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              銅冶煉爐(煉銅)用耐火材料
              來源: | 作者:豫企耐材 | 發布時間: 2019-10-10 | 596 次瀏覽 | 分享到:


              有色金屬的冶煉與鋼鐵冶金相比較,工藝復雜,流程長,冶煉用爐窯種類多,應用的耐火材料種類也多。按用量計算,用得最多的鎂磚、鎂鉻磚、粘土磚,高鋁耐火磚、碳質材料等。

              的生產工藝由五部分組成: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,伴有多種有價值的金屬。因此在提取銅的同時必須回收有價金屬,實行綜合利用。

              銅的冶煉使用的高溫爐多,冶煉過程中物料性質變化很大。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

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

              1.反射爐用耐火材料

              反射爐是我國主要的冰銅熔煉爐。使用煤或重油作燃料,爐溫最高可達1750—1800℃。爐溫高,物料熔化快、產品質量好,成本低。但耐火磚耗量大,材質要求高,筑爐要求嚴格。反射爐為長方形,大型銅反射爐的長*寬*高=(25—60)*(一14)*(2.4—3.8)m。爐內空間大,以輻射傳熱為主,爐內最高溫度區域集中在爐頂。所使用耐火材料應耐高溫、耐熱震性好,體積密度大,重燒線變化小和抗渣性好。

              (1)爐頂。中小型反射爐跨度小,爐頂一般為拱頂結構。過去曾用硅磚砌筑,現在采用高鋁耐火磚砌筑。由于爐內溫度高,傾向于改用吊掛式鎂質材料爐頂。中、大型反射爐爐頂跨度大,均為吊桂結構。爐內溫度高,爐氣含塵率高,SO2濃度大,流速大(10m/s左右),爐氣對滬頂沖刷很嚴重。造成爐頂嚴重沖蝕、磨蝕、熔損;由于加料、出渣和放冰銅等操作,溫度波動而引起耐火材料龜裂、剝落和爐渣噴濺侵蝕。因此,現在采用高鋁耐火磚、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墻和端墻。渣線以上部位主要受到高溫熱負荷的作用,以及高溫含塵含SO2氣流沖刷及熔渣和冰銅噴濺物的化學侵蝕。渣線及渣線以下部位主要受到熔渣及冰銅的化學侵蝕。損毀最嚴重、損毀速度最快的為渣線區域。因此,一般采用鎂磚或鉻磚、鎂鉻磚砌筑內襯。與熔體接觸部位,主要還靠磚襯表面掛上一層渣皮,起保護作用,延長使用壽命。渣線區域采取加厚爐墻延長壽命,或采用直接結合鎂鉻磚窯作內襯,或爐墻外壁安裝水冷套,內襯用優質堿性磚并掛渣皮保護。非工作層一般為粘土磚外加輕質耐火磚。

              (3)爐底。

              冰銅反射爐爐底主要受到熔融冰銅及熔渣的化學侵蝕、熱應力的影響。有時耐火磚磚縫過大、砌筑不好,冰銅滲入爐底,會造成爐底磚漂浮損毀。一般采用多層結構復合爐底:在鋼殼—卜面依次砌有耐火纖維氈、輕質耐火磚、鎂磚,工作襯一般采用鎂砂搗制燒結整體爐底或石英砂燒結爐底(少用),并為反拱形結構。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。


              2.閃速爐用耐火材料

              閃速爐是目前發展最快、自動化程度最高的冰銅熔煉爐。爐子主體由反應塔、沉降池兩部分組成。處理的物料為粉狀硫化銅精曠,產品為冰銅、爐渣及含SO2的煙氣。閃速爐熔煉獲得成功,優質耐火材料的應用起了重要的作用。

              (1)反應塔。

              反應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反應并熔化成熔流高速向下運動進入沉降池。因此,氣固兩相流和高溫高速熔體(渣和冰銅)對塔襯高速沖刷,侵蝕、磨蝕非常嚴重。一般塔體上部,內襯用高質量鉻鎂磚,外包鋼殼,水淋強制冷卻。塔體下部高溫段(1400—1500℃)內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通水冷卻。塔體與沉降池結合部位一般采用鎂質耐火澆注料,或鎂鉻質耐火澆注料。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。一般采用燒結鎂鉻磚或直接結合鎂鉻磚,為保證其穩固性和氣密性,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,還可采用鎂鉻質耐火澆注料爐頂,使用效果較耐火磚制品好,而且施工方便。沉降池側墻渣線以下部位渣蝕嚴重,熔體運動沖蝕也很突出,一般采用鎂鉻磚砌非工作層,熔鑄鎂鉻磚砌筑內襯。渣線以上區域及其它部位均采用直接結合鎂鉻磚。池底一般為多層結構復合爐底,由下至上依次為:輕質粘上磚、粘土磚、鎂鉻質搗打料船形墊層、鎂鉻磚工作襯。這樣既可耐高溫耐侵蝕,又可防止冰銅滲漏。而且一旦發現工作襯被損毀,在保持爐子整體性的條件下,進行爐底的修補比較方便。

              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,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。整個爐子架空在爐基的立柱上面,便于通風冷卻。電爐的熔煉過程靠電弧和電阻加熱熔化物料,故稱礦熱電爐。爐溫可達1700℃,爐內為還原性氣氛。所處理的物料和產品與反射爐熔煉相同,但爐內溫度高,爐渣及冰銅的粘度降低,對耐火材料的化學侵蝕特別嚴重。在電場力的作用下,熔體在爐內作環流運動,對爐襯有一定的沖刷磨蝕作用。爐內最易損毀、損毀特別嚴重的部位:為渣線區域。

              因此,豫企耐材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得多。但使用到中、后期,渣線區域爐襯侵蝕,熔損達230—350mm以上。因此,常采用加厚爐墻結構:內襯砌鎂鉻磚,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,或采用優質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1000—1300mm。

              由于電爐熔煉電耗高,許多國家主要采用反射爐熔煉法生產冰銅。

              二、轉爐用耐火材料

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

              臥式轉爐的規格型號很多,但普遍采用PS型側吹轉爐,并以中、大型為主。

              轉爐進行冰銅吹煉制取粗銅的過程分為兩個周期:第一周期從裝入冰銅及加入石英砂造渣到倒完渣為止,稱造渣期,若雜質較多,要反復操作多次。造渣反應為激烈的放熱反應,爐溫升得很快。爐溫過高會加速渣蝕作用和爐襯熔損。因此,造渣末期要加入,一定數量的冷料降溫。第二周期為倒完渣后,連續吹煉至Cu:S中S全部脫除為止。當粗銅中含銅達99%以上時,吹煉結束,停止吹煉,出銅。轉爐吹煉為間歇式操作,爐溫高達1450℃以上,出銅后空爐壁溫度約600—700℃,驟變劇烈,致使爐襯龜裂、剝落;爐襯受高溫熔渣的化學侵蝕嚴重,渣線區域特別突出;熔體在外力(鼓風)作用下,熔體發生激烈的攪動,加上搖爐轉動的影響;加劇了熔渣對爐襯的侵蝕。因此,轉爐爐襯常發生熔損,剝落以及龜裂掉磚等現象。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質耐火材料。并且砌筑時磚縫要小,表面要平整。發生局部損毀時,要及時修補。

              轉爐用耐火材料各廠大致相同:在緊靠鋼制爐殼一層為用結合鎂質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。風口區及渣線區域內襯極易損毀,為轉爐的薄弱環節,一般采用直接結合鎂鉻磚或熔鑄鎂鉻磚。國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。為了延長爐子壽命,除使用優質耐火材料外,主要是嚴格操作制度和熱工制度。新砌的爐襯或大修后的爐襯,先經過嚴格的烘烤,達到指定溫度之后,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,讓其粘附在爐襯表面上,掛渣皮,形成保護層后,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烈侵蝕作用,極易損毀。





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