Добыча природного облицовочного камня

В камнеобрабатывающем производстве для осуществления операций шлифовки и полировки используется рабочий инструмент различных конструкций, называемый в большинстве случаев шарошками. В состав шарошек входят зерна алмаза (природного или искусственного) или абразива, удерживаемые связующим материалом-связкой. Размер зерен алмаза и абразивных материалов приведен в табл. 23.

Основными показателями, определяющими технические характеристики и область применения рабочих инструментов на неметаллической связке, являются: твердость связки (ГОСТ 18118-- 79, ГОСТ 19202--80); структура абразивного инструмента; зернистость абразива (см. табл. 23).

Твердость связки имеет 16 градаций: ЧТ -- чрезвычайно твердая; ВТ -- весьма твердая; ТІ, Т2 -- твердые; СТ1, СТ2, СТЗ -- среднетвердые; С1, С2 -- средние; СМ 1, СМ2 -- среднемягкие; М1, М2, МЗ -- мягкие; ВМ1, ВМ2 -- весьма мягкие (цифра после букв означает дополнительную градацию твердости, например, СТЗ тверже, чем СТІ).

По структуре алмазный и абразивный инструмент подразделяют на 12 групп, которым присваивают номера от 1 до 12. Чем больше номер, тем в инструменте меньше абразива и больше связки и пор. Структуры №№ 1--4 относятся к закрытым (плотным), №№ 5--8 -- к средним, №№9--12 -- к открытым структурам. Обычно обработка твердых и хрупких горных пород (включая и чистовую) осуществляется инструментом закрытых структур (табл. 24).

Для выполнения операции полировки камня применяют оксид хрома, оксид железа (крокус), оксид олова, оксид алюминия, полирит (оксиды редкоземельных металлов), микропорошки некоторых абразивов и др.

Распространенным полирующим материалом является оксид хрома, который применяется для полировки неокрашиваемых темных горных пород (гранит, габбро, лабрадорит и др.).

Согласно ГОСТ 2912--79 оксид хрома (порошок зеленого цвета) выпускается следующих марок и сортов:

* пигментный, ОХП-1 и ОХП-2 (применяется для окраски искусственных каменных материалов);

* металлургический, ОХМ-0 и ОХМ-1;

* абразивный, ОХА-0, ОХА-1, ОХА-2 (табл. 8.25).

Таблица 23.

Таблица 24.

Таблица 25.

Шлифовально-полировальное оборудование по технологическим и конструктивным особенностям подразделяется на: ручные шлифмашинки; ручные коленно-рычажные станки; мостовые, портальные и конвейерные станки.

Мостовые (портальные) шлифовально-полировальные станки (рис. 21, а, б) имеют мост (портал), который может двигаться по направляющим вдоль рабочего стола станка, а по мосту (порталу) перемещается поперек рабочего стола каретка с рабочей головкой (плоской планшайбой или планетарной головкой с абразивными, алмазными элементами).

Портальные станки (более тяжелый и мощный вид оборудования) применяются, в основном, для обработки гранита, а мостовые станки, являясь универсальным видом оборудования, обрабатывают любые горные породы и самую широкую номенклатуру изделий. За последнее время применение этих станков сократилось, так как при производстве стандартных модульных плит применяются высокопроизводительные конвейерные станки (линии), а при производстве нестандартных изделий применяются коленно-рычажные станки или ручные шлифмашинки.

Технические характеристики мостовых и портальных станков приведены в табл. 26.

Конвейерные станки (линии) представляют собой ленточный (пластинчатый) конвейер (см. рис. 21, в), над которым расположены друг за другом вращающиеся шлифовальные головки с соответствующим номером шлифовально-полировального инструмента.

Конвейерные станки по технологическому принципу делятся на обдирочные (1--5 головок), шлифовально-полировальные (до 16 головок) и станки полного цикла (до 32 головок).

Исходя из размеров обрабатываемых изделий, конвейерные станки могут быть с неподвижной рамой (балкой), на которой закреплены шлифголовки (ширина плит до 600 мм), и с возвратно-поступательным поперечным движением балки с шлифголовками для обработки слябов (ширина плит до 2200 мм).

Рис. 21. Схемы шлифовально-полировальных станков:

а -- портального; б -- мостового; в -- конвейерного; г -- коленно-рычажного (колонкового); 1-- обрабатываемое изделие; 2 -- шлифовальный инструмент; 3 -- шпиндель; 4 -- шлифовальная головка; 5--тележка; 6 -- стол: 7--конвейер; 8 -- портал; 9--мост; 10--колонна; 11 -- рычажный механизм; V--вращательное движение шлифования; S -- рабочая подача; S₁, S₂ -- установочные движения.

Таблица 26

В табл. 27 даны технические характеристики шлифовально-полировальных конвейерных станков.

Условно к конвейерным станкам относят различные конвейерные установки или установки, оснащенные рольгангами, для доводочных операций стандартных (модульных) облицовочных изделий. Это конвейерное или рольганговое (роликовое) оборудование для калибровки плит по длине и ширине, по снятию фасок, по нарезанию крепежных канавок и др.

Таблица 27.

Ручные коленно-рычажные станки по условиям закрепления делятся на колонковые (коленно-рычажный механизм со шпинделем перемещается по неподвижной вертикальной колонне, рис. 21, г) и настенные (механизм перемещается по вертикальной оси, закрепленной на стене). Эти станки снабжаются специальным металлическим (бетонным) столом с бортами для предотвращения разбрызгивания воды, и стоком. Учитывая консольное расположение привода и рабочего инструмента и опасность возникновения вибраций, для этих станков важны жесткость и масса всей конструкции.

Технические характеристики коленно-рычажных станков приведены в табл. 28.

Таблица 28.

Одним из видов обработки камня является фактура раскалывания.

На камнекольном оборудовании производится большое разнообразие изделий из камня (брусчатка, бордюр, рваный камень, архитектурные детали и др.). Для колки камня применяют камнекольные прессы различных типоразмеров, оснащенные системами плавающих ножей, позволяющих охватывать неровные поверхности заготовок и создавать достаточные раскалывающие усилия.

Крупные прессы с большим усилием раскалывания обычно выполняются двухстоечными («п»-образными) и предназначены для заготовительных операций при производстве мелких (брусчатка и др.) и крупных изделий. Эти прессы оснащаются

рольгангами или конвейерами для подачи заготовок к прессу. Прессы малых моделей с небольшими усилиями раскалывания выполняются консольными («г»-образными) и предназначены для производства мелких изделий.

В табл. 29 приведена техническая характеристика некоторых камнекольных прессов.

Таблица 29.

Кроме шлифования, полирования и раскалывания ГОСТом 9480--89 предусмотрены другие виды фактур обработки камня, которые получают с помощью ручных механизированных инструментов и специализированного оборудования.

К специализированному оборудованию относятся водоструйные, бучардовочные, термообрабатывающие, пескоструйные, виброкопировальные, лазерные и другие установки.

Классические бучардовочные станки с возвратно-поступательным движением бучард в настоящее время вытесняются станками, оснащенными вращательными головками, выпускаемыми «Г.К. Гранит» (г. Москва) для большинства видов кам-необрабатывающего оборудования (табл. 30).

Таблица 30.

Ударные бучардовочные станки используются, в основном, для «рустирования» -- нанесения ударного линейного рисунка на поверхность камня.

Оригинальной, не имеющий аналогов, является конструкция вибрококопировальных станков («Армкамнерезмаш», Армения) для нанесения на плиты камня объемных орнаментов, отличающаяся высокой производительностью и простотой. Установка позволяет посредством прокачивания абразивной пульпы между вибрирующей матрицей с нанесенным на ней объемным орнаментом и плитой получать на камне изображение любой сложности.

Характеристика виброкопировального станка СМР-082 («Армкамнерезмаш») для обработки плит с объемным орнаментом:

производительность, м²/ч:

при обработке мрамора...........................................................0,6

при обработке туфа..................................................................0,85

при обработке гранита.............................................................0,15

максимальные размеры изделия:

длина х ширина х высота, мм...............................................1200х600х 150

размеры обрабатываемой поверхности, мм.........................300 х 300

масса, кг.................................................................................. 1600

2.6 Универсальные многооперационные «мастер-станки»

Отличительной особенностью «мастер-станков» является наличие значительной номенклатуры обрабатывающих инструментов, входящих в комплект станка и позволяющих производить полную обработку изделий из камня при неподвижной заготовке. Конструктивно эти станки могут быть мостовыми, коленно-рычажными с комплектом инструментальных насадок или аналогами токарных станков для обработки тел вращения. Наиболее совершенные из этих станков оснащаются системами с числовым программным управлением, позволяющими вести обработку камня по заданной программе. «Мастер-станки», оснащенные сканирующим устройством и специальным компьютером, дают возможность изготовлять копии сложнейших скульптур и барельефов из природного камня.

По технологическим возможностям «мастер-станки» предназначаются для обработки: плоских изделий (ступени, подоконники, столешницы и др.); объемных изделий (ванны, скульптуры, архитектурно-строительные детали и др.); тел вращения (балясины, колонны и др.); сложнопрофильных длинномерных изделий с постоянным сечением (перила, карнизы, плинтусы и др.) и т.д. Кроме стандартного использования при работе этих станков обычных алмазных и абразивных инструментов, они могут оснащаться при обработке изделий из камня головками для резки камня струей воды высокого давления, лазерными головками, бучардовочными, пескоструйными устройствами и др.

Недостатки «мастер-станков» -- высокие: стоимость, квалификация персонала, стоимость комплектов инструментов.

Учитывая большое разнообразие конструкций «мастер-станков» и их технологических характеристик (для обработки гранита, мрамора, стекла и других материалов), в табл. 31 в качестве примера приведены возможные операции, выполняемые универсальным мостовым станком РС-33 производства «Г.К. Гранит» (г. Москва) при обработке камня.

Таблица 31.

К основным техническим характеристикам станка РС-33 относятся: максимальные размеры обрабатываемых изделий из камня, мм: 2200 х произвольный х 700; максимальный диаметр отрезного круга -- 400 мм; установленная мощность -- 4 кВт; габариты, мм: 3300 х 3250 х 1400; масса -- 820 кг.

2.7 Вспомогательное оборудование

К вспомогательному оборудованию относятся различные грузоподъемные, транспортирующие, переворачивающие устройства, а также оборудование для очистки сточных вод камнеобрабатывающих предприятий от шламов.

В качестве грузоподъемных механизмов используются мостовые (кран-балки), консольные (настенные) краны, тельферы внутри производственных цехов и козловые или мостовые краны на колоннах -- на открытых складах сырья и готовой продукции. Пролет крана зависит от пролета имеющегося или строящегося производственного помещения (здания, цеха). Рекомендуемая грузоподъемность кранов по переделам производства приведена в табл. 32.

Таблица 32.

Как транспортирующие средства в камнеобрабатывающем производстве используются конвейеры (ленточные, пластинчатые), рольганги, тележки (ручные, механизированные), погрузчики грузоподъемностью 3,2--10 т, поворотные и опрокидывающие устройства.

Для транспортировки и установки плит-заготовок в качестве грузозахватных устройств на предприятиях применяются специальные клещевые захваты, вакуумные присоски, специальные стеллажи. Для укладки полуфабрикатов и готовых изделий используются деревянные или металлические поддоны, стеллажи, тележки, а для сбора отходов -- кюбеля (ящики).

Для кантования плит-полуфабрикатов и их поворота на производстве используются специальные поворотные устройства.

Все эти виды оборудования широко применяются в машиностроении, на предприятиях промышленности строительных материалов и здесь детально не рассматриваются.

2.8 Шламовое хозяйство. Оборотное водоснабжение

Практически при всех операциях обработки камня образуются отходы в виде окола, штыба и шлама.

Окол-обломки плит после распиловки, окантовки, шлифовки, полировки и других операций -- являются товарной продукцией.

Штыб -- отходы камня крупностью менее 6 мм.

Шлам (буквально грязь) -- частицы камня крупностью менее 3--40 мкм в смеси с водой (пульпа, гидросмесь).

Наиболее экологически вредными отходами камнеобработки являются шламы.

Система производственного водоснабжения на предприятиях камнеобработки должна пополняться возвратом очищенной воды от шламов. Прямоточная система водоснабжения может применяться (как исключение) при согласовании с соответствующими органами санитарного надзора.

Гидротранспортировка шламов от технологического оборудования до зумпфов пульпонасосных станций осуществляется самотеком по магистральным каналам и тоннелям, которые прокладываются под полом цеха соответственно на глубине до 2 и более 2 м от отметки пола. Уклоны в магистральных каналах и тоннелях должны быть не менее 0,03?0,06. Каналы следует перекрывать съемными секционными решетками с прорезями 6 мм и массой каждой секции не более 30 кг.

Транспортировка шламов от каждой единицы технологического оборудования осуществляется самотеком по лоткам. Размеры сечения лотков определяются по наибольшему расходу пульпы, а геометрические уклоны -- по наименьшему расходу. Уклоны лотков у фундаментов оборудования должны быть не менее 1,2 м/с. Повороты лотков выполняются радиусом более пятикратной ширины лотка. Сопряжения лотков осуществляются радиусом более 2 м.

Гидротранспорт пульпы из зумпфов или пульпосборников до шламохранилищ или очистных сооружений зависит от местных условий расположения предприятия и может быть как напорным, так и самотечным.

При применении напорного гидротранспорта пульпонасосные станции рекомендуется размещать внутри главных производственных корпусов.

В пульпонасосных станциях следует предусматривать резерв насосного оборудования в размере 100 % при двух рабочих насосах; при установке одного рабочего насоса дополнительно устанавливают один резервный и один ремонтный насос.

Минимальное число пульповодов от зумпфа до шламохранилища -- два.

При переработке блоков различных пород (гранита, мрамора и др.) системы шламоудаления должны быть раздельными для каждого вида пород.

Внедрение новых пресс-фильтров и мобильных очистных установок позволили избавиться от дорогостоящих и занимающих большие площади систем осаждения шламов.

На рис. 22 приведено схематическое изображение системы очистки сточных вод с использованием пресс-фильтров.

Шлам после обработки горных пород на камнеобрабатывающих станках І (см. рис. 22) по отводным лоткам самотеком поступает в сточную емкость А, из которой грунтонасосом подается в седиментационный бак С (седиментация -- оседание мелких частиц в жидкости под действием гравитации).

В системе очистки сточных вод предусмотрена емкость В, где находится флокулянт (специальное вещество, способствующее образованию осадка), добавляемый в шлам (см. рис. 22) при подаче его в седиментационный бак С.

В агрегате С под действием сил гравитации шлам осаждается на дно бака, а из верхней его части чистая вода подается в резервуар очищенной воды F.

Шлам, осажденный на дно агрегата С, через сток направляется для гомогенизации (придания материалу однородности) в емкость Д, где осуществляется тщательное его перемешивание для получения однородной густой массы. Последняя принудительно подается на пресс-фильтры Е, где отделяется вода от шлама. Сухой шлам в виде сыпучего порошка расфасовывается в разовые пакеты и может быть утилизирован в различных производствах в качестве наполнителя. Чистая вода после пресс-фильтров Е направляется в резервуар для сбора очищенной воды F, откуда насосом подается в сеть оборотного водоснабжения для подачи ее в зону работы камнеобрабатывающих станков.

Рис. 22. Система очистки сточных вод камнеобработки пресс-фильтрами:

1 -- шламообразующее оборудование (камнеобрабатывающие станки); А -- емкость для сбора шламов. В -- бак для флокулянта, С -- седиментационный бак; D -- емкость для гомогенизации шлама; Е -- пресс-фильтры; F -- резервуар для сбора очищенной воды.