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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，具有良好的化學穩定性。在我國，棕剛玉的生産工藝成熟（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），生産成本比其它磨料低，性價比也優于其它磨料。因此，經過了六十幾年的發展，棕剛玉已逐漸形成了一定産業規模的工業材料體系，成為我國工業發展無可替代的基礎材料和國民經濟中不可缺少的重要組成部分。特别是在目前的國内外固結磨具、塗附磨具的制造和耐火材料生産中占據着重要地位。
随着我國機械制造業的快速發展和結構性調整，磨具行業對棕剛玉産品的質量要求越來越高，這使得磨料生産企業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産品質量。目前，從已應用的處理技術中我們知道，提高棕剛玉磨料産品質量主要可以通過改善磨料的顆粒形狀、熱處理或化學塗層。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；化學處理又由于成本高、污染環境，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，在國外生産使用已有二十幾年，而在我國生産使用僅僅隻有十幾年的發展曆史。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産的廠家之一。下面我以公司近幾年的棕剛玉煅燒情況，并結合參考有關專家見解來談一些“棕剛玉煅燒磨料的生産和使用”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。棕剛玉以優質鋁礬土為原料，無煙煤，鐵屑，在電弧中經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#在不同類别中的數據：
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類别 |
單晶體 |
緊密集合體 |
集合體 |
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傾倒法 |
25.84 |
12.18 |
62.18 |
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熔塊法 |
58.83 |
20.14 |
21.03 |
表2-1：剛玉結構分析
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類别 |
物理剛玉 |
玻璃質 |
钛礦物 |
六鋁酸鈣 |
鐵合金 |
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傾倒法 |
94.56 |
2.36 |
1.81 |
1.09 |
0.06 |
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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）生産的剛玉，結晶集合體多，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，較适應于陶瓷固結磨具和耐火材料
熔塊爐（法）生産的剛玉，結晶集合體少，晶體尺寸大，玻璃質少。所以脆性差，韌性大，耐磨度好，更适應于樹脂磨具和塗附磨具。
所以用熔塊爐法制造的棕剛玉砂隻要加工和處理手段科學，就是目前樹脂砂輪和砂帶制造中首選的生産用量最大的磨料。
三、棕剛玉煅燒磨料的生産與使用
(一) 煅燒方法
有梭式窯、隧道窯、回轉窯和倒煙窯（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熱後逐步升溫至800～1350℃煅燒2～ 4 小時，自然冷卻後水洗篩分，磨料的色澤根據不同溫度表現為深棕色、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钛（TI2O3、TIO）和碳化钛、氮化钛（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。磨料反常膨脹會導緻棕剛玉陶瓷砂輪在燒成時，表面出現網狀裂紋，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内的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内應力。因此，用煅燒後磨料生産各種磨具，不僅耐用而且鋒利，提高了磨具磨削性能，特别是生産樹脂薄片和重負荷砂輪使用較多。
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粒 度 |
棕剛玉 |
白剛玉 |
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未煅燒 |
1000℃煅燒 |
1350℃煅燒 |
未煅燒 |
1000℃煅燒 |
1350℃煅燒 |
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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800℃-1350℃灼燒2–4小時後，磨料親水性能提高了3.5倍。這主要是由于磨料表面揮發物等雜質被清除，低熔點物質被燒掉，磨料表面毛細管現象增加的緣故。磨料堆積密度相應降低親水性提高，磨料用于塗附磨具，其耐用度能提高30%左右。如下表：
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粒度 |
時間（分） |
親水性高度（mm） |
|
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未煅燒 |
煅燒 |
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150 |
3 5 10 20 30 |
49 60 80 103 125 |
116 139 190 250 300 |
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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。煅燒處理後磨料除去了磨料表面揮發物等雜質，提高了磨料純度和清潔度，因而在磨具制造時，提高了磨粒和結合劑結合力，降低了結合劑用量，提高了磨具強度。
5、改善了磨具外觀和切削能力。煅燒處理後磨料，由于包裹鐵質剛玉磨粒膨脹破裂，因此磁性物質很容易被磁選掉，降低了磨料磁性物含量，在燒成磨具時不會出現鏽斑，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物等雜質被清除，低熔點物質被燒掉，磨料表面毛細管現象增加，磨料堆積密度相應降低比重下降，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，因此會給塗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，特别是150目以細的中溫煅燒磨料吸潮能力明顯提高、導緻流動性差，勢必會給企業現有的砂帶植砂造成一些困難。因此建議磨料生産企業在生産過程中也要盡可能做到系統化标準化，切實保證其産品的穩定性、持久性，為下遊使用客戶創造使用條件；其次、使用企業在使用煅燒磨料時一定要先行試用，逐步完善改進設備的适應性，然後批量使用。可以使用中溫煅燒磨料的，盡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約資源，保護環境，提高産品性能的有效措施。生産企業和使用企業要共同努力，不斷完善，切實推進我國磨料磨具制造這個民族工業整體水平的提高和健康發展。
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作者簡介：
石鐵拴：高級工程師，棕剛玉磨料專家。洛陽市政協委員，伊川縣剛玉協會、河南省棕剛玉協會副會長。
