白刚玉磨具发红问题分析

《金 刚石 与磨料磨具工程 》 白刚玉磨具发红间题分析 �� � � � � 合肥砂轮厂 夏会强 朱明峰 郑发伦 � 前言 我厂生产陶瓷磨具近四十年 , 白刚玉磨 具烧成后颜色是雪白悦 目的 , 有少量的磨具 外缘面发红 , 经加工整形后就不存在了 。最 近几年白刚玉磨具发红现象呈上升趋势 , 且 发红从表面渗透到磨具内部 , 用 户反映也比 较强烈 , 影响了经济效益 。 � � � 年组织质量 攻关后 , 现 已基本稳定 。 � 发红问题引起重视 长期以来 , 我们一直认为 白刚玉磨具烧 成后就是 白色 的 , 偶尔有少量的外表局部的 红色 , 系成型模具生锈未处理干净所致 , 经整 形加工后不复存在了 �在倒焰窑烧成时 , 有时 出现白刚玉磨具呈灰黑色 , 是在烧成过程中 还原性气氛过强 , 烟气中微细的碳粒渗入到 熔融的结合剂内 , 无法排除 , 称之为“渗碳 ”已 是公认 , 这个问题在操作中注意掌握气氛 , 不 难克服 � � � � � 年我厂采用煤气隧道 窑焙烧 , 冷却带起端设有急冷装置 , 白刚 玉磨具基本 没有发红现象 � � � � 年以后停止使用 急冷 , 白刚玉磨 具颜色 间题还 不 显著 � � � � � 年以 来 , 发红现象呈上升趋势 , 且磨具内外均匀的 红 �略带黄 �色与前面提到 的由于模具生锈造 成磨具外表发红是截然不 同的 �与此同时 , 车 式窑烧成的磨具发红程度较隧道窑的较微 , 又较为稳定 。 发红的白刚玉磨具较白色的硬 度略偏硬 , 磨削性能无明显变化 , 但影响磨具 表面的商品化 , 因此发红问题困扰着生产 , 制 约着经济效益 , 引起我们的极大关注 。 � 两个原因的争论 为了尽快解决白刚玉磨具发红问题 , 我 们查阅了有关的技术资料 , 注意力集中在磨 具烧成后才出现发红 , 归纳出烧成方面的原 因 , 有两个论点 � 一是烧成时气氛不足 �见《陶 瓷磨具制造》下册 � �� � � , 也就是说空气量小 了 , 主张烧氧化气氛 。二是认为刚玉磨具应烧 中性或弱氧化性气氛 。 同样 , 我厂在烧成气氛 问题上也存在着两种不同的认识和争论 。 � 组织攻关 � � �� 年为集中力量提高陶瓷磨具的质 量 , 把解决白刚玉磨具发红问题列入主要攻 关项 目 , 经过几个月的探索 , 找到了影响白刚 玉磨具色泽的几个现象和线索 。 ��� 白刚玉磨料 � 糊精 � 水玻璃和 白刚 玉磨料 � 糊精 � 水玻璃十结合剂在相同条件 下做成试样块 , 装在窑车同一部位 , 烧成结 果 � 前者呈雪 白色 , 后者为红色 。 取氧化铁含 量不 同的结合剂原料 , 在 同一工艺条件下进 行试验 , 结果是 � 随原料中 �� �� � 含量从高到 低试样的颜色由红到白极为分明 � 再仔细观 察对照原料的颜色也是由浅红到灰 白色 , 两 者完全同步 。 ��� 查结合剂原料 中的 � � �� � 含量有的 竟是六 、七十年代含量的两倍左右 。 ��� 烧嘴用的一次空气量明显偏多 �在烧 成带某高温点温度偏高时 , 加大空气来降低 消耗量也完全 不同 , 需根据具体条件试验确 定之 。 参考文献 � 井上李二 � 匕” 卜夕 � , 才 卜”�� � 木才一沙刃 � 卜 少 甘选 七 卜” 卜 、� 三 夕夕 ” 条件 , 机械 匕工其 � � � � � 年 �� 月 � � 卷 � 李汉 中 � 砂轮工作 面形 貌 的检 浏 � 磨朴磨具与磨削 , � � � , � 王 勇, 李汉中 � 用触 针法对砂轮表 面地 形的检测 � 江苏 工学院论文 , �� � � � �� � � � �� � � �� �� ! ∀ � , � � � � ��� � � � �� � �� � � � �� �� � � � � � 即 � � � � � �� �� � �� � � � � �� � �� �� � � �� 且〕� � � � � � �� � � � � � � � � � � �� � �� � � � ��� � � � � � � � �� ��� ��� � � � � � � �� � � � � � � � � � , � � � � �� � � � �收稿 日期 � � � � � 一 � � 土 �� � � � � � � � �� � � 燃烧室温度 � 当煤气质量下降时 , 开 大煤气 阀 , 同时又开大一次空气阀。 ��� 煤气质量因煤块质量和操作水平 , 导 致热值波动 , 停车现象较为频繁 。 针对上述试验和现状 , 分别采取相应措 施 � 对结合剂中的 � � �� � 含量加以限制 �根据 烟气分析数据 , 调整煤气与空气的比例 �煤气 站实行质量控制 , 煤气热值不低于 � � � � 大卡 � � � 等等 。 这些措施到位后 , 对恢复白刚玉磨 具的颜色收到明显效果 。 白刚玉磨具颜色好转之后 , 如何稳定又 是我们面临的间题 。诸如 � 窑车上层不如下层 白 � 两侧颜色不一致 � 正常几天之后 又出现了 异常 �在调整二次空气及煤气与一次空气间 的比例时 , “渗碳”现象复出 �还有磨具颜色变 黄 。经分析后 , 对影响色泽的因素进行全面有 效的控制 � 修订原材料技术条件 , 严格按 采购 、配制 、使用 �严禁用增大空气量来降低 温度 �在提高烧成水平方面做细致工作 , 按气 体燃料燃烧公式 , 计算出空气实际需要量 , 指 导窑前的操作 �尽可能采用优质燃料和讲究 操炉技术 , 按质按量供应煤气 。经过 陶瓷磨具 两个车 间的努力 , 现在白刚玉磨具色泽合格 率达到 �� 以上 �发红 、 灰 、黄等非白色的磨 具一律作不合格论处 � 。 � 发红问题分析 ��� 白刚玉磨具发红的是什么物质造成 的 �模具生锈使得磨具外缘发红 �结合剂中随 着 �� �� � 含量增加发红现象愈加严重 �有的 厂家为使磨具染成红色加入一定量的 � � ��� 粉 。 这些事实 足 以 说 明 该红 色 物 质就是 �� �� � 。 至于结合剂原料含铁量如此之少 �� �左 右 � , 就能使整片磨具染成均匀红色 , 我们赞 成是结合剂熔化后的染色作用 。 同理可知 , 如 果结合剂的耐火度低 , 液相多 、 流动性大 , 增 强了染色作用 , 故宜采用耐火度较高的结合 剂 。 粗粒度比细粒度白刚玉磨具发红更容 易 , 在相同条件下 , 颜色 也深 些 , 这是 由于粗 粒度磨料的比表面积小得多 , 加以结合剂桥 厚 , 气孔大 , 有利于结合剂的流动所致 。 ��� 如何解决发红问题 �确信红色物质是 � � �� � , 因为组成磨具成分中只有 � � �� � 才是 红色 �� �� 是青灰色 � � � � 与 �� � � 形成的亚 铁硅酸盐为淡兰色 �� � � 为灰黑色 � �� �� � 为 黑色 �煤气中的成份不是红色 , 也不与其它成 份构成红色 � 。尽管我们限制了结合剂原料中 的 �� �� � 含量 , 实践证 明 , 如果烧成气氛不 当 , 也会出现不同程度的红色 , 我厂的 � � 、 � ” 隧道窑 , 结合剂原料 , 煤气质 量均相同 , 有时 烧出的 白刚玉磨具不都是白色的 。 所以我们 得出这样的结论 � 白刚玉磨具发红结合剂原 料是内因 , 烧成气象是外因 。 也就是说要从结 合剂原料和烧成气氛双管齐下 , 才能解决发 红问题 。 ��� 磨具烧成中气氛不当会使磨具成红 色 , 故要对气氛加以重视 。 我们从《陶瓷磨具 教材》中查得 “隧道窑内气氛是根据磨具的材 质即以刚玉为主还是以碳化硅磨具为主 , 决 定用 中性气氛或氧化气氛 。 ” “实际上要 经常 保持中性气氛较为困难 , 为了保证产品质量 , 刚玉磨具应在中性到弱氧化气氛中烧成较为 合适 。 ”我们认为这个提法明确 了烧什么气 氛 , 其 目的在于尽 可能减少 白刚玉磨具中的 �� �� � , 也就是使大部分铁的化合物不致于以 � � �� 。形式存在 , 是较为中肯的 。 中性气氛 � 一 � , 火焰呈黄红色 , 稍混浊 , 烟气中 � � 含量 �一 � � � � , � � 为零 。 那么如何控制气氛呢 � 对于我厂使用热 值低 、 稳定性 能义较差的必 � � � 一 � 米的发生 炉煤气来说 , 其难度是大的 。 因此 , 我们试图 用一个较简便的数据计算 , 实际又看得见 、 易 掌握的调整烧嘴内煤气与空气的比例来指导 操作 。 具体计算程序是 � � 首先用 下式计算 �� ” 煤气完全燃烧 需要的理论空气量 。 《金 刚石与磨料磨具工程》 八 。 ‘ , 。 , � � � � � , , � � � , ,七。一 � � � 任 � 七气二犷七� , ���� 二万� � 寸 � 乙七且‘ 乙 � 。。 二 , � , � 二 , 。 � 、十 �七·� � 十 � 万� , 。一曰 , � � 计算前我厂煤气成份的一般波动 范围 �上下限值 , 不取个别最高 、 最低数据 。 � 情况作适当调整 。事实说明 � 这样调控烧成气 氛即能保证以刚玉磨具为主的产 品质量 �棕 刚玉为兰色 , 白刚玉不发红 � 。 少量的碳化硅 磨具同车装盖顶 �一 � 片也不黑心 �若碳化硅 磨具多 , 采用集中装 , 要适当加强氧化气氛 � 。 煤煤气成份份 �� ��� � ��� � ��� � � ��� � � � ��� � ���� � ��� � ��� � � � � �� � ��� 体体积��� 上限限 匕匕 ���� ���� � � ��� � � ��� � ��� ��� �� 。 ��� ��� �� � ��� 下下下限限 ��� � ��� ��� � � ��� � � ��� � � ��� � 。 ��� � � ��� �� � � ���� � �� 白刚玉 磨具装在窑车下 层比上层 白 , 这样现象去年末今 年初较多 , 而且大多发生在煤气 质量差的时候 。 经不断观察和分 � 把煤气可烧成份上 、 下限值分别代入 公式 , 算出理论空气需要量为 � 。 � � � , � � � � 、 , � � � � ‘七。上 一 � · � � � 匕气下丁 入 乙� 月�� 下万 入 � � 十 乙入 �乙 乙 � 、 , �丫卜� ��长 � � 乙� � � 又, 入 �乙 �一 � � � � � � � � � � � 八 _ _ _ , 1 、 , _ _ . 1 、 ‘ . L 。下一 U · U 怪 l b大下丁 入 乙j十 一二 入 1 1 .匕乙 乙 + 2 X 0 . 2 + 3 X O . 3 、 , 1 寸 , 兀不 入 U乙 2 一 0 .2 ) ~ 0 · 8 8 ( m 3 ) ¼ 按中性气氛的空气过剩系数 (a )一 1 计算实际需要空气量为 : lm , 煤气完全燃烧 , 煤气质量在上限时 需要 空气量 1.ogm 3x l一 1.ogm 3;煤气质量 在下限时 0.ssm , X I = o · 8 8 m 3 。 ½ 我厂除使用一次空气外还采用了二次 空气 , 当前测定和计算二次空气量困难的情 况下运用估计法 。 设二次空气是空气总量的 40 % , 再按煤 气质量上 、 下限值算出一次空气使用范围 : L 。上 = 1 . 0 9 X 0 . 6 = 0 . 6 5 ( m 3 ) L 。下 = 0 . 8 8 X 0 . 6 = 0 . 5 3 ( m 3 ) 在我厂煤气与空气管径相 同 , 两 者的使 用压力接近的条件下 ;煤气 :一次空气 一 1 : 0 . 5一0.65 。这个比例与工艺规定的一次空气 量是煤气 1/2 ~ 2/ 3基本一致 。 窑上操作有了明确的气氛调控尺度 , 即 煤气质量好一次空气用量为煤气的 2/3 , 质 量差时为 1/2 。 这也不是一刀切的 , 当发现煤 气中水份或焦油 多等情况时 , 操作者可根据 析才认识到这主要是 “烟气倒流 ”加剧 引起 的 。 煤气质量差时往往是以加大煤气量来保 住温度 , 燃烧计算结果说明煤气质量好时空 气用 得多 , 反之 用的少 ;在煤气质量由好变 差 , 本应减少空气 , 由于煤气量加大了 , 可以 不减少空气 , 但是绝对不能再任意开大空气 阀 。间题就出在煤气与空气量同时加大 , 持续 时间长窑压必然增大 , 部分高温烟气在没有 急冷风的阻挡下从送干风机抽出(称之为“烟 气倒流 ” ) , 致使冷却带始端的温度升高 , 而窑 车下层的磨具 比上层冷得快(900℃以前) , 上 层的磨具由于冷得慢 , 结合剂中的二价铁的 化合物 (F e(O H ): , F eS 等 )有 充足 的时间被 氧化成 F eZO 3, 故出现上层红 , 下层不易红 。 至于 白刚玉磨具变黄也是含硫结合物较多的 烟气 “倒流”引起的 。 车式窑不存在倒流是白 刚玉磨具颜色较为稳定的原因之一 。 ( 5) 窑车两侧同规格同期生产的 白刚玉 砂轮有时也出现颜色不一 。 这个问题清楚地 说明气氛在起作用 , 两侧磨具颜色不一是气 氛有差别 。 因此除了认真执行煤气与一次空 气的 比例 , 还要求操作者经常注意南两侧烧 嘴的煤气与一次空气调到基本一致 。 6 结束语 (l) 白刚玉磨具发红 , 对我厂来说是老产 品的新问题 , 笔者认为 :原材料生产设备和相 应的工艺不同了 , 因此 , 经常对生产条件的检 测 , 分析数据及时采取措施 , 是把间题消灭在 萌芽中的重要手段 。 ( 2) 解决白刚玉磨具发红 , 从原材料和烧 。 2 5 。 磨削区温度场的理论分析与计算 450007 郑州纺织工学院 江世珠 吴隆 吴晓薇 李力 陈剑飞 王新杰 摘要 此文着重对磨削区 的温度场进行理论分析 , 从理论 角度对 不 同切 削深度 、 进给量 、 工件速度对磨削温度场的影响进行分析和计算 , 对减少或改善磨削烧伤提供 了理论指导依据 。 A B S T R A C T T h i s p a p e r p r e s e n t s a t h e o r e t i e a l a n a l y s e o n t h e t e m p e r a t u r e f i e l d i n t h e g r i n d i n g z o n e . T h e o r e t i e a l a n a l y s e a n d e a l e u l a t i o n s a r e m a d e o n t h e i n f l u e n e e o f d i f f e r e n t e u t t i n g d e p t h , i n f e e d a n d w o r k p i e e e s p e e d u p o n t h e t e m p e r a t u r e f i e l d i n t h e g r i n d i n g z o n e , t h u s p r o v i d i n g t h e o r e t i e a l e v i d e n c e f o r r e d u c i n g o r r e 嘿dying thegrinding burn. 主题词 温度场 热源 磨削烧伤 , L K E Y w o R n s t e m p e r a r u r e f i e l d h e a t o r i g i n g r i n d i n g b u r n 在机械加工过程中 , 在工件的加工 区及 间 。 一般说来 , 热源的热量总是向低温度点 扩散 。 由热传导的基本理论可知 , 若系统内没 有 “热源 ” 的话 , 则其温度场 t(x , y , z , : ) 由方 程 (1 ) 确定: 厌 / 济t 二一 一 a l 二we万 十《厂 、 〔欢少 萨t . 挤t 二, ; 十 二下办 “ ( 佗 - ( 1 ) 式中 。 一奥(In2/、) 为导热材料的特性常数 , f I 其中几为导热系数 , 。为导热体比热 , 7 为导热 体的密度(k g /m 3) 。 由(1) 可以求得 : Q一 不不丽万汤ex p 、、29臼Z吸、 ‘ lwe|目「一 竺二些兰土立二旦吐全二些犷‘ 任a 万 其中 , Q 表示 其空间瞬时发出的热量 (c aZ) 。 x 。 , y 。 , z 。表示为瞬时热源的坐标位置 。 设 x 。 = O , y 。 = 0 , z 。 = o , 式 (2 )化为 x Z + y Z + 才一|||IJ PXe 其邻近的区域温度会升高 , 这是由于加工所 消耗的能量大部分转化为热能 , 温度的升高 会导致金相组织的变化 , 一般的切削加工并 不致于严重到如此地步 , 但对于磨削加工来 说这个问题就比较突出了 。 这主要是由于磨 削时单位面积上的切削力比其它加工大数十 倍 , 切削速度也特别高所引起的 。在磨削时极 易 出现相当深的金相组织变化层 (即回火 层 ) , 并伴随出现极大的表面残余应力甚至裂 纹 , 这就是所谓的磨削烧伤间题 。 磨削烧伤问题主要是由于磨削区的温度 过高所致 , 所以 , 为了找出解决磨削烧伤问题 的方法 , 就必须对磨削热源所造成的磨削区 温度分布进行分析研究 。 1 磨削区温度场的理论分析 先从一般性的温度场问题说起 , 在任何 一 个物质空 间中 , 如某一点 瞬时发生热量 Q (卡) , 其周围的任意点由于受传来的热量 影 响产生温度变化且随着时间 、 地 点的不同 而不同 , 所以可用 t( x , y , z , 约 来表示空间中 某点的温度 , 其中 x , y , z 为某点的坐标 , : 是 热源从开始作用的瞬时到某一时刻为止的时 Qey(4盯a r ) ”/ 2 4 a r ( 3 ) 若瞬时热源不是点 , 而是一条无限长的 线热源 , 其单位长 度发热量为 q (ca l/c m ) , 并 设这热源线与 x 轴重合 , 则空 间点温度为 成气氛两方面并进 , 但是稳定烧成气氛比控 制原料要难得多 。 因此稳定煤气质量为稳定 烧成气氛创造有利条件又是我们面临的攻关 课题 。 参考文献 (略 ) (收 稿 日期 :1995一 0 4 一 2 0 )