一、简介
棕刚玉是最基本的磨料之一，它的抗破碎、抗氧化、抗腐蚀能力较强，具有良好的化学稳定性。在我国，棕刚玉的生产工艺成熟（我国目前采用的冶炼方法有固定炉熔块法和倾倒炉冶炼法），生产成本比其它磨料低，性价比也优于其它磨料。因此，经过了六十几年的发展，棕刚玉已逐渐形成了一定产业规模的工业材料体系，成为我国工业发展无可替代的基础材料和国民经济中不可缺少的重要组成部分。特别是在目前的国内外固结磨具、涂附磨具的制造和耐火材料生产中占据着重要地位。
随着我国机械制造业的快速发展和结构性调整，磨具行业对棕刚玉产品的质量要求越来越高，这使得磨料生产企业不断的进行尝试性的摸索实验，来寻找一种切实可行的处理办法来提高棕刚玉的产品质量。目前，从已应用的处理技术中我们知道，提高棕刚玉磨料产品质量主要可以通过改善磨料的颗粒形状、热处理或化学涂层。而事实上，仅仅改善颗粒形状来提高磨料性能远远不能达到磨具工艺要求的了；化学处理又由于成本高、污染环境，其处理效果也远远不如热处理效果好。
棕刚玉煅烧作为热处理磨料的一种，在国外生产使用已有二十几年，而在我国生产使用仅仅只有十几年的发展历史。伊川县东风磨料磨具有限公司有幸作为最早实施煅烧棕刚玉磨料生产的厂家之一。下面我以公司近几年的棕刚玉煅烧情况，并结合参考有关专家见解来谈一些“棕刚玉煅烧磨料的生产和使用”的个人看法，如有不当之处敬请批评指正。
二、棕刚玉制造
在介绍煅烧棕刚玉之前，我们有必要再次提及棕刚玉的冶炼。棕刚玉以优质铝矾土为原料，无烟煤，铁屑，在电弧中经2000度以上高温熔炼制成，利用的熔炼方法有倾倒法和溶块法之分。不同的冶炼方法对制成的棕刚玉块的特性是有影响的。首先让我们来看一下有关资料中对两种不同棕刚玉块冶炼的方法进行比较。下面是样品36#在不同类别中的数据：
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类别 |
单晶体 |
紧密集合体 |
集合体 |
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倾倒法 |
25.84 |
12.18 |
62.18 |
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熔块法 |
58.83 |
20.14 |
21.03 |
表2-1：刚玉结构分析
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类别 |
物理刚玉 |
玻璃质 |
钛矿物 |
六铝酸钙 |
铁合金 |
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倾倒法 |
94.56 |
2.36 |
1.81 |
1.09 |
0.06 |
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熔块法 |
94.03 |
1.29 |
1.19 |
2.58 |
0.91 |
表2-2：刚玉矿相分析
从上面的表格中，我们可以看出：
倾倒炉（法）生产的刚玉，结晶集合体多，晶体尺寸小，玻璃相高且分布在晶界上。所以韧性差，脆性大，磨粒易脱落，自锐性好，较适应于陶瓷固结磨具和耐火材料
熔块炉（法）生产的刚玉，结晶集合体少，晶体尺寸大，玻璃质少。所以脆性差，韧性大，耐磨度好，更适应于树脂磨具和涂附磨具。
所以用熔块炉法制造的棕刚玉砂只要加工和处理手段科学，就是目前树脂砂轮和砂带制造中首选的生产用量最大的磨料。
三、棕刚玉煅烧磨料的生产与使用
(一) 煅烧方法
有梭式窑、隧道窑、回转窑和倒烟窑（已淘汰）和立式窑。热源主要煤炭、煤气、天然气、液化气、甲烷气和电力。
(二) 煅烧工艺
把棕刚玉磨料盛入专用容器先预热后逐步升温至800～1350℃煅烧2～ 4 小时，自然冷却后水洗筛分，磨料的色泽根据不同温度表现为深棕色、棕蓝色、蓝色、浅蓝色和蓝灰色。
(三) 煅烧棕刚玉磨料的优点
1、消除了棕刚玉磨料反常膨胀。由于电熔刚玉在冶炼过程中，磨料中含有低价位氧化钛（TI2O3、TIO）和碳化钛、氮化钛（TIC、TIN），它们在800℃-1350℃氧化气氛中煅烧时，会进一步氧化，体积相应增大，使磨料体积变化超出了它本身正常膨胀，即为反常膨胀。磨料反常膨胀会导致棕刚玉陶瓷砂轮在烧成时，表面出现网状裂纹，从而造成大量废品，而采用煅烧处理消除棕刚玉磨料反常膨胀最有效手段。
2、降低了磨料的堆积密度，提高了磨料韧性。由于磨料在煅烧过程中，首先固熔于刚玉晶体内的TI3+被氧化而引起了晶格收缩，从而提高了磨料抗压强度。其次，煅烧还会弥补在制粒过程中所造成内应力。因此，用煅烧后磨料生产各种磨具，不仅耐用而且锋利，提高了磨具磨削性能，特别是生产树脂薄片和重负荷砂轮使用较多。
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粒 度 |
棕刚玉 |
白刚玉 |
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未煅烧 |
1000℃煅烧 |
1350℃煅烧 |
未煅烧 |
1000℃煅烧 |
1350℃煅烧 |
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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：煅烧对磨料韧性的影响
3、提高了棕刚玉磨料亲水性。棕刚玉磨料经800℃-1350℃灼烧2–4小时后，磨料亲水性能提高了3.5倍。这主要是由于磨料表面挥发物等杂质被清除，低熔点物质被烧掉，磨料表面毛细管现象增加的缘故。磨料堆积密度相应降低亲水性提高，磨料用于涂附磨具，其耐用度能提高30%左右。如下表：
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粒度 |
时间（分） |
亲水性高度（mm） |
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|
未煅烧 |
煅烧 |
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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：煅烧对磨料亲水性的影响
4、提高了磨具强度。煅烧处理后磨料除去了磨料表面挥发物等杂质，提高了磨料纯度和清洁度，因而在磨具制造时，提高了磨粒和结合剂结合力，降低了结合剂用量，提高了磨具强度。
5、改善了磨具外观和切削能力。煅烧处理后磨料，由于包裹铁质刚玉磨粒膨胀破裂，因此磁性物质很容易被磁选掉，降低了磨料磁性物含量，在烧成磨具时不会出现锈斑，改善了磨具外观和切削能力。
(四) 煅烧磨料的缺点
1、流动性变差。由于煅烧磨料表面挥发物等杂质被清除，低熔点物质被烧掉，磨料表面毛细管现象增加，磨料堆积密度相应降低比重下降，从而造成流动性变差。
2、防潮能力差。由于毛细管现象增加、磨料比表面积增大亲水性提高，吸潮能力提高，因此会给涂附磨具植砂带来不利因素。
(五) 煅烧磨料的使用
任何事物都是一分为二的。虽然棕刚玉煅烧磨料相对未煅烧的棕刚玉磨料，无论是韧性、强度、亲水性、磨削能力等相比未煅烧棕刚玉磨料，都有大幅度提高。但毕竟它的相对价格较高，而且也有些许缺点，特别是150目以细的中温煅烧磨料吸潮能力明显提高、导致流动性差，势必会给企业现有的砂带植砂造成一些困难。因此建议磨料生产企业在生产过程中也要尽可能做到系统化标准化，切实保证其产品的稳定性、持久性，为下游使用客户创造使用条件；其次、使用企业在使用煅烧磨料时一定要先行试用，逐步完善改进设备的适应性，然后批量使用。可以使用中温煅烧磨料的，尽可能不要使用高温煅烧磨料，毕竟高温磨料价格明显高于中温煅烧磨料。
总之，用煅烧来处理棕刚玉磨料是节约资源，保护环境，提高产品性能的有效措施。生产企业和使用企业要共同努力，不断完善，切实推进我国磨料磨具制造这个民族工业整体水平的提高和健康发展。
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作者简介：
石铁拴：高级工程师，棕刚玉磨料专家。洛阳市政协委员，伊川县刚玉协会、河南省棕刚玉协会副会长。
