耐火材料原材料——电熔莫来石的工艺、技术条件及性能特点

电熔莫来石一般有高纯电熔莫来石和普通电熔莫来石。其原料组合分别为工业氧化铝+高纯硅石和铝矾土熟料+硅石。对原料的基本要求是：工业氧化铝Al2O3>98%，Na2O<0.5%;高纯硅石SiO2>99%，Fe2O3<0.03%;铝矾土熟料Al2O3>88%，TiO2<3.5%，RO<0.5%;R2O<0.5%;硅石SiO2>99%，Fe2O3<0.3%。

电熔合成莫来石时，配料的Al2O3/SiO2比值决定着电熔莫来石的矿物相及莫来石的晶体形状(表1)。电熔莫来石是由熔体结晶而制得，其过程非常类似于Al2O3-SiO2系相图的冷却析晶过程。在电熔莫来石时，Al2O3含量达79%时，仍未出现刚玉相，主要是Al2O3固熔于莫来石中形成β-莫来石的结果。由于原料中含有MgO、CaO、Na2O及TiO2等，以及熔融设备和电熔温度的差异，电熔莫来石的矿物组成与表1中的规律有一定的误差。例如无盖电炉温度过高，容易使SiO2挥发。表2为国内、外高纯电熔莫来石的典型化学成分。

表1 Al2O3/SiO2比值与电熔莫来石的矿物组成

表2 高纯电熔莫来石的典型化学成分

1、电熔工艺

首先将硅石及铝矾土等块状原料破碎至1.5mm以内，与其它粉状物料配合后于混合机中混匀。在电炉炉底铺一层混合料，用木炭或电极屑作起弧料(在电熔高纯莫来石时，起弧材料的杂质含量要低)，在电极下铺成星形或三角形，下降电极起弧，待部分配料熔化，电流稳定在一定数值以上时，逐渐从周边加料/电熔莫来石溶液粘度大，导电率低，操作时注意电流变化，以免断弧。

熔制莫来石时，应使炉内气氛处于还原状态。因为原料中含有杂质如Fe2O3、TiO2、CaO、R2O等，特别是用铝矾土做原料时杂质更多，需要通过还原而将它们除去。在较低温度下，上述杂质氧化物是稳定的;在高温下，CO的稳定性超过了各氧化物的稳定性，导致氧化物被CO还原成相应的低价氧化物或金属。各种氧化物的还原温度分别为FeO 710℃，SiO2 1550℃，TiO2 1750℃，而Al2O3，CaO、MgO均在2000℃以上。电熔莫来石的熔制温度在1850~2042℃之间，FeO、Fe2O3及TiO2都易被还原。

图1 SiO2的挥发与电能消耗之关系

配料中的SiO2有部分被还原成金属硅而包含在玻璃相中，还有一部分SiO2形成高温下稳定的SiO2而挥发。SiO2的损失量约4%~7%。这是所不希望的，一方面SiO2的挥发降低了配料的准确性，另一方面还会使电炉的电耗增加。根据计算，每吨电熔莫来石的理论电耗为1360~1900KWh，但实际生产时由于氧化物的还原特别是SiO2的还原与挥发，需要更大的电能。因此，为了减少SiO2的挥发，降低电耗，应适当控制炉内气氛、电炉输入功率及熔制时间。倾动式电炉比固定式电炉的电耗明显降低。

熔炼完毕后，若是熔块式电炉可使熔体在炉中自然冷却后出料;倾动式电炉则需将熔体提倒入包中冷却，而炉内要留有部分熔体以便继续起弧熔融。冷却后的熔块经破碎及处理后，即可供应市场。

2、电熔莫来石的技术条件和典型性能

与烧结莫来石相比(莫来石结晶为5~10μm)，电熔高纯莫来石(结晶达1000~2000μm)的高温力学性能和抗侵蚀性要好。高纯电熔莫来石块呈浅灰色，普通电熔莫来石(以铝矾土为原料)呈深色或黑色，这是由于除熔块中存在金属硅和少量铁外，少量SiO2因为熔块快速冷却，表面迅速凝固而被封闭于熔块内，使熔块着色。在1480℃以上烧成，高纯电熔莫来石呈白色，普通电熔莫来石呈浅黄色。我国黑色冶金行业标准对电熔莫来石(YB/T104-1997)的技术条件做出规定，如表3所列。铝矾土基电熔莫来石和高纯电熔莫来石的典型性能列于表4中。

表3 电熔莫来石的技术条件

表4 电熔莫来石的典型性能