转炉用合成镁白云石炉衬损毁机理的研究

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1980.02.013 北京钢铁学院学报 1980年第2期 转炉用合成镁白云石炉衬损毁机理的研究 地质敦研室 赵万智◆ 摘 要 本文通过对合成集白云石砂及其使用后炉村的岩相镀定，论述了合成镁白云石 制品的岩相特征。並指出在使用中反应层形成一以方线石为主，以硅酸三钙为胶结 相的方鎂石密集层，是这种产品性能所以优戛的主要根据。如果方缫石密集层与炉 渣中的FezO3不断作用，则其体积大增，从而在反应层中就产生过大的应力，产生 平行热面的应力裂纹，进而造成层状剩落，导致炉衬趋于损毁。文章还通过与日本 产品的对比，找出差距。 日本1966年开始采用合成镤白云石砂制作转炉炉衬以来，转炉炉令获得大幅度提高，并 跃居世界首位，从而这类材料的产量，也得到极大增长。我国大石桥镁矿1975年曾研制成功 镁质白云石砖，并在首钢转炉上使用，取得了明显效果〔1)。1977年山东掖县镤矿也开展了 这方面的工作，用该厂提供的合成镁白云石砂，制成焦油砖或烧成砖，在济钢、首钢连续创 造了全国炉令最高纪录〔2)、〔3)，使耐火材料消耗达到了国内先进水平〔3)。以后，各地采 用两步锻烧工艺生产白云石者天为增加，也都在生产中取得显著效果。实践证明：合成锲白 云石砖比之天然白云石砖具有很大的优点。本文从岩相学的角度，对山东披县合成镁白云石 传在转炉上使用后的损毁机理进行了研究。 一、合成鎂白云石砂 1.理化指标：如表1所示。其化学成分中镁钙比为MgO:CaO=76:20,这样的比例， 其抗渣侵蚀的能力是处于一个较好的范围〔4)。杂质总量约在4%左右，虽比国外含量稍有偏 高，但和国内产品相比，则明显降低。所以明显地提高了产品中主晶的直接结合程度。如果 表1 合成镁白云石砂的理化性能 样品 CaO MgO SiO: Fe2O3 A1z03 灼减 杂质总量气孔 体密 吸水率 1 19.19 76.43 1.99 1.07 0.44 0.38 3.50 1.52 3.29 0.44 2 19.50 76.46 1.57 1.77 1.03 0.65 4.37 3 19.88 74.67 2.28 1.39 0.70 0.77 4.37 参加这一工作的尚有炉令研究组背履仁，刘新华，林秀英，胡水珍等同志

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 转炉用合成镁 白云石炉衬损毁机理的研究 地 质教研 室 赵 万 智 摘 要 本文通过对合 成 瑛 白云 石 砂及 其使 用后 炉衬 的岩相趁 定 ， 论 述 了合 成 镁 白云 石 制品 的岩相 特征 。 业 指出在使用 中反应 层 形成一 以方 镁石 为主 ， 以硅 酸 三 钙为胶 结 相 的方镁石 密集层 ， 是 这 种产 品性 能所 以 优叉 的主 要 根据 。 如 果 方埃石 密集层 与炉 渣 中的 不 断作用 ， 则其体积 大 增 ， 从而 在 反应 层 中筑产 生过 大 的应 力 ， 产 生 平 行热 面 的应 力裂纹 ， 进而 造成层 状 剥落 ， 导致 炉衬趋于 摘段 。 文章还通 过 与 日本 产 品 的对 比 ， 找 出差距 。 日本 年开始采 用合 成镁 白云石 砂制 作转炉炉衬 以来 ， 转炉炉令获得大幅度 提高 ， 并 跃居 世界首位 ， 从而这 类材料的产量 ， 也 得 到极大增长 。 我 国大石 桥镁矿 年 曾研制 成功 镁质 白云石砖 ， 并在首钢 转炉 上使 用 ， 取得 了 明显效 果 〕 。 年山东掖县镁矿也 开展 了 这方面 的工作 ， 用该 厂 提供 的合 成镁 白云石 砂 ， 制 成焦油砖或烧成砖 ， 在济钢 、 首钢 连 续创 造 了全 国炉令 最 高纪录 幻 、 〕 ， 使 耐 火材料消耗达 到 了国 内先进水平 〕 。 以后 ， 各地 采 用 两步锻烧工 艺 生 产 白云石者夭为 增加 ， 也都在生 产 中取得显著效 果 。 实践证 明 合 成镁 白 云石砖比之天 然 白云石砖具有很大 的优 点 。 本文 从岩相 学 的角度 ， 对 山东掖 县合 成镁 白云石 砖在转炉上使 用后的损毁机理 进行 了研究 。 一 、 合成镁白云 石 砂 理化 指 标 如表 所 示 。 其化学成分 中镁钙 比为 ， 这样的比例 ， 其抗渣侵蚀 的能 力是处于 一个较好 的范围 〕 。 杂质总 量 约在 纬左右 ， 虽比国外 含量稍有偏 高 ， 但 和 国 内产品相 比 ， 则 明显降低 。 所 以 明显地 提高 了产品 中主 晶 的直 接结合 程度 。 如果 表 合 成镁 白云石 砂 的理 化性能 样 品 籽 ” ‘ ， ， · ‘ ‘ · ， ‘ · 。 · … ’ · ‘ · 玩瓦 陌减 杂质总 量 气孔率 体密 吸 水率 ， 。 参加 这一 工 作 的 尚有炉令研 究组 爹展 仁 ， 刘新华， 棘 秀英， 胡水珍 等同志 ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1980．02．013

杂质趋于巢中；则其高温强度更会大幅度提高〔5)。值得注意的是，制砖用合成镁白云石砂 的粗、中、细颗粒，其化学组成稍有差别（表2）。 表2 制砖用不同粒度合成镁白云石砂的化学成分 样品粒度（毫米）》 CaO MgO SiO2 Fe2O3 A12O3 灼减 杂质总量钙镁和 中颗粒 3-10 19.63 75.80 2.27 1.34 0.96 0.82 4.57 94.9 细颗粒 <3 20.70 72.60 2.30 1.46 0.64 1.22 4.40 92.8 粗颗粒 15-20 19.30 75.60 2.26 1.37 0.51 0.26 4.14 94.3 细颗粒CO+MgO偏低、灼减偏高，因此当受熔渣侵蚀时，细颗粒就成了薄弱环节。 按液相量计算，细颗粒1550℃时的液相量为24.6%，而粗颗粒1550℃时液相量则为 16.2%〔8)。这不仅说明山东合成镁白云石砂的液相量是低的，而且也说明粗颗粒比细颗粒 的液相量更低。这就进一步说明了制砖用细颗粒是其产品的薄弱环节。 从表1中可见，合成镁白云石砂的体积密度仅比日本指标（表5）稍低。体积密度是评 定产品质量的重要标志，因此济钢用合成镁白云石砂制得的焦袖砖其体密一般在3.00左右。 平均体密高达3.022克/厘米3〔6)、〔7)。 2.岩相特点 样品外观呈黑褐色或谈黄色，质地均匀而坚硬。显微镜下呈全晶质粒状结构，致密构 造。主要组成矿物为方镁石(MgO),其次为氧化钙(CaO),以及少量的硅酸三钙(3CaO. SiO:)(图1，本文附图均见图版)。 方镁石呈颗粒状，其间多为直接结合，即方镁石构成一直接结合结构的骨架。其颗粒大 小为0.01~0.03毫米，含量约占70%多。 氧化钙呈他形颗粒，均匀分布在方镤石直接结合骨架的空隙之中，多为孤立状态，其大 小和方镤石相似，含量约占20%。 硅酸三钙也呈颗粒状，填充在上述矿物的晶隙之中，晶粒大小0.05~0.06毫米，含量 <10%。 样品中有时可见少量白色、无定形、棱角状的铁铝酸四钙(4CaO·Al,O,Fe0,)填 充在其他晶体的晶隙之中。另外普遍存在有少量的金属微粒和气孔。 由上可见，合成镁白云石砂的特点，是有一个由方镁石组成的直接结合的骨架。在骨架 的晶隙之中，填充以粒状氧化钙和硅酸三钙等熔点较高的矿物。因此，这种产品就具有良好 的耐火度、常温和高温抗压强度、抗水化性和抗渣侵蚀的能力。 这种产品比之天然白云石砂，最大的特点是组织均匀，游离氧化钙被方镁石所包围，而 少量的硅酸三钙又多为弧立的颗粒存在，因此，使产品的直接结合程度大为提高。据目测估 计，其直接结合率约为70%。 二、合成鎂白云石砖使用后的残砖 1.残砖分带： 合成白云石焦油砖或烧成砖，使用后都明显地具有分带现象。一般都是从热端向里分为 附着层、反应层、已变层（脱炭层）和原砖层（图2）。各层的大致厚度如表3所示。如果 1?

杂质趋 于 集中 ， 则 其高温强度 更会大幅度提高 〔 〕 。 值 得注意的是 ， 制砖用合成镁 白云石 砂 的祖 、 中 、 细颗粒 ， 其化学组成稍有差 别 表 。 表 制 砖用不 同粒度合 成镁 白云石砂的化学成 分 粒度 毫米 灼减 一 一 细颗粒 偏 低 、 灼减偏 高 ， 因此 当受 熔 渣侵蚀 时 ， 细颗 粒 就成 了薄弱环节 。 按液相 量计 算 ， 细 颗粒 ℃ 时 的液 相 量 为 ， 而粗 颗粒 ℃ 时液相 量 则为 〔 〕 。 这不仅说 明山东合 成镁 白云 石砂 的液 相 量是低 的 ， 而且也 说 明粗颗粒 比 细颗粒 的液相 量更低 。 这就进 一步说 明了制 砖用 细颗粒是其产品 的薄弱环 节 。 从表 中可 见 ， 合 成镁 白云石 砂 的体积 密度仅 比 日本指标 表 稍 低 。 体积 密度是评 定产品质 量 的重 要标志 ， 因此济钢用合 成镁 白云石砂制得 的焦 油砖其体密一般在 左右 。 平均 体密 高达 克 厘 米 〔 〕 、 〕 。 岩相 特点 样品外观 呈 黑褐 色 或 淡黄 色 ， 质地均 匀 而坚硬 。 显微 镜下呈 全 晶质粒状结 构 ， 致 密构 造 。 主 要组成矿物为方镁石 ， 其 次为氧化钙 ， 以及少 量 的硅酸三 钙 · 图 ， 本文 附 图均见 图版 。 方镁石呈颗粒状 ， 其 间多为直 接结合 ， 即方镁石构成一直接结 合结构的骨 架 。 其颗粒大 小为。 毫米 ， 含量 约 占 多 。 氧 化钙呈他 形颗粒 ， 均匀分布在方镁石直接结合骨 架的空 隙之 中 ， 多为孤立状态 ， 其大 小和 方镁石相似 ， 含量约 占 。 硅 酸三 钙 也呈 颗粒状 ， 填 充在上述 矿 物的 晶隙之 中 ， 晶粒大小 毫米 ， ‘ 含量 。 样 品 中有时可 见 少 量 白色 、 无定形 、 棱 角状 的铁 铝 酸 四 钙 · 填 充在 其他 晶体 的晶隙之 中 。 另外普遍存在有少 量 的金属 微粒 和 气孔 。 由上可见 ， 合成镁 白云石砂 的特 点 ， 是有一个 由方镁石组 成 的直接结合 的骨架 。 在骨 架 的晶隙之 中 ， 填充 以粒状氧化钙 和硅 酸三 钙等熔 点较高的矿物 。 因此 ， 这 种产品 就具有良好 的耐 火度 、 常温 和高温 抗压 强度 、 抗水化性和 抗渣侵蚀 的能 力 。 这 种产品 比 之天 然 白云石 砂 ， 最大 的特 点是组织均 匀 ， 游 离氧化钙 被方镁石所 包 围 ， 而 少量 的硅 酸三 钙 又多为孤立 的颗粒存在 ， 因此 ， 使产品 的直接结 合程度 大为提高 。 据 目测估 计 ， 其直接结合 率约为 。 ’ 二 、 合成镁白云 石 砖使用 后 的残 砖 残砖分带 合 成 白云石焦 油砖或烧 成砖 ， 使 用后 都 明显地具 有分带 现象 。 一般都是从热 端 向里 分为 附着层 、 反应层 、 已变层 脱炭层 和原砖层 图 ， 各层的大致厚度如表 所 示 。 如 果

表3 合成镁白云石砖使用后各锻带的估计厚度（毫米） 样品 炉令 附着层 反应层 已变层 原砖层 焦油砖 1601 30 10 0-100 烧成砖 3765 2-10 1-2.5 10-20 75 我们把反应层和已变层都算作熔渣和炉衬已经反应的部分，那么就可大致看出焦油砖较之烧 4 成砖反应更快。至于其具体的熔蚀速度，就不能简单地用原砖层的厚度与炉令的关系来 表示，这就要考虑到补炉的因素。如表3中的焦油砖，其熔蚀速度最大者不应当是大于 0.31毫米/炉，而应当是0.6毫米/炉。因为该炉役冶炼500炉之后，估计厚度尚有200毫米左 右，其原砖厚度为500毫米。即使如此，这种炉衬的熔蚀速度也是低的。而烧成砖那就更 低。其所以如此，是由于焦油砖中的脱炭层在使用中容易产生收缩裂纹和空峒，这给熔渣的 侵蚀提供了通道，也为大颗粒的剥落造成隐患。 2.各锻带的化学成分（表4） 由于反应层和已变层不好分别采样，所以都划入反应层进行化学分析。 表4 合成镁白云石焦油砖各锻带的化学成分 锻 带 MgO CaO SiOz A120g MnO TFe FeO Fe:O3 附着层 40.38 27.6 0.10 0.69 3.94 8.01 11.94 反应层 44.79 30.48 6.62 1.38 1.88 9.74 7.44 5.95 原砖层 63.08 21.10 3.02 0.67 0.12 1.64 1.76 0.16 由表4可知，炉衬在使用后有大量的氧化铁、氧化硅侵入。氧化铝和氧化锰也有增加。 而氧化镁则有降低。尽管如此，反应层中还是含有大量的氧化镁。所以其熔点仍在1500℃左 右。这一点是合成镁白云石焦油砖性能所以良好的特点之一。这种成分变化的规律，和用电 子探针垂直工作面作扫描曲线的结果完全是一致的（图3、4）。 3,各锻带的岩相特点： 主要用烧成砖加以介绍，对焦油砖的不同特点也附带加以说明，以资比较。 (1)原砖层：其矿物组成与合成镁白云石砂完全相同，只是它具有由白云石砂粗、细颗 粒相互紧密银嵌的致密构造。另外，在个别部位，特别是细颗粒的颗粒缝隙之中填充以少量 炭素物质（图5）。如果是焦油砖，则其细颗粒和中颗粒部位混之以炭素物质，所以形成 一种以粗、中、细颗粒为骨料以炭素物质为基底的胶结构造。 (2)已变层：这一层和原砖层在组成上基本相同，只是其硅酸三钙的含量有所增加，而 氧化钙则有降低，此外含有少量铁酸二钙（图6）。碳素物质趋于减少或消失。其中的方镤 石因固溶少量氧化铁在薄片中颜色染成黄褐色，并有重晶长大。 (3)反应层：主要组成矿物为结晶长大了的方镁石和呈基底胶结化了的硅酸三钙。所以 这一层可以说是以方镁石为骨架，以硅酸三钙为胶结相的方镁石密集层（图7）。在方镁石 13

表 合 成镁白云石砖使用后 各锻带 的估计厚度 毫米 样 品 炉 令 附 着 层 反 应 层 已 变 层 原 砖 层 焦油砖 烧成砖 一 一 一 一 我们把反应层 和 已变层 都 算作熔 渣 和炉衬 已经反应 的部分 ， 那 么就可 大致看 出焦油砖较之烧 成砖反应 更快 。 至 于 其 具体 的熔蚀 速度 ， 就不 能 简单地 用 原砖层 的 厚度 与 炉令的关系来 表 示 ， 这 就 要 考虑 到 补 炉的 因素 。 如表 中的焦 油砖 ， 其熔蚀 速度 最 夭者不应 当是大于 毫米 炉 ， 而应 当是。 毫米 炉 。 因为该炉役 冶炼 炉之后 ， 估计厚度 尚有 毫米左 右 ， 其原砖厚度为 毫 米 。 即使如此 ， 这 种炉 衬 的熔蚀 速度也 是低 的 。 而烧成砖那 就更 低 。 其所 以如 此 ， 是 由于 焦油砖 中的脱炭层 在使用 中容易产生收缩裂纹 和 空 桐 ， 这 给熔 渣 的 侵蚀 提供 了通道 ， 也为大颗粒 的剥 落造 成隐 患 。 各锻带的化 学成分 表 由于反应 层 和 已变层不好 分别 采样 ， 所 以 都划 入反应层 进行化学分析 。 孰夯 合成镁 白云石焦油砖 各锻带 的化学成分 锻 带 、 ︸心占︸衬 ︸ ︷八口合目 一，月 一 一八月 一 一 一 … 八几 一八了一任月‘ 一 附着层 反应 层 原砖层 粼一… 一 … 飞 知 由表 可 知 ， 炉衬 在使用后有大量 的氧化铁 、 氧化硅侵 入 。 氧化铝 和氧化锰 也有增加 。 而氧化钱则有降低 。 尽管如此 ， 反应 层 中还是 含有大量 的氧化镁 。 所 以 其熔 点仍 在 。 。 ℃左 右 。 这一点是合 成镁 白云石焦油砖性能所 以 良好 的特 点之一 。 · 这 种 成分变 化的规律 ， 和 用电 子 探针垂 直 工 作面 作扫描 曲线 的结 果完全是一致 的 图 、 。 各锻带 的岩相 特点 主 要用 烧 成砖加 以介绍 ， 对 焦油砖的不 同特 点也 附带加 以说 明 ， 以 资比 较 。 原砖层 其矿物组 成 与合 成镁 白云石 砂完全相 同 ， 只 是它具有由白云石 砂粗 、 细顺 粒相 互 紧 密银 嵌 的致 密构造 。 另外 ， 在个别 部位 ， 特 别是细颗粒 的颗 粒缝 隙之 中填充 以少 炭素 物质 图 。 如 果是 焦油砖 ， 则 其 细颗粒和 中颗粒部位 混之 以炭 素 物质 ， 所 以形 成 一 种 以 粗 、 中 、 细 颗粒为骨 料 以炭素 物质为基底 的胶结构造 。 巳变层 这 一层 和原砖层 在组 成 上基本相 同 ， 只 是其硅酸三 钙 的含量有所 增加 ， 而 氧 化钙 则 有降低 ， 此外 含有少 量 铁酸二钙 图 。 碳素物质趋于 减少或 消失 。 其 中的方镁 石 因 固溶少 量氧 化铁在 薄片 中颜 色染成黄褐 色 ， 并有重 晶长大 。 反应 层 主 要组 成矿物为结 晶长 大 了的方镁石和呈 基底胶结 化 了的硅 酸三 钙 。 所 以 这一层可 以说 是 以 方镁石为骨 架 ， 以 硅酸三 钙 为胶结 相 的方镁石密 集层 图 。 在 方镁石

团呼 画 护

和硅酸三钙的晶隙之中有的部位填充以少量铁酸二钙。碳素物质完全不见了。在薄片中由于 方镆石呈黄褐色或血红色，颗粒密集，这个密集层就看得更清楚了。这正是合成镁白云石砖 使用性能所以优越的标志之一。 (4)附着层：主要组成矿物为硅酸三钙，其次为硅酸二鈣(2CO,Si02)、铁酸二鈣 (2CaO.FezO3)以及少量的方镁石和金属微粒（图8）。 在观察附着层的岩相特征时，应注意以下几个问题： (1)附着层和反应层之间的关系，从图9可以看出，附着层中方镁石大量减少，而硅酸 三钙则大量增加。反应层和附着层之间明显地出现一以硅酸三钙平行排列的三钙墙。这说明 附着层是由化学亲合作用而粘连在一起的，是一种化学挂渣的产物（图10）。 (2)附着层中的方镁石，不仅分布不均，而且在数量上较之炉渣也有增加，这是因为反 应层中一部分方镁石进入了附着层，在个别样品中可以看到两三个方镁石包层（图11）。说 明这种包层是使用过程中反应层解体剥落的产物。 (3)附着层中的金属微粒，有集中并排列成长条状的轮廓，而且与其伴生的有氧化钙的 水化产物（这种水化产物是样品加工过程中而形成的）。说明这些金属微粒是附着层中的铁 酸钙在冶炼过程中由于采用煤气保温而造成的暂时还原气氛使之还原的结果。 三、合成鎂白云石砖使用后损毁机理的分析 鉴于烧成砖各个锻带所具有的岩相特点，是炉衬和炉渣在冶炼过程中相互作用的产物。 所以研究其损毁机理，就必须从物质成分上加以分析。 从反应层的岩相特点看，比之原砖层是氧化钙消失了，硅酸三钙增加了，方镁石则固溶 了FO而重晶长大，从而就形成了一个以硅酸三钙基底胶结化了的方镁石密集层.这一层的形 成正是炉渣中的SiO,和FeO,与炉衬中的MgO和CaO相互作用的结果。在这些对立和统一 的成分中，对于反应层来说，大量表现为CO和SiO2的作用。这种作用的不断发展，就逐 步使反应层中的CO和SiO,结合，而出现大量的硅酸三钙，构成了方镁石的基底胶结相， 从而提高了方镁石和硅酸三钙之间的繁密结合程度。其次表现为MgO和FO的作用，这一 作用的发展是使二者发生固熔，并促使方镁石重晶长大。尽管这样会降低方镁石的熔点，但 是却提高了反应层中方镁石密集排列的程度。这就是说：当CO和SiOz的作用为主，而 MgO和FeO的作用为辅时，就有利于反应层的形成，从而提高了反应层的抗渣能力。这就 是这种产品之性能所以优良的主要根据。对于正常冶炼来说，炉渣中的SO2在数量上是稳 定的，应当说炉衬和炉渣就具有形成这种反应层的趋势。但是也应当看到炉渣中的FO(或 Fe.O,)是变化着的，一旦氧化铁增加甚多，而使MgO和FeO成为炉渣和炉衬作用的主要 趋势，则MgO因固熔了FeO而体积大增，结果在反应层中就产生了过大的应力，这就势必 平行热面产生很多应力裂纹，进而造成层状剥落，这就是前面所说的方镁石包层。如果这种 氧化铁是以高价铁出现，不仅MgO和Fe2O,作用而生成铁酸镁(MgO·FezO,),并使方镁 石结晶长大，同时Fe2O,也会与CaO作用，而形成低熔点的铁酸盐，这样不仅也会发生层状 剥落，同时也会导致反应层高温性能的降低，从而更加促进了它的损毁。因此对于炉渣中的 氧化铁就要严加控制。但是应当看到只要严格工艺操作，加强枪位控制，这种要求也是可以 实现的。所以说通过工艺操作延长炉衬寿命是天有可为的。 正因为高价铁的这种作用，济南钢铁厂在中间停炉时，采用煤气保温，促使炉内具有还 15

和硅 酸三 钙 的晶 隙之 中有的部位填充 以少 量 铁酸二 钙 。 碳素 物质完全不 见 了 。 在薄片中由于 方镁石呈 黄褐 色或 血 红 色 ， 颗粒 密集 ， 这个密 集层 就看 得 更清楚 了 。 这 正是 合 成镁 白云石 砖 使用 性能所 以 优越 的标 志 之一 。 附着层 主 要组 成矿 物 为硅 酸三 钙 ， 其次为 硅 酸 二 钙 · 、 铁酸 二 钙 以 及少 量 的方镁石 和金 属微粒 图 。 在 观察 附着层 的岩相 特 征时 ， 应 注意 以下几个 问题 附着层 和反应 层 之 间 的关系 ， 从 图 可 以看 出 ， 附着层 中方镁石大量减 少 ， 而硅酸 三 钙则 大量增加 。 反应层 和 附着层 之 间 明显地 出现一 以硅 酸三 钙 平行 排列 的三 钙 墙 。 这 说 明 附着层 是 由化学 亲合 作用 而粘连在一起的 ， 是 一种 化学 挂渣 的产物 图 。 附着层 中的方镁石 ， 不仅分布不均 ， 而且在 数量 上 较之 炉渣也 有增加 ， 这是 因为反 应 层 中一部分 方镁石进 入 了附着层 ， 在个别样 品 中可 以着到 两三 个方镁石包 层 图 。 说 明这种包 层是 使用过程 中反 应 层解体剥 落的产物 。 附着层 中的金属 微粒 ， 有集中并排列 成长 条状 的轮 廓 ， 而且 与 其伴生 的有氧 化钙 的 水 化产物 这 种水 化产物是样 品 加工过程 中而形 成 的 。 说 明这些金 属微粒 是 附着 层 中的铁 酸钙 在冶炼过 程 中由于 采 用煤 气保 温 而造成 的暂时 还原气氛使之还原 的结 果 。 三 、 合成镁白云 石 砖使用 后损殷机理 的分 析 鉴于烧 成砖 各个锻 带所具有的岩相 特点 ， 是炉衬 和炉渣 在 冶炼过 程 中相 互 作用 的产物 。 所以研究其损毁 机理 ， 就必 须从物质成 分 上加 以 分析 。 从反应 层 的岩相 特 点看 ， 比 之原砖层是氧 化钙 消失了 ， 硅酸三 钙 增加 了 ， 方镁石则 固溶 了 而重 晶长大 ， 从 而就形成 了一个以 硅酸三 钙 基底胶 结 化了的方镁石密集层 。 这一层 的形 成正是 炉渣 中的 和 ， 与 炉衬 中的 和 相 互作用 的结 果 。 在这些对立 和统 一 的成分 中 ， 对 于反应 层来说 ， 大 量表现为 和 的作 用 。 这 种作 用 的不 断 发展 ， 就逐 步使反应 层 中的 和 结合 ， 而出现大量 的硅 酸三 钙 ， 构成 了方镁石 的基底胶结 相 ， 从而提高了方镁石和 硅 酸三 钙 之 间的紧密结合程度 。 其次 表现为 和 的作用 ， 这 一 作用 的发展是 使二 者 发生 固熔 ， 并促使 方镁石重 晶长 大 。 尽管 这样 会降低 方镁石 的熔 点 ， 但 是 却提高了反应 层 中方镁石密集排列 的程度 。 这 就是说 当 和 的作用为 主 ， 而 和 的作 用为辅 时 ， 就有利于反应 层 的形 成 ， 从 而 提 高 了反应 层 的抗渣能 力 。 这 就 是 这 种产 品 之性能所 以优 良的主 要 根据 。 对于 正 常 冶炼来 说 ， 炉渣 中的 在数 量 上 是 稳 定 的 ， 应 当说 炉衬和 护渣就具有形成这种反应 层 的趋 势 。 但是 也应 当看 到炉渣 中的 或 是变 化着 的 ， 一旦氧 化铁增加甚 多 ， 而使 和 成为炉 渣 和 炉衬 作用 的主 要 趋 势 ， 则 因 固熔 了 而体积 大增 ， 结 果在反 应 层 中就 产生 了过 大 的应 力 ， 这 就势 必 平行热 面 产生很 多应 力裂 纹 ， 进 而造 成层状剥 落 ， 这 就是 前 面所说 的方镁石包 层 。 如 果这 种 氧 化铁是 以 高价 铁 出现 ， 不 仅 和 作用 而生 成铁酸镁 · ， 并使 方镁 石结 晶长大 ， 同 时 也会 与 作用 ， 而形成低 熔 点的铁酸盐 ， 这样不仅 也 会发生 层状 剥 落 ， 同时也会导 致反应 层 高温性能 的降低 ， 从 而更加促进 了它 的损毁 。 因 此对于 炉渣 中的 氧 化铁 就 要严 加控 制 。 但是应 当看到只 要严 格工 艺操 作 ， 加强枪 位控 制 ， 这 种 要 求 也 是可 以 实现 的 。 所 以说 通过 工 艺操 作延 长 炉衬 寿命是 天有可 为 的 。 正 因为高价铁 的这 种作用 ， 济南钢 铁厂 在 中间停炉时 ， 采 用煤 气保 温 ， 促 使 炉 内具有还

原气织，这对延长炉衬寿命是有利的。这一点唐山钢铁厂的生产实践也作出了证明〔10)。 当然减缓炉衬的损毁，白云石造渣及其对炉衬的渣层保护也有积极作用。这方面将由白 云石造渣的资料加以说明。 四、比较和讨论 合成镁白云石砖的使用，不仅填补了我国耐火材料的空白，而且把我国转炉炉令提高到 了一个新的水平。至于说烧成砖和沥青砖的比较，虽然其损毁特点基本相同，但是沥青砖则 因为原砖中含有不少的碳素物质，构成各种制砖颗粒的胶结相。使用过程中则由于脱碳作 用，产生大量的收缩裂纹，再由于反应层的过大应力，就更加促进了这种裂纹的生成。这给熔 体和熔渣提供了通道，再由于其细颗粒又是薄弱环节，往往在大颗粒巍然不动的情况下，细 颗粒已和炉渣反应而节节后退。这就有可能出现大颗粒整个剥落的现象。因此进一步提高细 颗粒的质量和改善碳素物质的结构，依然是这一产品的关键。 至于烧成砖比之国外先进产品，应该说还有不少差距。根据资料〔11)，日本实际出售的 白云石砂有两个类型，其理化性能如表5所示。 表5 日本合成镁白云石砂的理化指标 类型 Mgo CaO Fe2O; A120g SiO: 灼减 假比重 体密 气孔率耐消化性 I 53.7 42.7 1.9 0.4 0.9 0.6 3.75 3.30 1.5 0.50 73.6 24.0 0.8 0.4 0.7 0.6 3.37 3.32 2.2 0.30 根据对黑崎窑业公司合成镁白云石砖的岩相鉴定资料〔12)，该产品是由不同粒度的合成 镁白云石砂所组成。结构均匀，构造致密。和我国产品相比，是其粒度较粗，方镁石大小为 0.04~0.08毫米，硅酸盐矿物很少，氧化钙完全被方镁石所包围。各种组分的分布和排列均 匀而致密（图12）。这些特点正可以看出我国产品的差距。 1。镁钙比控制在MgO:CaO=75:20,有利于形成直接结合骨架。我国有些产品这个 比例偏高，也就是氧化钙量大，这样就不利于方镁石直接结合骨架的形成： 2.硅酸盐矿物含量少，而且分布均匀。我国产品则含量高而且不均， 3,样品中的粗、中、细颗粒配比合适，气孔很少，因而体密甚高。说明其级配合理、 混料充分、成型压力较高。但这些方面我国的产品都有不足， 4,结晶颗粒粗大。比之我国产品其烧成温度较高。从以上情况可以看出，进一步提高 我国产品的质盘是大有潜力的。 合成镤白云石砖的出现，大大提高了我国转炉炉令的水平，可以预期随着这一材料的推 广，对于我国转炉炉令赶超世界先进水平，将有重大意义。从我国现有条件出发，要进一步 提高产品质量，一方面要注意把握镁钙比，另一方面要注意降低原料中的杂质含量，再一方 面就是要充分混料。目前不少单位都在采用二步锻烧工艺，生产合成镁白云石砂，随着原料 特点的不同，发现和碰到的问题也不会千篇一律，这就要具体问题具体分析。 16

原气氛 ， 这对 延 长 炉衬 寿命是 有利 的 。 这 一点唐 山钢 铁厂 的生 产 实践也 作出了证 明〔 〕 。 当然减缓 炉衬 的损毁 ， 白云 石造渣 及其对炉衬的渣层保 护也有积 极作用 。 这 方面将 由白 云石造渣 的 资料加 以说 明 。 四 、 比较和讨论 合成镁 白云石砖的使用 ， 不仅填 补 了我国耐 火材料的空 白 ， 而且 把我国转炉护令提 高到 了一个新 的水平 。 至 于说 烧成砖和 沥青砖 的比 较 ， 虽然其损毁 特 点基本相 同 ， 但 是 沥 青砖则 因为原砖 中 含有不 少 的碳素 物质 ， 构成 各种 制砖颗粒 的胶结相 。 使 用过程 中则 由于脱碳作 用 ， 产生 大 量 的收缩裂 纹 ， 再 由于反 应 层 的过大应 力 ， 就更加促进 了这 种裂 纹 的生 成 。 这给熔 体和熔 渣 提供 了通道 ， 再 由于 其细颗粒 又是薄弱环 节 ， 往往在 大颗粒巍 然不 动 的情 况下 ， 细 颗粒 巳和炉渣反应 而节节后 退 。 这 就 有可 能 出现大颗粒 整个剥 落的现象 。 因此进一步 提高细 颗粒 的质 量 和改 善碳素物质 的结构 ， 依 然是这一产 品 的关键 。 至 于 烧成砖比之 国外先进 产品 ， 应 该 说还有不 少差 距 。 根据 资料〔 〕 ， 日本实际 出售的 白云石砂有两个类型 ， 其理 化性能如 表 所示 。 表 日本合 成 镁 白云石砂 的理 化指标 类型 。 。 ，。 、 。 灼减 气孔 率 耐 消化性 曰 一 … 假比重 根据对黑 崎窑业公 司合 成镁 白云石砖 的岩相 鉴定 资料 〔 〕 ， 该 产品是 由不 同粒度 的合 成 镁 白云石砂所组 成 。 结 构均 匀 ， 构造致 密 。 和我国产 品相 比 ， 是 其粒度较粗 ， 方镁石大小为 毫米 ， 硅 酸 盐矿 物很 少 ， 氧化钙完全被方镁石所包围 。 各种组 分的分布 和 排 列均 匀而致 密 图 。 这 些 特 点正可 以看 出我 国产品 的差距 。 镁钙 比控制 在 ， 有利于 形成直接 结合骨 架 。 我国有些 产品这个 比例 偏 高 ， 也 就 是氧化钙 量 大 ， 这样 就不利于 方镁石直接结合骨 架的形成 ， 硅 酸盐矿物 含量少 ， 而且 分布均 匀 。 我国产品则 含量 高而且不均， 样 品 中的祖 、 中 、 细颗粒 配 比合 适 ， 气孔很少 ， 因而体密甚 高 。 说 明其级 配合理 、 混料充分 、 成型压 力较高 。 但这些 方面 我国 的产品都有不 足 结 晶颗粒粗 大 。 比 之 我 国产 品 其烧 成 温度 较 高 。 从 以 上情况可 以看 出 ， 进 一步 提 高 我国产品 的质 量是 大有潜 力的 。 合成镁 白云石砖的出现 ， 大大 提高了我国 转炉炉令的水平 ， 可 以预 期 随着这一材料 的推 广 ， 对于 我国 转炉炉令赶超 世界先 进水平 ， 将有重大意义 。 从我国现有条件 出发 ， 要 进 一步 提高产品质量 ， 一 方面要注意 把握 镁钙 比 ， 另一方面要 注意降低原料 中的杂质 含量 ， 再一 方 面 就是 要充 分 混料 。 目前不 少单位都 在采用二 步 锻烧工艺 ， 生产合 成镁 白云石砂 ， 随 着原料 特点的不 同 ， 发现 和碰 到的问题也不会千篇一律 ， 这就要具体问题 具体分析

参考文献 〔1)镁质白云石砖在首钢转炉上使用后的岩相学研究北京钢铁学院资料室1975 〔2)合成镁白云石在顶吹转炉中使用后残砖的研究北京钢铁学院资料室1978 〔3)济钢3765炉役中几个岩相问题的讨论'《技术情况交流》1978(2) 〔4)胺钢技术1973(4) 〔5)耐火物1974,5,212- 〔6)D,-265炉役1601破千炉炉女关试验技术总结《技术情况交流》1978(1) 〔7)13吨氧气顶吹转炉炉令达11炉·《耐火材料》1977(4) 〔8)关于耐火材料的液相量计剑《转炉炉渣与耐火材料》1978 〔9)白云石造渣中几个岩相问周J讨论《转炉炉渣与耐火材料》1978 〔10)氧气侧吹转炉的粘渣操作：《金属学报》14卷1期1978 〔11)各国耐火材料工业概况核化耐火材料设计研究院1978 〔12)从黑崎窑业公司的合成镁白云石砖的岩相特点看我国提高该产品的方向 北京钢铁学院炉令研究组资料1978 17

参 考 文 献 〕 镁质 白云石砖在 首钢 转炉 上使用后 的岩相 学研 究 〕 合 成镁 白云石在顶 吹转炉 中使用后 的研 究 北 京钢 铁学院 资料 室 北京钢 铁 学院 资料 室 济钢 炉役 中几个岩相 问题 的讨诊鲜’ 《 技术倩况交 流 》 一 厄 鞍钢技 术 〔 〕 耐 火物 ， 沁与 ， ，一 炉役 破千 炉炉 交关试验 技 术总结 卜 《 技 术情况 交 流 》 〔 〕 吨 氧气顶吹转炉炉令达 炉 《 耐 火材料》 〔 〕 关于耐 火材料的液相 量计 到 《 转炉炉渣 与耐 火材料 》 〕 白云 石造渣 中几 个岩相 问周 讨 论 《 转炉炉清 与耐 火材料 》 。 〕氧 气侧 吹 转炉的粘 渣操作 长金 属学报》 卷 期 〔 各国耐火材料工业概 况 鞍 、 、 化耐 火材料设 计研究院 〔 〕从黑 崎窑业公 司 的合 成镁 白云 石砖 的岩柑特 点看 我国 提高该 产品 的方 向 北京钢铁学院炉令研 究组 资料

转炉用合成镁白云石炉衬损毁机理的研究 图2合成镁白云石焦油砖使川后 残砖的分带现象 图1合成镁门云石砂的刊物1成 实物原大，从上至下 白色一方镁行黑色一化钙 1.原砖层2. 已变层（脱碳：） 灰色一硅酸.钙 3.反应 4.附着层 反光水腐蚀200× 5.收缩裂纹6.空峒 图5原砖的矿物成分反光150× 1色一方美石黑色一氧化钙 灰色一硅酸三钙黑色大颗粒一碳素物质 劉6已变的物1成反光150× 图7反应层中的矿物组成反光150× 1色一方美石黑色一化钙 白色一方镁石灰色一硅酸.钙 灰色一硅酸三钙亮I色一铁酸二钙 119

转炉用合成镁 白云 石 炉衬 损 毁机 理 的研 究 图 合成镁 自云石 砂 的矿 物 红 成 白 色一 方 镁石 黑 色一 城 化钙 灰 色一 硅 酸 三钙 反 光 水腐蚀 图 合 成镁 白云 石焦 油砖 使 川后 残砖 的分带 现 象 实物原大 ， 从 上至 下 原 砖层 已变层 脱 碳 层 反 应 层 附 着层 收缩 裂 纹 空 酮 图 原砖层 的矿 物成 分 反 光 自 色一 方 镁 石 黑 色一 氧 化钙 灰 色一 硅 酸止 钙 黑 色大颗 粒一 碳 素物质 图 已 变 层 的 矿 物 组 成 反 光 自色一 方镁石 黑 色一 城化钙 灰 色一 硅酸止 钙 充 自 色一 铁 酸二 钙 反 应 层 中的矿 物 组成 反 光 又 白色一 方镁石 灰 色一 硅 酸 诊弓

图8附着层中的矿物组成反光150× 图9反应层及其前端之附着层（左上角） 白色一方镁石 灰色一硅酸三钙 白色一方镁石灰色一硅酸三钙 深色一气孔 亮白色一金属 反光150× 图10反应层（左半侧）和附着层 之间的三钙墙（中右侧） 透射光200× 图11 附着层中的方镁石五包层（从右到 图12日本介成镁白云石砂的矿物成 左的深色条带都是方镁石包) :色一方美石黑色一（化钙 透射光100× 反光200× 120

图 附 着层 中的矿 物组 成 反 光 水 白色一方 镁石 灰 色一硅 酸 三钙 深 色一 气孔 亮白色一 金属 图 反应 层 及其前端 之 附 着层 左 土 角 反光 图 反应 层 左半侧 和附 着层 之 间 的三钙 墙 中右侧 透 射光 附 着层 中的方镁 石包层 从右 左 的深 色条带 都 是方 镁石 包斌 透 射 光 图 日浦二合成镁 勺云 石 砂 的矿 物 组 成 自色一 方 镁石 反光 黑 色一 城 化钙 甲“切“ 子 、， 矛 移，臼﹄ 图