关于刚玉材料的大体知识简介

第一部分：刚玉的种类介绍

一、棕刚玉

棕刚玉是以铝矾土、焦碳（无烟煤）铁粉为要紧原料，在电弧炉内经2000度高温冶炼而成，要紧化学成分是AI2O3，含有少量的SiO2和Fe2O3、TiO2等，显微硬度HV1800-2200，韧性比SiC高，用它制成的磨具，适于磨削抗张较高的金属，如各类通用钢材、可锻铸铁、硬青铜等，也可制造高级耐火材料。

二、白刚玉

白刚玉（White Fused Alumina）是以工业氧化铝粉为原料，经高温熔炼而成。成白色，硬度比棕刚玉略高，韧性稍低。用其制作的磨具适用于高碳钢、高速钢和阻火钢等的磨削。也可研磨抛光材料，还可作周密铸造型砂、喷涂材料、化工触媒、特种陶瓷、高级耐火材料等。

三、亚白刚玉

亚白刚玉是在高品质棕刚玉基础上生产的。由于其化学成分和物理性能均与白刚玉接近，故称之为亚白刚玉。体积密度3，耐火度≥1850℃。该产品具有白刚玉的硬度，同时兼有棕刚玉的韧性，是理想的高级耐火材料和研磨材料。

四、低碳亚白刚玉

低碳亚白刚玉是以优质铝矾土为原料，于电弧炉中经2000℃以上高熔炼经特殊工艺加工而成，具有耐高温、耐侵蚀、耐冲洗、气孔率低、热态性能稳固等优势，有不起爆、不粉化的特点。是白刚玉、致密刚玉的理想替代品；规格有0-1MM、1-3MM、5-8MM；200目、320目等；要紧用于生产耐火捣打料、浇注料、不定型材料等。

五、电熔矾土致密刚玉

电熔矾土致密刚玉是专为大型钢厂的铁沟料、炮泥料、预制件等而设计的一个耐火原料品种，热震性能好，耐冲洗、耐侵蚀，气孔率低是其最突出的特点。化学成分中AI2O3含量在98％以上，多数出口，也少量供给国内。由于其化学成分和物理性能均与致密刚玉接近，故称之为矾土致密刚玉，在耐火材料领域中是白刚玉和致密刚玉的理想替代产品。其化学成分如下：AI2O3≥98.0％，Fe2O3≤0.30％，SiO2≤1.0％，TiO2≤1.0％，R2O≤0.3％。

六、高铝刚玉

高铝刚玉（High-Purity Brown Fused Alumina），是以优质铝矾土为原料，于熔块式电弧炉中经2000℃以上高熔炼而成。具有耐高温、耐侵蚀、耐冲洗、气孔率低、热态性能稳固等优势。AI2O3≥98.50，TiO2≤1.50，Fe2O33，莫氏硬度：9.0，颜色：灰黑色。

七、锆刚玉

锆刚玉（Fused Zirconia Alumina），依照所用原料分成三种方式：第一种用高铝矾土熟料和锆英砂加还原剂去掉杂质；质地坚韧，结构致密，强度高。要紧矿物相是a-Al2O3-ZrO2形成的共晶体。Al2O3的熔点为2050℃，ZrO2的熔点为2690℃。其最终成分取决于所用原料。

八、铬刚玉

铬刚玉是以氧化铝粉为要紧原料，适配氧化铬等，经高温熔炼而成。呈粉红色，硬度与白刚玉近似，韧性比白刚玉高。用其制作的磨具，耐费用好，磨削加工光洁度高，适用于量具、机床主轴、仪表零件、螺纹工件及样板磨等周密磨削。

九、黑刚玉

黑刚玉砂（又名低铝刚玉砂、铁砂粉），一种新型抛光材料。以三水型和一水型铝矾土为原料经过电弧炉高冶炼冷却加工而成。黑刚玉磨料大体料中集中，切削力强，韧性大，刚柔相济，耐磨性好。工效高。要紧用于不锈钢、金属制品、光学玻璃、竹木制品的喷砂，又是制造树脂砂轮，切割片，砂布的新型磨料。理化指标如下：AI2O3≥78％ Fe2O3≤5.0％ SiO2≤9.0％ TiO2≤1.5~3.5％。

十、单晶刚玉（Monocrystalline Fused Alumina）是以铝矾土为要紧原料，配加适量的硫化物，经高熔炼而成。呈灰白色或浅土黄色，硬度高、韧性大。采纳特殊工艺生产，各粒度品为自然结晶产生，而非机械粉碎结果。是一种韧性超级好的耐热高级研磨材料，用于制作高级切割和研磨工具，适用于高钒高速钢，奥氏体不锈钢，钛合金等高硬度，高韧性材料的磨削，专门是用于干磨和易变性易烧伤工件的磨削加工。单晶刚玉各项理化指标：化学成分：Al2O399％--99.72％（GB10174-88标准），粒度组成：24#--240#（GB2477-83标准），抗压强度：30.7N模压法：69.25％--82.57％，韧性：64.9％，颗粒密度：3.96-3.99g/cm3。

十一、微晶刚玉

微晶刚玉是以铝矾土为要紧原料，经高熔炼、通过急冷的结晶方式而取得。色泽、化学成分与棕刚玉相似。晶体尺寸小、韧性大、自锐性好。用其制作的磨具，适用于重负荷磨削，成型磨削，切入磨削及荒磨。也适用于不锈钢、碳素钢、轴承钢和特种球磨铸铁等的磨削。用途：刚玉要紧用于磨料磨具、中高级耐火材料、陶瓷、涂料、玻璃。

第二部分：刚玉的生产

一、刚玉的概念：

刚玉的化学成分是三氧化二铝，其晶相是a-Al2O3。由于它具有耐高温、硬度大、强度高、抗氧化、耐侵蚀、电绝缘、气密性好等优良的性能，在磨料、陶瓷、耐火材料方面有超级普遍的用途，刚玉作为耐火材料原料应用很普通，氧化锆原料的价钱是刚玉的四倍。固然氧化锆的高温性能比氧化铝好。

刚玉是矿物名称，以前叫宝石，如人造红宝石和蓝宝石确实是刚玉晶体。纯净的刚玉是无色透明的。含有微量铬的刚玉呈淡红色，俗称红宝石，含有微量铁和钛的刚玉晶体呈蓝色，俗称蓝宝石。人造的刚玉晶体都比天然的完美。

三氧化二铝的同质异晶有六种以上，命名为α、β、γ、η、σ、θ、κ、χ等，但α-Al2O3是高温稳固型晶体。其它晶型在高温下转化成α-Al2O3是不可逆的。刚玉有天然矿物，但都含有杂质，实际应用很少，而人工生产的刚玉大量应用。

二、氧化铝的生产：工业上利用的氧化铝都是从铝土矿、霞石、明矾石等天然矿物中提取的。目前，世界上95％的氧化铝都是工业提取的，我国每一年生产的工业氧化铝达数万万吨。工业氧化铝的晶型是γ-Al2O。分子式NaO2-11AL2O3

三、氧化铝的用途：

世界上生产的氧化铝约5％用于耐火材料，5％用于磨料、电子、石油、化工、陶瓷、造纸等行业。90％用于金属铝的冶炼。

四、工业氧化铝介绍：

工业氧化铝是疏松的结晶粉末，粒度50-100微米，呈多孔疏松结构，无益于氧化铝晶体彼此接触靠近，因此无益于烧结。因此，工业氧化铝都要通太高烧结或电熔再结晶，烧结一样要达到1750-1950度的高温。电熔的温度约2000度以上，电熔后的氧化铝俗称电熔刚玉。因为所用的原料不同，杂质含量不同，其外观颜色也不同，依照颜色电熔刚玉又分为：白刚玉、棕刚玉、青刚玉、黑刚玉致密刚玉等多种。工业氧化铝的成分按氧化铝的高低分成六级，从高级到低氧化铝的含量为：一级98.6％、二级98.5％、三级98.4％、四级98.3％、五级98.2％、六级97.8％，其它的杂质是硅、铁、钛、钠、镁、钙等氧化物杂质，其中Na2O最为有害。

五、电熔刚玉：

电熔刚玉确实是氧化铝在电弧高温下融化冷却固话的产物，其工业生产，在近十年的时刻产量几乎增加了一倍。电熔刚玉的品种较多，要紧因为所采纳的原料种类多。若是生产的本钱低，将在耐火材料行业有普遍的用途。如采纳还原法生产的氧化铝含量在98.5％亚白刚玉，在耐火材料生产中取代白刚玉及致密刚玉，取得了明显的成效，降低了用户的产品本钱。

纯氧化铝的熔点一样在2055度。

六、电熔刚玉的生产工艺：

1. 生产设备：工业冶炼刚玉都是在电弧炉上进行。电弧炉有单相和三相之分，最经常使用的仍是三相。电炉变压器容量在1000-10000千伏安。

2. 电弧炉炉体：

生产工艺按炉体结构可分为三种：熔块炉、倾倒炉、流芳炉。最大的区别在于冶炼好的溶液排出方式。熔块炉将熔体放在炉内冷却后吊出；倾倒炉将炉体倾倒，使熔体倒出进入接包车；流放炉是炉体不动，熔体通过炉底排液孔排出进入接包车。

白刚玉炉的炉衬，不仅要有良好的绝热性能而且最好透气性要好，或有专门的通气孔孔道，不然各类受热炉气会穿入溶液而后逸出，形成溶液“放炮”。

白刚玉炉体也分两种，一种是有衬，一样要求是烧结制品；另一种是无衬的，只有一个钢制的圆锥体。无炉衬的修筑简便，但热损失大，经测定无炉衬的热损失占产品能耗的24％以上，而有衬的热损失4％左右。

七、电熔白刚玉生产：

电熔白刚玉是以工业氧化铝粉为原料，大体上使工艺氧化铝粉熔化后冷却再结晶而成的白色熔块，电熔后的氧化铝的成分99％以上。原料工业氧化铝含量98.5％，冶炼进程尽管有排除杂质的进程，但排除有限。只是由于杂质熔点的不同，被富集在熔块的上部，冷却后，通过选料而除去，使产品氧化铝含量达99％以上。其杂质是少量的氧化钠、氧化硅和微量的氧化铁杂质。

其中Na2O与Al2O3在熔融状态下生成贝塔氧化铝：

Β-AL2O3（Na2O.11Al2O3），生成量随着氧化钠的含量增加增大。由于贝塔氧化铝熔点低、密度小，因此熔块冷却结晶时，偏析于熔块的上中部，尽管能够通过碎选能够剔除，但仍有少量的留在熔体中不能排除，严峻阻碍白刚玉熔块的耐火性能。因此，对工业氧化铝中的氧化钠必需严格操纵。为了排除或减弱氧化钠的危害，冶炼时加入石英砂或氟化铝（AlF3）,前者与贝塔氧化铝称为霞石，后者增加氧化钠挥发。

八、白刚玉冶炼工艺进程：

1、开炉时期：开炉前第一要做好开炉前的一切预备工作，即连接电极、调剂电极长度。开炉时要摆放好起弧物，白刚玉起弧还有“纸筒法”、“碳棒法”、“柴炭发”三种，然后送电起弧。当电极起弧后待电流升到负荷的20％-50％时，就可在弧光区加少量料压住弧光，待电流升到80％，就能够加料进入熔炼时期。

2、冶炼时期：熔炼分为焖炉法（厚料层）和敞炉法（薄料层）。

焖炉法特点是料层厚，在冶炼大部分时刻内弧光完全被料层所覆盖。电炉容量大小不同，料层厚度有不同，变压器容量为1800-2500KVA的电炉，冶炼初期料层厚度一样在600-1000mm左右，中间一样采纳间歇式加料，即哪里下沉就加到哪里，按期焖炉。后期料层慢慢减薄。

敞炉法的特点是料层薄，弧光暴露在外的时刻较长。熔炼期采取分批按期投料，料层厚度一样在300mm左右。

这两种方式各有优缺点，敞炉发的刚玉质量较均匀，但耗电量较高，生产效率较低。

熔炼时期约占全数冶炼时刻的80％以上，那个时期使炉料熔化成液态，杂质进行还原，生成低熔点物质并和刚玉溶液分离。

白刚玉冶炼采纳薄料层时，常常跑弧光为主，料层厚度一样在150-200mm。它的优势是产品色泽较白，杂质β-Al2O3偏析较好。但热损失大，熔炼时刻较长。厚料层熔炼中弧光被料层覆盖时刻较长，只中断性跑弧光。这种工艺适用于大功率电炉，尤其是无炉衬电炉，其优势是热利用率高，熔炼时刻短，便于机械加料。不足的地方是产品色泽差，β-Al2O3偏析稍差。

3、操纵时期：操纵确实是在必然的时期内，大体上停止加料，使熔化面积向外扩大。熔炼期若是炉况操纵的好，溶液就缓慢上升，整个料面就均匀下降，料下的多，熔化就快，即可取得较好的成效。在此期间利用较低电压、最大功率、最大限度地提高液面温度，使液面形成“红盖”，现在能够终止操纵。

4、精炼时期：精炼是最后一个时期，目的是最后完成质量要求。尤其对刚玉色泽和β-Al2O3结晶偏析有决定性的阻碍。因此，要有充分的冶炼时刻，使剩余的炉料尽可能熔化和使其中的碳素挥发。原那么上电炉表面全面红盖后，再熔炼20到30分钟为宜。

除有足够的时刻外，还若是溶液有足够高的温度维持液面平稳而缓慢的冷却，以便于杂质偏析，应采纳慢慢减小电流，缓慢停炉的方式。

九、负荷操纵：

白刚玉冶炼的电流波动幅度不大的缘故，一是原料较纯，粘度较小；二是无还原反映。要使溶液的电阻稳固，电流摆动不大，只要结合炉况按负荷曲线保证额定功率的输入即可，如显现反常现象可依照情形采取停电或其它应变方法。

1、二次电压：白刚玉采纳146伏，3000-4800A电流，如此能够提高熔化速度，取得较好的技术经济成效。

2、采纳优质和直径较小的电极：一样用φ200~250mm

3、电极与炉壁的距离较大：如1250KVA白刚玉炉边距为660mm左右。

4、熔块炉炉缸较深，倾倒炉缸较浅

5、注意炉底和炉衬材料：修砌白刚玉熔块炉炉底、炉圈和炉衬应采纳石墨制品或通过烧成的优质碳素材料制品，不然容易引发严峻的增碳。

十、阻碍白刚玉产品质量的因素：

Β-Al2O3结晶分散和刚玉颜色发黑，是常见的质量问题。Β-Al2O3结晶分散，严峻阻碍白刚玉的质量和产量。其生产与原材料的质量有关，工业氧化铝粉含有较多的氧化钠时，就会产生较多的β-Al2O3，因此必需严格操纵工业氧化铝中氧化钠的含量。另一方面，熔炼工艺对β-Al2O3结晶也有专门大的阻碍，合理的工艺能够使β-Al2O3结晶偏析并叫集中散布在某个范围便于对刚玉分开。

要使β-Al2O3结晶集中，必需使溶液有较高的温度和良好的流动性，以利于各部位杂质偏析和β-Al2O3结晶的集中。第二，停炉进行自然冷却，先缓慢冷却一段时刻，使β-Al2O3有足够时刻进行上浮偏析于溶液的上部。

白刚玉颜色发黑，在白刚玉熔块内，有时会看到中部颜色发灰乃至变黑，严峻时会造成大量不合格品。其缘故是熔炼进程中的掺碳严重而掺入的碳没有氧化掉。

十一、白刚玉的碎选：

白刚玉烧水冷却的水要清洁，不然会阻碍刚玉的质量和色泽。

白刚玉熔块上部一样为疏松多孔结构，杂质含量较高；中心和下部为致密的大块和颗粒状结构，杂质含量较低。刚玉块擂碎后，要通过外观进行人工分选。依照氧化钠的含量进行分级。

十二、电熔棕刚玉：

棕刚玉是用高铝矾土熟料、碳素材料和铁屑三种原料混匀加入电弧炉中通太高温熔化和杂质后还原后冷却而结晶成的棕褐色熔块。其要紧成分是氧化铝，含量为94.5％-97％。特点是价钱廉价，很适合做耐火材料。

棕刚玉冶炼是利用铝对氧的亲和力比铁、硅、钛等大的大体原理，能够通过操纵还原剂的数量用还原冶炼的方式使铝矾土中的要紧杂质还原，被还原的杂质生成硅铁合金并与刚玉溶液分离，从而取得结晶质量符合要求，氧化铝含量大于94.5％的棕刚玉

从高铝矾土直接冶炼刚玉，从理论上说，只要加入足够的碳，并将温度操纵在1800℃-1900℃，就能够将矾土中除Al2O3和CaO之外的其它氧化物还原成金属而分离出去，维持Al2O3稳固存在。再还原成的金属元素中K、Na和Mg是以气态形式挥发掉的，而Fe、Si、Ti等金属多数形成合金下沉，从而达到Al2O3与其它杂质分离的目的。

棕刚玉冶炼对高铝矾土原料的要求：Al2O3于76％。Fe2O3小于7％，TiO2小于5.5％,CaO+MgO小于1.2％，高铝矾土的粒度在10~25mm为宜。碳素材料用石油焦、焦炭、无烟煤等。

碳素材料的粒度5~10mm，灰分要求越低越好，氧化铝含量越高越好，但还要经济合理。铁屑有称稀释剂，因我国高铝矾土中氧化铁含量较低，在冶炼刚玉的混合料中往往按比例加入必然数量的铁屑，要求其化学成分为Fe≥88％，Si≤2.5％，Al≤0.4％。

十五、冶炼亚白刚玉：

利用氧化铝含量大于85％的高铝矾土，冶炼出Al2O3大于98.5％的灰白色刚玉。

十六、电熔致密刚玉：

为了适应冶金技术的进展对耐火材料质量和品种的要求，利用工业氧化铝做原料，电熔出致密刚玉。这种刚玉的外观颜色呈浅灰色，纯度高，气孔率低，密度大。利用它代替入口产品，制作铁沟浇注料，在上海宝钢大型高炉上利用，取得了显著的成效。

十七、电熔刚玉的加工：

不管是烧结法或电熔法生产的刚玉都是大块料，必需通过破粉碎加工。到目前，绝大多数生产企业都按照磨料工业的标准组织生产，第一用电磁重锤冲击砸碎，再通过颚式破碎机进行粗碎成50-250mm块度；再经颚式破碎机和圆锥破碎机破成粒度20-50mm；粉碎的机械有四种：对辊机粉碎法、带筛球磨机粉碎法、无介质磨矿粉碎法、棒磨机粉碎法。细磨法：各类球磨机、气流粉碎机等。

转载自百度文库网