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電熔莫來石一般有高純電熔莫來石和普通電熔莫來石。其原料組合分別為工業(yè)氧化鋁+高純硅石和鋁礬土熟料+硅石。對原料的基本要求是：工業(yè)氧化鋁Al2O3>98%，Na2O<0.5%;高純硅石SiO2>99%，F(xiàn)e2O3<0.03%;鋁礬土熟料Al2O3>88%，TiO2<3.5%，RO<0.5%;R2O<0.5%;硅石SiO2>99%，F(xiàn)e2O3<0.3%。
電熔合成莫來石時，配料的Al2O3/SiO2比值決定著電熔莫來石的礦物相及莫來石的晶體形狀(表1)。電熔莫來石是由熔體結(jié)晶而制得，其過程非常類似于Al2O3-SiO2系相圖的冷卻析晶過程。在電熔莫來石時，Al2O3含量達79%時，仍未出現(xiàn)剛玉相，主要是Al2O3固熔于莫來石中形成β-莫來石的結(jié)果。由于原料中含有MgO、CaO、Na2O及TiO2等，以及熔融設備和電熔溫度的差異，電熔莫來石的礦物組成與表1中的規(guī)律有一定的誤差。例如無蓋電爐溫度過高，容易使SiO2揮發(fā)。表2為國內(nèi)、外高純電熔莫來石的典型化學成分。
表1 Al2O3/SiO2比值與電熔莫來石的礦物組成
表2 高純電熔莫來石的典型化學成分
1、電熔工藝
首先將硅石及鋁礬土等塊狀原料破碎至1.5mm以內(nèi)，與其它粉狀物料配合后于混合機中混勻。在電爐爐底鋪一層混合料，用木炭或電極屑作起弧料(在電熔高純莫來石時，起弧材料的雜質(zhì)含量要低)，在電極下鋪成星形或三角形，下降電極起弧，待部分配料熔化，電流穩(wěn)定在一定數(shù)值以上時，逐漸從周邊加料/電熔莫來石溶液粘度大，導電率低，操作時注意電流變化，以免斷弧。
熔制莫來石時，應使爐內(nèi)氣氛處于還原狀態(tài)。因為原料中含有雜質(zhì)如Fe2O3、TiO2、CaO、R2O等，特別是用鋁礬土做原料時雜質(zhì)更多，需要通過還原而將它們除去。在較低溫度下，上述雜質(zhì)氧化物是穩(wěn)定的;在高溫下，CO的穩(wěn)定性超過了各氧化物的穩(wěn)定性，導致氧化物被CO還原成相應的低價氧化物或金屬。各種氧化物的還原溫度分別為FeO 710℃，SiO2 1550℃，TiO2 1750℃，而Al2O3，CaO、MgO均在2000℃以上。電熔莫來石的熔制溫度在1850~2042℃之間，F(xiàn)eO、Fe2O3及TiO2都易被還原。
圖1 SiO2的揮發(fā)與電能消耗之關(guān)系
配料中的SiO2有部分被還原成金屬硅而包含在玻璃相中，還有一部分SiO2形成高溫下穩(wěn)定的SiO2而揮發(fā)。SiO2的損失量約4%~7%。這是所不希望的，一方面SiO2的揮發(fā)降低了配料的準確性，另一方面還會使電爐的電耗增加。根據(jù)計算，每噸電熔莫來石的理論電耗為1360~1900KWh，但實際生產(chǎn)時由于氧化物的還原特別是SiO2的還原與揮發(fā)，需要更大的電能。因此，為了減少SiO2的揮發(fā)，降低電耗，應適當控制爐內(nèi)氣氛、電爐輸入功率及熔制時間。傾動式電爐比固定式電爐的電耗明顯降低。
熔煉完畢后，若是熔塊式電爐可使熔體在爐中自然冷卻后出料;傾動式電爐則需將熔體提倒入包中冷卻，而爐內(nèi)要留有部分熔體以便繼續(xù)起弧熔融。冷卻后的熔塊經(jīng)破碎及處理后，即可供應市場。
2、電熔莫來石的技術(shù)條件和典型性能
與燒結(jié)莫來石相比(莫來石結(jié)晶為5~10μm)，電熔高純莫來石(結(jié)晶達1000~2000μm)的高溫力學性能和抗侵蝕性要好。高純電熔莫來石塊呈淺灰色，普通電熔莫來石(以鋁礬土為原料)呈深色或黑色，這是由于除熔塊中存在金屬硅和少量鐵外，少量SiO2因為熔塊快速冷卻，表面迅速凝固而被封閉于熔塊內(nèi)，使熔塊著色。在1480℃以上燒成，高純電熔莫來石呈白色，普通電熔莫來石呈淺黃色。我國黑色冶金行業(yè)標準對電熔莫來石(YB/T104-1997)的技術(shù)條件做出規(guī)定，如表3所列。鋁礬土基電熔莫來石和高純電熔莫來石的典型性能列于表4中。
表3 電熔莫來石的技術(shù)條件
表4 電熔莫來石的典型性能
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