заключают в кожух без дна, выполненный из связующего металла с расположенным в нем с возможностью непрерывной подачи присадочным металлом, затем производят укладку неметаллического наполнителя в кожухе в форму, выполненную из токопроводящего материала, с предварительно насыпанным слоем флюса, с которым контактирует присадочный металл, форму и присадочный металл подключают к разным полюсам источника тока для заполнения металлическим связующим формы за счет расплавления металла кожуха и непрерывно подаваемого присадочного металла в флюсовой ванне.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3