MgO-CaO-Al2O3耐火材料的脫磷作用

　　日本Nakagawa等人曾報(bào)道:MgO-CaO-Al2O3系耐火澆注料在鋼包渣線部位試用取得良好效果。為了解此類材料對鋼水的脫磷作用，我們曾在實(shí)驗(yàn)室中研究了鐵樣中原始磷含量、澆注料用結(jié)合劑等對MgO-CaO-Al2O3系材料脫磷作用的影響。所使用的鐵樣由磷鐵粉與還原鐵粉混合制得，鐵粉中的w(p)含量分別是0.02%，0.06%，0.1%與0.5%。試驗(yàn)用原料為鎂鈣砂、電熔鎂砂等。它們的化學(xué)成分見表1。MgO-CaO-AI2O3系澆注料的配料比例見表2。配料中采用兩種結(jié)合劑：氧化硅微粉與純鋁酸鈣水泥。

　　表1原料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

　　原料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

　　表2 MgO-CaO-Al2O3澆注料的配料(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

　　MgO-CaO-Al2O3澆注料的配料(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

　　按表5-8的配料澆注成坩堝，坩堝孔上部直徑為30mm，下部孔徑為20mm，深度為40mm。坩堝成型后在110℃烘烤24 h，然后放入50 g配合好的不同原始磷含量的磷鐵粉，上面用取自現(xiàn)場的轉(zhuǎn)爐終渣。渣的組成見表3。將帶有鐵樣及覆蓋渣的坩堝，在電爐中迅速升溫到1600℃保溫2h，隨爐冷卻后取出鐵樣，測定鐵樣中磷含量。在用不同結(jié)合劑的MgO-CaO-Al2O3坩堝中處理的磷鐵中的磷含量與原始磷含量的關(guān)系，如圖1所示。由圖可見，無論采用氧化硅微粉或純鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，MgO-CaO- Al2O3系耐火材料都有較強(qiáng)的脫去磷鐵中磷的作用。但以氧化硅微粉為結(jié)合劑時，脫磷效果更顯著。圖2中給出了以氧化硅微粉為結(jié)合劑以及鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑的MgO-CaO-Al2O3系材料對磷鐵的脫磷率與鐵樣中原始磷含量的關(guān)系。所謂脫磷率是磷鐵試樣中的原始磷含量除以原始磷含量與處理后磷含量之差。由圖亦可以看出，以氧化硅微粉為結(jié)合劑的MgO-CaO-Al2O3材料對磷鐵的脫磷率高于以純鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑的MgO-CaO-Al2O3系材料，只有在磷鐵中原始磷含量為0.02%時相反。在節(jié)中提到，由于SiO4-4的靜電勢大于PO3-4的靜電勢。隨液相中SiO2的濃度增大，SiO4-4會將PO3-4周圍的Ca2+吸引過來，從而降低PO3-4的穩(wěn)定性，增大了其活度，按式(5-11)降低了材料的脫磷能力。隨著SiO4-4離子團(tuán)的數(shù)量增加，其黏度也會提高，提高了PO3-4的擴(kuò)散阻力也不應(yīng)起到提高其脫磷能力的作用。因而，以氧化硅微粉為結(jié)合劑的MgO-CaO-Al2O3材料的脫磷能力較強(qiáng)難以理解。表4中列出了MgO-CaO-Al2O3系材料試驗(yàn)后坩堝壁中不同部位磷含量(能譜分析結(jié)果)。

　　表3覆蓋渣的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

　　覆蓋渣的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

　　表4試驗(yàn)后坩堝壁中的磷含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

　　試驗(yàn)后坩堝壁中的磷含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

　　由圖11可以看出：無論在坩堝壁的緊靠工作面處，還是在離工作面較遠(yuǎn)處(距工作面5mm以上)，以水泥為結(jié)合劑的MgO-CaO-Al2O3材料中的磷含量都略高于用氧化硅微粉結(jié)合的材料中的磷含量。因此，氧化硅微粉為結(jié)合劑的MgO-CaO-Al2O3系材料脫磷能力較強(qiáng)的原因并非是材料中液相的組成造成的，而是由于液相量的增多。因?yàn)橐肓搜趸栉⒎郏贛gO-CaO-Al2O3系引入了第四組分。在相同的溫度條件下，會產(chǎn)生較多的液相。在液相中磷含量相同的條件下，由于液相量的增多，從而可以吸收較多的磷。

　　MgO-CaO-Al2O3系耐火材料結(jié)合劑對其脫磷作用的影響

　　圖1MgO-CaO-Al2O3系耐火材料結(jié)合劑對其脫磷作用的影響

　　A—鋁酸鈣水泥結(jié)合;B—SiO2微粉結(jié)合

　　氧化硅微粉結(jié)合劑鋁酸鈣水泥結(jié)合 MgO-CaO-Al2O3耐火材料的脫磷率

　　圖2 氧化硅微粉結(jié)合劑鋁酸鈣水泥結(jié)合MgO-CaO-Al2O3耐火材料的脫磷率

　　從以上的討論中我們可以看到：MgO-CaO系耐火材料具有很強(qiáng)的脫磷作用。當(dāng)材料中含有10%左右的CaO時，即可取得很好的脫磷效果。但所有的試驗(yàn)都是在小坩堝中進(jìn)行的。耐火材料與鐵水接觸面積等許多因素與工業(yè)生產(chǎn)不同。試驗(yàn)中所取得的數(shù)據(jù)與工業(yè)生產(chǎn)可能會有所差異。