鑄石

在中國(guó)，過(guò)去一般采用燒焦炭的沖天爐熔制，目前多用燒油或天然氣的井式熔窯或淺料層池窯熔制。其主要工藝流程如圖1。

鑄石具有很好的耐腐蝕、耐磨性能，但其韌性、抗沖擊性較差，切削加工困難。鑄石制品主要有鑄石管、鑄石復(fù)合管、鑄石板和鑄石料，已被廣泛應(yīng)用在電力、煤炭、礦山、冶金、化工、建筑等工業(yè)部門的嚴(yán)重磨損、腐蝕部位?？裳娱L(zhǎng)部件或設(shè)備的使用壽命為其它材料的十幾倍乃至幾十倍。由于鑄石制品的韌性較差，硬度較高，難以切削加工，一般按一定形狀和尺寸加工制品。其固定方式采用砌筑和鑲嵌的方法。

按采用的主要原料分為天然巖石鑄石（玄武巖、輝綠巖等基性巖、以及頁(yè)巖）和工業(yè)廢渣（高爐礦渣、鋼渣、銅渣、鉻渣、鐵合金渣等）鑄石。按微觀結(jié)構(gòu)分為普通鑄石和微晶鑄石。按制造方法分為澆注制品（普型板材、異型板材和管材）、燒結(jié)制品、鑄石粉和鑄石塑料復(fù)合制品等。

鑄石材料是一種很有前途的材料，它能在一定部位代替某些金屬材料或其它材料；它能降低成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；減少維修工作量，保持設(shè)備的工作穩(wěn)定性，但目前鑄石材料在建材設(shè)備上使用量還不大，隨著節(jié)能工作的深入進(jìn)行，鑄石的使用將逐步推廣。若按每廠每年用鑄石代替3t鋼材，四川省內(nèi)所有建材企業(yè)就可節(jié)約1萬(wàn)t左右的鋼材，這數(shù)字是很驚人的。建材行業(yè)主管單位和建材雜志應(yīng)大力做好推廣使用鑄石材料。

鑄石制品主要有鑄石管、鑄石復(fù)合管、鑄石板和鑄石料，已被廣泛應(yīng)用在電力、煤炭、礦山、冶金、化工、建筑等工業(yè)部門的嚴(yán)重磨損、腐蝕部位，如刮板輸送機(jī)底襯、溜槽里襯、風(fēng)機(jī)殼內(nèi)襯、磨機(jī)進(jìn)出料裝置等部位?？裳娱L(zhǎng)部件或設(shè)備的使用壽命為其它材料的十幾倍乃至幾十倍。 由于鑄石制品的韌性較差，硬度較高，難以切削加工，一般按一定形狀和尺寸加工制品。其固定方式采用砌筑和鑲嵌的方法。

鑄石的主要用途是在工業(yè)上用作防腐蝕、耐磨材料，如酸、堿儲(chǔ)罐、反應(yīng)罐、酸洗池（槽）的防腐蝕襯里；各種礦石、灰渣、尾礦的溜槽和輸送管道，以及球磨的耐磨襯板等。在建筑上可用作倉(cāng)庫(kù)地坪，公共建筑的過(guò)道、樓梯踏步，廠房的耐酸地坪和墻裙，以及水工工程的大壩貼面和排砂孔襯里等。淺色或彩色鑄石可以代替大理石、花崗石作內(nèi)外裝飾材料和地面材料。

鑄石材料在建材設(shè)備中主要代替不受沖擊的金屬材料耐磨件用在設(shè)備上。如皮帶運(yùn)輸機(jī)托輥，螺旋運(yùn)輸機(jī)內(nèi)腔，攪拌機(jī)內(nèi)表面，風(fēng)選錘式粉碎機(jī)風(fēng)管內(nèi)壁,氣力輸送管道內(nèi)襯等。

1、通用型鑄石耐磨件

皮帶輸送機(jī)大小托輥輥套使用的鑄石件均為通用型鑄石。這種鑄石件加工容易,截面均為圓環(huán)形，直接由擠出機(jī)中擠出并按長(zhǎng)度要求切割成段，經(jīng)過(guò)鍛燒形成了產(chǎn)品。由于通用件生產(chǎn)容易，不需專門訂貨。所以這種產(chǎn)品用得較多。使用效果也令人滿意,其優(yōu)點(diǎn)是：一般使用壽命比普通金屬套托輥長(zhǎng)二倍以上。第二，由于重量輕，降低了維修勞動(dòng)強(qiáng)度;第三，運(yùn)行情況穩(wěn)定、可靠、無(wú)噪音。第四,價(jià)格便宜,其造價(jià)僅為金屬托輥的1/3。

2、通用異型鑄石及特異型耐磨件

風(fēng)選錘式粉碎機(jī)風(fēng)管,攪拌機(jī)、螺旋運(yùn)輸機(jī),氣力輸送設(shè)備是使用通用異型鑄石的設(shè)備。通用異型鑄石使用效果和通用型鑄石耐磨件相似,但生產(chǎn)相對(duì)復(fù)雜,價(jià)格也高于通用型鑄石。攪拌機(jī)攪刀，擠磚機(jī)絞刀葉片，風(fēng)機(jī)殼等是使用特異型鑄石的設(shè)備。特殊型鑄石生產(chǎn)更加復(fù)雜，全部都需作新模具。且生產(chǎn)量小，模具使用次數(shù)少。限制了使用廠家的應(yīng)用。特異型鑄石件受制造質(zhì)量和安裝質(zhì)量的影響，使用壽命不穩(wěn)定有些零件如攪刀葉片，攪拌機(jī)攪刀還要承受部分拉力，需要配制金屬骨架，安裝麻煩，使用性能也必然受到影響。

鑄石的主要性能是：硬度高（莫氏硬度為7～8）；耐磨性好（耐磨系數(shù)為0.09～0.14克/厘米2，抗腐蝕性能強(qiáng)，除氫氟酸和熱磷酸外，能抗任何酸堿的腐蝕（耐酸性大于96%，耐堿性大于98%）。鑄石具有很好的耐腐蝕、耐磨性能，其耐酸堿性可達(dá)99%以上，耐磨性比錳鋼高5～10倍，比碳素鋼高數(shù)十倍；其莫氏硬度7～8，僅次于金剛石和剛玉。但其韌性、抗沖擊性較差，切削加工困難。

鑄石生產(chǎn)是通過(guò)對(duì)原料熔化、熔漿結(jié)晶、鑄件退火，使多礦物相的原料轉(zhuǎn)變成單一“鑄輝石”礦物相，同時(shí)具有合適粒度（0.01-0.1mm)的產(chǎn)品。在斜長(zhǎng)石、普通輝石、橄檻石、磁鐵礦等多礦物相轉(zhuǎn)變成單一的濤輝石，即一種在鑄石工藝條件才能獲得的特殊的輝石相時(shí)，才能獲得合適的粒度。在一定的工藝條件下，當(dāng)獲得合適的粒度時(shí)，相應(yīng)地也完成了礦物相的轉(zhuǎn)變。鑄石原料的化學(xué)成分主要SiO?、CaO、MgO、FeO、Fe?0?、Na?O和K?O。其中SiO?、Al?0?、Ca0和FeO在礦物相組成上起決定作用。。FeO和Fe?0?稍遜，但是它們?cè)谡{(diào)整熔漿粘度上起重要作用，此外它們是磁鐵礦的唯一組成成分。K2O、Na2O含量少，能降低熔漿粘度，往往滯后到最后成為析出物的成分。鑄石產(chǎn)品的結(jié)晶作用理論上可以從Ca0-Mg0-Al?0?- SiO?四元系談起?，F(xiàn)將K?O、Na?O忽略不計(jì)，將FeO與Mg0合并、Al?0?與Al?0?合并，則化學(xué)成分可作換算。

如氧化鐵總量依FeO：Fe2O3=1：2分配，所得百分含量落圖到CaO-MgO-Ai203一SiO2四元相圖上。在陶瓷相圖2647圖25?203截面上，可見此成分點(diǎn)在鈣長(zhǎng)石An、董青石Cord、尖晶石Sp三相點(diǎn)附近。在玄武巖中出現(xiàn)繭青石是不可能的，所成FeO：Fe2O3不等于1：2,如氧化鐵總量依FeO:Fezq=2:1分配，所得百分合量(8)落圖到20寫A120,截面上，可見此成分點(diǎn)在鈣長(zhǎng)石An,輝石Pyrox,橄欖石For三相點(diǎn)附近。此三相點(diǎn)溫度小于1300'C，即上述成分點(diǎn)的初始熔化溫度不大于1300℃。添入FeO、Fe203，在CaO-MgO-FeO-Fe2O3- A1203-SIO2六元系的Si02-Mg2SiO4-Fe3O4-CaAl2Si2O8分圖上探討，陶瓷相圖2255一2257。在此正四面體圖的Mg2SiO4-CaA12Si208-Si02面上，屬于此面上的聯(lián)線用粗黑線表示，有兩個(gè)三相點(diǎn)，一為1260℃的轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，另一為1220℃的共熔點(diǎn)。在此轉(zhuǎn)熔點(diǎn)，先析出的橄欖石與熔漿反應(yīng)，將改造為輝石和鈣長(zhǎng)石。如熔漿在此轉(zhuǎn)熔點(diǎn)溫度不結(jié)束結(jié)晶作用，則熔漿將繼續(xù)冷至1220℃結(jié)束結(jié)晶。今Fe3O4端換成CaMgSi206。則在Si02- Mg2Si04- CaMgSi2O6-CaA12Si2O8四元系圖(陶瓷相圖894)的Mg2SiO4-CaMgSi206-CaA12Si208面上見到一個(gè)三相點(diǎn)，溫度為1270℃。鑒于此CaMgSi206相在SiO2-Mg2SiO4-Fe304-CaA12Si208四面體內(nèi)有它的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，也就是在此四面體內(nèi)存在一條鈣長(zhǎng)石與輝石、橄欖石間的界線，其溫度為1260℃-1270℃，另外在Si02一CaMgSi2O6一CaA12Si208面上還有一個(gè)1200℃的共熔點(diǎn)。由此可見，在添人FeO、Fe2O3后，物料的最初熔化溫度，也即最終結(jié)晶溫度將降至1200-1220℃.已知原料中有Na20 K20為4.15%，而Na20是鈉長(zhǎng)石NaAlSi308的組成。4.15Na20可生成4.15X（62 1062 360）/62=34.86鈉長(zhǎng)石。鈉長(zhǎng)石熔點(diǎn)為1122'- ,因此4.15%Na2O K2O中只要有幾分之一用于組成鈉長(zhǎng)石，就會(huì)很大地降低原料的熔化溫度。因此此原料的熔化溫度有可能低于1200℃。通過(guò)對(duì)鑄石結(jié)晶過(guò)程及相圖分析，可以得到以下結(jié)論：(1)在鑄石原料中，Si02、CaO、A1203和Mg0在礦物相組成上起著決定作用。氧化鐵總量應(yīng)依FeO：Fe2O3按2:1分配。(2)在鑄石生產(chǎn)過(guò)程中，添加FeO、Fe2O3。可使物料的最初熔化溫度，即最終結(jié)晶溫度由1300℃降至1200~1220℃。(3 )以毒鉻渣為鑄石結(jié)晶促進(jìn)劑，可以解決錦州鑄石廠鑄石玻璃炸裂，造成廢品的問(wèn)題。這是提高錦州鑄石廠鑄石成品率的簡(jiǎn)單易行的措施。

和其他用途的石墨材料相比，連鑄石墨的特點(diǎn)是：顆粒細(xì)、質(zhì)地均勻、體積密度大、氣孔率小和強(qiáng)度高。其基本性能如表1 ：

金宇鑄石板材有普形、普異形、特異形三大類。普形板材有矩形板、梯形板、六角形板、扇形板、圓形板等；普異形板有弧形板、溜槽鑲板、灰渣溝直溝鑲板等；特異形板有：雙曲面板、錐面板、篩蓖條鑄石板及灰渣溝彎溝、變徑、匯合口、二岔口、三岔口板等。繁多的設(shè)備襯里鑄石板均包括在上述類別的制品在內(nèi)。

1) 對(duì)連鑄石墨的開發(fā)和應(yīng)用各國(guó)都很重視。這可從連鑄石墨的品種增加，工藝改進(jìn)，質(zhì)量提高等方面得到證實(shí)。例如，德國(guó)和日本在研制連鑄石墨的過(guò)程中敢于花大錢，出大力，所以他們生產(chǎn)的連鑄石墨品種較多，質(zhì)量也較好，銅型材和鑄鐵連鑄技術(shù)也較為發(fā)達(dá)。

2) 在產(chǎn)品發(fā)展方向上，國(guó)外已較注意發(fā)展細(xì)顆粒、高密度、各向同性石墨作為連鑄石墨，特別是德國(guó)林斯道夫公司在這方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，采取了許多措施，日本東洋炭索公司也直起猛追，大有超過(guò)之勢(shì)。在國(guó)內(nèi)，東新電碳廠和上海碳素廠已在幾年前就有這方面的成采。為了改善石墨結(jié)晶器工作表面的性能，采用表面涂層技術(shù)，這對(duì)于連鑄石墨使用壽命的提高有較大作用。蘇聯(lián)采用氮化硼涂層技術(shù)，而我國(guó)涂層連鑄石墨主要是沉積熱解石墨，盡管還未得到廣泛的普及，還是受到了較多用戶的歡迎。此外，上海電碳廠還采用在傳統(tǒng)配方添加0.6~2%的金屬氧化物，利用這些金屬氧化物在2500℃石墨化高溫轉(zhuǎn)化為高熔點(diǎn)炭化物的機(jī)理，從而提高連鑄石墨的抗氧化性，達(dá)到提高使用壽命的目的。

3) 連鑄石墨的規(guī)格大型化已成為當(dāng)務(wù)之急。針對(duì)大型連鑄石墨質(zhì)量與國(guó)外的相比差距較大的現(xiàn)實(shí)，應(yīng)花大力氣發(fā)展它，這無(wú)論是從社會(huì)效益上還是從經(jīng)濟(jì)效益上看，都是值得有關(guān)廠家高度重視的。

4) 在我國(guó)，銅型材的連鑄技術(shù)發(fā)展較快，起步也較早，規(guī)模也較大，經(jīng)驗(yàn)也較成熟和豐富，而連鑄型材的連鑄技術(shù)是新發(fā)展起來(lái)的，所需的連鑄石墨雖尚能使用，但進(jìn)一步完善和提高是必要的。

5) 應(yīng)開展提高連鑄石墨結(jié)晶器機(jī)加工精度和改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的研究。這也是提高石墨結(jié)晶器壽命的措施之一。德國(guó)和蘇聯(lián)對(duì)產(chǎn)品機(jī)加工精度有明確要求，國(guó)內(nèi)用戶也希望連鑄石墨內(nèi)壁粗糙度能得到改善，認(rèn)為這能有效地防止鑄件表面產(chǎn)生裂紋。另外，為了改善接觸狀態(tài)。連鑄石墨的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)作改進(jìn)，使之與銅結(jié)晶器之間的接觸面積達(dá)80% 。2100433B