一文让你了解6种刚玉耐火原料

1、什么是刚玉?

刚玉是α-氧化铝的结晶矿物。刚玉为耐火原料，其硬度仅次于金刚石。矿物结构为三方晶系，六方底心格子。晶体呈桶状、短柱状，少数为板状或双锥面上有较粗的条纹。集合体呈致密粒状块体。有多种变体。以α刚玉较稳定。化学性质稳定，耐酸、碱侵蚀。体积密度为3.95~4.1g/cm³，莫氏硬度为9，熔点为2050℃，沸点为3400~3700℃，熔化热为246.4kJ/kg，蒸发热6160.7kJ/kg，热导率(1000℃)为21.1W/(m·K)，线膨胀系数(20~1000℃)为8.0×10⁻⁶/℃，电导率(567℃)2.71/(Ω·m)、(1230℃)1.96×10⁻⁴/(Ω·m)，弹性模量36.3×1010Pa。

2、刚玉的分类

刚玉可分为天然刚玉和人造刚玉两种。天然刚玉常见有蓝灰色或黄灰色，透明而颜色鲜艳的称为宝石，如有微量铬，呈红色，称为红宝石，含钛呈蓝色为蓝宝石。人造刚玉有电熔刚玉、烧结刚玉两种。

(1)电熔刚玉有棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉、铬刚玉、微晶刚玉、锆刚玉、镨钕刚玉、钒刚玉等。其理化性质是Al₂O₃94%以上，密度为3.65~4.05g/cm³，显微硬度(HV)为17640~24010MPa。

(2)烧结刚玉Al₂O₃含量在86%以上，密度为3.75g/cm³，显微硬度(HV)16660MPa。

耐火行业使用的比较多的是棕刚玉、白刚玉、致密电熔刚玉、板状刚玉等。刚玉的理化指标见下表。

3、白刚玉

白刚玉以工业氧化铝粉为原料，于电弧中经2000℃以上高温熔炼后冷却制成，经粉碎整形，磁选去铁，筛分成多种粒度，其质地致密、硬度高，粒形成尖角状，适用于制造陶瓷、树脂固结磨具以及研磨、抛光、喷砂、精密铸造(精铸专用刚玉)等，还可用于制造高级耐火材料，代号“WA”于国际通用标准、国家标准一致，多数供出口，也有一定量供应国内用户。

产品粒度按国际标准以及各国标准生产，可按用户要求粒度进行加工。通用粒度号为F4~F220，其化学成份视粒度大小而不同。突出的特点是晶体尺寸小耐冲击，如果用自磨机加工破碎，颗粒多为球状颗粒，表面干洁，易于结合剂结合。

白刚玉密度分为两种，一种是白刚玉堆积密度，第二种是白刚玉密度。堆积密度为1.53~1.99g/cm³，磨料的堆积密度与磨料的粒度、粒度的组成、品种、颗粒形状等因素有关。一般来说，粗粒度磨料比细粒度磨料堆积密度大，混合粒度磨料的堆积密度大于单一的粒度密度。

4、白刚玉原料的特点

白刚玉以优质铝氧化粉为原料，经电熔提炼结晶而成，纯度高、自锐性好、耐酸碱腐蚀、耐高温、热态性能稳定;硬度略高于棕刚玉，韧性稍低，磨削能力强、发热量小、效率高;用其可制成磨具，可适用于磨削高碳钢、高速钢及不锈钢等细粒度磨料，还可以用于精密铸造和高级耐火材料。

白刚玉微粉化学稳定性好，具有很好的绝缘性，白色较棕刚玉硬而脆，切削力较强，可做涂附磨具，湿式或干式喷射砂，适合晶体、电子行业的超精研磨和抛光及制作高级耐火材料等，适合加工淬火钢、合金钢、高速钢、高碳钢等硬度较硬，抗张强度较大的材料，白刚玉磨料还可用做触媒体，绝缘体以及精密铸造砂等。

白刚玉微粉不影响加工件的颜色，可在严禁铁粉残留的制程使用来喷砂，微粉级非常适合湿式喷砂和研光作业，加工速度快品质高，所含氧化铁的量极低适合严禁铁质残留之喷砂作业。

传统的白刚玉微粉的制备是将原料在电弧炉中高温烙炼，制的白刚玉块，经加工、细碎，在进行水力分级，分成不同粒径的白刚玉微粉，而如今制取白刚玉微粉，即烧结白刚玉微粉，是将粉状原料成型，在低于其熔点温度下加热，使其在添加物作用下，相互粘附、键合、共熔、再结晶等，烧结致密并具有特定性能。

它可以对很硬的材料进行切割，也可制成球形用以对尺寸精密的工件进行处理，来达到极低的粗糙度。它的高密度，尖锐，棱角结构使它成为最快速的切割性磨料。白刚玉是通过电熔高质量的铝酸盐(铝氧粉)用来生产粉刚玉和白刚玉来制造的。

它的自然晶体结构使其硬度高，切割性能快。同时它们经常用作固结磨具和涂附磨具的原料。白刚玉在标准的喷砂设备中可以重复循环使用，循环使用的次数和材料等级及具体工艺过程有关白刚玉段砂适用工业范围：航空工业汽车工业铸造工业半导体工业等适用工艺范围：表面电镀，油漆，上釉和涂装聚四氟乙烯前的预处理;铝和合金制品的去毛刺，去锅垢;模具清理;金属喷砂前预处理;干磨和湿磨;精密光学折射;矿物质，金属，玻璃白刚玉和晶体的研磨;玻璃雕刻和油漆添加剂。使用指南：白刚玉用于使用压缩空气的干或湿的喷砂设备。白刚玉有极高的硬度，对质量较差的设备磨损较快。在使用白刚玉时最好不要使用钨碳合金喷枪，应使用硼或硅碳合金喷枪。

5、白刚玉在不同行业的常用型号有哪些?

像粒度砂，46号，60号，80号，100号白刚玉比较常用;段砂常用的型号则是0-1，1-3，3-5，5-8，8-12，微粉则是w5，w7，w63，w10，w14。

耐火材料一般用的型号有8-5#、5-3#、3-1#、1-0#、180-0#、320-0#

磨料磨具用一般用的型号有24#、36#、46#、60#、80#、100#、120#、150#、180#

抛光、精密铸造特种陶瓷用微粉一般用的型号有W63、W54、W50、W40、W28、W20、W14、W10、W7、W5、W3.5、W2.5、W1.5、W1、W0.5

6、什么是亚白刚玉?

亚白刚玉又称铝矾土基电熔刚玉或高铝刚玉，实际上是铝矾土基的致密电熔刚玉。

它站在还原气氛和控制条性下电熔特级或一级铝矾土而制得的，熔融时加入还原剂(碳)、沉降剂(铁屑)、及脱碳剂〔铁鳞在冶炼中、前期以过程的还原剂将TiO₂还原除去，在冶炼后期再加入脱碳剂或吹氧以除去过量的碳，从而得到亚白色的电熔刚玉。其理化指标与致密电熔刚玉相当，颜色也接近，通常Al₂O₃含量大于98%，显气孔率小于4%;刚玉结晶一般为粒状，尺寸1~15μm主要杂质矿物为六铝酸钙(CA6)、金红石、钛酸铝及其固溶体。但在矿物组成中含有较高的钛化物，热膨胀系数较致密电熔刚玉高。

亚白刚玉目前主要是在不定型耐火材料及Al₂O₃-SiC-C砖中替代致密电熔刚玉，替代量可达25%~50%。应用时应控制C含量，一般应≤0.14%。在定型耐火材料中使用时，尚应控制铁磁性物含量，以免砖表面产生黑斑。

俄罗斯以天然铝矾土直接电熔制成的刚玉，Al₂O₃含量98.25%，其价格比用工业氧化铝熔融的低25%~30%，电耗减少2/3，并利用此种原料制成了Al₂O₃含量为95%和90%的刚玉砖。我国洛阳耐火材料研究院李再耕教授等人在“八五”期间也完成了用铝矾土直接电熔制取Al₂O₃含量≥98.5%刚玉的研究，生产出Al₂O₃含量≥98.0%的Ⅰ型亚白刚玉和Al₂O₃含量≥98.5%的Ⅱ型刚玉。

7、什么是致密电熔刚玉?

致密电熔刚玉也称为低气孔率电熔刚玉，它是一种新型的高级耐火材料。主晶相以α-Al₂O₃为主，其氧化铝含量在98%以上。耐酸、碱，在高温下具有良好的耐磨、抗侵蚀性能及体积稳定性。广泛用于冶金、建材等行业。主要用作高炉出铁沟捣打料、挠往料、滑板、铁水预处理及炉外精炼用整体喷枪、连铸用到达塞棒及浸入式水口和各种刚玉砖等。由于纯氧化铝熔液2200℃时比α-Al₂O₃晶体的密度(真密度)3.99g/cm³小，因而在结晶过程中产生收缩，从而产生气孔，其中气孔少的刚玉为致密刚玉。致密刚玉又分为两种:致密白刚玉(氧化铝基致密刚玉)和致密亚白刚玉(矾土基致密刚玉)。

致密电熔刚玉是以工业氧化铝为原料，加入外加剂，在电炉中熔融而成。熔融时应严格操作，以控制碳化物的过量生成。致密电熔刚玉外观呈灰色、灰黑色或灰白色，Al₂O₃大于98%，显气孔率比电熔白刚玉低，一般小于4%，体积密度大于3.8g·cm-³，主晶相为α-Al₂O₃，次晶相有FeTiO₃、CaAl₁₂O₉、Ca₃Si₈O₉、TiN、Ti₄O7等，还有少量玻璃相。致密刚玉中C含量应≤0.14%，并应尽量减少β-Al₂O₃的生成，以提高刚玉颗粒强度及抗侵蚀性能。电熔刚玉中含有的碳化物(A₁₄C₃、A₁₄O₄C、A₁₂C)时，碳化物在常温下可与水反应：

(A₁₄C₃+12H₂O→4Al(OH)₃+3CH₄↑

造成电熔刚玉颗粒粉化。配制不定形耐火材料时可致使施工体疏松、鼓胀，甚至严重开裂。致密电熔刚玉在耐火制品中多做骨料，在不定形耐火材料中的应用正不断扩大。

8、什么是板状刚玉?

板状刚玉是一种纯净的、不添加如MgO、B₂O₃等任何添加剂而烧成收缩彻底的烧结刚玉，具有结晶粗大、发育良好的α-Al₂O₃晶体结构。板片状晶体结构，气孔小且闭气孔较多而气孔率与电熔刚玉大体相当，纯度高，体积稳定性好，极小的重烧收缩。体积密度≥3.7g/cm³，Al₂O₃≥99%，Na₂O<0.3%。板状刚玉具有良好的加热体积稳定性和良好的抗热震能力，板状刚玉是一种理想的耐火原料，既可以作为骨料应用在各种铝质耐火材料中，也可以添加到其他铝质不定形耐火材料中，凡是电熔刚玉或白刚玉应用的部位都可用板状刚玉替代，并使耐火材料的性能得到改进。

9、电熔刚玉是如何生产的?

电熔的生产过程是个还原熔融过程。目的是通过还原作用，去掉杂质成分中的Fe₂O₃、TiO₂和CaO等，以得到完整的结晶体和致密结构组织。熔炼时用含碳物质(无烟煤、焦炭、石油焦等)作为还原剂，反应原理如下：

SiO₂+2C→Si+2CO

Fe₂O₃(FeO)+3C→2Fe+3CO

Si+Fe→Si-Fe合金

TiO₂+2C→Ti+2CO

2TiO₂+C→Ti₂O₃+CO

TiO₂+C→TiO+CO

CaO→CaO·6Al₂O₃，CaO·Al₂O₃·2SiO₂

被还原的铁、硅、钛第二次入硅铁合金中，硅铁合金的密度比三氧化二铝大，沉于炉底，与Al₂O₃熔液分离。

在还原熔融过程中，部分TiO₂被还原成一些含钛矿物，如：γ-TiO₂、m-TiO₂、TiC等，这些矿物在冷却到400~600℃间产生剧烈膨胀而使熔块出现裂纹，这是由于氧化物形成金红石所致。因此，可以在熔炼结束时，加入氧化物(轧钢皮)，使已被还原的钛及其化合物氧化，以消除这种影响。

10、生产电熔刚玉时应注意什么问题?

在生产电熔刚玉时，操作控制要严格，使炉内的原料充分熔融和还原。熔液缓慢上升，料面均匀正常下沉，硅铁合金充分下沉，产生的气体均能均匀排出，以免发生喷溅及料层突然下沉或严重烧结从而影响正常的熔炼。

生产电熔刚玉时喷溅产生的原因主要是生产气体及炉料透气性不好造成的，因此，加放的炉料必须充分干燥和焙烧脱水，炉料粒度一般以10~14为宜。

11、电熔刚玉的种类及生产工艺

电熔刚玉有很多品种：电熔白刚玉(GB)、电熔致密刚玉(GM)、电熔锆刚玉(GA)、电熔铬刚玉(GG)、电熔钛刚玉(GT)、电熔棕刚玉(GZ)、电熔亚白刚玉(GY)。

电熔刚玉有两种生产方法。一种是间歇式熔块法(脱壳炉);一种是半连续式倾倒法(炼钢电炉)。

间歇式熔块法生产电熔刚玉是目前普遍采用的生产方法。大型炉的变压器功率在1000~2000kW，每炉次可熔料25~30t。小型炉的变压器的功率在600~1000kW，每炉次可熔料10~15t。其他工艺参数：熔料时间为15~30h、原料消耗每1t刚玉为1050~1100kg，电耗每1t刚玉为2000~2500kW·h，电极消耗每1t刚玉为30~50kg，水耗每1t刚玉为10~15m³。

国内黑色冶金行业标准YB/T102-2007中规定了耐火材料用电熔刚玉的理化指标，见下表。

12、什么是电熔棕刚玉?

棕刚玉是以天然铝矾土为原料，以碳素(主要是焦炭)为还原剂，同时加入铁屑为沉降剂(澄清剂)，以形成硅铁沉于电炉炉底。

棕刚玉呈棕褐色，一般Al₂O₃≥94.5%，SiO₂≤3.5%，TiO₂≤3.5%，Fe₂O₃≤1%。矿物组成以α-Al₂O₃为主，晶体形状中心部分为菱形、厚板形和带有裂纹的颗粒，周边有较多的氧化硅、氧化钙熔体结晶，呈长板状，最粗大晶粒呈骸状片晶。由于杂质尚未完全除去，因此棕刚玉中还含有金红石等次晶相以及玻璃相、铁合金和固溶体等。棕刚玉的色调在很大程度上依赖于残存在制品中的氧化钛。

棕刚玉主要用作磨料。近年来已用做大、中型高炉出铁沟浇注料和出铁无水炮泥的骨料以及制造普通刚玉砖(包括高铝碳化硅砖)的原料。

13、什么是烧结刚玉?

烧结刚玉是以工业铝氧为原料，经磨细压成料球或坯体，在1750~1900℃烧结而成的粒状刚玉材料。一般要求，烧结刚玉的Al₂O₃含量>99.3%，真密度>3.98g/cm³，体积密度>3.4g/cm³，显气孔率<5%。

“板状刚玉”因其刚玉晶体在显微镜二维截面图形下看类似板状而得名。但如果复原成三维图像，刚玉晶体则不一定是板状。其实，“板状刚玉”只是一种经高温烧结的高纯刚玉原料。“板状刚玉”中，α-Al₂O₃晶体充分发育，晶粒尺寸40~200μm，晶内有很多5~15μm封闭的气孔。在性能上，“板状刚玉”具有优于电熔刚玉的抗热震性。

14、什么是铬刚玉?

铬刚玉是以工业铝氧粉为主要原料，加入适量的金属氧化物，在电弧炉内冶炼而成，其色泽为浅玫瑰红色，硬度与白刚玉相似，韧性比白刚玉高。

以电熔白刚玉(Al₂O₃≥98%)、烧结氧化铝粉(Al₂O₃≥98%)、工业氧化铬粉(Cr₂O₃≥99%)为原料。以锆英石粉为加入物，按一定颗粒组成级配，以亚硫酸纸浆废液做结合剂，在150MPa压力下压制成型。试样坯体在110℃温度下下燥4h，然后在1750~1800℃温度下烧成。

Cr₂O₃含量在10%~15%，以固熔体(Al、Cr)₂O₃结合的熔粒耐火材料有较高的常温和高温强度。

添加5%的眭酸锆(ZrSiO₄)可以改善铬刚玉材料的烧结性能，在显微结构中可以形成包裹几乎全部的ZrO₂和玻璃相的铝铬固熔体和刚玉晶体，构成连续的网络结构，大大增强了铬刚玉耐火材料的力学性能。

15、什么是锆刚玉?

锆刚玉是以氧化铝、氧化锆为原料在电弧炉中经2000℃以上高温冶炼而成。锆刚玉根据ZrO₂的含量，一般有低锆刚玉(ZrO₂10%~15%)，中锆刚玉(ZrO₂ 25%)和高锆刚玉(ZrO₂ 40%)。锆刚玉主晶相为α-Al₂O₃，次晶相为斜锆石，还存在少量玻璃相。

锆刚玉质地坚韧，结构致密，强度高，热震性好，一般呈灰褐色。锆刚玉耐熔体侵蚀性好，作为一种高级磨料，可制造高性能的重负荷砂轮，对钢件、铸铁件、耐热钢、以及各种合金材料有很好的磨削作用;另外，锆刚玉还是一种高级耐火原料，是制作高性能的滑动水口及浸入式水口的理想材料 ，还可用于制作玻璃熔窑用锆刚玉砖。

上文摘自于耐火材料百科全书，更多内容及目录可识别下方二维码查看资料。