热态修补料主要用于转炉的装料侧、出钢侧和炉底，是延长转炉炉龄的必要材料。其施工方法一般有两种：①投补。它是利用人力以投入的方式进行施工；②大面积修补。即用转炉操作台上设置的装料斗将其倾入炉内，然后倾动炉身，使受热后具有一定流动性的补炉料在要修补的炉衬上铺展开来，通过一定时间的烧结，使其硬化产生一定强度，并和修补部位的砌体产生牢固的黏结。因此大面修补料要求具有良好的流动性，足够的施工时间，能快速烧结，黏结强度高等。

目前，转炉大面修补料主要为碳结合镁质修补料，是以焦油、沥青等为结合剂，在修补过程中产生大量的黑烟，对施工环境和工人身体健康造成较大危害；同时该补炉料烧结时间长，严重影响钢厂生产节奏，降低了炼钢效率。因此，开发转炉用水系大面修补料，具有积极意义。本文论述了新研制的一种性能较好的环保型快速烧结转炉用水系大面修补料，并进行了工业应用。

1.1原料及试验方案

本试验所用的主要原料及化学组成列于表1。

试验用主要原料为：粒度为5~3mm、3~1mm、1~0mm的96T电熔镁砂；粒度W0.088mm的97电熔镁砂；a-Al₂O₃微粉和钛白粉；结合剂为Elkem公司95硅微粉；助烧剂分别为硼酸、硅酸钠；缓凝剂采用柠檬酸；减水剂采用高效减水剂Z、六偏及添加剂K-1细粉。

1.2试验过程和性能检测

按照表2设计好的配方配料10kg，混合均匀，再加水搅拌5min后，测常温流动值、高温流动值，然后将剩余泥料浇注成型为40mmx40mmx160mm的样块后，检测黏结强度及其他物理性能。

常温流动性：将上口内径为70mm、高60mm、下口内径为100mm的截锥圆模垂直放置于直径为300mm的光滑铁板上，将搅拌后的修补料装入其中，然后垂直拔起截锥圆模，待修补料停止流动后，以两条相互垂直的直径平均值衡量其常温流动性。

高温流动性：将搅拌后的修补料装入下口内径为70mm、高60mm、上口内径为100mm的长柄圆勺，迅速将修补料倒入在电炉中经1100℃预热的270mmx270mm的铁槽中，经1100℃保温5min后取出冷却，然后以两条相互垂直的直径平均值衡量其高温流动性。

黏结强度：（1）挑选出挂渣的镁碳残砖，切割成40mmx40mmx80mm的样块，将其放入40mmx40mmx160mm三联模的一端，另一端倒入搅拌后的修补料，测定其干燥后修补料与镁碳残砖交接处的抗折强度。（2）将95镁砖切割成40mmx40mmx65mm的样块，将其放入三联模的两端，中间倒入搅拌后的修补料，测定干燥后修补料与95镁砖交接处的抗折强度，以上交接处的抗折强度定义为常温黏结强度；经高温处理后所测得交接处的抗折强度定义为高温黏结强度。

物理性能：搅拌后的泥料放入40mmx40mmX160mm模具中振动成型，养护24h后脱模，继续在空气中养护24h然后在110T烘干24h，并分别于1100℃、1500℃热处理并保温3h，分别按照YB/T5200-2008、GB/T3001-2007、GB/T5027-2008、GB/T3002-2004测定体积密度、常温抗折强度、常温耐压强度、高温抗折强度。

2.1减水剂及缓凝剂的添加对修补料流动性的影响

减水剂及缓凝剂的添加对修补料常温流动性、流动值衰减性、高温流动性及中温黏结强度的影响示于图1。

由图1可知，单一釆用高效减水剂Z修补料的常温流动性过于优越，但泥料易发生泌水现象，此现象会导致泥料流动性衰减过快，影响修补料现场施工。当釆用高效减水剂Z与六偏复合时，伴随着流动性下降，泌水现象消失，虽流动性衰减稍有改善，但还是不能满足现场施工。由图1(a)和(b)可知，常温流动性与高温流动性规律是相同的。图1(c)可见，随着缓凝剂柠檬酸的引入，修补料流动性稍有下降，流动性衰减大幅度改善，30min内流动性几乎无下降趋势，可满足现场施工。由图1(d)可知，该修补料具有一定的黏结强度，所以在施工时并不需要担心与转炉大面无法黏结而导致脱落。由于柠檬酸是一种防水化添加剂，MgO粒子表面与混合水接触后生成MgOH*离子群并随后快速吸附柠檬酸盐离子，生成了一种低溶解度的柠檬酸镁保护层，所形成的薄膜阻止了氧化镁的水化，从而起到缓凝的作用，改善浇注料的流变性和施工性能。

2.2 a-Al₂O₃粉、钛白粉及K-1的添加对修补料流动性和高温抗折强度的影响

a-Al₂O₃微粉、钛白粉及K-1的添加对修补料流动性和高温抗折强度的影响示于图2。

由图2可知，加入a-Al₂O₃，微粉修补料流动性并未出现大幅度下降，高温抗折强度也未达到要求值；加入钛白粉修补料流动性呈现下降趋势,且高温抗折强度并未有所提高；a-Al₂O₃微粉与K-1复合使用时，其流动值可满足施工，且高温抗折强度达到最高；而当钛白粉与K-1复合使用时，流动值最低且高温抗折强度也未有明显提高。由于二氧化硅微粉的颗粒细小,表面自由能大，晶格缺陷多，活性大，在中高温下较易与高铝质耐火材料中的氧化铝发生莫来石化反应，从而提高修补料的中高温烧后强度；另一方面，加入a-Al₂O₃微粉，能起到填充作用，减少浇注料的显气孔率，使浇注料中的结构缺陷减少，提高其抗侵蚀性能；加入的a-Al₂O₃微粉还可与修补料中MgO细粉反应生成MA，并伴有一定的体积膨胀，使浇注料的结构更加致密。在加入K-1后修补料的高温抗折强度有所提高。

2.3 助烧结剂的添加对修补料流动性和中温抗折强度的影响

助烧结剂的添加对修补料流动性和中温抗折强度的影响示于图3。

由图3可知，加入氧化铁红粉对修补料流动性及烧结性无负面影响，但对烧结性的提高较低；加入硼酸对修补料的流动性无负面影响，但烧结性有大幅度提高；而加入硅酸钠后虽然对修补料的烧结性有所提高，但是修补料的流动性大幅度降低，无法满足现场施工。硼酸在相对低温下有相变趋势，可能产生富硼液相，从而提高修补料烧结反应。无定型氧化硼没有固定的熔点，在325℃时开始软化，500℃全部成为液体。而且修补料组成中这种液相的存在可以帮助物质更快的传输（扩散）并诱导系统中其它组分更易发生相互作用，从而提高烧结。

综合考虑各项性能，选择6#方案，将制成的水系修补料在某钢厂100t转炉上进行工业性试验，对前大面出现明显凹坑部位进行修补，每次补炉用2t修补料，烧结时间<30min，平均使用寿命达到45炉次以上。

（1）加入柠檬酸，修补料的流动衰减明显得到改善，可提高泥料流变性，延缓凝结，减少施工时间。

（2）修补料中加入K-1后高温抗折强度有明显提高。

（3）助烧结剂的引入，可提高修补料的中温抗折强度，而不影响修补料的施工性能。