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

一、冶煉棕剛玉主要原料技術條件
生產普通棕剛玉（用作磨料或高溫耐火材料），其主要原料鋁土礦、鐵屑和無煙煤（焦炭）的化學成分具有一定的技術質量指標。

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的優質鋁土礦，而用于生產金屬鋁和耐火材料的鋁土礦對上述指標的要求相對較低，能夠滿足生產需要。目前，我國剛玉材料生產企業約170家，生產能力約200萬噸。根據生產能力，剛玉生產僅使用約240萬噸高鋁和優質熟鋁土礦。由于許多基礎產業和剛玉制造業的快速發展，對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商和中間環節行為不規范，棕剛玉冶煉用熟鋁土礦的數量和質量難以保證；A/s從20世紀80年代的25-30:1下降到90年代的15-20:1。現在一些企業經常使用a/s10-12:1鋁土礦。有時，一些企業使用的鋁土礦中二氧化硅含量超過10%，這并沒有引起企業決策者的注意。如何擺脫技術與經濟的雙重困境更是束手無策。目前，國內生產普通棕剛玉（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。通過數理統計分析，生產棕剛玉用鋁土礦中的有害雜質SiO2和Cao來自鋁土礦中的固結材料本身；第二，它是在細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，在選擇原材料來源時可以適當控制，或進行礦石選擇和混合處理，以確保原材料的質量，而后者是一個更重要的參與來源，需要由棕剛玉生產企業自己嚴格控制。由于鋁土礦資源的日益短缺，鋁土礦熟料與細土表面混合的問題可能會越來越嚴重，使生產企業陷入“棄而不舍、用而不可”的困境，也給棕剛玉生產企業帶來了嚴重的困難和挑戰。此外，從以上原料的數學分析可以看出，無煙煤和鐵屑中帶入的有害雜質SiO2和Cao也應得到足夠的重視和嚴格控制。由于SiO2和Cao的過度混合，棕剛玉生產企業消耗電力和原材料，增加了生產成本。更重要的是，產品質量嚴重失控，使用性能有限。必須找到經濟合理的解決辦法。

三、 工藝設計與控制
SiO2和Cao對棕剛玉的產品質量和應用范圍有很大的危害，必須在生產和工藝技術上加以嚴格控制。在棕剛玉冶煉過程中，可以通過氣化、升華或還原去除SiO2和Cao，生產低硅鐵，而在棕剛玉冶煉過程中很難去除Cao。因此，有必要嚴格控制原材料（鋁土礦、無煙煤和鐵屑）中Cao的含量，并設計合理適當的工藝和技術方案來轉移和控制Cao。
過程控制：

1.對采購的原材料來源進行分類控制，實現源頭控制。在正常情況下，冶煉棕剛玉的主要原料中的SiO2和Cao應控制在6%以內，而Cao應控制在0.5%以內。
2.對采購鋁土礦中夾帶的細土表面進行篩選（或粉塵回收）預處理，確保冶煉原料的凈化和穩定性。
3.控制煤、型煤等原料中的雜質含量，嚴格控制焦炭、型煤等原料中的雜質含量。
4.配料前不僅要嚴格選擇鋁土礦、無煙煤和鐵屑，而且要合理設計和嚴格控制入爐的主要原料鋁土礦的化學成分和粒度，以及早期使用的材料的合理比例，冶煉中后期應分別設計。同時嚴格控制來料粒度范圍，確保冶煉過程順利進行。
5.合理設計和利用回收的細粉。在熔煉過程中，根據熔煉原理，調節剛玉熔融溶液的pH值，按比例混合還原劑、澄清劑、助熔劑、促進劑等原料，加工成球狀或塊狀復合材料，然后進行熔煉。綜合效益較好，既經濟合理，又降低了冶煉難度，更重要的是在冶煉過程中有效地控制了棕剛玉的質量。

工藝技術方案設計：

1.工藝流程：
鋁土礦（無煙煤和鐵屑）的倉儲檢查和控制→ 材料準備（分級控制）→ 顆粒制備→ 干燥處理）→ 配料→ 熔煉→ 傾倒→ 冷卻→ 壓碎→ 計量和倉儲

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

1. 對爐料進行有針對性的設計，實現合理可控的進料；通過合理調整爐內熔體的pH值，優化裝料設計，獲得良好的冶煉指標。
2. 爐內主要化學反應：
   經分析除塵粉的成分，SiO2約為40%，Al2O3約為40%，K2O約為10%，其余為Fe2O3和碳粉。
   在冶煉過程中，約50%的TiO2被還原并與元素Ti一起進入低鐵硅合金，剩余的TiO2與有價值的成分一起進入剛玉塊，而鋁土礦雜質中有價值的MgO和Cao基本上保留其固有含量并進入剛玉塊。
3. 負擔率計算：
   原材料按1000kg熟鋁土礦計算，
   式中：SiO2%、Fe2O3%和TiO2%分別表示原料中SiO2、Fe2O3和TiO2的百分比含量，C%表示無煙煤中固定碳的百分比含量，Fe%表示鐵屑中的鐵含量，K表示鐵硅比（K取5.5）
4. 熔煉循環設計
   根據冶煉設備的能力，設計爐料分批制備系統，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化工藝設計，對其技術經濟效果十分有利。

3.冶煉過程控制

1. 爐前調整：
   在生產過程中，可根據用戶的質量指標要求適當控制熔煉還原度，實現有效的質量控制。但由于進廠鋁土礦的批次和數量、取樣方法、冶煉操作方法等因素，在實際生產過程中，有時需要在爐前通過棒棒進行調整（在熟悉工藝匹配和工藝操作后，可以取消調整爐的過程）。
2. 爐內還原控制：由于鋁土礦中Al2O3含量的降低和SiO2含量的增加，在冶煉過程中必須增加C的參與，這會加強爐內還原氣氛的凝聚，產生大量高溫氣體，從而增加