简介致密电熔刚玉、亚白刚玉、β-刚玉、青刚玉、锆刚玉的冶炼、性能及用途

本文我们主要从冶炼过程、刚玉性能及其一般用途上来对致密电熔刚玉、亚白刚玉、β-刚玉、青刚玉、锆刚玉进行简单的讲解：

1、致密电熔刚玉

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≥98%，显气孔率比电熔白刚玉低，一般≤4%，体积密度≤3.8g/cm³，主晶相为α-Al₂O₃，次晶相有FeTi₃、CaAl₁₂O₉、Ca₃Si₈O₉、TiN、TiO₇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。电熔刚玉中含有较多的碳化物（Al₄C₃、Al₄O₄C、Al₂C）时，碳化物在常温下可与水反应：

Al₄C₃+12H₂O→4Al（OH）₃+3CH₄↑

可造成电熔刚玉颗粒粉化。配置不定型耐火材料时可致施工体疏松、鼓胀，甚至严重开裂。致密电熔刚玉在耐火制品中多用做骨料，在不定型耐火材料中的应用正在不断扩大。

2、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。它是在还原气氛和控制条件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、前期以过量的还原剂将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1~15mm，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。它的应用目前主要是在不定型耐火材料及Al₂O₃-SiC-C砖中代替致密电熔刚玉，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，并利用此种原料制造了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，走出了一条我国独特的制取较高纯度刚玉的新途径。亚白刚玉是一种十分有发展前途的耐火材料。

3、β-刚玉

β-刚玉是以工业氧化铝为原料，熔融时引入Na₂O，刚玉中的Na₂O控制在5%~7%，使主晶相形成Na₂O·11Al₂O₃即β-Al₂O₃.其密度为3.25g/cm³，熔点为1600℃，热膨胀系数较α-Al₂O₃小，在2000℃左右转变为α-Al₂O₃而分解出Na₂O。

在浇铸不锈钢时，浸入式水口的本体多采用Al₂O₃-SiC-C材料。材料中的C和SiC被钢水中的氧及FeO、Cr₂O₃、MnO等氧化，还原出Fe、Cr，替代C，致使在水口内孔，出钢口周围形成变质层并不断扩大，妨碍浇铸。以β-刚玉替代Al₂O₃（多用作粗颗粒部分，细粉部分仍为α-Al₂O₃）制成浸入式水口砖，大大减少了变质层，并使抗剥落性大为改善。其原因在于高温下Na₂O被释放，与钢渣中的CaO、SiO₂等反应，在工作面生成玻璃膜，防止石墨氧化和渣成分的侵入以及钢水中Al₂O₃的沉积。

4、青刚玉

青刚玉也称低铝刚玉，是以高铁铝矾土熟料为主要原料，在电弧炉中经高温熔融、结晶而成。合成青刚玉是我国二十世纪八十年代的创新产品。

青刚玉主晶相为α-Al₂O₃，次晶相为铁尖晶石，体积密度3.7~3.9g/cm³，耐火度通常大于1800℃。通过调整配料，控制主晶相与次晶相的比例，以满足耐火材料（Al₂O₃≥80%）和磨料（Al₂O₃≥73%）的不同要求。

耐火青刚玉替代白刚玉成功地用做炼铁炮泥骨料；磨料青刚玉制成的切削砂轮，切削效果优于以白刚玉制成的同类砂轮。

5、锆刚玉

锆刚玉是煅烧氧化铝或铝矾土中加入氧化锆或锆英石砂，在电弧炉中共同熔融而制成的。根据ZrO₂的含量，一般有低锆刚玉（ZrO₂10%~15%），中锆刚玉（ZrO₂25%）和高锆刚玉（ZrO₂40%）。锆刚玉主晶相为α-Al₂O₃，次晶相为斜锆石，还存在少量玻璃相。锆刚玉一般呈灰褐色，密度4.05g/cm³左右。其耐熔体侵蚀性好，多用做玻璃窑衬材料。