MgO-CaO-Al2O3耐火材料的脱磷作用

　　日本Nakagawa等人曾报道:MgO-CaO-Al2O3系耐火浇注料在钢包渣线部位试用取得良好效果。为了解此类材料对钢水的脱磷作用，我们曾在实验室中研究了铁样中原始磷含量、浇注料用结合剂等对MgO-CaO-Al2O3系材料脱磷作用的影响。所使用的铁样由磷铁粉与还原铁粉混合制得，铁粉中的w(p)含量分别是0.02%，0.06%，0.1%与0.5%。试验用原料为镁钙砂、电熔镁砂等。它们的化学成分见表1。MgO-CaO-AI2O3系浇注料的配料比例见表2。配料中采用两种结合剂：氧化硅微粉与纯铝酸钙水泥。

　　表1原料的化学成分(质量分数)

　　原料的化学成分(质量分数)

　　表2 MgO-CaO-Al2O3浇注料的配料(质量分数/%)

　　MgO-CaO-Al2O3浇注料的配料(质量分数/%)

　　按表5-8的配料浇注成坩埚，坩埚孔上部直径为30mm，下部孔径为20mm，深度为40mm。坩埚成型后在110℃烘烤24 h，然后放入50 g配合好的不同原始磷含量的磷铁粉，上面用取自现场的转炉终渣。渣的组成见表3。将带有铁样及覆盖渣的坩埚，在电炉中迅速升温到1600℃保温2h，随炉冷却后取出铁样，测定铁样中磷含量。在用不同结合剂的MgO-CaO-Al2O3坩埚中处理的磷铁中的磷含量与原始磷含量的关系，如图1所示。由图可见，无论采用氧化硅微粉或纯铝酸钙水泥为结合剂，MgO-CaO- Al2O3系耐火材料都有较强的脱去磷铁中磷的作用。但以氧化硅微粉为结合剂时，脱磷效果更显著。图2中给出了以氧化硅微粉为结合剂以及铝酸钙水泥为结合剂的MgO-CaO-Al2O3系材料对磷铁的脱磷率与铁样中原始磷含量的关系。所谓脱磷率是磷铁试样中的原始磷含量除以原始磷含量与处理后磷含量之差。由图亦可以看出，以氧化硅微粉为结合剂的MgO-CaO-Al2O3材料对磷铁的脱磷率高于以纯铝酸钙水泥为结合剂的MgO-CaO-Al2O3系材料，只有在磷铁中原始磷含量为0.02%时相反。在节中提到，由于SiO4-4的静电势大于PO3-4的静电势。随液相中SiO2的浓度增大，SiO4-4会将PO3-4周围的Ca2+吸引过来，从而降低PO3-4的稳定性，增大了其活度，按式(5-11)降低了材料的脱磷能力。随着SiO4-4离子团的数量增加，其黏度也会提高，提高了PO3-4的扩散阻力也不应起到提高其脱磷能力的作用。因而，以氧化硅微粉为结合剂的MgO-CaO-Al2O3材料的脱磷能力较强难以理解。表4中列出了MgO-CaO-Al2O3系材料试验后坩埚壁中不同部位磷含量(能谱分析结果)。

　　表3覆盖渣的化学成分(质量分数/%)

　　覆盖渣的化学成分(质量分数/%)

　　表4试验后坩埚壁中的磷含量(质量分数/%)

　　试验后坩埚壁中的磷含量(质量分数/%)

　　由图11可以看出：无论在坩埚壁的紧靠工作面处，还是在离工作面较远处(距工作面5mm以上)，以水泥为结合剂的MgO-CaO-Al2O3材料中的磷含量都略高于用氧化硅微粉结合的材料中的磷含量。因此，氧化硅微粉为结合剂的MgO-CaO-Al2O3系材料脱磷能力较强的原因并非是材料中液相的组成造成的，而是由于液相量的增多。因为引入了氧化硅微粉，在MgO-CaO-Al2O3系引入了第四组分。在相同的温度条件下，会产生较多的液相。在液相中磷含量相同的条件下，由于液相量的增多，从而可以吸收较多的磷。

　　MgO-CaO-Al2O3系耐火材料结合剂对其脱磷作用的影响

　　图1MgO-CaO-Al2O3系耐火材料结合剂对其脱磷作用的影响

　　A—铝酸钙水泥结合;B—SiO2微粉结合

　　氧化硅微粉结合剂铝酸钙水泥结合 MgO-CaO-Al2O3耐火材料的脱磷率

　　图2 氧化硅微粉结合剂铝酸钙水泥结合MgO-CaO-Al2O3耐火材料的脱磷率

　　从以上的讨论中我们可以看到：MgO-CaO系耐火材料具有很强的脱磷作用。当材料中含有10%左右的CaO时，即可取得很好的脱磷效果。但所有的试验都是在小坩埚中进行的。耐火材料与铁水接触面积等许多因素与工业生产不同。试验中所取得的数据与工业生产可能会有所差异。