C12A7對(duì)水泥結(jié)合鐵溝澆注料性能的影響

邵榮丹，何見(jiàn)林，魏建修

（中冶武漢冶金建筑研究院有限公司，湖北 武漢430081）

目前國(guó)內(nèi)高爐出鐵場(chǎng)鐵溝主要采用超低水泥結(jié)合Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料作為工作襯。水泥結(jié)合Al2O3-SiC-C質(zhì)鐵溝澆注料施工后需要一定時(shí)間硬化才能脫模，還要經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)烘烤，脫除水分并產(chǎn)生一定的燒結(jié)強(qiáng)度后才能出鐵。有些高爐現(xiàn)場(chǎng)修溝施工時(shí)間較短，施工工序較多，時(shí)間非常緊湊，因此希望鐵溝澆注料能夠盡快硬化脫模，快速烘烤，烘烤不爆裂。徐吉龍等人[1]認(rèn)為采用金屬鋁粉作為防爆劑有較好的防爆效果，而C12A7是一種速凝的水泥物相，少量添加能夠促進(jìn)澆注料快速硬化。因此，筆者在含金屬鋁粉的鐵溝澆注料中添加了C12A7，在實(shí)驗(yàn)室考察了其對(duì)鐵溝澆注料硬化時(shí)間、早期強(qiáng)度及中高溫強(qiáng)度、抗渣侵蝕性及現(xiàn)場(chǎng)施工性能等方面的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原料及配方

本試驗(yàn)以棕剛玉（Al2O394.5 wt%）、97碳化硅（SiC 97.85 wt%）及球狀瀝青（C 50 wt%）為主要原料，采用氧化鋁微粉和硅微粉復(fù)合超微粉及鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，同時(shí)添加鋁粉（Al 98.5 wt%）、促凝劑C12A7及減水劑等制備鐵溝澆注料試樣。試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)配比 (wt%)

按配方準(zhǔn)確稱量配料，將配置好的物料干混60 s，加入物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的潔凈水后再濕混120 s，物料混合均勻后，采用跳桌法測(cè)定其流動(dòng)性，留一部分?jǐn)嚢韬玫奈锪戏謩e在25℃溫度條件下放置1 h后，再次檢測(cè)流動(dòng)性。其余物料在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)成型，分別制得40 mm×40 mm×160 mm的長(zhǎng)條試樣和70 mm×70 mm×70 mm的立方體試樣（中心有直徑20 mm，深度30 mm的圓柱形空芯）。成型試樣經(jīng)常溫養(yǎng)護(hù)24 h后脫模，然后于110℃×24 h條件下干燥。干燥后的長(zhǎng)條形試樣一部分用于檢測(cè)110℃×24 h干燥后的常溫耐壓強(qiáng)度、常溫抗折強(qiáng)度及體積密度。另一部分試樣分別經(jīng)815℃×3 h以及1 450℃×3 h熱處理后再檢測(cè)各試樣的常溫耐壓強(qiáng)度及常溫抗折強(qiáng)度。干燥后的立方體試樣用于做靜態(tài)抗渣試驗(yàn)，將20 g高爐爐渣裝入空芯中，經(jīng)1 500℃×6 h熱處理后，將立方體試樣沿縱向中心線切開(kāi)，觀察其抗渣侵蝕情況。所用高爐鐵溝渣成分為：SiO228.38%、Fe2O32.29%、Al2O319.87%、CaO 34.94%、MgO 9.32%、TiO20.65%、R2O 0.36%、V2O50.98%、S 1.73%。

2 結(jié)果與分析

各組澆注料攪拌好后的流動(dòng)值和攪拌好放置1 h后的流動(dòng)值如圖1所示。在加水量相同的情況下，攪拌好立刻檢測(cè)，其流動(dòng)值相差不大。但是放置1 h再次檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不添加C12A7的物料，流動(dòng)值輕微降低；隨著C12A7加入量的增加，流動(dòng)值逐漸減少，5#試樣和6#試樣已經(jīng)基本失去流動(dòng)性。攪拌后立刻成型的試樣放在25℃的室內(nèi)養(yǎng)護(hù)1 h后，開(kāi)始陸續(xù)觀察到試樣表面有細(xì)小氣泡冒出，其中6#試樣表面最早出現(xiàn)氣泡，且隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，氣泡越來(lái)越密集。而1#試樣在5 h后表面才開(kāi)始出現(xiàn)零星氣泡。即隨著C12A7加入量的增加，澆注料硬化速度加快，表面氣泡出現(xiàn)的更早更多。原因可能是因?yàn)橐环矫鍯12A7本身的多孔結(jié)構(gòu)[2]，吸收大量水分促凝；另一方面C12A7促進(jìn)了金屬鋁粉的水化反應(yīng)，C12A7加入量越大，金屬鋁粉水化時(shí)間越早，而鋁粉水化反應(yīng)放出熱量也加速澆注料硬化。各澆注料試樣110℃×24 h干燥后，815℃×3 h及1 450℃×3 h熱處理后的體積密度如圖2所示。從圖2可知，在各溫度段，不加C12A7的試樣體積密度最高，而隨著C12A7加入量的增加，試樣的體積密度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖1 各組試樣的流動(dòng)值對(duì)比圖

圖2 各試樣不同溫度處理后的體積密度對(duì)比圖

各組澆注料試樣110℃×24 h干燥后，815℃×3 h及1 450℃×3 h熱處理后的常溫耐壓強(qiáng)度和常溫抗折強(qiáng)度如圖3所示。總體來(lái)說(shuō)，隨著C12A7加入量的增加，在不同溫度段熱處理的試樣的強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

6組試樣800℃×3 h熱處理后斷面的抗氧化情況如圖4所示。添加C12A7超過(guò)0.02%的4#、5#及6#試樣氧化嚴(yán)重，氧化層明顯增厚，原因可能是由于C12A7加入量增大，金屬鋁粉水化時(shí)間提前，水化程度增加，造成試樣氣孔率增多；同時(shí)金屬鋁粉被水化消耗，試樣中抗氧化劑總量減少，造成大量球?yàn)r青被氧化，氧化層明顯增厚。

圖4 800℃×3 h熱處理后，不同C12A7加入量試樣的氧化情況對(duì)比圖

6組試樣經(jīng)1 500℃×6 h抗渣試驗(yàn)的截面圖片如圖5所示。少量添加C12A7的試樣2#和3#抗渣侵蝕情況與1#試樣區(qū)別不明顯，而C12A7加入量為0.1%的6#試樣，抗渣侵蝕明顯惡化。原因可能是因?yàn)殡S著C12A7加入量的增加，澆注料中的金屬鋁粉水化反應(yīng)越劇烈，水化反應(yīng)造成大量氣孔，氣孔增多；金屬鋁粉被大量水化，抗氧化劑總量減少，造成球?yàn)r青高溫被氧化；C12A7也增加了澆注料中CaO的含量，以上幾個(gè)方面綜合因素共同導(dǎo)致了抗渣侵蝕性能的惡化。

圖5 1 500℃×6 h熱處理后，不同C12A7加入量試樣的抗渣侵蝕情況對(duì)比圖

3 實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的氣溫條件和施工時(shí)間要求，在室溫為0℃左右的河北某鐵廠高爐鐵溝進(jìn)行冬季基建施工，在其中一條溝的鐵溝澆注料中添加了0.02%的C12A7，在另一條鐵溝的澆注料中未添加C12A7。添加了C12A7的鐵溝澆注料24 h后即完全硬化，脫模不粘模，烘烤未見(jiàn)炸裂；而未添加C12A7的鐵溝澆注料24 h后表面還很軟，帶模具大火烘烤6 h后才能脫模，延長(zhǎng)了施工工期。兩條溝后期使用壽命未見(jiàn)明顯差別。

在室溫為15℃左右的山西某鐵廠高爐鐵溝進(jìn)行定修施工，C12A7加入量為0.015%，撇渣器部位澆注2 h后即硬化達(dá)到脫模要求，脫模后烘烤未炸裂，使用周期未見(jiàn)明顯縮短。

4 結(jié)論

（1）C12A7能夠使金屬鋁粉的水化反應(yīng)時(shí)間提前，提高澆注料的透氣性，有利于現(xiàn)場(chǎng)快速大火烘烤而不爆裂。

（2）C12A7能夠縮短水泥結(jié)合澆注料的硬化時(shí)間，有利于現(xiàn)場(chǎng)施工的快速脫模，縮短施工時(shí)間。

（3）C12A7加入量應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧鉁貤l件和施工要求嚴(yán)格限制加入量，加入量過(guò)多有可能造成現(xiàn)場(chǎng)施工硬化過(guò)快，影響施工，惡化材料性能。