棕刚玉是用高铝矾土熟料、炭素材料、铁屑三种原料经过配料混匀加入电弧炉中，经过高温熔化和杂质还原后冷却而结晶成的棕褐色熔块。其主要化学成分是Al2O3，含量为94.5%～97%。
棕刚玉1、棕刚玉生成原理
棕刚玉冶炼是利用铝对氧的亲和力比铁、硅、钛等大的基本原理，可以通过控制还原剂的数量用还原冶炼的方法是铝矾土中的主要杂质还原，被还原的杂质生成硅铁合金并与刚玉熔液分离，从而获得结晶质量符合要求、Al2O3含量大于94.5%的棕刚玉。用高铝矾土直接冶炼刚玉，从理论上说，只要加入足够的碳，并将温度控制在～℃，就可能将矾土中除Al2O3和CaO以外其他氧化物还原成金属而分离出去，并保持Al2O3稳定存在。在还原的金属元素中K、Na和Mg是以气态形式挥发掉的，而Fe、Si和Ti等金属则多数形成合金下沉，从而达到Al2O3与其他氧化物分离开的目的。其还原反应如下：
3Fe2O3+C→2Fe3O4+CO↑
Fe3O4+C→3FeO+CO↑
FeO+C→Fe+CO↑
SiO2+Fe+2C→FeSi+2CO↑
TiO2+3C→TiC+2CO↑
TiO2+2C+3Fe→Fe3Ti+2CO↑
2、冶炼棕刚玉用原料
(1)高铝矾土
一般要求高铝矾土含Al2O3大于76%，Fe2O3小于7.0%，TiO2小于5.5%，CaO+MgO小于1.2%。高铝矾土的粒度不易过大，也不宜过细，一般控制在10～25mm。
(2)炭素材料
炭素材料作为冶炼刚玉的还原剂，用来还原高铝矾土中的杂质。刚玉冶炼常用的碳素材料有石油焦、焦炭、无烟煤等。对这些材料的化学成分要求见表1，其灰分的化学成分见表2。
表1炭素材料的化学成分(%)
表2焦炭、无烟煤灰分的化学成分(%)
作还原剂的碳素材料的有用成分是固定碳，自然是含量越高越好。挥发分和灰分对刚玉冶炼和产品质量不利，必须控制其含量。挥发分和水分过多，则在冶炼过程中，会产生一定数量的气体，影响炉况的稳定。
(3)铁屑铁屑又称稀释剂。
因我国高铝矾土中的氧化铁含量较低，在冶炼刚玉的混合料中往往按比例加入一定数量的铁屑。
刚玉冶炼常用铸铁屑。对铁屑的质量要求是化学成分及粒度。铁屑的技术条件见表3。
表3铁屑的技术条件
要求铁屑要尺寸小，输送方便，适合刚玉冶炼。对铁屑中铝的成分要严格控制。铁屑加入量是根据高铝矾土中SiO2含量多少而确定的。高铝矾土中氧化铁含量也影响铁屑用量，氧化铁被还原生成的铁可以减少部分铁屑用量。
3、冶炼工艺
棕刚玉冶炼工艺过程主要分为开炉、熔炼、控制、精炼四阶段。熔炼约占全部冶炼时间的80%以上，这个阶段使炉料熔化成液态，杂质进行还原，生成硅铁合金并和刚玉熔液分离。精炼是最后一个阶段，目的是使杂质充分还原，硅铁合金较好的沉淀聚集，炉内气体畅通排出。
冶炼工艺方法分为倾倒法、熔块法和流放法。倾倒法和熔块法冶炼工艺流程图分别如图1和2所示。
图1倾倒法棕刚玉冶炼工艺流程
图2熔块法棕刚玉冶炼工艺流程
