在棕剛玉冶煉過(guò)程中，原料來(lái)源的選擇和原料的質(zhì)量控制非常重要，也是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的過(guò)程；原材料的選擇在一定程度上決定了其產(chǎn)品的適用范圍；原材料質(zhì)量能否得到有效控制，不僅嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和性能，而且直接影響棕剛玉生產(chǎn)的制造成本；因此，在棕剛玉的生產(chǎn)過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制主要原料鋁土礦、鐵屑和無(wú)煙煤，尤其是SiO2和Cao。SiO2和Cao的引入不僅給生產(chǎn)帶來(lái)了困難，影響了制造成本，降低了Al2O3和TiO2中有價(jià)值成分的含量，而且由于產(chǎn)品質(zhì)量的缺乏，影響了商品價(jià)格和產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。

一、冶煉棕剛玉主要原料技術(shù)條件
生產(chǎn)普通棕剛玉（用作磨料或高溫耐火材料），其主要原料鋁土礦、鐵屑和無(wú)煙煤（焦炭）的化學(xué)成分具有一定的技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)。

二、高硅高鈣鋁土礦原料成因分析
用于冶煉棕剛玉的鋁土礦熟料不同于用于生產(chǎn)金屬鋁和耐火材料的鋁土礦。用于冶煉棕剛玉的鋁土礦熟料是高Al2O3、TiO2、低SiO2和Cao的優(yōu)質(zhì)鋁土礦，而用于生產(chǎn)金屬鋁和耐火材料的鋁土礦對(duì)上述指標(biāo)的要求相對(duì)較低，能夠滿足生產(chǎn)需要。目前，我國(guó)剛玉材料生產(chǎn)企業(yè)約170家，生產(chǎn)能力約200萬(wàn)噸。根據(jù)生產(chǎn)能力，剛玉生產(chǎn)僅使用約240萬(wàn)噸高鋁和優(yōu)質(zhì)熟鋁土礦。由于許多基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和剛玉制造業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)鋁土礦的需求量迅速增加。由于鋁土礦資源匱乏，加之部分鋁土礦供應(yīng)商和中間環(huán)節(jié)行為不規(guī)范，棕剛玉冶煉用熟鋁土礦的數(shù)量和質(zhì)量難以保證；A/s從20世紀(jì)80年代的25-30:1下降到90年代的15-20:1。現(xiàn)在一些企業(yè)經(jīng)常使用a/s10-12:1鋁土礦。有時(shí)，一些企業(yè)使用的鋁土礦中二氧化硅含量超過(guò)10%，這并沒(méi)有引起企業(yè)決策者的注意。如何擺脫技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的雙重困境更是束手無(wú)策。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)普通棕剛玉（用于磨料或高溫耐火材料）所用鋁土礦原料的Al2O3、SiO2和Fe2O3含量在南部和北部相似。通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，生產(chǎn)棕剛玉用鋁土礦中的有害雜質(zhì)SiO2和Cao來(lái)自鋁土礦中的固結(jié)材料本身；第二，它是在細(xì)土表面與鋁土礦熟料混合的情況下引入的。前者包含在原材料本身中，在選擇原材料來(lái)源時(shí)可以適當(dāng)控制，或進(jìn)行礦石選擇和混合處理，以確保原材料的質(zhì)量，而后者是一個(gè)更重要的參與來(lái)源，需要由棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)自己嚴(yán)格控制。由于鋁土礦資源的日益短缺，鋁土礦熟料與細(xì)土表面混合的問(wèn)題可能會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，使生產(chǎn)企業(yè)陷入“棄而不舍、用而不可”的困境，也給棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重的困難和挑戰(zhàn)。此外，從以上原料的數(shù)學(xué)分析可以看出，無(wú)煙煤和鐵屑中帶入的有害雜質(zhì)SiO2和Cao也應(yīng)得到足夠的重視和嚴(yán)格控制。由于SiO2和Cao的過(guò)度混合，棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)消耗電力和原材料，增加了生產(chǎn)成本。更重要的是，產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)重失控，使用性能有限。必須找到經(jīng)濟(jì)合理的解決辦法。

三、 工藝設(shè)計(jì)與控制
SiO2和Cao對(duì)棕剛玉的產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用范圍有很大的危害，必須在生產(chǎn)和工藝技術(shù)上加以嚴(yán)格控制。在棕剛玉冶煉過(guò)程中，可以通過(guò)氣化、升華或還原去除SiO2和Cao，生產(chǎn)低硅鐵，而在棕剛玉冶煉過(guò)程中很難去除Cao。因此，有必要嚴(yán)格控制原材料（鋁土礦、無(wú)煙煤和鐵屑）中Cao的含量，并設(shè)計(jì)合理適當(dāng)?shù)墓に嚭图夹g(shù)方案來(lái)轉(zhuǎn)移和控制Cao。
過(guò)程控制：

1.對(duì)采購(gòu)的原材料來(lái)源進(jìn)行分類控制，實(shí)現(xiàn)源頭控制。在正常情況下，冶煉棕剛玉的主要原料中的SiO2和Cao應(yīng)控制在6%以內(nèi)，而Cao應(yīng)控制在0.5%以內(nèi)。
2.對(duì)采購(gòu)鋁土礦中夾帶的細(xì)土表面進(jìn)行篩選（或粉塵回收）預(yù)處理，確保冶煉原料的凈化和穩(wěn)定性。
3.控制煤、型煤等原料中的雜質(zhì)含量，嚴(yán)格控制焦炭、型煤等原料中的雜質(zhì)含量。
4.配料前不僅要嚴(yán)格選擇鋁土礦、無(wú)煙煤和鐵屑，而且要合理設(shè)計(jì)和嚴(yán)格控制入爐的主要原料鋁土礦的化學(xué)成分和粒度，以及早期使用的材料的合理比例，冶煉中后期應(yīng)分別設(shè)計(jì)。同時(shí)嚴(yán)格控制來(lái)料粒度范圍，確保冶煉過(guò)程順利進(jìn)行。
5.合理設(shè)計(jì)和利用回收的細(xì)粉。在熔煉過(guò)程中，根據(jù)熔煉原理，調(diào)節(jié)剛玉熔融溶液的pH值，按比例混合還原劑、澄清劑、助熔劑、促進(jìn)劑等原料，加工成球狀或塊狀復(fù)合材料，然后進(jìn)行熔煉。綜合效益較好，既經(jīng)濟(jì)合理，又降低了冶煉難度，更重要的是在冶煉過(guò)程中有效地控制了棕剛玉的質(zhì)量。

工藝技術(shù)方案設(shè)計(jì)：

1.工藝流程：
鋁土礦（無(wú)煙煤和鐵屑）的倉(cāng)儲(chǔ)檢查和控制→ 材料準(zhǔn)備（分級(jí)控制）→ 顆粒制備→ 干燥處理）→ 配料→ 熔煉→ 傾倒→ 冷卻→ 壓碎→ 計(jì)量和倉(cāng)儲(chǔ)

2.冶煉工藝設(shè)計(jì)
冶煉是生產(chǎn)棕剛玉的重要工序。通過(guò)熔煉，控制合適的熔煉氣氛，使鋁土礦與還原劑（無(wú)煙煤或焦炭顆粒）和澄清劑（鐵屑）在高溫下反應(yīng)，去除雜質(zhì)，形成α-Al2O3，從而獲得符合質(zhì)量要求的剛玉塊。

1. 對(duì)爐料進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)合理可控的進(jìn)料；通過(guò)合理調(diào)整爐內(nèi)熔體的pH值，優(yōu)化裝料設(shè)計(jì)，獲得良好的冶煉指標(biāo)。
2. 爐內(nèi)主要化學(xué)反應(yīng)：
   經(jīng)分析除塵粉的成分，SiO2約為40%，Al2O3約為40%，K2O約為10%，其余為Fe2O3和碳粉。
   在冶煉過(guò)程中，約50%的TiO2被還原并與元素Ti一起進(jìn)入低鐵硅合金，剩余的TiO2與有價(jià)值的成分一起進(jìn)入剛玉塊，而鋁土礦雜質(zhì)中有價(jià)值的MgO和Cao基本上保留其固有含量并進(jìn)入剛玉塊。
3. 負(fù)擔(dān)率計(jì)算：
   原材料按1000kg熟鋁土礦計(jì)算，
   式中：SiO2%、Fe2O3%和TiO2%分別表示原料中SiO2、Fe2O3和TiO2的百分比含量，C%表示無(wú)煙煤中固定碳的百分比含量，F(xiàn)e%表示鐵屑中的鐵含量，K表示鐵硅比（K取5.5）
4. 熔煉循環(huán)設(shè)計(jì)
   根據(jù)冶煉設(shè)備的能力，設(shè)計(jì)爐料分批制備系統(tǒng)，并在前、中、后期分別混合冶煉爐料，是解決爐料差異的合理優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果十分有利。

3.冶煉過(guò)程控制

1. 爐前調(diào)整：
   在生產(chǎn)過(guò)程中，可根據(jù)用戶的質(zhì)量指標(biāo)要求適當(dāng)控制熔煉還原度，實(shí)現(xiàn)有效的質(zhì)量控制。但由于進(jìn)廠鋁土礦的批次和數(shù)量、取樣方法、冶煉操作方法等因素，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)需要在爐前通過(guò)棒棒進(jìn)行調(diào)整（在熟悉工藝匹配和工藝操作后，可以取消調(diào)整爐的過(guò)程）。
2. 爐內(nèi)還原控制：由于鋁土礦中Al2O3含量的降低和SiO2含量的增加，在冶煉過(guò)程中必須增加C的參與，這會(huì)加強(qiáng)爐內(nèi)還原氣氛的凝聚，產(chǎn)生大量高溫氣體，從而增加