铸石
| 铸石 |
铸石(cast stone )是一种经加工而成的硅酸盐结晶材料﹐采用天然岩石(玄武岩﹑辉绿岩等基性岩﹑以及页岩)或工业废渣(高炉矿渣﹑钢渣﹑铜渣﹑铬渣﹑铁合金渣等)为主要原料﹐经配料、熔融、浇注、热处理等工序制成的晶体排列规整、质地坚硬、细腻的非金属工业材料。
目录
基本信息
定义
铸石是一种经加工而成的硅酸盐结晶材料，采用天然岩石（玄武岩﹑辉绿岩等基性岩﹑以及页岩）或工业废渣（高炉矿渣﹑钢渣﹑铜渣﹑铬渣﹑铁合金渣等）为主要原料，经配料、熔融、浇注、热处理等工序制成的晶体排列规整、质地坚硬、细腻的非金属工业材料。铸石具有资源丰富,，生产工艺简单，成本低廉以及特别优异的耐磨、抗腐蚀等性能。
性能
铸石的主要性能是：硬度高（莫氏硬度为7～8）；耐磨性好（耐磨系数为0.09～0.14克/厘米，抗腐蚀性能强，除氢氟酸和热磷酸外，能抗任何酸碱的腐蚀（耐酸性大于96％，耐碱性大于98％）。 铸石具有很好的耐腐蚀、耐磨性能，其耐酸碱性可达99％以上，耐磨性比锰钢高5～10倍，比碳素钢高数十倍；其莫氏硬度7～8，仅次于金刚石和刚玉。但其韧性、抗冲击性较差，切削加工困难。
分类
按采用的主要原料分为天然岩石铸石（玄武岩、辉绿岩等基性岩、以及页岩）和工业废渣（高炉矿渣、钢渣、铜渣、铬渣、铁合金渣等）铸石。
按微观结构分为普通铸石和微晶铸石；
按制造方法分为浇注制品（普型板材、异型板材和管材）、烧结制品、铸石粉和铸石塑料复合制品等。
生产工艺
在中国，过去一般采用烧焦炭的冲天炉熔制，目前多用烧油或天然气的井式熔窑或浅料层池窑熔制。其主要工艺流程如图。
结晶过程
铸石生产是通过对原料熔化、熔浆结晶、铸件退火，使多矿物相的原料转变成单一“铸辉石”矿物相，同时具有合适粒度（0.01-0.1mm)的产品。在斜长石、普通辉石、橄槛石、磁铁矿等多矿物相转变成单一的涛辉石，即一种在铸石工艺条件才能获得的特殊的辉石相时，才能获得合适的粒度。在一定的工艺条件下，当获得合适的粒度时，相应地也完成了矿物相的转变。 铸石原料的化学成分主要是Si02、CaO、MgO、FeO、Fe203、Na2O和K2O。其中SiO2、Al203、Ca0和FeO在矿物相组成上起决定作用。。FeO和Fe2O3稍逊，但是它们在调整熔浆粘度上起重要作用，此外它们是磁铁矿的唯一组成成分。K2O、Na2O含量少，能降低熔浆粘度，往往滞后到最后成为析出物的成分。铸石产品的结晶作用理论上可以从Ca0-Mg0-Alz03- SiO2四元系谈起。现将K2O、Na2O忽略不计，将FeO与Mg0合并、Fe203与A1203合并，则化学成分可作换算。
如氧化铁总量依FeO：Fe2O3=1：2分配，所得百分含量落图到CaO-MgO-Ai203一SiO2四元相图上。在陶瓷相图2647图25%A1203截面上，可见此成分点在钙长石An、董青石Cord、尖晶石Sp三相点附近。在玄武岩中出现茧青石是不可能的，所成FeO：Fe2O3不等于1：2,如氧化铁总量依FeO:Fezq=2:1分配，所得百分合量(8)落图到20写A120,截面上，可见此成分点在钙长石An,辉石Pyrox,橄榄石For三相点附近。此三相点温度小于1300'C，即上述成分点的初始熔化温度不大于1300℃。
添入FeO、Fe203，在CaO-MgO-FeO-Fe2O3- A1203-SIO2六元系的Si02-Mg2SiO4-Fe3O4-CaAl2Si2O8分图上探讨，陶瓷相图2255一2257。在此正四面体图的Mg2SiO4-CaA12Si208-Si02面上，属于此面上的联线用粗黑线表示，有两个三相点，一为1260℃的转熔点，另一为1220℃的共熔点。在此转熔点，先析出的橄榄石与熔浆反应，将改造为辉石和钙长石。如熔浆在此转熔点温度不结束结晶作用，则熔浆将继续冷至1220℃结束结晶。今Fe3O4端换成CaMgSi206。则在Si02- Mg2Si04- CaMgSi2O6-CaA12Si2O8四元系图(陶瓷相图894)的Mg2SiO4-CaMgSi206-CaA12Si208面上见到一个三相点，温度为1270℃。鉴于此CaMgSi206相在SiO2-Mg2SiO4-Fe304-CaA12Si208四面体内有它的对应点，也就是在此四面体内存在一条钙长石与辉石、橄榄石间的界线，其温度为1260℃-1270℃，另外在Si02一CaMgSi2O6一CaA12Si208面上还有一个1200℃的共熔点。由此可见，在添人FeO、Fe2O3后，物料的最初熔化温度，也即最终结晶温度将降至1200-1220℃.已知原料中有Na20+K20为4.15%，而Na20是钠长石NaAlSi308的组成。4.15Na20可生成4.15X（62+ 1062+360）/62=34.86钠长石。钠长石熔点为1122'- ,因此4.15%Na2O+K2O中只要有几分之一用于组成钠长石，就会很大地降低原料的熔化温度。因此此原料的熔化温度有可能低于1200℃。
通过对铸石结晶过程及相图分析，可以得到以下结论：(1)在铸石原料中，Si02、CaO、A1203和Mg0在矿物相组成上起着决定作用。氧化铁总量应依FeO：Fe2O3按2:1分配。(2)在铸石生产过程中，添加FeO、Fe2O3。可使物料的最初熔化温度，即最终结晶温度由1300℃降至1200~1220℃。(3 )以毒铬渣为铸石结晶促进剂，可以解决锦州铸石厂铸石玻璃炸裂，造成废品的间题。这是提高锦州铸石厂铸石成品率的简单易行的措施。
用途
铸石制品主要有铸石管、铸石复合管、铸石板和铸石料，已被广泛应用在电力、煤炭、矿山、冶金、化工、建筑等工业部门的严重磨损、腐蚀部位，如刮板输送机底衬、溜槽里衬、风机壳内衬、磨机进出料装置等部位。可延长部件或设备的使用寿命为其它材料的十几倍乃至几十倍。 由于铸石制品的韧性较差，硬度较高，难以切削加工，一般按一定形状和尺寸加工制品。其固定方式采用砌筑和镶嵌的方法。
铸石的主要用途是在工业上用作防腐蚀、耐磨材料，如酸、碱储罐、反应罐、酸洗池（槽）的防腐蚀衬里；各种矿石、灰渣、尾矿的溜槽和输送管道，以及球磨的耐磨衬板等。在建筑上可用作仓库地坪，公共建筑的过道、楼梯踏步，厂房的耐酸地坪和墙裙，以及水工工程的大坝贴面和排砂孔衬里等。浅色或彩色铸石可以代替大理石、花岗石作内外装饰材料和地面材料。
铸石材料在建材设备中主要代替不受冲击的金属材料耐磨件用在设备上。如皮带运输机托辊，螺旋运输机内腔，搅拌机内表面，风选锤式粉碎机风管内壁,气力输送管道内衬等。
1、通用型铸石耐磨件
皮带输送机大小托辊辊套使用的铸石件均为通用型铸石。这种铸石件加工容易,截面均为圆环形，直接由挤出机中挤出并按长度要求切割成段，经过锻烧形成了产品。由于通用件生产容易，不需专门订货。所以这种产品用得较多。使用效果也令人满意,其优点是：一般使用寿命比普通金属套托辊长二倍以上。第二，由于重量轻，降低了维修劳动强度;第三，运行情况稳定、可靠、无噪音。第四,价格便宜,其造价仅为金属托辊的1/3。
2、通用异型铸石及特异型耐磨件
风选锤式粉碎机风管,搅拌机、螺旋运输机,气力输送设备是使用通用异型铸石的设备。通用异型铸石使用效果和通用型铸石耐磨件相似,但生产相对复杂,价格也高于通用型铸石。搅拌机搅刀，挤砖机绞刀叶片，风机壳等是使用特异型铸石的设备。特殊型铸石生产更加复杂，全部都需作新模具。且生产量小，模具使用次数少。限制了使用厂家的应用。特异型铸石件受制造质量和安装质量的影响，使用寿命不稳定有些零件如搅刀叶片，搅拌机搅刀还要承受部分拉力，需要配制金属骨架，安装麻烦，使用性能也必然受到影响。
前景展望
铸石材料是一种很有前途的材料，它能在一定部位代替某些金属材料或其它材料；它能降低成本，延长设备使用寿命；减少维修工作量，保持设备的工作稳定性，但目前铸石材料在建材设备上使用量还不大，随着节能工作的深入进行，铸石的使用将逐步推广。若按每厂每年用铸石代替3t钢材，四川省内所有建材企业就可节约1万t左右的钢材，这数字是很惊人的。建材行业主管单位和建材杂志应大力做好推广使用铸石材料。[1]