三種煉銅方法及爐襯用耐火磚介紹

 

白銀煉銅

白銀爐是一種側(cè)吹固定爐床，直接將硫化銅精礦等爐料放入熔池進(jìn)行造鏡熔煉，是一種固定的矩形爐。

爐內(nèi)熔池有隔墻，將爐分為熔煉區(qū)和沉淀區(qū)兩部分，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)動(dòng)態(tài)熔煉和靜態(tài)熔渣與冰銅分離。熔煉區(qū)拱頂設(shè)有進(jìn)料口，銅精礦和熔劑通過(guò)進(jìn)料口投入熔煉區(qū)。落入熔池的爐料立即散布在通風(fēng)口鼓入富氧空氣激烈攪拌的熔體中，氧化反應(yīng)和殘?jiān)磻?yīng)迅速完成。熔煉區(qū)產(chǎn)生的高溫熔體通過(guò)隔墻下通道進(jìn)入平靜的沉淀區(qū)，爐渣與冰銅分離。爐渣和冰銅分別通過(guò)渣口和虹吸口排出。

白銀煉銅法是我國(guó)創(chuàng)造的一套新型銅熔煉工藝，是熔池熔煉的一種。白銀有色金屬公司冶煉廠原采用反射爐熔化。白銀爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，對(duì)原材料和燃料適應(yīng)性強(qiáng)，熔化強(qiáng)度高，綜合能耗低，爐煙SO2濃度高，可產(chǎn)生酸回收。目前，白銀爐的基本爐型為矩形固定式，爐內(nèi)設(shè)有隔墻，將熔池分為上、下連接的熔煉區(qū)和沉淀區(qū)。隔墻一直建在爐頂上，將爐上部的煙氣空間完全隔離開(kāi)的白銀爐稱為兩段雙室爐。隔墻僅略高于熔池表面，爐上的煙氣空間稱為兩個(gè)單室爐。

熔煉區(qū)兩側(cè)設(shè)置若干風(fēng)口。爐料從熔煉區(qū)爐頂?shù)募恿峡诩尤肴鄢?，從兩?cè)風(fēng)口向熔池中鼓鼓富氧空氣。由于富氧空氣的攪拌，熔煉區(qū)的熔池處于劇烈的運(yùn)輸委員會(huì)狀態(tài)，空氣、熔體和爐料迅速混合，在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下完成熔煉反應(yīng)過(guò)程。產(chǎn)生的啞光和爐渣通過(guò)隔墻下通道流入沉淀區(qū)進(jìn)行沉淀分離后，由虹吸啞光和渣口釋放。雙室爐熔煉區(qū)的氣體和沉淀區(qū)的煙氣分別從兩個(gè)煙氣出口排出。單室爐的煙氣從煙氣出口排出。

白銀爐主要采用鎂鋁耐火材料。爐拱頂采用鎂鋁磚，厚度380mm。爐墻內(nèi)側(cè)采用鎂磚砌筑，厚度460mm，外側(cè)為粘土耐火磚，厚度115mm。銅永套冷卻在渣線上。

由于熔體攪拌激烈，化學(xué)反應(yīng)集中，溫度高，在風(fēng)口刺傷時(shí)承受機(jī)械沖擊，耐火材料的工作條件差，使用壽命短，是影響爐子維護(hù)周期的關(guān)鍵部件，采用電熔鉻鎂磚或與鉻鎂磚結(jié)合。爐中間的隔墻采用鎂鋁磚或鎂磚砌筑，冷卻水套冷卻。爐底反拱上層為鎂鋁磚，厚度380mm。下層為鎂搗料，形成反拱，粘土磚為基毫。爐底總厚度約為l000mm。新的白銀爐將渣貧化爐納入一體，設(shè)計(jì)成兩室三段爐，包括熔煉區(qū)、沉淀區(qū)和貧化區(qū)。三個(gè)區(qū)之間的熔池上部由隔墻隔開(kāi)，下部相連。

白銀爐工作時(shí)，爐內(nèi)溫度為1100~1350℃，從風(fēng)口噴出的空氣或富氧速度高達(dá)300m/s左右，在爐內(nèi)強(qiáng)烈攪拌熔池，形成沸騰、飛濺狀態(tài)。因此，銀爐內(nèi)襯材料要求具有良好的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性，主要采用鎂和鎂鋁耐火材料。

耐火材料的易損部位為：熔煉區(qū)風(fēng)口、熔煉區(qū)爐拱及中隔墻附近爐墻及沉淀區(qū)渣線。由于熔體攪拌激烈，化學(xué)反應(yīng)集中，溫度高，在風(fēng)口刺傷時(shí)承受機(jī)械沖擊，耐火材料的工作條件差，使用壽命短是影響爐子維護(hù)周期的關(guān)鍵部件，采用電熔鑄鉻鎂磚或與鉻鎂磚結(jié)合。

爐拱頂采用鎂鋁磚，爐墻內(nèi)襯采用鎂磚砌筑，渣線采用銅水套冷卻。爐中間的隔墻由鎂鋁磚和鎂磚砌成，并由冷卻水套保護(hù)。白銀熔煉爐爐床不寬(小于4m)，所以爐頂為拱頂，用鎂鋁磚砌筑，爐底為反拱，用鎂磚砌筑。

 

冰銅熔煉電爐內(nèi)襯用耐火磚

礦熱電爐也可用于電力豐富、條件允許的地區(qū)。電爐一般為矩形，爐面積50~150m2，爐體由爐頂、爐壁爐底等部分組成。

爐基柱上架空整個(gè)爐子，便于通風(fēng)冷卻，保護(hù)爐底。電爐的熔化過(guò)程通過(guò)電弧和電阻加熱熔化材料，爐內(nèi)氣氛為還原氣氛。處理的材料和產(chǎn)品與反射爐相同，但爐內(nèi)溫度高，爐渣和冰銅粘度降低，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)進(jìn)行環(huán)流運(yùn)動(dòng)，對(duì)爐襯有一定的沖刷和磨蝕作用，嚴(yán)重的損壞是渣線區(qū)。因此，粘土磚通常用于側(cè)墻和端墻的內(nèi)襯，鎂磚或鎂鉻磚用于渣線以下，粘土磚用于渣線以上和爐頂其他部位。

銅熔爐襯磚在使用過(guò)程中受到應(yīng)力的影響。應(yīng)力可以通過(guò)化學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械等因素作用于爐襯。磚損壞的化學(xué)因素有:1)熔體滲透引起的侵蝕主要來(lái)自爐渣和冰銅；2)冰銅中SO2體擴(kuò)散引起的位蝕；3)氧壓變化或低氧分壓引起的氧化還原或還原；4)特殊情況下，如使用生精礦或重建爐襯開(kāi)始加熱時(shí)的水化作用。

耐火磚損壞的熱學(xué)因素有：1）爐加熱和冶煉過(guò)程中放熱反應(yīng)決定的溫度值；2）裝料或爐作業(yè)異常引起的嚴(yán)重間歇性熱震；3）熔池中的銅滲透；4）回轉(zhuǎn)爐中循環(huán)周期性溫度變化引起的熱疲勞。

磚損壞的機(jī)械因素有:1)爐內(nèi)材料(如金屬、冰銅、渣、爐料、充滿灰塵的廢氣等。)運(yùn)動(dòng)造成的磨損。)，冶煉的某些階段，吹還原造成的磨損；2)裝料或風(fēng)口刺穿造成的沖擊應(yīng)力；3)轉(zhuǎn)爐周期性荷載變化造成的機(jī)械疲勞；4)爐襯耐火磚砌筑不當(dāng)造成的應(yīng)力。

上述因素會(huì)對(duì)磚爐襯造成腐蝕，這些應(yīng)力的相互作用往往對(duì)磚有害。煉銅轉(zhuǎn)爐襯里，特別是風(fēng)口區(qū)和渣線部位，耐火磚襯里應(yīng)具有良好的耐渣性；磚密度應(yīng)高；耐熱性好；耐壓強(qiáng)度高。

鎂鉻磚或鉻鎂磚廣泛應(yīng)用于各國(guó)煉銅轉(zhuǎn)爐的內(nèi)襯。鎂磚很少使用，因?yàn)樗蜔嵴鸱€(wěn)定性差，很少使用。

在轉(zhuǎn)爐風(fēng)口區(qū)域和渣線部位，是轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯的薄弱壞節(jié)。由于這些部位溫差波動(dòng)和渣侵蝕嚴(yán)重，應(yīng)選用質(zhì)耐火材料，一般采用鎂鉻磚或熔合鎂鉻磚。

磚損壞的化學(xué)因素有哪些？

(1)熔體滲透引起的侵蝕主要來(lái)自爐渣，也有冰銅(2)冰銅中$02體擴(kuò)散引起的位蝕(3)氧壓變化或低氧分壓引起的氧化還原作用或還原作用4)特殊情況，如使用生精礦或重建爐襯開(kāi)始加熱時(shí)的水化作用。

各部位耐火磚推薦：轉(zhuǎn)爐出風(fēng)口磚和出風(fēng)口轉(zhuǎn)是轉(zhuǎn)爐襯損壞嚴(yán)重的部位。為了提高出風(fēng)口的完整性和出風(fēng)口位置的準(zhǔn)確性，出風(fēng)口區(qū)域采用實(shí)體磚砌成整體，然后采用特殊鉆頭鉆孔，材料采用鎂鉻磚或直接結(jié)合鎂鉻磚；出風(fēng)口區(qū)域也采用鎂鉻磚直接結(jié)合；

筒體和端墻在渣線上采用質(zhì)鎂鉻磚或鎂磚；爐口砌磚是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薄弱的環(huán)節(jié)，尤其是爐口與圓筒的交接處，形狀復(fù)雜，磚加工量大，磚縫多，難以控制。

爐口是加料、排渣、排煙的通道。工藝操作繁瑣，溫度變化頻繁，銅渣濺出，煙氣沖刷，爐口清洗機(jī)械碰撞磨損，化學(xué)侵蝕嚴(yán)重，襯里工作條件惡劣。因此，在選擇耐火磚時(shí)，應(yīng)盡量減少磚型，減少結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，直接結(jié)合鎂鉻磚，提高爐體的張力使用壽命。

 

耐火材料在冰銅吹煉轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用

轉(zhuǎn)爐冰銅吹制分為渣期和銅期。渣期主要為定期，分批向轉(zhuǎn)爐注入熱冰銅，鼓風(fēng)氧化，添加熔劑渣，定期倒出渣，獲得含銅70%以上的白冰銅；銅期繼續(xù)鼓風(fēng)氧化，無(wú)需添加熔劑，將白冰銅吹成粗銅。

轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯主要為鎂鉻耐火材料，內(nèi)襯易損部位主要為風(fēng)口及風(fēng)口區(qū)、爐口及端墻等部位。特別是風(fēng)口和風(fēng)口區(qū)，使用條件苛刻，也是易損的部位。解決風(fēng)口和風(fēng)口區(qū)耐火材料的使用壽命，不僅可以減少整個(gè)轉(zhuǎn)爐襯的腐蝕，而且可以大大提高轉(zhuǎn)爐的年齡。重有色金屬金中轉(zhuǎn)爐用耐火材料的消耗比例較大。

轉(zhuǎn)爐是目前廣泛使用的煉鋼方法，占全球近65%。鋼爐主要由轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。對(duì)于轉(zhuǎn)爐，內(nèi)部使用的耐火材料一般受到高溫渣的侵蝕。因此，在選擇轉(zhuǎn)爐澆注料時(shí)，須注意，一般選擇耐渣、耐高溫的耐火材料，如高純鎂白云石磚、各種質(zhì)鎂磚等。

轉(zhuǎn)爐吹制為間歇操作。每個(gè)周期內(nèi)，都有許多停止進(jìn)料和倒渣的操作。在吹制過(guò)程中，爐內(nèi)溫度為1200~1300℃。當(dāng)停止進(jìn)料、倒渣和倒粗銅時(shí)，爐內(nèi)吸入大量冷空氣，溫度迅速下降。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)料時(shí)爐溫下降300~500℃，轉(zhuǎn)爐爐溫波動(dòng)800~1500℃。因此，轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯的耐火材料應(yīng)具有良好的耐熱性和抗震性能。

轉(zhuǎn)爐作業(yè)時(shí)，高壓空氣通過(guò)風(fēng)口吹出，在風(fēng)口周?chē)纬蓮?qiáng)烈的攪拌。高溫熔體對(duì)爐襯有很強(qiáng)的沖刷作用。因此，風(fēng)口區(qū)轉(zhuǎn)爐的耐火材料，特別是風(fēng)口區(qū)的耐火材料，應(yīng)具有良好的耐磨性。同時(shí)，在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，應(yīng)添加一些冷料和固體造渣劑，并在吹制過(guò)程中添加石英石造渣。爐渣的主要成分包括FEO、CaO和SiO2。爐渣類(lèi)型從弱酸到強(qiáng)堿性，因此爐襯需要良好的耐堿性渣。

轉(zhuǎn)爐出風(fēng)口磚和出風(fēng)口區(qū)磚是轉(zhuǎn)爐襯損壞嚴(yán)重的部位。為了提高出風(fēng)口的完整性和出風(fēng)口位置的準(zhǔn)確性，目前出風(fēng)口磚采用實(shí)體磚砌成整體，然后采用特殊鉆孔鉆孔，材料采用熔體顆粒結(jié)合鎂鉻磚或直接結(jié)合鎂鉻磚。上述材料也用于風(fēng)口區(qū)。渣線部分采用質(zhì)鎂鉻磚或鎂磚。

爐口砌磚是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薄弱的部位，尤其是爐口與圓筒的交接處。由于形狀復(fù)雜，磚加工量大，磚縫多，難以掌握；爐口是加料、倒渣、排煙的通道。工藝操作頻繁，溫度變化頻繁，銅渣濺出，煙氣沖刷，爐口清洗機(jī)械碰撞磨損。CuS2和SO2的侵蝕非常嚴(yán)重，襯里的工作條件其惡劣。因此，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采取措施，盡量減少磚型，減少結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)；在材料選擇上，所有選擇直接結(jié)合鎂鉻磚，以提高爐體的整體壽命。

轉(zhuǎn)爐內(nèi)襯主要為鎂鉻耐火材料，鎂鉻磚具有良好的耐急、耐冷、耐熱、耐磨、耐堿渣性能。內(nèi)襯的易損部位主要是風(fēng)口和風(fēng)口區(qū)、爐口和端墻。特別是風(fēng)口和風(fēng)口區(qū)，使用條件苛刻，也是易損的部位。解決風(fēng)口和風(fēng)口區(qū)耐火磚的使用壽命，不僅可以減少整個(gè)轉(zhuǎn)爐襯的腐蝕，而且可以大大提高轉(zhuǎn)爐的年齡。