摘要：刚玉渣是一种优质的耐火资源，本实验旨在开发出一种应用于炼铁领域的刚玉渣耐火浇注料，替代成本较高的商品浇注料，有效降低炼铁的耐材消耗成本，并取得显著的经济效益。
关键词：刚玉渣，耐火材料，炼铁，资源利用
引言
目前，攀钢采用铝热法生产高钒铁，原料为金属铝和石灰，产生的炉渣属CaO～A12O3系，其A12O3含量高达60％以上，被称为刚玉渣（又叫钒铁渣）。
攀钢生产钒铁每年要副产15000吨以上的刚玉渣，其中50刚玉渣8000吨以上，80刚玉渣7000吨以上。由于刚玉渣中含有1.0%～1.5%的V2O5，目前大部分出售给周边小厂提取其中的残钒，提钒后的残渣成为废弃物，没有从根本上解决刚玉渣的综合利用问题。
刚玉渣是一种优质的耐火资源，研究表明，刚玉渣中Al2O3+MgO含量大于80%，是一种人造铝镁质耐火原料，耐火度大于1770℃。
1刚玉渣的性质
1.1 刚玉渣的化学成份
铝热法冶炼钒铁的还原剂为金属铝，氧化钙为调渣剂，因此刚玉渣主要成份为氧化铝、氧化钙，炉衬材料氧化镁，以及夹杂的的钒氧化物等。铝热法刚玉渣化学成份见表1。
表1 刚玉渣化学成份%
刚玉渣在冶炼过程中与炉衬材料MgO结合，有一部分MgO扩散到刚玉渣中去，还有一部分在出渣时粘结在刚玉渣表面，从而形成铝镁系炉渣，见图2所示。其中Al2O3+MgO含量大于80%，CaO含量大于10%，仅从化学成份分析该渣属于优质的铝镁系耐火原料，可以作为耐火材料使用。
1.2 刚玉渣的物相特性
将刚玉渣物相组成与铝酸钙水泥物相做对比可以看出，刚玉渣成份与铝酸钙水泥成份接近，主要物相为CA、CA2、α-Al2O3等，SiO2、Fe2O3含量都较低，唯一不同在于刚玉渣中混入MgO，部分MgO与Al2O3反应生成尖晶石相，部分MgO呈游离状，从物相分析说明刚玉渣成份接近铝酸钙水泥的成份，由于铝酸钙水泥的物相CA、CA2是铝酸钙水泥的主要组成部分，可以水化产生强度，是铝酸盐水泥的主要强度来源，因此从物相组成分析刚玉渣也具有水化性能，能产生一定的强度[1]。
表2 刚玉渣的矿物相组成体积百分含量%
2 刚玉渣的水化凝结性能实验
从刚玉渣的化学成分和物相组成分析，刚玉渣成分和物相与铝酸盐水泥接近，本身具有水化硬化特性，将刚玉渣破碎粉磨成0.045mm以下的细粉（水泥细度）后，验证刚玉渣的水化凝结性能，与铝酸盐水泥做对比分析刚玉渣细粉的凝结时间和水化凝结强度。
2.1 原料及要求
原料采用50刚玉渣和80刚玉渣，对比材料为CA-70铝酸盐水泥，耐火骨料采用高铝粗骨料和高铝细骨料，试验用原料及要求见表4所示。
表4原料及要求
2.2 测试方法
将50刚玉渣、80刚玉渣、铝酸盐水泥按照标准GB1346-89测定凝结时间。然后按照表5的试验配比将原料混匀后加水搅拌，并制成40mm×40mm×160mm的试样，在温度20℃、湿度90%的水泥养护箱中养护3d，在110℃×24h条件下烘干，按照标准YB/T5118-1993、YB/T5117-1993测试试样的体积密度、耐压强度（110℃×24h、1000℃×3h、1500℃×3h），抗折强度（110℃×24h、1000℃×3h、1500℃×3h），重烧线变化率（1000℃×3h、1500℃×3h）等性能。
表5 试验配比
2.3 实验结果
试验结果见表6。从表中可以看出，利用刚玉渣作为胶凝材料的试样初凝和终凝时间都短于铝酸盐水泥，但都符合铝酸盐胶凝材料和施工要求，属于早强型胶凝材料。三种方案的试样体积密度基本接近，铝酸盐水泥稍大。从耐压强度和抗折强度性能看，刚玉渣的常温强度高于铝酸盐水泥强度，50刚玉渣的中高温处理后的强度低于铝酸盐水泥强度，而80刚玉渣的中高温处理后的强度与铝酸盐水泥强度接近。从重烧线变化率看，以刚玉渣为结合剂的试样1000℃×3h和1500℃×3h处理后线变化率很接近，都低于以铝酸盐水泥为结合剂的试样[2]。
表6 试验结果
3总结
刚玉渣细粉具有一定的水化性能，以刚玉渣细粉替代铝酸盐水泥结合剂后，浇注料的性能基本与铝酸盐水泥接近，通过选择合适的配比和配比优化后，刚玉渣细粉完全可以替代铝酸盐水泥，作为耐火浇注料的结合剂使用。
参考文献
[1]徐本平;攀枝花钒钛炉渣中钒钛现行化学物相分析方法介绍[J].冶金分析,1995,(5)
[2]杜鹤桂,徐国涛,孙希文,刁日升;钒钛高炉渣对炉衬材料的侵蚀研究[J].钢铁,2003(1)