关于刚玉材料的基本知识

1、关于刚玉材料的基本知识简介第一部分：刚玉的种类介绍一、棕刚玉棕刚玉是以铝矾土、焦碳（无烟煤）铁粉为主要原料，在电弧炉内经2000度高温冶炼而成，主要化学成分是Al2O3，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，如各种通用钢材、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。呈白色，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、高速钢和淬火钢等的磨削。也可研磨抛光材料，还可作精密铸造型砂、喷涂材料、化

2、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3.8g/cm3， 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、耐腐蚀、耐冲刷、气孔率低、热态性能稳定等优点，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、3-5MM、5-8MM；200目、320目等；主要用于生产耐火捣打料、浇注料、不定型材料等

3、。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，耐冲刷、耐腐蚀，气孔率低是其最突出的特点。化学成分中Al2O3含量在98以上，多数出口，也少量供应国内。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：Al2O398.0 ，Fe2O30.30 ，SiO21.0，TiO21.0 ，R2O0.3。 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

4、耐高温、耐腐蚀、耐冲刷、气孔率低、热态性能稳定等优点。Al2O3 98.50 ,TiO2 1.50，Fe2O3 0.3，晶型：三方晶系，体积密度3.88g/cm3，莫氏硬度： 9.0，颜色：灰黑色。七、锆刚玉锆刚玉（Fused Zirconia Alumina）,按照所用原料分成三种方法:第一种用高铝矾土熟料和锆英砂加还原剂去掉杂质;第二种用生产白刚玉的工业氧化铝和工业氧化锆做原料;第三种用生产白刚玉的工业氧化铝粉和锆英砂精矿为原料.由于经济上的原因,一般用第一和第三种方法.锆刚玉质地坚韧，结构致密，强度高。主要矿物相是a-Al2O3和Al2O3-ZrO2形成的共晶体。Al2O3的熔点为205

5、0，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主要原料，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，耐用度好，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精密磨削。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电弧炉高冶炼冷却加工而成。黑刚玉磨料基本料集中，切削力强，韧性大，刚柔相济，耐磨性好。工效高。主要用于不锈钢、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：Al2O378. Fe2O3

6、5.0 SiO29.0 TiO21.53.5。十、单晶刚玉单晶刚玉（Monocrystalline Fused Alumina）是以铝矾土为主要原料，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。采用特殊工艺生产，各粒度品为自然结晶产生，而非机械粉碎结果。是一种韧性非常好的耐热高档研磨材料，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，特别是用于干磨和易变形易烧伤工件的磨削加工。单晶刚玉各项理化指标：化学成份： Al2O3 99-99.72 （GB10174-88标准），粒度组成： 24#-240#（GB2477-83标准）

7、，抗压强度： 30.7N 模压法： 69.25-82.57，韧性： 64.9 ，颗粒密度： 3.96-3.99 g/cm3。十一、微晶刚玉微晶刚玉是以铝矾土为主要原料，经高熔炼、通过急冷的结晶方式而获得。色泽、化学成份与棕刚玉相似。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、轴承钢和特种球墨铸铁等的磨削。用途：刚玉主要用于磨料磨具、中高档耐火材料、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-Al2O3,由于它具有耐高温、硬度大、强度高、抗氧化、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良的

8、性能，在磨料、陶瓷、耐火材料方面有非常广泛的用途,刚玉作为耐火材料原料应用很普遍,氧化锆原料的价格是刚玉的4倍,当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就是刚玉晶体。纯净的刚玉是无色透明的，含有微量铬的刚玉晶体呈淡红色，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、等，但-Al2O3是高温稳定型晶体。，其它晶型在高温下转化成-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：工业上使用的氧化铝都是从铝土矿、霞石、明矾

9、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，其产品叫工业氧化铝，我国每年生产的工业氧化铝达数千万吨。工业氧化铝的晶型是-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50100微米。，呈多孔疏松结构，不利于氧化铝晶体彼此接触靠近，因而不利于烧结。因此，工业氧化铝都要经过高温烧结或电熔再结晶，烧结一般要达到17501950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

10、不同，杂质含量不同，其外观颜色也不同，根据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：电熔刚玉就是氧化铝在电弧高温下融化冷却固化的产物，其工业生产，在近十年的时间产量几乎增加了一倍。电熔刚玉的品种较多，主要因为所采用的原料种类多。如果生产的成本低，将在耐火材料行业有广泛的用途。如采用还原法生产的氧化铝含量在98.5% 亚白刚玉，在耐火

11、材料生产中取代白刚玉及致密刚玉，取得了明显的效果，降低了用户的产品成本。纯氧化铝的熔点一般在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，最常用的还是三相。电炉变压器容量在100010000千伏安。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、流放炉。最大的区别在于冶炼好的熔液排出方式。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,或者有专门的通气孔孔道,否则各种受热炉气会穿入熔液而后

12、逸出,形成熔液”放炮”。 白刚玉炉体也分两种，一种是有衬，一般要求是烧结制品；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，基本上是工业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%以上，冶炼过程虽然有排出杂质的过程，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

13、在熔融状态下生成贝塔氧化铝：-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，虽然可以通过碎选可以剔除，但仍有少量的留在熔体中不能排除，严重影响白刚玉熔块的耐火性能。因此，对工业氧化铝中的氧化钠必须严格控制。为了消除或减弱氧化钠的危害，冶炼时加入石英砂或氟化铝（AlF3），前者与贝塔氧化铝成为霞石，后者促进氧化钠挥发。八、白刚玉冶炼工艺过程：1.开炉阶段：开炉前首先要做好开炉前的一切准备工作，即连接电极、调节电极长度。开炉时要摆放好起弧物，白刚玉起弧还有“纸筒法”、“碳棒法”、“木炭法”三种

14、，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%，就可以加料进入熔炼阶段。2.冶炼阶段：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，在冶炼大部分时间内弧光完全被料层所覆盖。电炉容量大小不同，料层厚度有差异，变压器容量为18002500KVA的电炉，冶炼初期料层厚度一般在6001000mm左右，中间一般采用间歇式加料，即哪里下沉就加到哪里，定期焖炉。后期料层逐渐减薄。敞炉法的特点是料层薄，弧光暴露在外的时间较长。熔炼期采取分批定期投料，料层厚度一般在300mm左右。这两种方法各有优缺点，敞炉法的刚玉质量较均匀，但耗电

15、量较高，生产效率较低。熔炼阶段约占全部冶炼时间的80%以上，这个阶段使炉料熔化成液态，杂质进行还原，生成低熔点物质并和刚玉熔液分离。白刚玉冶炼采用薄料层时，经常跑弧光为主，料层厚度一般在150200mm。它的优点是产品色泽较白，杂质-Al2O3偏析较好。但热损失大，熔炼时间较长。厚料层熔炼中弧光被料层覆盖时间较长，只间断性跑弧光。这种工艺适用于大功率电炉，尤其是无炉衬电炉，其优点是热利用率高，熔炼时间短，便于机械加料。不足之处是产品色泽差，-Al2O3偏析稍差。3控制阶段：控制就是在一定的时期内，基本上停止加料，使熔化面积向外扩大。熔炼期如果炉况控制的好，熔液就缓慢上升，整个料面就均匀下降，料

16、下得多，熔化就快，即可获得较好的效果。在此期间使用较低电压、最大功率、最大限度地提高液面温度，使液面形成“红盖”，此时可以结束控制。4.精炼阶段：精炼是最后一个阶段，目的是最后完成质量要求。尤其对刚玉色泽和-Al2O3结晶偏析有决定性的影响。因此，要有充分的冶炼时间，使剩余的炉料尽量熔化和使其中的碳素挥发。原则上电炉表面全面红盖后，再熔炼20到30分钟为宜。除了有足够的时间外，还要是熔液有足够高的温度保持液面平稳而缓慢的冷却，以便于杂质偏析，应采用逐渐减小电流，缓慢停炉的方法。九、负荷控制：白刚玉冶炼的电流波动幅度不大的原因，一是原料较纯，粘度较小；二是无还原反应。要使熔液的电阻稳定，电流摆动

17、不大，只要结合炉况按负荷曲线保证额定功率的输入即可，如出现反常现象可根据情况采取停电或其它应变措施。1. 二次电压：白刚玉采用146伏，30004800A电流，这样可以提高熔化速度，获得较好的技术经济效果。2. 采用优质和直径较小的电极：一般用200250mm。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、炉圈和炉衬应采用石墨制品或经过烧成的优质碳素材料制品，否则容易引起严重的增碳。 十、影响白刚玉产品质量的因素：-Al2O3结晶分散和刚玉颜色发黑，是常见的质量问题。-Al2O3结晶

18、分散，严重影响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-Al2O3，所以必须严格控制工业氧化铝中氧化钠的含量。另一方面，熔炼工艺对-Al2O3结晶也有很大的影响，合理的工艺可以使-Al2O3结晶偏析并叫集中分布在某个范围便于与刚玉分开。要使-Al2O3结晶集中，必须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-Al2O3结晶的集中。其次，停炉进行自然冷却，先缓慢冷却一段时间，使-Al2O3有足够时间进行上浮偏析于熔液的上部。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甚至变黑，严重时会造成大量不合格品。其原因是熔炼过程中

19、的掺碳严重而掺入的碳没有氧化掉。十一、白刚玉的碎选：白刚玉浇水冷却的水要清洁，否则会影响刚玉的质量和色泽。白刚玉熔块上部一般为疏松多孔结构，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，要经过外观进行人工分选。根据氧化铝的含量进行分级。十二、白刚玉理化指标：白刚玉成分Al2O3SiO2Fe2O3CaO2MgOTiO2R2O气孔体密百分比%99.700.120.030.010.010.030.209.5%3.52g/cm3十三、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经过高温熔化和杂质还原后冷却而结晶成的棕褐色熔块。其主要成分是氧

20、化铝，含量为94.5%97%。特点是价格便宜，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、钛等大的基本原理，可以通过控制还原剂的数量用还原冶炼的方法使铝矾土中的主要杂质还原，被还原的杂质生成硅铁合金并与刚玉熔液分离，从而获得结晶质量符合要求、氧化铝含量大于94.5%的棕刚玉用高铝矾土直接冶炼刚玉，从理论上说，只要加入足够的碳，并将温度控制在1800°1900°C，就可以将矾土中除Al2O3和CaO以外的其它氧化物还原成金属而分离出去，保持Al2O3稳定存在。在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1025mm为宜。碳素材料用石油焦、焦炭、无烟煤等：碳素材料固定碳挥发分灰分水分石油焦8881.52焦炭852