有色金屬的冶煉與鋼鐵冶金相比較，工藝復(fù)雜，流程長(zhǎng)，冶煉用爐窯種類(lèi)多，應(yīng)用的耐火材料種類(lèi)也多。按用量計(jì)算，用得最多的鎂磚、鎂鉻磚、粘土磚，高鋁耐火磚、碳質(zhì)材料等。

銅的生產(chǎn)工藝由五部分組成：煉前處理、冰銅熔煉、粗銅吹煉、火法精煉及電解精煉。銅精礦主要是硫化礦和氧化礦，自然銅很少。其中三分之二是硫化礦，與鐵礦共生，伴有多種有價(jià)值的金屬。因此在提取銅的同時(shí)必須回收有價(jià)金屬，實(shí)行綜合利用。

銅的冶煉使用的高溫爐多，冶煉過(guò)程中物料性質(zhì)變化很大。顯然耐火材料的選用也是不同的。下面只作典型介紹。

一、冰銅熔煉爐用耐火材料

冰銅的冶煉目前應(yīng)用最廣的為鼓風(fēng)爐，反射爐、電爐、閃速爐。由于原料、燃料及工藝技術(shù)條件的差異，爐用耐火材料也有差別。熔煉的原料為銅精礦(成燒結(jié)塊、熔劑，硅石及石灰石)。產(chǎn)物為：冰銅、爐渣及含SO2的爐氣。冰銅品位一般為25—55％。爐料和產(chǎn)品對(duì)耐火材料的侵蝕都很強(qiáng)。

1.反射爐用耐火材料

反射爐是我國(guó)主要的冰銅熔煉爐。使用煤或重油作燃料，爐溫最高可達(dá)1750—1800℃。爐溫高，物料熔化快、產(chǎn)品質(zhì)量好，成本低。但耐火磚耗量大，材質(zhì)要求高，筑爐要求嚴(yán)格。反射爐為長(zhǎng)方形，大型銅反射爐的長(zhǎng)*寬*高=(25—60)*(一14)*(2.4—3.8)m。爐內(nèi)空間大，以輻射傳熱為主，爐內(nèi)最高溫度區(qū)域集中在爐頂。所使用耐火材料應(yīng)耐高溫、耐熱震性好，體積密度大，重?zé)€變化小和抗渣性好。

(1)爐頂。中小型反射爐跨度小，爐頂一般為拱頂結(jié)構(gòu)。過(guò)去曾用硅磚砌筑，現(xiàn)在采用高鋁耐火磚砌筑。由于爐內(nèi)溫度高，傾向于改用吊掛式鎂質(zhì)材料爐頂。中、大型反射爐爐頂跨度大，均為吊桂結(jié)構(gòu)。爐內(nèi)溫度高，爐氣含塵率高，SO2濃度大，流速大(10m/s左右)，爐氣對(duì)滬頂沖刷很?chē)?yán)重。造成爐頂嚴(yán)重沖蝕、磨蝕、熔損；由于加料、出渣和放冰銅等操作，溫度波動(dòng)而引起耐火材料龜裂、剝落和爐渣噴濺侵蝕。因此，現(xiàn)在采用高鋁耐火磚、鎂鉻磚等等作吊掛爐頂材料。

(2)爐墻。銅反射爐的爐墻分為側(cè)墻和端墻。渣線以上部位主要受到高溫?zé)嶝?fù)荷的作用，以及高溫含塵含SO2氣流沖刷及熔渣和冰銅噴濺物的化學(xué)侵蝕。渣線及渣線以下部位主要受到熔渣及冰銅的化學(xué)侵蝕。損毀最嚴(yán)重、損毀速度最快的為渣線區(qū)域。因此，一般采用鎂磚或鉻磚、鎂鉻磚砌筑內(nèi)襯。與熔體接觸部位，主要還靠磚襯表面掛上一層渣皮，起保護(hù)作用，延長(zhǎng)使用壽命。渣線區(qū)域采取加厚爐墻延長(zhǎng)壽命，或采用直接結(jié)合鎂鉻磚窯作內(nèi)襯，或爐墻外壁安裝水冷套，內(nèi)襯用優(yōu)質(zhì)堿性磚并掛渣皮保護(hù)。非工作層一般為粘土磚外加輕質(zhì)耐火磚。

(3)爐底。

冰銅反射爐爐底主要受到熔融冰銅及熔渣的化學(xué)侵蝕、熱應(yīng)力的影響。有時(shí)耐火磚磚縫過(guò)大、砌筑不好，冰銅滲入爐底，會(huì)造成爐底磚漂浮損毀。一般采用多層結(jié)構(gòu)復(fù)合爐底：在鋼殼—卜面依次砌有耐火纖維氈、輕質(zhì)耐火磚、鎂磚，工作襯一般采用鎂砂搗制燒結(jié)整體爐底或石英砂燒結(jié)爐底(少用)，并為反拱形結(jié)構(gòu)。銅反射爐一般配有電熱前床(電加熱保溫)，一般均采用鎂磚或鎂鉻磚砌筑。

熔煉反射爐的橫截面及所用耐火磚見(jiàn)圖。

2.閃速爐用耐火材料

閃速爐是目前發(fā)展最快、自動(dòng)化程度最高的冰銅熔煉爐。爐子主體由反應(yīng)塔、沉降池兩部分組成。處理的物料為粉狀硫化銅精曠，產(chǎn)品為冰銅、爐渣及含SO2的煙氣。閃速爐熔煉獲得成功，優(yōu)質(zhì)耐火材料的應(yīng)用起了重要的作用。

(1)反應(yīng)塔。

反應(yīng)塔是閃速爐最重要的組成部分。塔高6—13m，直徑3—9m。含精礦粉的氣固兩相流由塔頂高速噴人，并在塔的上部瞬間完成化學(xué)反應(yīng)并熔化成熔流高速向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入沉降池。因此，氣固兩相流和高溫高速熔體(渣和冰銅)對(duì)塔襯高速?zèng)_刷，侵蝕、磨蝕非常嚴(yán)重。一般塔體上部，內(nèi)襯用高質(zhì)量鉻鎂磚，外包鋼殼，水淋強(qiáng)制冷卻。塔體下部高溫段(1400—1500℃)內(nèi)襯用熔鑄鎂鉻磚砌筑，外殼采用水套冷卻，或采用銅管埋人澆注料內(nèi)通水冷卻。塔體與沉降池結(jié)合部位一般采用鎂質(zhì)耐火澆注料，或鎂鉻質(zhì)耐火澆注料。這一部位是閃速爐爐襯壽命最低的部位。

(2)沉降池。

閃速爐沉降池為一長(zhǎng)方形熔池，高2.5—5m，寬3—10m。池頂可為拱頂，多為吊掛頂。一般采用燒結(jié)鎂鉻磚或直接結(jié)合鎂鉻磚，為保證其穩(wěn)固性和氣密性，多為子母口異型耐火磚。外表鋪加絕熱材料。也可以采用鐵殼鎂鉻磚。同時(shí)，還可采用鎂鉻質(zhì)耐火澆注料爐頂，使用效果較耐火磚制品好，而且施工方便。沉降池側(cè)墻渣線以下部位渣蝕嚴(yán)重，熔體運(yùn)動(dòng)沖蝕也很突出，一般采用鎂鉻磚砌非工作層，熔鑄鎂鉻磚砌筑內(nèi)襯。渣線以上區(qū)域及其它部位均采用直接結(jié)合鎂鉻磚。池底一般為多層結(jié)構(gòu)復(fù)合爐底，由下至上依次為：輕質(zhì)粘上磚、粘土磚、鎂鉻質(zhì)搗打料船形墊層、鎂鉻磚工作襯。這樣既可耐高溫耐侵蝕，又可防止冰銅滲漏。而且一旦發(fā)現(xiàn)工作襯被損毀，在保持爐子整體性的條件下，進(jìn)行爐底的修補(bǔ)比較方便。

3.礦熱電爐用耐火材料

冰銅熔煉，在電力豐富，條件允許的地區(qū)，還可采用礦熱電爐。礦熱電爐爐體由爐頂、爐墻、爐底等部分組成。整個(gè)爐子架空在爐基的立柱上面，便于通風(fēng)冷卻。電爐的熔煉過(guò)程靠電弧和電阻加熱熔化物料，故稱(chēng)礦熱電爐。爐溫可達(dá)1700℃，爐內(nèi)為還原性氣氛。所處理的物料和產(chǎn)品與反射爐熔煉相同，但爐內(nèi)溫度高，爐渣及冰銅的粘度降低，對(duì)耐火材料的化學(xué)侵蝕特別嚴(yán)重。在電場(chǎng)力的作用下，熔體在爐內(nèi)作環(huán)流運(yùn)動(dòng)，對(duì)爐襯有一定的沖刷磨蝕作用。爐內(nèi)最易損毀、損毀特別嚴(yán)重的部位：為渣線區(qū)域。

因此，一般采用鎂磚或鎂鉻磚砌筑爐墻。鎂鉻磚的使用壽命比鎂磚長(zhǎng)得多。但使用到中、后期，渣線區(qū)域爐襯侵蝕，熔損達(dá)230—350mm以上。因此，常采用加厚爐墻結(jié)構(gòu)：內(nèi)襯砌鎂鉻磚，非工作層砌鎂磚，爐墻總厚度為800一1100mm，爐墻與鋼殼之間充填110一115mm鎂砂。渣線以上部位多為鎂磚砌筑，或采用優(yōu)質(zhì)粘土磚或高鋁耐火磚。爐底最下層為粘土磚，上面砌2—3層鎂磚或鎂鉻磚，為反拱形，總厚度達(dá)1000—1300mm。

由于電爐熔煉電耗高，許多國(guó)家主要采用反射爐熔煉法生產(chǎn)冰銅。

二、轉(zhuǎn)爐用耐火材料

冰銅制成粗銅，采用轉(zhuǎn)爐吹煉法。冰銅吹煉轉(zhuǎn)爐分為臥式、豎式、圓筒形三種。目前世界各國(guó)多采用臥式轉(zhuǎn)爐。

臥式轉(zhuǎn)爐的規(guī)格型號(hào)很多，但普遍采用PS型側(cè)吹轉(zhuǎn)爐，并以中、大型為主。

轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冰銅吹煉制取粗銅的過(guò)程分為兩個(gè)周期：第一周期從裝入冰銅及加入石英砂造渣到倒完渣為止，稱(chēng)造渣期，若雜質(zhì)較多，要反復(fù)操作多次。造渣反應(yīng)為激烈的放熱反應(yīng)，爐溫升得很快。爐溫過(guò)高會(huì)加速渣蝕作用和爐襯熔損。因此，造渣末期要加入，一定數(shù)量的冷料降溫。第二周期為倒完渣后，連續(xù)吹煉至Cu：S中S全部脫除為止。當(dāng)粗銅中含銅達(dá)99%以上時(shí)，吹煉結(jié)束，停止吹煉，出銅。轉(zhuǎn)爐吹煉為間歇式操作，爐溫高達(dá)1450℃以上，出銅后空爐壁溫度約600—700℃，驟變劇烈，致使?fàn)t襯龜裂、剝落；爐襯受高溫熔渣的化學(xué)侵蝕嚴(yán)重，渣線區(qū)域特別突出；熔體在外力(鼓風(fēng))作用下，熔體發(fā)生激烈的攪動(dòng)，加上搖爐轉(zhuǎn)動(dòng)的影響；加劇了熔渣對(duì)爐襯的侵蝕。因此，轉(zhuǎn)爐爐襯常發(fā)生熔損，剝落以及龜裂掉磚等現(xiàn)象。要求使用具有耐火度高、體積密度大、氣孔率低、抗渣性好和耐熱震性好的優(yōu)質(zhì)耐火材料。并且砌筑時(shí)磚縫要小，表面要平整。發(fā)生局部損毀時(shí)，要及時(shí)修補(bǔ)。

轉(zhuǎn)爐用耐火材料各廠大致相同：在緊靠鋼制爐殼一層為用鹵水結(jié)合鎂質(zhì)耐火搗打料搗制永久襯，厚度為50—100mm，然后砌筑鎂磚或鎂鉻磚工作襯，厚度為300—500mm。風(fēng)口區(qū)及渣線區(qū)域內(nèi)襯極易損毀，為轉(zhuǎn)爐的薄弱環(huán)節(jié)，一般采用直接結(jié)合鎂鉻磚或熔鑄鎂鉻磚。國(guó)外有的采用熔融鎂砂制成的鎂磚、熔融鎂鉻粒制成的鎂鉻磚、MgO含量為70%的熔鑄鎂鉻磚、鎂尖晶石磚和氧化鈣磚，使用效果較好。

轉(zhuǎn)爐爐襯壽命低，耐火材料單耗高。吹煉1噸粗銅消耗鎂磚11kg，鎂鉻磚3kg。為了延長(zhǎng)爐子壽命，除使用優(yōu)質(zhì)耐火材料外，主要是嚴(yán)格操作制度和熱工制度。新砌的爐襯或大修后的爐襯，先經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的烘烤，達(dá)到指定溫度之后，直接裝入冰銅，不加造渣劑而直接吹煉，又便形成大量的Fe2O3等物質(zhì)，讓其粘附在爐襯表面上，掛渣皮，形成保護(hù)層后，方可投入正常吹煉。如不這樣，鎂鉻磚難以抵擋熔融爐渣的強(qiáng)烈侵蝕作用，極易損毀。

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