C12A7对水泥结合铁沟浇注料性能的影响

邵荣丹，何见林，魏建修

（中冶武汉冶金建筑研究院有限公司，湖北 武汉430081）

目前国内高炉出铁场铁沟主要采用超低水泥结合Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料作为工作衬。水泥结合Al2O3-SiC-C质铁沟浇注料施工后需要一定时间硬化才能脱模，还要经过几个小时烘烤，脱除水分并产生一定的烧结强度后才能出铁。有些高炉现场修沟施工时间较短，施工工序较多，时间非常紧凑，因此希望铁沟浇注料能够尽快硬化脱模，快速烘烤，烘烤不爆裂。徐吉龙等人[1]认为采用金属铝粉作为防爆剂有较好的防爆效果，而C12A7是一种速凝的水泥物相，少量添加能够促进浇注料快速硬化。因此，笔者在含金属铝粉的铁沟浇注料中添加了C12A7，在实验室考察了其对铁沟浇注料硬化时间、早期强度及中高温强度、抗渣侵蚀性及现场施工性能等方面的影响。

1 试验

1.1 原料及配方

本试验以棕刚玉（Al2O394.5 wt%）、97碳化硅（SiC 97.85 wt%）及球状沥青（C 50 wt%）为主要原料，采用氧化铝微粉和硅微粉复合超微粉及铝酸钙水泥为结合剂，同时添加铝粉（Al 98.5 wt%）、促凝剂C12A7及减水剂等制备铁沟浇注料试样。试验方案见表1。

表1 试验配比 (wt%)

按配方准确称量配料，将配置好的物料干混60 s，加入物料质量分数4%的洁净水后再湿混120 s，物料混合均匀后，采用跳桌法测定其流动性，留一部分搅拌好的物料分别在25℃温度条件下放置1 h后，再次检测流动性。其余物料在振动台上振动成型，分别制得40 mm×40 mm×160 mm的长条试样和70 mm×70 mm×70 mm的立方体试样（中心有直径20 mm，深度30 mm的圆柱形空芯）。成型试样经常温养护24 h后脱模，然后于110℃×24 h条件下干燥。干燥后的长条形试样一部分用于检测110℃×24 h干燥后的常温耐压强度、常温抗折强度及体积密度。另一部分试样分别经815℃×3 h以及1 450℃×3 h热处理后再检测各试样的常温耐压强度及常温抗折强度。干燥后的立方体试样用于做静态抗渣试验，将20 g高炉炉渣装入空芯中，经1 500℃×6 h热处理后，将立方体试样沿纵向中心线切开，观察其抗渣侵蚀情况。所用高炉铁沟渣成分为：SiO228.38%、Fe2O32.29%、Al2O319.87%、CaO 34.94%、MgO 9.32%、TiO20.65%、R2O 0.36%、V2O50.98%、S 1.73%。

2 结果与分析

各组浇注料搅拌好后的流动值和搅拌好放置1 h后的流动值如图1所示。在加水量相同的情况下，搅拌好立刻检测，其流动值相差不大。但是放置1 h再次检测，发现不添加C12A7的物料，流动值轻微降低；随着C12A7加入量的增加，流动值逐渐减少，5#试样和6#试样已经基本失去流动性。搅拌后立刻成型的试样放在25℃的室内养护1 h后，开始陆续观察到试样表面有细小气泡冒出，其中6#试样表面最早出现气泡，且随着养护时间延长，气泡越来越密集。而1#试样在5 h后表面才开始出现零星气泡。即随着C12A7加入量的增加，浇注料硬化速度加快，表面气泡出现的更早更多。原因可能是因为一方面C12A7本身的多孔结构[2]，吸收大量水分促凝；另一方面C12A7促进了金属铝粉的水化反应，C12A7加入量越大，金属铝粉水化时间越早，而铝粉水化反应放出热量也加速浇注料硬化。各浇注料试样110℃×24 h干燥后，815℃×3 h及1 450℃×3 h热处理后的体积密度如图2所示。从图2可知，在各温度段，不加C12A7的试样体积密度最高，而随着C12A7加入量的增加，试样的体积密度总体呈现下降趋势。

图1 各组试样的流动值对比图

图2 各试样不同温度处理后的体积密度对比图

各组浇注料试样110℃×24 h干燥后，815℃×3 h及1 450℃×3 h热处理后的常温耐压强度和常温抗折强度如图3所示。总体来说，随着C12A7加入量的增加，在不同温度段热处理的试样的强度呈下降趋势。

6组试样800℃×3 h热处理后断面的抗氧化情况如图4所示。添加C12A7超过0.02%的4#、5#及6#试样氧化严重，氧化层明显增厚，原因可能是由于C12A7加入量增大，金属铝粉水化时间提前，水化程度增加，造成试样气孔率增多；同时金属铝粉被水化消耗，试样中抗氧化剂总量减少，造成大量球沥青被氧化，氧化层明显增厚。

图4 800℃×3 h热处理后，不同C12A7加入量试样的氧化情况对比图

6组试样经1 500℃×6 h抗渣试验的截面图片如图5所示。少量添加C12A7的试样2#和3#抗渣侵蚀情况与1#试样区别不明显，而C12A7加入量为0.1%的6#试样，抗渣侵蚀明显恶化。原因可能是因为随着C12A7加入量的增加，浇注料中的金属铝粉水化反应越剧烈，水化反应造成大量气孔，气孔增多；金属铝粉被大量水化，抗氧化剂总量减少，造成球沥青高温被氧化；C12A7也增加了浇注料中CaO的含量，以上几个方面综合因素共同导致了抗渣侵蚀性能的恶化。

图5 1 500℃×6 h热处理后，不同C12A7加入量试样的抗渣侵蚀情况对比图

3 实际应用

根据现场的气温条件和施工时间要求，在室温为0℃左右的河北某铁厂高炉铁沟进行冬季基建施工，在其中一条沟的铁沟浇注料中添加了0.02%的C12A7，在另一条铁沟的浇注料中未添加C12A7。添加了C12A7的铁沟浇注料24 h后即完全硬化，脱模不粘模，烘烤未见炸裂；而未添加C12A7的铁沟浇注料24 h后表面还很软，带模具大火烘烤6 h后才能脱模，延长了施工工期。两条沟后期使用寿命未见明显差别。

在室温为15℃左右的山西某铁厂高炉铁沟进行定修施工，C12A7加入量为0.015%，撇渣器部位浇注2 h后即硬化达到脱模要求，脱模后烘烤未炸裂，使用周期未见明显缩短。

4 结论

（1）C12A7能够使金属铝粉的水化反应时间提前，提高浇注料的透气性，有利于现场快速大火烘烤而不爆裂。

（2）C12A7能够缩短水泥结合浇注料的硬化时间，有利于现场施工的快速脱模，缩短施工时间。

（3）C12A7加入量应根据当地气温条件和施工要求严格限制加入量，加入量过多有可能造成现场施工硬化过快，影响施工，恶化材料性能。