鑄石
| 鑄石 |
鑄石(cast stone )是一種經加工而成的硅酸鹽結晶材料﹐採用天然岩石(玄武岩﹑輝綠岩等基性岩﹑以及頁岩)或工業廢渣(高爐礦渣﹑鋼渣﹑銅渣﹑鉻渣﹑鐵合金渣等)為主要原料﹐經配料、熔融、澆注、熱處理等工序製成的晶體排列規整、質地堅硬、細膩的非金屬工業材料。
目錄
基本信息
定義
鑄石是一種經加工而成的硅酸鹽結晶材料，採用天然岩石（玄武岩﹑輝綠岩等基性岩﹑以及頁岩）或工業廢渣（高爐礦渣﹑鋼渣﹑銅渣﹑鉻渣﹑鐵合金渣等）為主要原料，經配料、熔融、澆注、熱處理等工序製成的晶體排列規整、質地堅硬、細膩的非金屬工業材料。鑄石具有資源豐富,，生產工藝簡單，成本低廉以及特別優異的耐磨、抗腐蝕等性能。
性能
鑄石的主要性能是：硬度高（莫氏硬度為7～8）；耐磨性好（耐磨係數為0.09～0.14克/厘米，抗腐蝕性能強，除氫氟酸和熱磷酸外，能抗任何酸鹼的腐蝕（耐酸性大於96％，耐鹼性大於98％）。 鑄石具有很好的耐腐蝕、耐磨性能，其耐酸鹼性可達99％以上，耐磨性比錳鋼高5～10倍，比碳素鋼高數十倍；其莫氏硬度7～8，僅次於金剛石和剛玉。但其韌性、抗衝擊性較差，切削加工困難。
分類
按採用的主要原料分為天然岩石鑄石（玄武岩、輝綠岩等基性岩、以及頁岩）和工業廢渣（高爐礦渣、鋼渣、銅渣、鉻渣、鐵合金渣等）鑄石。
按微觀結構分為普通鑄石和微晶鑄石；
按製造方法分為澆注製品（普型板材、異型板材和管材）、燒結製品、鑄石粉和鑄石塑料複合製品等。
生產工藝
在中國，過去一般採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。
結晶過程
鑄石生產是通過對原料熔化、熔漿結晶、鑄件退火，使多礦物相的原料轉變成單一「鑄輝石」礦物相，同時具有合適粒度（0.01-0.1mm)的產品。在斜長石、普通輝石、橄檻石、磁鐵礦等多礦物相轉變成單一的濤輝石，即一種在鑄石工藝條件才能獲得的特殊的輝石相時，才能獲得合適的粒度。在一定的工藝條件下，當獲得合適的粒度時，相應地也完成了礦物相的轉變。 鑄石原料的化學成分主要是Si02、CaO、MgO、FeO、Fe203、Na2O和K2O。其中SiO2、Al203、Ca0和FeO在礦物相組成上起決定作用。。FeO和Fe2O3稍遜，但是它們在調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，往往滯後到最後成為析出物的成分。鑄石產品的結晶作用理論上可以從Ca0-Mg0-Alz03- SiO2四元系談起。現將K2O、Na2O忽略不計，將FeO與Mg0合併、Fe203與A1203合併，則化學成分可作換算。
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%A1203截面上，可見此成分點在鈣長石An、董青石Cord、尖晶石Sp三相點附近。在玄武岩中出現繭青石是不可能的，所成FeO：Fe2O3不等於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，可見此成分點在鈣長石An,輝石Pyrox,橄欖石For三相點附近。此三相點溫度小於1300'C，即上述成分點的初始熔化溫度不大於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，屬於此面上的聯線用粗黑線表示，有兩個三相點，一為1260℃的轉熔點，另一為1220℃的共熔點。在此轉熔點，先析出的橄欖石與熔漿反應，將改造為輝石和鈣長石。如熔漿在此轉熔點溫度不結束結晶作用，則熔漿將繼續冷至1220℃結束結晶。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面上見到一個三相點，溫度為1270℃。鑑於此CaMgSi206相在SiO2-Mg2SiO4-Fe304-CaA12Si208四面體內有它的對應點，也就是在此四面體內存在一條鈣長石與輝石、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1200℃的共熔點。由此可見，在添人FeO、Fe2O3後，物料的最初熔化溫度，也即最終結晶溫度將降至1200-1220℃.已知原料中有Na20+K20為4.15%，而Na20是鈉長石NaAlSi308的組成。4.15Na20可生成4.15X（62+ 1062+360）/62=34.86鈉長石。鈉長石熔點為1122'- ,因此4.15%Na2O+K2O中只要有幾分之一用於組成鈉長石，就會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於1200℃。
通過對鑄石結晶過程及相圖分析，可以得到以下結論：(1)在鑄石原料中，Si02、CaO、A1203和Mg0在礦物相組成上起着決定作用。氧化鐵總量應依FeO：Fe2O3按2:1分配。(2)在鑄石生產過程中，添加FeO、Fe2O3。可使物料的最初熔化溫度，即最終結晶溫度由1300℃降至1200~1220℃。(3 )以毒鉻渣為鑄石結晶促進劑，可以解決錦州鑄石廠鑄石玻璃炸裂，造成廢品的間題。這是提高錦州鑄石廠鑄石成品率的簡單易行的措施。
用途
鑄石製品主要有鑄石管、鑄石複合管、鑄石板和鑄石料，已被廣泛應用在電力、煤炭、礦山、冶金、化工、建築等工業部門的嚴重磨損、腐蝕部位，如刮板輸送機底襯、溜槽里襯、風機殼內襯、磨機進出料裝置等部位。可延長部件或設備的使用壽命為其它材料的十幾倍乃至幾十倍。 由於鑄石製品的韌性較差，硬度較高，難以切削加工，一般按一定形狀和尺寸加工製品。其固定方式採用砌築和鑲嵌的方法。
鑄石的主要用途是在工業上用作防腐蝕、耐磨材料，如酸、鹼儲罐、反應罐、酸洗池（槽）的防腐蝕襯裡；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。在建築上可用作倉庫地坪，公共建築的過道、樓梯踏步，廠房的耐酸地坪和牆裙，以及水工工程的大壩貼面和排砂孔襯裡等。淺色或彩色鑄石可以代替大理石、花崗石作內外裝飾材料和地面材料。
鑄石材料在建材設備中主要代替不受衝擊的金屬材料耐磨件用在設備上。如皮帶運輸機托輥，螺旋運輸機內腔，攪拌機內表面，風選錘式粉碎機風管內壁,氣力輸送管道內襯等。
1、通用型鑄石耐磨件
皮帶輸送機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,截面均為圓環形，直接由擠出機中擠出並按長度要求切割成段，經過鍛燒形成了產品。由於通用件生產容易，不需專門訂貨。所以這種產品用得較多。使用效果也令人滿意,其優點是：一般使用壽命比普通金屬套托輥長二倍以上。第二，由於重量輕，降低了維修勞動強度;第三，運行情況穩定、可靠、無噪音。第四,價格便宜,其造價僅為金屬託輥的1/3。
2、通用異型鑄石及特異型耐磨件
風選錘式粉碎機風管,攪拌機、螺旋運輸機,氣力輸送設備是使用通用異型鑄石的設備。通用異型鑄石使用效果和通用型鑄石耐磨件相似,但生產相對複雜,價格也高於通用型鑄石。攪拌機攪刀，擠磚機絞刀葉片，風機殼等是使用特異型鑄石的設備。特殊型鑄石生產更加複雜，全部都需作新模具。且生產量小，模具使用次數少。限制了使用廠家的應用。特異型鑄石件受製造質量和安裝質量的影響，使用壽命不穩定有些零件如攪刀葉片，攪拌機攪刀還要承受部分拉力，需要配製金屬骨架，安裝麻煩，使用性能也必然受到影響。
前景展望
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，延長設備使用壽命；減少維修工作量，保持設備的工作穩定性，但目前鑄石材料在建材設備上使用量還不大，隨着節能工作的深入進行，鑄石的使用將逐步推廣。若按每廠每年用鑄石代替3t鋼材，四川省內所有建材企業就可節約1萬t左右的鋼材，這數字是很驚人的。建材行業主管單位和建材雜誌應大力做好推廣使用鑄石材料。[1]