水泥早期凝固檢驗方法

中國建筑材料科學研究總院、河南紅旗渠建設集團有限公司等。2100433B

江麗珍、張秋英等。

高溫金屬熔體在凝固時的相變是原子由無序狀態(tài)向有序排列的轉(zhuǎn)變過程。伴隨相變反應同時還發(fā)生釋放熱能和熱能傳遞等傳熱過程、元素偏析和氣體析出等傳質(zhì)過程。凝固過程金屬體積會出現(xiàn)顯著變化。

一般鐵合金凝固的溫度低于其熔點。金屬開始凝固的溫度低于其熔點的現(xiàn)象稱為過冷。熔體的過冷度隨著冷卻速度的提高而增大。金屬凝固是晶粒的形成和長大的過程。這一過程的驅(qū)動力是固相和液相的自由能差值。熔體只有具備一定的過冷度才具備凝固過程的所需要的驅(qū)動力。過冷度越高驅(qū)動力越大，金屬凝固速度越快。形核的阻力是液相和固相的界面能，即形核的表面能。

在冷卻速度非常高時液態(tài)金屬無序的原子結構會保存下來生成具有無定形結構的非晶態(tài)合金。非晶態(tài)合金又稱金屬玻璃，通常是由鐵、鎳、硅、硼元素等鐵合金制成。由于原子排列的特殊結構，非晶態(tài)合金不僅具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高強度、高硬度、高耐磨性，而且還表現(xiàn)出優(yōu)良的軟磁性能以及超導特性。

一些雜質(zhì)元素在金屬固相中的溶解度比液相低。因此，在合金由液相向固相轉(zhuǎn)變時，溶解度低的雜質(zhì)元素會從固相分離出來，富集在液相中，使鐵合金產(chǎn)出現(xiàn)偏析。

大多數(shù)鐵合金的固相密度比液相小5%～10%。凝固后鐵錠外表面會出現(xiàn)收縮或縮孔，內(nèi)部出現(xiàn)疏松及裂隙。氣體元素在固相中的溶解度隨溫度降低而降低。凝固時分離出來的氣體被固化在合金錠內(nèi)部形成明顯的氣孔或結構疏松。

金屬在凝固時放出的熱能數(shù)值上相當于其熔化熱。鐵合金凝固過程放出的熱能通過熱傳導和熱輻射傳遞給錠模和周圍環(huán)境。金屬硅的熔化熱約為鐵、錳等黑色金屬熔化熱的5倍。金屬硅和硅鐵等硅系鐵合金凝固時放出的大量熱能顯著降低其冷凝速度，使硅系鐵合金更易出現(xiàn)元素偏析。此外，硅系鐵合金凝固放熱傳遞到錠模，使錠模溫度過高，會導致錠模損毀。為了加快錠模冷卻需要使用模鐵比高的錠模澆注硅系鐵合金。

爐渣冷卻過程伴隨著爐渣組分的相變。爐渣由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵龀龈鞣N復臺氧化物。在凝固過程中，首先析出的是高熔點的復合氧化物。隨著溫度降低，液相爐渣熔體中固體結晶質(zhì)點的數(shù)量逐漸增加，爐渣黏度顯著增加。

由SiO₂一MgO一AI₂O₃，三元系相圖可以看出，在高碳鉻鐵爐渣冷卻時，首先結晶出來的是鎂鋁尖晶石（MgO·Al₂O₃），未凝固的熔體成分發(fā)生改變，熔化溫度下降，而后陸續(xù)析出的是莫來石（3Al₂O₃·2SiO₂）或鎂橄欖石（2MgO·SiO₂），最后凝固的是低熔點的共晶化合物。

由SiO₂一CaO一AI₂O₃一MnO四元系相圖可以看出，硅錳合金爐渣凝固時，首先析出的復合化合物是鈣長石或橄欖石?？刂茽t渣的冷卻速度可以改變凝固過程發(fā)生的相變，改變固體爐渣的性質(zhì)。

當硅酸鹽爐渣冷卻速度過快時，可以將爐渣高溫無定形的形態(tài)保存到室溫。從爐內(nèi)放出的熔融爐渣在高壓水流或風流沖擊下轉(zhuǎn)變成以非定形玻璃體為主的?；?。冷卻速度決定了爐渣中玻璃體的數(shù)量。水淬渣中玻璃體的數(shù)量為93%～95%；風淬爐渣的玻璃體數(shù)量為90%左右。

錳鐵和鉻鐵的水淬渣主要成分為CaO一Al₂O₃一SiO₂一MgO四元系構成的無定形玻璃體，并含有少量橄欖石或鈣長石等結晶相。玻璃狀物質(zhì)結構致密、硬度較高，多為不規(guī)則形狀。由無定形玻璃體組成的粒化爐渣經(jīng)磨細加工后具有較高的水硬活性，與水作用生成硬度高的水化物。水淬渣相結構決定了其水硬性和用涂。

1999年2月8日，《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》發(fā)布。

1999年5月1日，《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》實施。