用高硅钙铝矾土冶炼棕刚玉的生产工艺

在棕刚玉冶炼过程中，原料来源的选择和原料的质量控制非常重要，也是一个必须严格控制的过程；原材料的选择在一定程度上决定了其产品的适用范围；原材料质量能否得到有效控制，不仅严重影响产品质量和性能，而且直接影响棕刚玉生产的制造成本；因此，在棕刚玉的生产过程中，必须严格控制主要原料铝土矿、铁屑和无烟煤，尤其是SiO2和Cao。SiO2和Cao的引入不仅给生产带来了困难，影响了制造成本，降低了Al2O3和TiO2中有价值成分的含量，而且由于产品质量的缺乏，影响了商品价格和产品的应用范围。

一、冶炼棕刚玉主要原料技术条件
生产普通棕刚玉（用作磨料或高温耐火材料），其主要原料铝土矿、铁屑和无烟煤（焦炭）的化学成分具有一定的技术质量指标。

二、高硅高钙铝土矿原料成因分析
用于冶炼棕刚玉的铝土矿熟料不同于用于生产金属铝和耐火材料的铝土矿。用于冶炼棕刚玉的铝土矿熟料是高Al2O3、TiO2、低SiO2和Cao的优质铝土矿，而用于生产金属铝和耐火材料的铝土矿对上述指标的要求相对较低，能够满足生产需要。目前，我国刚玉材料生产企业约170家，生产能力约200万吨。根据生产能力，刚玉生产仅使用约240万吨高铝和优质熟铝土矿。由于许多基础产业和刚玉制造业的快速发展，对铝土矿的需求量迅速增加。由于铝土矿资源匮乏，加之部分铝土矿供应商和中间环节行为不规范，棕刚玉冶炼用熟铝土矿的数量和质量难以保证；A/s从20世纪80年代的25-30:1下降到90年代的15-20:1。现在一些企业经常使用a/s10-12:1铝土矿。有时，一些企业使用的铝土矿中二氧化硅含量超过10%，这并没有引起企业决策者的注意。如何摆脱技术与经济的双重困境更是束手无策。目前，国内生产普通棕刚玉（用于磨料或高温耐火材料）所用铝土矿原料的Al2O3、SiO2和Fe2O3含量在南部和北部相似。通过数理统计分析，生产棕刚玉用铝土矿中的有害杂质SiO2和Cao来自铝土矿中的固结材料本身；第二，它是在细土表面与铝土矿熟料混合的情况下引入的。前者包含在原材料本身中，在选择原材料来源时可以适当控制，或进行矿石选择和混合处理，以确保原材料的质量，而后者是一个更重要的参与来源，需要由棕刚玉生产企业自己严格控制。由于铝土矿资源的日益短缺，铝土矿熟料与细土表面混合的问题可能会越来越严重，使生产企业陷入“弃而不舍、用而不可”的困境，也给棕刚玉生产企业带来了严重的困难和挑战。此外，从以上原料的数学分析可以看出，无烟煤和铁屑中带入的有害杂质SiO2和Cao也应得到足够的重视和严格控制。由于SiO2和Cao的过度混合，棕刚玉生产企业消耗电力和原材料，增加了生产成本。更重要的是，产品质量严重失控，使用性能有限。必须找到经济合理的解决办法。

三、 工艺设计与控制
SiO2和Cao对棕刚玉的产品质量和应用范围有很大的危害，必须在生产和工艺技术上加以严格控制。在棕刚玉冶炼过程中，可以通过气化、升华或还原去除SiO2和Cao，生产低硅铁，而在棕刚玉冶炼过程中很难去除Cao。因此，有必要严格控制原材料（铝土矿、无烟煤和铁屑）中Cao的含量，并设计合理适当的工艺和技术方案来转移和控制Cao。
过程控制：

1.对采购的原材料来源进行分类控制，实现源头控制。在正常情况下，冶炼棕刚玉的主要原料中的SiO2和Cao应控制在6%以内，而Cao应控制在0.5%以内。
2.对采购铝土矿中夹带的细土表面进行筛选（或粉尘回收）预处理，确保冶炼原料的净化和稳定性。
3.控制煤、型煤等原料中的杂质含量，严格控制焦炭、型煤等原料中的杂质含量。
4.配料前不仅要严格选择铝土矿、无烟煤和铁屑，而且要合理设计和严格控制入炉的主要原料铝土矿的化学成分和粒度，以及早期使用的材料的合理比例，冶炼中后期应分别设计。同时严格控制来料粒度范围，确保冶炼过程顺利进行。
5.合理设计和利用回收的细粉。在熔炼过程中，根据熔炼原理，调节刚玉熔融溶液的pH值，按比例混合还原剂、澄清剂、助熔剂、促进剂等原料，加工成球状或块状复合材料，然后进行熔炼。综合效益较好，既经济合理，又降低了冶炼难度，更重要的是在冶炼过程中有效地控制了棕刚玉的质量。

工艺技术方案设计：

1.工艺流程：
铝土矿（无烟煤和铁屑）的仓储检查和控制→ 材料准备（分级控制）→ 颗粒制备→ 干燥处理）→ 配料→ 熔炼→ 倾倒→ 冷却→ 压碎→ 计量和仓储

2.冶炼工艺设计
冶炼是生产棕刚玉的重要工序。通过熔炼，控制合适的熔炼气氛，使铝土矿与还原剂（无烟煤或焦炭颗粒）和澄清剂（铁屑）在高温下反应，去除杂质，形成α-Al2O3，从而获得符合质量要求的刚玉块。

1. 对炉料进行有针对性的设计，实现合理可控的进料；通过合理调整炉内熔体的pH值，优化装料设计，获得良好的冶炼指标。
2. 炉内主要化学反应：
   经分析除尘粉的成分，SiO2约为40%，Al2O3约为40%，K2O约为10%，其余为Fe2O3和碳粉。
   在冶炼过程中，约50%的TiO2被还原并与元素Ti一起进入低铁硅合金，剩余的TiO2与有价值的成分一起进入刚玉块，而铝土矿杂质中有价值的MgO和Cao基本上保留其固有含量并进入刚玉块。
3. 负担率计算：
   原材料按1000kg熟铝土矿计算，
   式中：SiO2%、Fe2O3%和TiO2%分别表示原料中SiO2、Fe2O3和TiO2的百分比含量，C%表示无烟煤中固定碳的百分比含量，Fe%表示铁屑中的铁含量，K表示铁硅比（K取5.5）
4. 熔炼循环设计
   根据冶炼设备的能力，设计炉料分批制备系统，并在前、中、后期分别混合冶炼炉料，是解决炉料差异的合理优化工艺设计，对其技术经济效果十分有利。

3.冶炼过程控制

1. 炉前调整：
   在生产过程中，可根据用户的质量指标要求适当控制熔炼还原度，实现有效的质量控制。但由于进厂铝土矿的批次和数量、取样方法、冶炼操作方法等因素，在实际生产过程中，有时需要在炉前通过棒棒进行调整（在熟悉工艺匹配和工艺操作后，可以取消调整炉的过程）。
2. 炉内还原控制：由于铝土矿中Al2O3含量的降低和SiO2含量的增加，在冶炼过程中必须增加C的参与，这会加强炉内还原气氛的凝聚，产生大量高温气体，从而增加