剛玉磚導電性不大，剛玉為電熔剛玉及高鋁質耐火製品，如剛玉磚和高鋁磚的主要組成礦物。在富含Al2O3的粘土磚及其腐蝕高鋁磚中也多出現。此外在富鋁的燒結礦及電解夾雜及某些含有多量Al2O3的爐渣中也有剛玉。剛玉因其硬度很大，還是重要的人造磨料。

一、剛玉的性質

剛玉的主要成分α-Al2O3，Al=53.2%，O=46.8%，有時含微量Fe，Ti和Cr等元素；剛玉晶形為短柱狀，在耐火製品中相互不交錯成網絡狀；剛玉的熔點在2050℃；化學性質穩定，是中性體，抗酸和鹼的侵蝕。

剛玉有多種變體，常見者為α-Al2O3，β-Al2O3、γ-Al2O3，α-Al2O3較穩定。

在工業窯爐內，粘土質耐火磚受鹼金屬氧化物侵蝕後常能見到β-Al2O3。β-Al2O3是鋁鉻磚和白色電熔剛玉的主要組成之一，亦是β-Al2O3陶瓷的主要組成成分。人們較早應用β-Al2O3，是有電熔法鑄成大型磚塊，用作玻璃熔制窯的爐襯磚，以耐鹼的侵蝕。自從發現這種材料具有優良的鈉離子導電性和較小的電子導電性以來，它已作為一種快粒子導體材料，得到廣泛的應用。

《高爐出鐵口用炮泥及其製備方法》所述炮泥的原料包括工業級剛玉顆粒和/或細粉、碳化硅顆粒和/或細粉、焦炭粉、粘土細粉、瀝青粉和SiC/Al₂O₃/C複合粉體，該SiC/Al₂O₃/C複合粉體由粉煤灰和/或煤矸石經高溫碳熱還原合成得到，且所述炮泥以焦油作為結合劑。

1、炮泥基礎原料

粘土：主要起結合劑和潤滑劑的作用。黏土種類繁多，Al2O3和SiO2含量不穩定，易導致附著性變差，燒結性不穩定，水基炮泥前期強度難以保證，黏土的選擇和添加量主要影響到炮泥的可塑性。夏欣鵬等對炮泥成分中的不同高嶺土組織結構進行分析，發現高嶺土的粒度組成和化學組成對炮泥的性能影響較大。

剛玉：體積密度為3.95-4.0g/cm3，熔點為2050℃，化學性質穩定，抗渣性和抗侵蝕性優異。剛玉在炮泥中作骨料和細粉使用。

焦炭：作為一種無定型炭，氣孔率高，便於水分和易揮發份揮發，改善炮泥透氣性。它的熔點非常高，抗渣性、熱震性、導熱和導電性優異。焦炭使鐵口保持還原氣氛，對SiC等炭素材料起保護作用。

SiC：工業用SiC—般由人工合成，密度在3.17-3.37g/cm3，純SiC為無色透明，工業用SiC因雜質種類和含量不同，而呈黃、綠、藍和黑色。中國所用SiC為黑色和綠色，均為六方晶體。在還原氣氛中，SiC小於2600℃時穩定存在。SiC具有導熱率高、耐磨性好、高溫強度高、熱膨脹係數小、熱震穩定性好等優點，可改善炮泥抗溶渣侵蝕和抗沖刷等性能。

瀝青：如表1，按照瀝青軟化點不同，分為低溫、中溫和高溫瀝青。瀝青是含碳的有機結合劑，隨溫度升高而縮聚、焦化，形成碳化網絡，從而提高炮泥的潤溼角和高溫強度。

表1 瀝青分類表

2、炮泥結合劑

目前，炮泥的結合劑主要為煤焦油-瀝青或樹脂。以焦油-瀝青結合的炮泥具有很好的可塑性，易填充鐵口，保持鐵口深度。焦油成分複雜，常溫下粘度大，液體不均勻，也不易分散，導致燒結後存在結構缺陷。焦油中含水量對炮泥質量影響較大。另外焦油使用過程中硬化速度慢，堵口耗時，燒結後高溫強度低，體積收縮大，抗沖刷性能也較差，目前歐洲基本不使用焦油作為炮泥結合劑。Schntz等研製出一種蒽油作結合劑，其苯並芘含量少於50ppm，使用過程中需添加硼元素，即可作為一種環保結合劑。

酚醛樹脂是含碳耐火材料常用的結合劑，其粘結性強，素坯強度高，碳化率高。使用酚醛樹脂替代焦油，有利於提高炮泥結合強度，而且有害溶劑量的減少，改善了爐前操作環境，環保性好。樹脂使用時比較黏稠，需添加焦油、乙醇等進行調節，但焦油並不易溶於樹脂。Schutz等使用一種焦油樹脂混合結合劑生產炮泥，使其具有良好的可塑性、透氣性和微量的體積膨脹性。有研究表明炮泥可以用粉狀樹脂、瀝青和無機磷酸鹽為主結合體系，用焦油作為增塑劑，可延遲樹脂縮合和過早硬化。

3、炮泥添加劑

添加劑是炮泥的重要組成部分，目的是為了彌補主要成分在使用性能方面不足，儘管加入量較少，但對其作業性和使用性有較大影響。根據添加劑作用的不同，添加劑的種類有以下幾種。

(1)增塑劑和潤滑劑

改善炮泥可塑性和潤滑性，常用可塑料的增塑劑都可以採用，如絹雲母、粘土等。常用的潤滑劑有石墨和蠟石粉等。

(2)膨脹劑

利用加熱過程中的物相反應，產生膨脹來抵消乾燥和燒結過程產生的收縮，降低顯氣孔率，提高體積密度。常見的膨脹劑有石英、藍晶石和紅柱石等。

(3)燒結助劑

理論上，改善材料燒結性能的途徑有固相燒結、液相燒結和反應燒結。固相燒結和反應燒結是較理想的燒結方式，通常不會影響材料的高溫性能，反而能強化基質。而液相燒結，由於高溫下產生的液相，可能降低熱態強度和抵抗渣鐵侵蝕的性能，即燒結初期產生液相，促進燒結，最終液相消失，形成高熔點物相，如果能利用“間接液相燒結”原理，那麼這種液相燒結方式也是較理想的。

燒結助劑的種類較多，不定形耐火材料用助燒劑有α-Al2O3、硼酸、硅灰、粘土、長石、金屬Si粉、SiO2微粉和稀土氧化物等。大部分燒結助劑是低熔點物質，影響炮泥抗侵蝕性能。近些年來，為了促進燒結或改善炮泥顯微結構和抗侵蝕性，通常在炮泥中加入氮化硅或氮化硅鐵等。通過下列反應改善炮泥的顯微結構和抗侵蝕性能：

通過以上反應，基質中生成SiC、AlN等，改善了顯微結構。生成的Fe為SiC生成的催化劑，促進SiC結合相的生成。另一方面，由於反應放出N2和CO，阻止渣的滲入，提高了抗侵蝕性能。但氮化硅鐵的加入量並非越多越好，有文獻指出，加入量不宜超過10%。

(4)抗氧化劑和提高炮泥強度的樹脂粉。

樹脂粉的加入提高殘碳結合相，形成均質和非均質炭結合，殘炭率可達85%，加熱時，樹脂粉軟化並轉移到氣孔中，保證炮泥的最終強度。另外可以產生還原氣氛，抑制其他炭質原料氧化，抗氧化性較好。