第2章 原砂及耐火原料
2.1 概述
耐火原料的种类繁多，分类方法也多种多样。按原料的生成方式，耐火材料可分为天然矿物原料与人工合成原料两大类。天然矿物原料仍然是耐火原料的主体。自然界中存在的各种矿物是由构成这些矿物的各种元素所组成。现在已探明，地壳中含量最高的是氧、硅、铝三种元素，其总量约占地壳中所有元素含量的90%，巨氧化物、硅酸盐和铝硅酸盐矿物是蕴藏量十分巨大的天然耐火原料。天然耐火原料的主要品种有：硅石、石英、硅藻土、蜡石、黏土、铝矾土、蓝晶石族矿物原料、菱镁矿、白云石、石灰石、镁橄榄石、蛇纹石、滑石、绿泥石、锆英石、珍珠岩、铬铁矿和天然石墨等。天然原料通常含杂质较多，成分不稳定，性能波动较大，只有少数原料可直接使用，大部分都要经过提纯、分级，甚至煅烧加工后才能满足耐火材料的生产要求。
按原料的化学组分，耐火原料可分为氧化物原料与非氧化物原料。按耐火原料化学特性，又可分为酸性耐火原料，如硅石和锆英石等；中性耐火原料，如刚玉、铝矾土（偏酸性）、莫来石（偏酸性）、铬铁矿（偏碱性）和石墨等；碱性耐火原料，如镁砂、白云石砂和镁钙砂等。
习惯上，人们通常按耐火原料的化学矿物组成、开采或加工方法、特性以及在耐火材料中的作用进行综合分类。
耐火原料是铸造冶金行业应用最为广泛的非金属材料。在铸造生产的造型、制芯及铸型涂料的配制中，使用的耐火原料通常以粒状（称为砂）或粉状形式出现。作为原砂，其中用量最大的是以石英为主要矿物成分的天然硅砂。这是因为天然硅砂资源丰富、分布极广、易于开采、价格低廉，能满足铸造大多数工艺的要求。
虽然硅砂来源广、价格低，能满足一般铸铁、铸钢和非铁合金铸件生产的要求而得到广泛应用，但是硅砂也有一些缺点：热膨胀系数比较大，而巨会因相变而产生突然膨胀；热扩散率比较低；蓄热系数比较低；容易与铁的氧化物起作用等。这些都会对铸型与金属液的界面反应而造成不良影响。在生产高合金钢铸件或大型铸钢件时，由于使用硅砂配制的型砂，铸件容易发生粘砂缺陷，故使铸件的清砂十分困难，而巨在清砂过程中，工人长期吸入硅砂粉尘易患硅肺病等。
为了改善劳动条件，预防硅肺病，提高铸件表面质量，在铸造生产中已逐渐采用一些非石英质原砂来配制无机和有机化学黏结剂型砂、芯砂或涂料。所谓非石英质原砂是指矿物组成中不含或只含少量游离SiO2的原砂。这些材料与硅砂相比，大多数都具有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低巨膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低等优点，能得到表面质量高的铸件，并改善清砂劳动条件。但这些材料中有的价格较高，比较稀缺，故应当合理选用。目前可用的非石英质原砂有橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂和铝矾土砂等。
表2-1列出了铸造生产中常用的耐火原料的物理、化学性能。
表2-1 常用耐火原料的物理、化学性能
