棕剛玉煅燒磨料的生產(chǎn)與使用

一、簡介

????棕剛玉是最基本的磨料之一，它的抗破碎、抗氧化、抗腐蝕能力較強，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。在我國，棕剛玉的生產(chǎn)工藝成熟（我國目前采用的冶煉方法有固定爐熔塊法和傾倒爐冶煉法），生產(chǎn)成本比其它磨料低，性價比也優(yōu)于其它磨料。因此，經(jīng)過了六十幾年的發(fā)展，棕剛玉已逐漸形成了一定產(chǎn)業(yè)規(guī)模的工業(yè)材料體系，成為我國工業(yè)發(fā)展無可替代的基礎(chǔ)材料和國民經(jīng)濟中不可缺少的重要組成部分。特別是在目前的國內(nèi)外固結(jié)磨具、涂附磨具的制造和耐火材料生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位。

????隨著我國機械制造業(yè)的快速發(fā)展和結(jié)構(gòu)性調(diào)整，磨具行業(yè)對棕剛玉產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，這使得磨料生產(chǎn)企業(yè)不斷的進行嘗試性的摸索實驗，來尋找一種切實可行的處理辦法來提高棕剛玉的產(chǎn)品質(zhì)量。目前，從已應(yīng)用的處理技術(shù)中我們知道，提高棕剛玉磨料產(chǎn)品質(zhì)量主要可以通過改善磨料的顆粒形狀、熱處理或化學(xué)涂層。而事實上，僅僅改善顆粒形狀來提高磨料性能遠遠不能達到磨具工藝要求的了；化學(xué)處理又由于成本高、污染環(huán)境，其處理效果也遠遠不如熱處理效果好。

????棕剛玉煅燒作為熱處理磨料的一種，在國外生產(chǎn)使用已有二十幾年，而在我國生產(chǎn)使用僅僅只有十幾年的發(fā)展歷史。伊川縣東風磨料磨具有限公司有幸作為最早實施煅燒棕剛玉磨料生產(chǎn)的廠家之一。下面我以公司近幾年的棕剛玉煅燒情況，并結(jié)合參考有關(guān)專家見解來談一些“棕剛玉煅燒磨料的生產(chǎn)和使用”的個人看法，如有不當之處敬請批評指正。

二、棕剛玉制造

????在介紹煅燒棕剛玉之前，我們有必要再次提及棕剛玉的冶煉。棕剛玉以優(yōu)質(zhì)鋁礬土為原料，無煙煤，鐵屑，在電弧中經(jīng)2000度以上高溫熔煉制成，利用的熔煉方法有傾倒法和溶塊法之分。不同的冶煉方法對制成的棕剛玉塊的特性是有影響的。首先讓我們來看一下有關(guān)資料中對兩種不同棕剛玉塊冶煉的方法進行比較。下面是樣品36#在不同類別中的數(shù)據(jù)：

類別	單晶體	緊密集合體	集合體
傾倒法	25.84	12.18	62.18
熔塊法	58.83	20.14	21.03

表2-1：剛玉結(jié)構(gòu)分析

類別	物理剛玉	玻璃質(zhì)	鈦礦物	六鋁酸鈣	鐵合金
傾倒法	94.56	2.36	1.81	1.09	0.06
熔塊法	94.03	1.29	1.19	2.58	0.91

表2-2：剛玉礦相分析

從上面的表格中，我們可以看出：

傾倒爐（法）生產(chǎn)的剛玉，結(jié)晶集合體多，晶體尺寸小，玻璃相高且分布在晶界上。所以韌性差，脆性大，磨粒易脫落，自銳性好，較適應(yīng)于陶瓷固結(jié)磨具和耐火材料

熔塊爐（法）生產(chǎn)的剛玉，結(jié)晶集合體少，晶體尺寸大，玻璃質(zhì)少。所以脆性差，韌性大，耐磨度好，更適應(yīng)于樹脂磨具和涂附磨具。

所以用熔塊爐法制造的棕剛玉砂只要加工和處理手段科學(xué)，就是目前樹脂砂輪和砂帶制造中首選的生產(chǎn)用量最大的磨料。

三、棕剛玉煅燒磨料的生產(chǎn)與使用

(一) 煅燒方法

有梭式窯、隧道窯、回轉(zhuǎn)窯和倒煙窯（已淘汰）和立式窯。熱源主要煤炭、煤氣、天然氣、液化氣、甲烷氣和電力。

(二) 煅燒工藝

把棕剛玉磨料盛入專用容器先預(yù)熱后逐步升溫至800～1350℃煅燒2～ 4 小時，自然冷卻后水洗篩分，磨料的色澤根據(jù)不同溫度表現(xiàn)為深棕色、棕藍色、藍色、淺藍色和藍灰色。

(三) 煅燒棕剛玉磨料的優(yōu)點

1、消除了棕剛玉磨料反常膨脹。由于電熔剛玉在冶煉過程中，磨料中含有低價位氧化鈦（TI2O3、TIO）和碳化鈦、氮化鈦（TIC、TIN），它們在800℃-1350℃氧化氣氛中煅燒時，會進一步氧化，體積相應(yīng)增大，使磨料體積變化超出了它本身正常膨脹，即為反常膨脹。磨料反常膨脹會導(dǎo)致棕剛玉陶瓷砂輪在燒成時，表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋，從而造成大量廢品，而采用煅燒處理消除棕剛玉磨料反常膨脹最有效手段。

2、降低了磨料的堆積密度，提高了磨料韌性。由于磨料在煅燒過程中，首先固熔于剛玉晶體內(nèi)的TI3+被氧化而引起了晶格收縮，從而提高了磨料抗壓強度。其次，煅燒還會彌補在制粒過程中所造成內(nèi)應(yīng)力。因此，用煅燒后磨料生產(chǎn)各種磨具，不僅耐用而且鋒利，提高了磨具磨削性能，特別是生產(chǎn)樹脂薄片和重負荷砂輪使用較多。

粒 度	棕剛玉			白剛玉
	未煅燒	1000℃煅燒	1350℃煅燒	未煅燒	1000℃煅燒	1350℃煅燒
16 20 24 30 36 46 60 80	54 62 46 56 71 67 54 78	67 80 63 67 83 79 66 83	76 80.1 73 74 88 88 68 84.6	? ? 36 38 77 83 78 75	? ? 44 66 83 87 82 88	? ? 50 77 88 92 87 88

表3-1：煅燒對磨料韌性的影響

?3、提高了棕剛玉磨料親水性。棕剛玉磨料經(jīng)800℃-1350℃灼燒2–4小時后，磨料親水性能提高了3.5倍。這主要是由于磨料表面揮發(fā)物等雜質(zhì)被清除，低熔點物質(zhì)被燒掉，磨料表面毛細管現(xiàn)象增加的緣故。磨料堆積密度相應(yīng)降低親水性提高，磨料用于涂附磨具，其耐用度能提高30%左右。如下表：?

粒度	時間（分）	親水性高度（mm）
		未煅燒	煅燒
150	3 5 10 20 30	49 60 80 103 125	116 139 190 250 300
60	3 5 10 20 30	45 47 50 52 50	120 128 157 160 167

表3-2：煅燒對磨料親水性的影響

4、提高了磨具強度。煅燒處理后磨料除去了磨料表面揮發(fā)物等雜質(zhì)，提高了磨料純度和清潔度，因而在磨具制造時，提高了磨粒和結(jié)合劑結(jié)合力，降低了結(jié)合劑用量，提高了磨具強度。

5、改善了磨具外觀和切削能力。煅燒處理后磨料，由于包裹鐵質(zhì)剛玉磨粒膨脹破裂，因此磁性物質(zhì)很容易被磁選掉，降低了磨料磁性物含量，在燒成磨具時不會出現(xiàn)銹斑，改善了磨具外觀和切削能力。

(四) 煅燒磨料的缺點

1、流動性變差。由于煅燒磨料表面揮發(fā)物等雜質(zhì)被清除，低熔點物質(zhì)被燒掉，磨料表面毛細管現(xiàn)象增加，磨料堆積密度相應(yīng)降低比重下降，從而造成流動性變差。

2、防潮能力差。由于毛細管現(xiàn)象增加、磨料比表面積增大親水性提高，吸潮能力提高，因此會給涂附磨具植砂帶來不利因素。

(五) 煅燒磨料的使用

任何事物都是一分為二的。雖然棕剛玉煅燒磨料相對未煅燒的棕剛玉磨料，無論是韌性、強度、親水性、磨削能力等相比未煅燒棕剛玉磨料，都有大幅度提高。但畢竟它的相對價格較高，而且也有些許缺點，特別是150目以細的中溫煅燒磨料吸潮能力明顯提高、導(dǎo)致流動性差，勢必會給企業(yè)現(xiàn)有的砂帶植砂造成一些困難。因此建議磨料生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中也要盡可能做到系統(tǒng)化標準化，切實保證其產(chǎn)品的穩(wěn)定性、持久性，為下游使用客戶創(chuàng)造使用條件；其次、使用企業(yè)在使用煅燒磨料時一定要先行試用，逐步完善改進設(shè)備的適應(yīng)性，然后批量使用?？梢允褂弥袦仂褵チ系模M可能不要使用高溫煅燒磨料，畢竟高溫磨料價格明顯高于中溫煅燒磨料。

????總之，用煅燒來處理棕剛玉磨料是節(jié)約資源，保護環(huán)境，提高產(chǎn)品性能的有效措施。生產(chǎn)企業(yè)和使用企業(yè)要共同努力，不斷完善，切實推進我國磨料磨具制造這個民族工業(yè)整體水平的提高和健康發(fā)展。? ? ??

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作者簡介：

石鐵拴：高級工程師，棕剛玉磨料專家。洛陽市政協(xié)委員，伊川縣剛玉協(xié)會、河南省棕剛玉協(xié)會副會長。

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