铜冶炼炉（炼铜）用耐火材料

有色金属的冶炼与钢铁冶金相比较，工艺复杂，流程长，冶炼用炉窑种类多，应用的耐火材料种类也多。按用量计算，用得最多的镁砖、镁铬砖、粘土砖，高铝耐火砖、碳质材料等。

铜的生产工艺由五部分组成：炼前处理、冰铜熔炼、粗铜吹炼、火法精炼及电解精炼。铜精矿主要是硫化矿和氧化矿，自然铜很少。其中三分之二是硫化矿，与铁矿共生，伴有多种有价值的金属。因此在提取铜的同时必须回收有价金属，实行综合利用。

铜的冶炼使用的高温炉多，冶炼过程中物料性质变化很大。显然耐火材料的选用也是不同的。下面只作典型介绍。

一、冰铜熔炼炉用耐火材料

冰铜的冶炼目前应用最广的为鼓风炉，反射炉、电炉、闪速炉。由于原料、燃料及工艺技术条件的差异，炉用耐火材料也有差别。熔炼的原料为铜精矿(成烧结块、熔剂，硅石及石灰石)。产物为：冰铜、炉渣及含SO2的炉气。冰铜品位一般为25—55％。炉料和产品对耐火材料的侵蚀都很强。

1.反射炉用耐火材料

反射炉是我国主要的冰铜熔炼炉。使用煤或重油作燃料，炉温最高可达1750—1800℃。炉温高，物料熔化快、产品质量好，成本低。但耐火砖耗量大，材质要求高，筑炉要求严格。反射炉为长方形，大型铜反射炉的长*宽*高=(25—60)*(一14)*(2.4—3.8)m。炉内空间大，以辐射传热为主，炉内最高温度区域集中在炉顶。所使用耐火材料应耐高温、耐热震性好，体积密度大，重烧线变化小和抗渣性好。

(1)炉顶。中小型反射炉跨度小，炉顶一般为拱顶结构。过去曾用硅砖砌筑，现在采用高铝耐火砖砌筑。由于炉内温度高，倾向于改用吊挂式镁质材料炉顶。中、大型反射炉炉顶跨度大，均为吊桂结构。炉内温度高，炉气含尘率高，SO2浓度大，流速大(10m/s左右)，炉气对沪顶冲刷很严重。造成炉顶严重冲蚀、磨蚀、熔损；由于加料、出渣和放冰铜等操作，温度波动而引起耐火材料龟裂、剥落和炉渣喷溅侵蚀。因此，现在采用高铝耐火砖、镁铬砖等等作吊挂炉顶材料。

(2)炉墙。铜反射炉的炉墙分为侧墙和端墙。渣线以上部位主要受到高温热负荷的作用，以及高温含尘含SO2气流冲刷及熔渣和冰铜喷溅物的化学侵蚀。渣线及渣线以下部位主要受到熔渣及冰铜的化学侵蚀。损毁最严重、损毁速度最快的为渣线区域。因此，一般采用镁砖或铬砖、镁铬砖砌筑内衬。与熔体接触部位，主要还靠砖衬表面挂上一层渣皮，起保护作用，延长使用寿命。渣线区域采取加厚炉墙延长寿命，或采用直接结合镁铬砖窑作内衬，或炉墙外壁安装水冷套，内衬用优质碱性砖并挂渣皮保护。非工作层一般为粘土砖外加轻质耐火砖。

(3)炉底。

冰铜反射炉炉底主要受到熔融冰铜及熔渣的化学侵蚀、热应力的影响。有时耐火砖砖缝过大、砌筑不好，冰铜渗入炉底，会造成炉底砖漂浮损毁。一般采用多层结构复合炉底：在钢壳—卜面依次砌有耐火纤维毡、轻质耐火砖、镁砖，工作衬一般采用镁砂捣制烧结整体炉底或石英砂烧结炉底(少用)，并为反拱形结构。铜反射炉一般配有电热前床(电加热保温)，一般均采用镁砖或镁铬砖砌筑。

熔炼反射炉的横截面及所用耐火砖见图。

2.闪速炉用耐火材料

闪速炉是目前发展最快、自动化程度最高的冰铜熔炼炉。炉子主体由反应塔、沉降池两部分组成。处理的物料为粉状硫化铜精旷，产品为冰铜、炉渣及含SO2的烟气。闪速炉熔炼获得成功，优质耐火材料的应用起了重要的作用。

(1)反应塔。

反应塔是闪速炉最重要的组成部分。塔高6—13m，直径3—9m。含精矿粉的气固两相流由塔顶高速喷人，并在塔的上部瞬间完成化学反应并熔化成熔流高速向下运动进入沉降池。因此，气固两相流和高温高速熔体(渣和冰铜)对塔衬高速冲刷，侵蚀、磨蚀非常严重。一般塔体上部，内衬用高质量铬镁砖，外包钢壳，水淋强制冷却。塔体下部高温段(1400—1500℃)内衬用熔铸镁铬砖砌筑，外壳采用水套冷却，或采用铜管埋人浇注料内通水冷却。塔体与沉降池结合部位一般采用镁质耐火浇注料，或镁铬质耐火浇注料。这一部位是闪速炉炉衬寿命最低的部位。

(2)沉降池。

闪速炉沉降池为一长方形熔池，高2.5—5m，宽3—10m。池顶可为拱顶，多为吊挂顶。一般采用烧结镁铬砖或直接结合镁铬砖，为保证其稳固性和气密性，多为子母口异型耐火砖。外表铺加绝热材料。也可以采用铁壳镁铬砖。同时，还可采用镁铬质耐火浇注料炉顶，使用效果较耐火砖制品好，而且施工方便。沉降池侧墙渣线以下部位渣蚀严重，熔体运动冲蚀也很突出，一般采用镁铬砖砌非工作层，熔铸镁铬砖砌筑内衬。渣线以上区域及其它部位均采用直接结合镁铬砖。池底一般为多层结构复合炉底，由下至上依次为：轻质粘上砖、粘土砖、镁铬质捣打料船形垫层、镁铬砖工作衬。这样既可耐高温耐侵蚀，又可防止冰铜渗漏。而且一旦发现工作衬被损毁，在保持炉子整体性的条件下，进行炉底的修补比较方便。

3.矿热电炉用耐火材料

冰铜熔炼，在电力丰富，条件允许的地区，还可采用矿热电炉。矿热电炉炉体由炉顶、炉墙、炉底等部分组成。整个炉子架空在炉基的立柱上面，便于通风冷却。电炉的熔炼过程靠电弧和电阻加热熔化物料，故称矿热电炉。炉温可达1700℃，炉内为还原性气氛。所处理的物料和产品与反射炉熔炼相同，但炉内温度高，炉渣及冰铜的粘度降低，对耐火材料的化学侵蚀特别严重。在电场力的作用下，熔体在炉内作环流运动，对炉衬有一定的冲刷磨蚀作用。炉内最易损毁、损毁特别严重的部位：为渣线区域。

因此，一般采用镁砖或镁铬砖砌筑炉墙。镁铬砖的使用寿命比镁砖长得多。但使用到中、后期，渣线区域炉衬侵蚀，熔损达230—350mm以上。因此，常采用加厚炉墙结构：内衬砌镁铬砖，非工作层砌镁砖，炉墙总厚度为800一1100mm，炉墙与钢壳之间充填110一115mm镁砂。渣线以上部位多为镁砖砌筑，或采用优质粘土砖或高铝耐火砖。炉底最下层为粘土砖，上面砌2—3层镁砖或镁铬砖，为反拱形，总厚度达1000—1300mm。

由于电炉熔炼电耗高，许多国家主要采用反射炉熔炼法生产冰铜。

二、转炉用耐火材料

冰铜制成粗铜，采用转炉吹炼法。冰铜吹炼转炉分为卧式、竖式、圆筒形三种。目前世界各国多采用卧式转炉。

卧式转炉的规格型号很多，但普遍采用PS型侧吹转炉，并以中、大型为主。

转炉进行冰铜吹炼制取粗铜的过程分为两个周期：第一周期从装入冰铜及加入石英砂造渣到倒完渣为止，称造渣期，若杂质较多，要反复操作多次。造渣反应为激烈的放热反应，炉温升得很快。炉温过高会加速渣蚀作用和炉衬熔损。因此，造渣末期要加入，一定数量的冷料降温。第二周期为倒完渣后，连续吹炼至Cu：S中S全部脱除为止。当粗铜中含铜达99%以上时，吹炼结束，停止吹炼，出铜。转炉吹炼为间歇式操作，炉温高达1450℃以上，出铜后空炉壁温度约600—700℃，骤变剧烈，致使炉衬龟裂、剥落；炉衬受高温熔渣的化学侵蚀严重，渣线区域特别突出；熔体在外力(鼓风)作用下，熔体发生激烈的搅动，加上摇炉转动的影响；加剧了熔渣对炉衬的侵蚀。因此，转炉炉衬常发生熔损，剥落以及龟裂掉砖等现象。要求使用具有耐火度高、体积密度大、气孔率低、抗渣性好和耐热震性好的优质耐火材料。并且砌筑时砖缝要小，表面要平整。发生局部损毁时，要及时修补。

转炉用耐火材料各厂大致相同：在紧靠钢制炉壳一层为用卤水结合镁质耐火捣打料捣制永久衬，厚度为50—100mm，然后砌筑镁砖或镁铬砖工作衬，厚度为300—500mm。风口区及渣线区域内衬极易损毁，为转炉的薄弱环节，一般采用直接结合镁铬砖或熔铸镁铬砖。国外有的采用熔融镁砂制成的镁砖、熔融镁铬粒制成的镁铬砖、MgO含量为70%的熔铸镁铬砖、镁尖晶石砖和氧化钙砖，使用效果较好。

转炉炉衬寿命低，耐火材料单耗高。吹炼1吨粗铜消耗镁砖11kg，镁铬砖3kg。为了延长炉子寿命，除使用优质耐火材料外，主要是严格操作制度和热工制度。新砌的炉衬或大修后的炉衬，先经过严格的烘烤，达到指定温度之后，直接装入冰铜，不加造渣剂而直接吹炼，又便形成大量的Fe2O3等物质，让其粘附在炉衬表面上，挂渣皮，形成保护层后，方可投入正常吹炼。如不这样，镁铬砖难以抵挡熔融炉渣的强烈侵蚀作用，极易损毁。

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