摘要：有色金属冶炼的主要设备就是有色金属冶炼炉窑，研究有色金属冶炼工业技术进步对耐火材料品种、质量的需求应该是耐火材料行业为有色金属冶炼炉窑延长寿命、提高产量主要的任务。现就铜、铅、锌等主要有色金属冶炼炉窑的现状和对耐火材料的要求进行介绍。
关键词：有色金属；金属冶炼；耐火材料；炉窑
目前，虽然我国耐火材料生产厂众多，但多数为规模小、技术水平低，设备落后的企业，它们占据了大量资源，对耐火材料工业的发展非常不利。应该通过市场竞争机制，淘汰一大批技术落后的耐火材料厂，采用耐火材料行业准入管理是当务之急。应该在加大技术改造及创新投入、加快淘汰落后产能、鼓励行业兼并重组、完善产业发展政策、充分发挥行业协会作用等方面制定切实可行的措施，使耐火材料工业的生产走上健康发展的道路。
一、再生金属工业概况
目前，一些再生金属的生产企业不仅生产规模大，而且采用了一些较先进的工艺，如再生铜领域采用竖平炉工艺、倾动炉精炼工艺、再生黄铜棒电炉熔炼—潜液转流—多头多流水平连铸工艺等；再生铝领域采用侧井熔炼炉工艺、回转炉工艺、三室反射炉工艺等；再生铅领域采用短回转窑熔炼工艺、氧气底吹熔炼鼓风炉还原炼铅新技术等。目前，再生金属行业正深入落实再生有色金属产业准入制度，再生金属行业已经走上了形式多样化、企业规模化、设备大型化、质量标准化、技术不断创新及产业升级速度加快的轨道。在这一过程中，采用先进的再生金属熔炼设备是很关键的，而其耐火材料起着重要的作用。以竖平炉（见图1）工艺为例：熔铜和熔铝的竖平炉是在反射炉（平炉）的尾部砌筑竖式通道（竖炉），因而称之为竖平炉。
图1 竖平炉结构图.png)
物料从竖炉顶部加入，反射炉的高温烟气从竖炉下部进入，预热物料后从竖炉上部排出。反射炉的最大缺点是热效率低，1100℃~1350℃的高温烟气不能充分利用。而竖平炉则因为烟气预热了物料，排出竖炉时仅400℃~600℃，大大提高了炉子的热效率。但竖炉炉壁受到固体物料的强力摩擦，因此，竖炉的耐火材料选泽是非常关键的，国内某厂采用铬刚玉砖和铬刚玉浇注料砌筑，效果不错。再生金属与原生金属的冶炼，虽然原理相同，但由于物料种类不同，冶炼方法和使用的设备（炉窑）也不相同。对再生金属炉窑及其耐火材料也有同的要求，值得耐火材料行业关注。
二、有色金属冶炼炉窑应用分析
（1）闪速炉
由于闪速炉反应塔内温度高，夹杂着熔体的高速气流对反应塔冲刷腐蚀，要求反应塔培壁必须采用抗高温、抗冲刷、耐腐蚀的优质耐火材料。目前均采用电熔镁铬砖，同时为保护电熔镁铬砖，在砖砌体中夹砌若干层水平铜板水套，在砖砌体与外壳之间设置水冷铜管或立式铜板水套，反应塔顶及上部低温区则使用普通镁铬砖砌筑。在反应塔与沉淀池顶的连接部分，要经受高温熔体及含尘高温气流的冲刷和强烈腐蚀，衬里极易损坏，故通常采用带翅片铜管捣固耐火浇注料或铜水套嵌砌优质镁铬砖的结构。沉淀池的主要作用是进一步完成造渣反应并沉淀分离熔体。沉淀池渣线附近，特别是反应塔下部的侧墙和端墙渣线附近，受高温熔体的冲刷腐蚀非常严重，通常在轴向上，设置带翅水冷铜管外包耐火浇注料，通冷却水的“H”型水冷梁夹砌在炉顶砖中，以防止沉淀池顶的轴向变形。
（2）诺兰达炉
诺兰达炉是我国成功引进的又一种大型冶炼铜锍炉型。由于在同一炉内要完成精矿干燥、焙烧、熔炼、吹炼造渣等工艺过程，炉内有强烈的搅拌，同时炉体还需转动，因此，对炉衬和炉用耐火材料有很高的要求。诺兰达炉炉衬损坏最厉害的是风口区、风口区对面的炉墙、渣线附近、铜锍放出口、渣口、炉口和加料口等部位。铜锍放出口砖采用熔铸镁铬砖，其他部位采用熔粒镁铬砖，炉身及端墙采用直接结合镁铬砖，底部砌瓦形高铝砖。熔粒镁铬砖与炉壳之间的间隙采用碳化硅耐火泥填充，直接结合镁铬砖与炉壳之间的间隙采用镁质耐火泥填充，炉身上部与炉壳之间的间隙不填充任何耐火材料，作膨胀缝之用。目前，国内可以生产诺兰达炉所用全部耐火材料，其性能与进口砖相近，但价格优势明显。
（3）澳斯麦特炉
澳斯麦特技术也称顶吹浸没熔炼技术，用于铜锍熔炼工艺中，澳斯麦特炉是其主体设备。澳斯麦特炉是一个圆柱体，上接呈收缩而向一侧偏斜的锥体部分，再通过过渡段与余热锅炉的垂直上升烟道连接，其锥体上部分别开有喷枪口、进料口、备用烧嘴口和取样观察口，在炉子底部则分别开有金属放出口和渣口，渣口稍高，整个炉体由钢壳包裹。澳斯麦特炉在铜、铅、锡冶炼过程中，虽然工艺条件不完全相同，但内衬的耐火材料基本相同。原料、燃料、预热空气在炉内形成强烈的搅动，炉身和上部炉衬受到固体原料、碱性液体渣、高温气体混合物的冲刷，条件极其恶劣。这些部位需要优质的耐高温、耐冲刷的材料如电熔镁铬砖或熔粒再结合镁铬转，有的炉子还应用了铬铝尖晶石砖。
（4）氧气底吹熔炼炉
氧气底吹熔炼技术是我国自行开发的铜、铅冶炼工艺，氧气底吹熔炼炉是其核心设备。氧气底吹熔炼炉炉体结构基本与回转式阳极炉相似，只是在炉底有一组氧气喷枪，进料口、出烟口、金属出口、渣口等有其本身的要求。由于固态和液态物料在高压氧气的强烈搅动下发生化学反应并产生高温，炉衬是在极其恶劣的环境下工作，特别是氧枪口区砖体，所受机械冲刷和化学侵蚀更严重。氧气底吹熔炼炉的内衬，全部采用优质镁铬质耐火砖或不定型耐火材料，以及包括铬铝尖晶石砖等优质耐磨材料。
（5）转炉
目前将铜锍冶炼成粗铜的主要设备是转炉。转炉工作条件恶劣：熔体被高压空气（或富氧空气）强力搅拌，炉衬受到猛烈冲刷，特别是加入大量的固态冷料和熔剂，加剧了对炉衬的冲刷；温度波动大，吹炼时炉温可达1350℃以上，而在停风加料（铜锍、熔剂、冷料）和倒渣时，炉温迅速降至1000C，甚至更低；冶炼过程中渣的性质不断变化，从弱碱性逐渐变成酸性。故对炉衬耐火材料提出了很高的要求。转炉风口砖和风口区的砖是转炉炉衬损坏最严重的部位，为了风口的整体性和风口位置的准确性。
三、有色金属用耐火材料发展的建议
有色金属用耐火材料，尤其是重金属冶炼炉窑用耐火材料，以碱性耐火材料为主。我国有丰富的镁矿资源，高质量镁砂是高质量碱性耐火材料的基础。多年来，镁砂生产没有受到足够的重视，相当多的低质镁砂廉价出口，被外商处理后，制成优质耐火材料出售，获取高额利润。低质镁砂也是我国碱性耐火材料质量不高的重要原因。因此，提高镁砂质量，即减少镁砂杂质（SiO2、CaO、FeO等）是提高碱性耐火材料的关键；同样，应提高对高铝砖、硅砖，粘土砖原料的质量，使各种耐火材料都有优质的原料。我国有丰富的锆英石资源，应充分利用氧化锆的耐高温、耐腐蚀、抗冲刷的优良性能，开展对含锆耐火材料进行研究，以期开发出价廉、质优、适合有色金属工业用的新型含锆耐火材料。我国铬资源很少，金属铬的产量很低，但有些企业利用生产金属铬产生的渣，研制出耐高温、耐冲刷、耐腐蚀的铬铝尖晶石制品，解决了不少有色冶金炉窑的炉寿问题。如株洲冶炼厂锌渣挥发窑在使用了该企业的铬铝尖晶石制品后，炉寿提高了几倍，深受该厂的欢迎。碳化硅、氮化硅等高级耐火材料，已应用于有色冶金炉窑的一些特殊部位，目前应着重在降低其成本上下功夫。
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论文作者:万学才
论文发表刊物:《基层建设》2016年14期
论文发表时间:2016/11/7
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