耐火材料在有色金屬冶煉中的應(yīng)用

　　有色金屬冶煉的主要設(shè)備就是有色金屬冶煉爐窯，研究有色金屬冶煉工業(yè)技術(shù)進(jìn)步對耐火材料品種、質(zhì)量的需求應(yīng)該是耐火材料行業(yè)為有色金屬冶煉爐窯延長壽命、提高產(chǎn)量主要的任務(wù)。

　　1、煉銅工業(yè)

　　銅的生產(chǎn)工藝流程是各種有色金屬中方法較多的一種，我國銅的生產(chǎn)工藝流程不僅包括了世界上所有銅工藝流程，而且還包括我國較好的流程，如白銀煉銅法和氧氣底吹熔煉爐。

　　在火法煉銅流程中，其差別主要在于銅锍的生產(chǎn)，而轉(zhuǎn)爐吹煉和銅精煉基本上一致。

　　1）閃速爐

　　由于閃速爐反應(yīng)塔內(nèi)溫度高，夾雜著熔體的高速氣流對反應(yīng)塔沖刷腐蝕，要求反應(yīng)塔塔壁須采用抗高溫、抗沖刷、耐腐蝕的優(yōu)良耐火材料。目前均采用電熔鎂鉻磚，同時為保護(hù)電熔鎂鉻磚，在磚砌體中夾砌若干層水平銅板水套，在磚砌體與外殼之間設(shè)置水冷銅管或立式銅板水套，反應(yīng)塔頂及上部低溫區(qū)則使用普通鎂鉻磚砌筑。在反應(yīng)塔與沉淀池頂?shù)倪B接部分（同樣沉淀池與上升煙道連接部分），要經(jīng)受高溫熔體及含塵高溫氣流的沖刷和強烈腐蝕，襯里易損壞，故通常采用帶翅片銅管搗鼓耐火澆注料或銅水套嵌砌優(yōu)良鎂鉻磚的結(jié)構(gòu)。

　　沉淀池的主要作用是進(jìn)一步完成造渣反應(yīng)并沉淀分離熔體（渣和锍在此分開）。沉淀池渣線附近，特別是反應(yīng)塔下部的側(cè)墻和端墻渣線附近，受高溫熔體的沖刷腐蝕非常嚴(yán)重，通常這些部位除采用預(yù)反應(yīng)鎂鉻磚、直接結(jié)合鎂鉻磚等優(yōu)良材質(zhì)外，還設(shè)置水平銅水套，冷卻銅管和傾斜銅水套，以延長其使用壽命，沉淀池頂亦是受高溫氣流沖刷嚴(yán)重的部位，通常在軸向上，設(shè)置帶翅水冷銅管外包耐火澆注料，通冷卻水的“H”型水冷梁夾砌在爐頂磚中，以防止沉淀池頂?shù)妮S向變形。

　　目前閃速爐的發(fā)展方向是更大型化，爐子大型化對耐火材料的要求更高是顯而易見的，耐火材料應(yīng)做好跟進(jìn)。

　　2）諾蘭達(dá)爐

　　諾蘭達(dá)爐是我國成功引進(jìn)的又一種大型冶煉銅锍爐形。由于在同一爐內(nèi)要完成精礦干燥、焙燒、熔煉、吹煉造渣等工藝過程，爐內(nèi)有強烈的攪拌，同時爐體還需轉(zhuǎn)動，因此，對爐襯和爐用耐火材料有很高的要求。

　　諾蘭達(dá)爐爐襯損壞較厲害的是風(fēng)口區(qū)、風(fēng)口區(qū)對面的爐墻、渣線附近、銅锍放出口、渣口、爐口和加料口等部位。銅锍放出口磚采用熔鑄鎂鉻磚，其他部位采用熔粒鎂鉻磚，爐身及端墻采用直接結(jié)合鎂鉻磚，底部砌瓦形高鋁磚。熔粒鎂鉻磚與爐殼之間的間隙采用碳化硅耐火泥填充，直接結(jié)合鎂鉻磚與爐殼之間的間隙采用鎂質(zhì)耐火泥填充，爐身上部與爐殼之間的間隙不填充任何耐火材料，作為膨脹縫之用。

　　目前國內(nèi)可生產(chǎn)諾蘭達(dá)爐所用全部耐火材料，其性能與進(jìn)口磚相近，但價格優(yōu)勢明顯。

　　3）奧斯邁特爐

　　奧斯邁特技術(shù)也稱頂吹浸沒熔煉技術(shù)，用于銅锍熔煉工藝中，奧斯邁特爐是其主體設(shè)備。奧斯邁特爐是一個圓柱體，上接呈收縮而向一側(cè)偏斜的錐體部分，再通過過渡段與余熱鍋爐的垂直上升煙道連接，其錐體上部分別開有噴槍口、進(jìn)料口、備用燒嘴口和取樣觀察口，在爐子底部則分別開有金屬放出口和渣口，渣口稍高，整個爐體由鋼殼包裹。奧斯邁特爐在銅、鉛、錫冶煉過程中，雖然工藝條件不完全相同，但內(nèi)襯的耐火材料基本相同。原料、燃料、預(yù)熱空氣在爐內(nèi)形成強烈的攪動，爐身和上部爐襯受到固體原料、堿性液體渣、高溫氣體混合物的沖刷，條件較惡劣。這些部位需要優(yōu)良的耐高溫、耐沖刷的材料如電熔鎂鉻磚或熔粒再結(jié)合鎂鉻磚，有的爐子還應(yīng)用了鉻鋁尖晶石磚。

　　4）氧氣底吹熔煉爐

　　氧氣底吹熔煉技術(shù)是我國自行開發(fā)的銅、鉛冶煉工藝，氧氣底吹熔煉爐是其核心設(shè)備，氧氣底吹熔煉爐在爐底有一組氧氣噴槍，進(jìn)料口、出煙口、金屬出口、渣口等有其本身的要求。由于固態(tài)和液態(tài)物料在高壓氧氣的強烈攪動下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生高溫，爐襯是在較惡劣的環(huán)境下工作，特別是氧槍口區(qū)磚體，所受機械沖刷和化學(xué)侵蝕更嚴(yán)重。氧氣底吹熔煉爐的內(nèi)襯，全部采用優(yōu)良鎂鉻質(zhì)耐火磚或不定形耐火材料，以及包括鉻鋁尖晶石磚等優(yōu)良耐磨材料。

　　5）白銀煉銅爐

　　白銀煉銅爐是我國自行開發(fā)研究的銅锍熔煉新工藝，以取代原銅精礦反射爐熔煉工藝，屬于熔池熔煉范疇，現(xiàn)已基本實現(xiàn)富氧自熱熔煉。該熔煉工藝對原料實用性強，熔煉強度大，燃料品種要求寬松，綜合能耗低，出爐煙氣二氧化硫濃度高，環(huán)境條件好等。

　　原始的白銀煉銅爐是在反射爐的基礎(chǔ)上，在兩側(cè)爐墻上增加若干風(fēng)口，鼓入高壓空氣，以略高于熔池面的隔墻將熔煉區(qū)和沉淀區(qū)隔開（下部熔體相通），稱為單室白銀熔煉爐。改進(jìn)后將隔墻砌至爐頂，分成熔煉區(qū)和沉淀區(qū)兩個部分，稱為雙室白銀熔煉爐。排煙口設(shè)在熔煉區(qū)尾部（雙室白銀熔煉爐在沉淀區(qū)內(nèi)增設(shè)一排煙口），銅锍放出口及渣口均設(shè)在沉淀區(qū)端部爐墻兩側(cè)。

　　風(fēng)口區(qū)是白銀熔煉爐損壞較嚴(yán)重的部位，也是影響爐壽命較關(guān)鍵的部位，用熔鑄鎂鉻磚或直接結(jié)合鎂鉻磚砌筑，可以保證壽命在一年以上，渣線附近及隔墻通道，采用銅水套冷卻，其他部位用燒結(jié)鎂磚或鎂鋁磚砌筑。白銀熔煉爐爐床不寬，因此爐頂為拱頂，用鎂鋁磚砌筑，爐底為反拱，用鎂磚砌筑。

　　6）轉(zhuǎn)爐

　　目前將銅锍冶煉成粗銅的主要設(shè)備是轉(zhuǎn)爐。轉(zhuǎn)爐工作條件惡劣：熔體被高壓空氣（或富氧空氣）攪拌，爐襯受到猛烈沖刷，特別是加入大量的固態(tài)冷料和熔劑，加劇了對爐襯的沖刷，溫度波動大，吹煉時爐溫可達(dá)1350℃以上，而在停風(fēng)加料（銅锍、熔劑、冷料）和倒渣時，爐溫迅速降至1000℃甚至更低，冶煉過程中渣的性質(zhì)不斷變化，從弱堿性逐漸變成酸性，故對耐火材料提出很高的要求。

　　轉(zhuǎn)爐風(fēng)口磚和風(fēng)口區(qū)的磚是轉(zhuǎn)爐爐襯損壞較嚴(yán)重的部位，為了風(fēng)口的整體性和風(fēng)口位置的準(zhǔn)確性，目前風(fēng)口磚均用實體磚砌成整體，再以特殊鉆頭鉆風(fēng)眼，材質(zhì)采用電熔再結(jié)合鎂鉻磚或直接結(jié)合鎂鉻磚。風(fēng)口區(qū)也采用上述材料。筒體和端墻在渣線部分采用優(yōu)良燒結(jié)鎂磚。爐口砌磚是結(jié)構(gòu)強度薄弱的部位，特別是爐口和圓形筒體的交接處，因形狀復(fù)雜、磚的加工量大、磚縫多而難以掌握，爐口又是加料、倒渣、排煙的通道，工藝操作較為頻繁，溫度變化頻繁、銅渣噴濺、煙氣沖刷。爐口清理機械的碰撞和磨損、CuS2、SO2的侵蝕非常嚴(yán)重，內(nèi)襯工作條件較為惡劣。為此在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采取措施，盡量減少磚型，減少結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)，在材質(zhì)選擇上，全部選用直接結(jié)合鎂鉻磚，提高爐體的整體壽命。

　　7）粗銅熔煉爐（陽極爐）

　　我國目前的粗銅精煉設(shè)備還有不少是陽極反射爐，內(nèi)層磚襯主要為鎂鋁磚和鎂磚，少量爐子渣線附近采用燒結(jié)鎂鉻磚，陽極反射爐爐寬較小，一般為拱頂，爐頂壽命與陽極反射爐的爐齡密切相關(guān)，小爐型，特別是鎂磚爐頂壽命一般為3~4個月。

　　回轉(zhuǎn)式精煉爐是能夠回轉(zhuǎn)的筒型爐，但沒有轉(zhuǎn)爐中的大量風(fēng)口，只有兩個氧化還原孔，且作業(yè)時間較短。由于經(jīng)常轉(zhuǎn)動，沒有固定的渣線，爐渣的侵蝕和熔融金屬的沖刷，幾乎占據(jù)了2/3以上的爐膛內(nèi)表面，因此，一般要求內(nèi)襯鎂鉻磚的Cr2O3含量大于22，在氧化還原口和出銅口處要求更高，經(jīng)常采用直接結(jié)合鎂鉻磚或電熔再結(jié)合鎂鉻磚。

　　2、鉛鋅工業(yè)

　　1）鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐

　　鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐是在一臺設(shè)備中同時冶煉出兩種金屬鉛和鋅的特殊鼓風(fēng)爐。其特點是，使用800-850℃熱風(fēng)鼓風(fēng)；爐頂保持1050-1100℃的高溫；爐缸只有渣口，前床出鉛。鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐爐缸采用鎂磚砌筑，爐腹是水套，爐身采用高鋁磚砌筑，爐頂用高鋁質(zhì)不定形耐火材料打結(jié)。鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐的前床均為電熱前床，其壽命比鼓風(fēng)爐低。主要是渣侵蝕沖刷渣線所致。目前國內(nèi)兩座鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐，其前床內(nèi)襯分別采用鉻渣磚和鋁鉻鈦磚，爐齡雖可達(dá)1年以上，但仍低于鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐壽命。如何進(jìn)一步提高電熱前床的爐壽命，使之與鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐壽命相匹配，是提高鉛鋅密閉鼓風(fēng)爐作業(yè)率的關(guān)鍵。

　　2）氧氣底吹煉鉛爐

　　氧氣底吹熔煉技術(shù)的開發(fā)，是從鉛冶煉工藝的改造開始，也是首先在粗鉛冶煉中得到應(yīng)用的，目前國內(nèi)鉛冶煉企業(yè)大量采用氧氣底吹熔煉技術(shù)，已有十幾臺氧氣底吹煉鉛爐投入生產(chǎn)。對氧氣底吹煉鉛爐耐火材料的研究已有良好的開端，進(jìn)一步改進(jìn)耐火材料耐火材料，提高爐壽命，是氧氣底吹熔煉技術(shù)的開發(fā)的重要條件。

　　3）鋅精礦流態(tài)化焙燒爐

　　鋅精礦流態(tài)化焙燒爐(沸騰爐)是濕法煉鋅和蒸餾法煉鋅處理鋅精礦不可缺少的熱工設(shè)備，雖然爐內(nèi)氣氛不同(分酸化焙燒和氧化焙燒)、爐型不同(圓形爐、圓形—級擴大爐、方形爐}，但都采用粘土磚砌筑而成，爐底分布板，加料前室、排料口等部分也有采用粘土質(zhì)耐火混凝土搗制。流態(tài)化焙燒爐的發(fā)展方向是大型化，另一發(fā)展方向應(yīng)該是采用不定形耐火材料。