摘要： 本文聚焦于河北省高炉特种防护材料领域，探讨了以金属冶炼转炉原料为基础开发高铝质高强浇注料的创新实践过程。详细介绍了原料的选取与特性分析、浇注料的配方设计思路、制备工艺优化以及性能测试结果等内容，展示了该浇注料在高炉防护方面所具备的良好性能和实际应用价值，为当地高炉特种防护材料的进一步发展提供了有益参考。

一、引言

在河北省的钢铁产业中，高炉的稳定运行至关重要，而特种防护材料对于保障高炉内衬等关键部位的正常工作起着决定性作用。传统的高铝质浇注料虽然在一定程度上能满足高炉防护需求，但面对日益复杂的冶炼环境和更高的性能要求，开发新型高性能浇注料成为必然趋势。金属冶炼转炉原料蕴含着丰富的可利用资源，以其为基础开发高铝质高强浇注料，既实现了资源的综合利用，又有望赋予浇注料独特的性能优势，对推动河北省高炉特种防护材料的创新发展具有重要意义。

二、金属冶炼转炉原料分析

金属冶炼转炉在生产过程中会产生多种原料，这些原料具有各自的特点和潜在价值。例如，转炉炼钢过程中产生的钢渣，其主要成分包含钙、镁、铁、铝等的氧化物，具有一定的胶凝性，可作为浇注料的粘结相组分，有助于提高浇注料的强度和高温性能；转炉炉衬的蚀损料，往往含有较高比例的高铝质材料，经过合理处理后，可作为优质骨料再次利用，既能保证浇注料的氧化铝含量，又能降低成本。此外，转炉产出的一些含金属铁颗粒的物料，在适当加工后，其金属铁成分可在浇注料中起到增强导热、提高韧性等作用。对这些转炉原料进行细致的成分分析、粒度检测以及性能评估，是开发高铝质高强浇注料的前提基础，以便精准把握各原料在浇注料体系中的作用和相互影响。

三、高铝质高强浇注料的配方设计

（一）骨料与粉料的选择

基于转炉原料的特性，选取转炉炉衬蚀损料经破碎、筛分后作为粗骨料，其较高的氧化铝含量能够保证浇注料的耐火度和高温强度。同时，将部分钢渣磨细后作为细粉料，利用其活性成分在高温下与骨料形成牢固的结合，增强浇注料的整体性能。另外，加入适量的铝矾土熟料细粉，进一步调节浇注料的氧化铝含量，优化其烧结性能和高温稳定性，确保在高炉内的恶劣环境下能保持良好的结构完整性。

（二）结合剂的选用

考虑到浇注料需要在施工后快速凝结硬化并具备早期强度，同时在高温环境下又能保持良好的粘结效果，选用了复合结合剂体系。其中，以铝酸盐水泥为主要结合剂，其与高铝质骨料和粉料在常温下能迅速发生水化反应，提供一定的初期强度，使浇注料能够成型并具备脱模条件。此外，添加少量的硅酸钠溶液作为辅助结合剂，在高温下硅酸钠能与骨料中的活性成分反应生成硅酸盐矿物，填充骨料间的孔隙，进一步提高浇注料的致密度和高温强度，增强其在高炉内的抗侵蚀能力。

（三）添加剂的优化

为了改善浇注料的流动性、烧结性和抗热震稳定性，添加了多种微量添加剂。例如，加入少量的减水剂，能够降低浇注料的用水量，从而提高其流动性和成型质量，避免因水分过多导致的浇注料内部气孔增多、强度下降等问题；引入适量的氧化锆微粉，其高熔点和良好的化学稳定性有助于提高浇注料的高温性能和抗热震性能，在温度急剧变化时，氧化锆微粉能够缓冲浇注料内部的应力，防止其开裂破坏；同时，添加一些有机纤维，如聚丙烯纤维，在浇注料搅拌过程中均匀分散，能够在浇注料内部形成三维网络结构，有效抑制裂纹的扩展，进一步提升其抗热震稳定性和韧性。

四、制备工艺优化

（一）原料预处理

对于转炉炉衬蚀损料，首先进行挑选，去除其中的杂物和过多的金属铁块，然后采用颚式破碎机进行粗碎，再通过圆锥破碎机进行中碎，最后用制砂机进行细碎，使其粒度符合粗骨料的要求，并经过筛分分级，得到不同粒径范围的骨料备用。钢渣则先进行磁选，除去其中包裹的金属铁，然后送入球磨机进行磨细处理，控制其细度在一定范围内，保证其活性能得到充分发挥。铝矾土熟料细粉同样需经过研磨和筛分，确保其粒度均匀细腻。

（二）搅拌与混料

在搅拌过程中，按照设计的配方比例依次将骨料、粉料、结合剂和添加剂加入强制式搅拌机中。先干拌一定时间，使各种原料充分混合均匀，然后加入适量的水继续搅拌，直至浇注料达到合适的稠度和流动性。搅拌时间和加水量的精确控制至关重要，搅拌时间过长或过短都会影响浇注料的性能，加水量过多会导致浇注料强度降低、耐水性差，加水量过少则会使浇注料过于干涩，难以成型和施工。

（三）成型与养护

将搅拌好的浇注料倒入模具中进行成型，采用振动成型方式，确保浇注料在模具内分布均匀、密实度良好。成型后的浇注料坯体需在适当的环境中进行养护，先在常温下自然养护一定时间，使浇注料初步硬化并获得一定的强度，然后根据实际需要，可将其置于烘干箱中进行低温烘干处理，进一步去除水分，加速浇注料的硬化和强度发展，为后续的高温烧结和使用做好准备。

五、性能测试与结果分析

（一）常温性能测试

对制备好的高铝质高强浇注料进行了常温性能测试，包括抗折强度、抗压强度和耐磨性等指标。测试结果显示，该浇注料的抗折强度达到了[X]MPa，抗压强度高达[Y]MPa，相较于传统同类浇注料有了显著提高，这得益于其合理的配方设计和良好的骨料级配，使得浇注料内部结构紧密，承载能力增强。在耐磨性测试中，经过一定次数的磨损试验后，浇注料的磨损量较小，表明其具有良好的耐磨性能，能够满足高炉内物料冲刷、磨损频繁部位的防护需求。

（二）高温性能测试

高温性能是高铝质高强浇注料的关键性能指标之一。通过高温炉模拟高炉内的实际使用环境，对浇注料进行了高温体积稳定性、高温强度和抗热震稳定性等测试。在高温体积稳定性测试中，浇注料在[具体温度范围]的高温作用下，体积变化率极小，说明其在高温下具有良好的尺寸稳定性，不会因热膨胀或收缩而导致高炉内衬的变形或开裂。高温强度测试结果表明，随着温度的升高，浇注料的强度虽有所降低，但在[高温强度测试温度]下仍能保持较高的残余强度，足以承受高炉内的高温负荷和机械冲击。在抗热震稳定性测试中，浇注料经过多次急冷急热循环后，表面未出现明显的裂纹和剥落现象，其抗热震性能优良，这主要归功于配方中添加剂的协同作用以及合理的工艺控制，有效缓解了浇注料在温度急剧变化时产生的热应力。

（三）抗侵蚀性能测试

鉴于高炉内复杂的化学侵蚀环境，对浇注料的抗侵蚀性能进行了重点测试。将浇注料试样置于模拟高炉渣成分的侵蚀介质中，在高温下进行侵蚀试验。经过一定时间的侵蚀后，观察试样的表面变化和质量损失情况。结果显示，该高铝质高强浇注料在高炉渣中的侵蚀量较小，表面仅形成一层薄薄的侵蚀层，且侵蚀层的附着性较好，未出现大面积的脱落和渗透现象。这说明浇注料中的高铝质成分以及其在高温下形成的致密烧结结构，能够有效抵抗高炉渣的化学侵蚀，保护高炉内衬不受侵蚀破坏，延长高炉的使用寿命。

六、应用实践与效益分析

（一）应用实践

在河北省的部分高炉维修和新建项目中，对该高铝质高强浇注料进行了实际应用试点。在高炉内衬的局部修复以及对一些关键部位（如出铁口、风口等）的防护加固中，使用了这种新型浇注料。施工过程中，浇注料表现出了良好的施工性能，其合适的流动性和凝结时间便于工人进行浇筑和成型操作，保证了施工质量和进度。在高炉投入使用后，通过对相关部位的跟踪监测发现，采用该浇注料防护的区域在使用过程中未出现明显的损坏和异常情况，高炉的运行状况良好，内衬的稳定性得到了有效保障。

（二）效益分析

从经济效益方面来看，利用金属冶炼转炉原料开发高铝质高强浇注料，实现了废弃物的资源化利用，降低了原材料成本。与传统的高铝质浇注料相比，由于减少了对外部优质原料的依赖，每吨浇注