几种不同刚玉质原料的应用及国标理化指标要求
刚玉为α-A12O3的结晶矿物。刚玉为三方晶系，体积密度3.95~4.1g·㎝-3，莫氏硬度9，熔点为2050℃，导热系数（1000℃）为6.16W/（m·K），线膨胀系数(20~1000℃)为8.0×10-6℃-1。
刚玉具有耐高温、高强度、高硬度、电绝缘、耐腐蚀等物理化学特性，被广泛的应用于耐火材料行业。
刚玉的熔点高达2050℃，优质刚玉制品的耐火度大于1900°C，荷重软化开始温度约1850°C,极限使用温度1950°C，长期使用温度1800°C。但是，刚玉的热膨胀系数为8.6,属于抗热震性中等偏下的物质。刚玉的硬度为9, 是仅低于金刚石和少数人工合成的高硬矿物。氧化铝制品具有很高的强度，常温耐压强度可达2000MPa;常温抗折强度可达250MPa以上，1000℃时抗折强度还有150MPa。高密度的氧化铝制品可以较好地抵御铁、铝、镍、钒等熔融金属的侵蚀;常温下，不受硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸的腐蚀，但高温下，氟化钠、 浓硫酸对氧化铝有一定侵蚀。氧化铝对玻璃、炉渣的侵蚀有一定的抵抗力。
根据制造方法不同可将刚玉分为两大类：其一，以矾土为原料直接制造的刚玉原料，如棕刚玉、高铝刚玉;其二，从矾土中提炼出氧化铝，再将工业铝氧制成刚玉原料，如白刚玉、致密刚玉、烧结刚玉等。各种电熔刚玉的性能比较见表1。
表1 各种电熔刚玉性能比较
烧结刚玉是指以锻烧氧化铝(或工业氧化铝)为原料，经磨细制成料球或坯体，在1750～1950℃的高温下烧结而成的耐火熟料。含A12O399%以上的烧结刚玉显气孔率为4.0%以下，体积密度达到3.55g·㎝-3，高温下具有较好的体积稳定性与化学稳定性，不受还原气氛、熔融玻璃液和金属液的侵蚀，常温、高温机械强度和耐磨性较好。
为了使氧化铝易于烧结，压型前通常对氧化铝进行微粉碎处理。氧化铝的细度对烧结氧化铝的致密度有重要影响。成型方法有压球、真空挤出、压坯等，应尽量提高坯体的体积密度。因为锻烧温度在1750～1950℃左右，所以多用回转窑或竖窑锻烧。A12O3含量较低时，也可用隧道窑锻烧。
板状氧化铝（Tabular alumina）,也称板状刚玉，是在1900℃以上的高温下快速烧成且烧结彻底的再结晶α-A12O3，其显微结构有下述特征：α-A12O3结晶粗大，中位径多在40～200µm，其晶体二维形貌呈平板状并互相穿插交错；α-A12O3晶体内含许多5～15µm的圆形封闭气孔；而开口气孔则较少，一般2％～3％。具有优良的加热体积稳定性和抗热震性。
几种烧结刚玉产品性能见表2。
表2 烧结刚玉的理化指标
电熔刚玉是以锻烧氧化铝或铝矾土为原料，经电弧炉在还原气氛下熔融并与金属和其它杂质分离，再经冷凝而制得。根据所用原料和熔炼工艺的不同，常见的品种有：电熔白刚玉、电熔棕刚玉、致密电熔刚玉（低气孔刚玉)、矾土基电熔刚玉(俗称高铝刚玉、亚白刚玉)和锆刚玉等。
以铝矾土为原料熔炼棕刚玉时，通常只进行还原熔炼。作还原剂的含碳物质一般是焦碳或无烟煤。对无烟煤的要求是：固定C≥80％，灰分≤10%，挥发分<7%，水分<3%。焦碳或无烟煤的加入量按还原SiO2、Fe2O3和TiO2三项杂质的需求量考虑。加入的原料必须充分干燥及焙烧脱水，炉料粒度一般为10～40㎜，不要过细，焦炭或无烟煤的粒度为1～5㎜。
熔融过程在三相电弧炉内进行，有间隙式(炉内冷却方式)和倾动式(倾注到其它钢包内冷却方式)两种。后者工艺较合理，正被越来越多的工厂所采用。熔融温度在2000℃左右。
1.电熔白刚玉
现在通常所说的“熔融氧化铝”一般是指“电熔白刚玉”。它是以工业氧化铝为原料，在电弧炉内高温熔化而成，其A12O3含量不小于99%，白色，块料，显气孔率6％～10％，主晶相为a-A12O3，晶体为长条形和菱形，而且往往呈骸状晶体。由于原料很纯，在电炉作业中不发生化学反应，但熔融液体的温度、冷却速度等对块料的结构有很大的影响。在均质方面，重要的是获得尽可能致密的块料。原料中的Na2O凝固时形成β-A12O3，容易集中在块料的中央部位，会对耐火材料、研磨材料带来不利影响，所以必须注意原料中Na2O的含量。此外，块料中尚有少量的霞石、玻璃相等。
国标GB/T2479-2008《普通磨料 白刚玉》里规定了白刚玉的技术条件，见表3.
表3 白刚玉的技术条件
2.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，A12O3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·㎝-3，主晶相为a-A12O3，次晶相有FeTiO3、CaA112O9、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-A12O3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→4A1(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。
我国黑色冶金行业标准YB/T 102-2007《耐火材料用电熔刚玉》里规定了电熔刚玉的理化指标，见表4.
表4 耐火材料用电熔刚玉的理化指标
3.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A12O3≥94.5%，SiO2≤3.5%，TiO2≤3.5%，Fe2O3≤1%。矿物组成以a-A12O3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。
棕刚玉主要用做磨料。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。
国标GB/T2478-2008《普通磨料 棕刚玉》规定了棕刚玉的技术条件及理化指标，具体见表5.
表5 棕刚玉各牌号产品的化学成分
4.矾土基电熔刚玉
又称亚白刚玉或高铝刚玉，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，从而得到亚白刚玉。其理化指标与致密电熔刚玉接近，颜色也接近，通常A12O3含量大于97%，显气孔率小于4%；刚玉结晶一般为粒状，尺寸1～15㎜；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。应用于不定形耐火材料、热风炉砖及A12O3-SiC-C砖等。
几种电熔刚玉的理化性能指标见表6。