有色冶煉行業(yè)冶煉爐型及需要使的耐火材料

一、鼓風(fēng)爐

鼓風(fēng)爐廣泛應(yīng)用于銅、鉛、鉛鋅、銻等金屬的粗煉過程。鼓風(fēng)爐由爐頂、爐身、本床（也稱咽喉口）、爐缸、風(fēng)口裝置等組成。冶煉爐料（精礦、燒結(jié)礦等）、焦炭、熔劑、反料等固體物料，從爐頂加入，爐身下部側(cè)面風(fēng)口裝置中鼓入的高壓空氣，在向上走的過程中，與向下的物料進(jìn)行熔化、氧化、還原等反應(yīng)，完成冶煉過程，液態(tài)金屬、锍、爐渣從爐子下部的咽喉口或爐缸排出，煙氣、煙塵、氣態(tài)金屬或金屬氧化物從爐頂煙氣出口排出。目前多為密閉爐頂，爐身為全水套，耐火材料只在咽喉口和爐缸使用，因其爐渣屬堿性爐渣，故咽喉口部分主要用鎂磚、鎂鉻磚、鋁鉻磚；爐缸側(cè)壁和爐底上部用鎂磚、鎂鉻磚、鋁鉻磚；爐底砌成反拱形。

有色冶煉行業(yè)冶煉爐型及需要使的耐火材料

二、反射爐

反射爐有熔煉反射爐和精煉反射爐，其結(jié)構(gòu)形式基本相同只是精煉反射爐規(guī)格較小。為長(zhǎng)方形爐體，生產(chǎn)是連續(xù)的，反射爐爐頭操作溫度一般為1400～1500℃，出爐煙氣溫度一般為1150～1200℃。爐底由下而上依次為石棉板、保溫磚層、粘土磚層、鎂鋁磚或鎂磚層。爐墻多采用鎂鋁磚或鎂磚，有些重要部位為了延長(zhǎng)使用壽命均采用鎂鉻磚砌筑，外墻一般采用粘土磚。爐頂采用吊掛式爐頂，小型反射爐爐頂采用磚拱，拱頂材質(zhì)為鎂鋁磚。

我國(guó)煉鉛（銅）工廠大多采用傳統(tǒng)的燒結(jié)—鼓風(fēng)爐熔煉流程，由于它存在著以下缺陷：

a、燒結(jié)過程中硫燃燒很不充分，返回料比率高；

b、鼓風(fēng)爐爐料中鉛（銅）含量低；

c、大量煙氣污染環(huán)境。

因而人們一直在努力探索煉鉛新工藝，其目的不外乎兩個(gè)方面：

1、利用反應(yīng)熱進(jìn)行熔煉；

2、用一步法工藝代替原來的多步法。

國(guó)外已成功地研究出艾薩爐（奧斯麥特爐）、卡爾多爐、QSL法、基夫賽特法、悉羅法、富氧煉鉛爐等新型煉鉛爐和新工藝。

三、艾薩爐（奧斯麥特爐）

艾薩爐爐體為簡(jiǎn)單的豎式圓筒形，其技術(shù)核心是采用了浸沒式頂吹燃燒噴槍，在多年小規(guī)模試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，芒特&8226;艾薩冶煉廠于1983年建成了一個(gè)處理量為5T/H的煉鉛艾薩爐。溶池溫度1170~1200℃艾薩熔煉工藝過程：爐體為具有耐火材料襯里的垂直圓柱體噴槍從爐頂中心插入爐內(nèi)，噴槍頭部浸沒在熔池的熔渣層內(nèi)，冶煉工藝所需的空氣或者富氧空氣通過噴槍送到渣面以下液態(tài)層中形成強(qiáng)烈攪動(dòng)狀態(tài)的熔池，爐料從爐頂加入直接落入處于強(qiáng)烈攪動(dòng)的熔池，快速被卷入熔體與吹入的氧反應(yīng)，爐料被迅速熔化，生成爐渣和鉛（銅）。

由于艾薩爐煉鉛（銅）工藝特點(diǎn)是物料混合時(shí)間很短，熔融金屬、渣、酸氣在爐子內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈攪拌，因而也決定了其工作環(huán)境比傳統(tǒng)煉鉛（銅）法苛刻得多：

a、熔融鉛（銅）、熔渣以及酸氣對(duì)耐火爐襯的強(qiáng)烈沖刷；

b、銃對(duì)耐火爐襯的化學(xué)侵蝕、滲透；

c、熱應(yīng)力破壞。

因此，艾薩爐鉛（銅）冶煉耐火材料爐襯須具有以下良使用性能，才能實(shí)現(xiàn)爐窯長(zhǎng)壽、、低耗等目的：

a、具有較高的常溫、高溫耐壓強(qiáng)度，較低的氣孔率以抵抗物料和熔融金屬、渣的沖刷；

b、用質(zhì)高純?cè)现谱?，產(chǎn)品中低熔物很少，能有效抵御環(huán)境與爐襯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)損毀并提高抗?jié)B透性；

c、具有質(zhì)的熱震穩(wěn)定性能，受熱應(yīng)力（溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力破壞輕微）。

艾薩爐各部位的耐火材料配置

1爐底

爐底一般為反拱，向放出口傾斜約2%，也可是平底，同樣向放出口傾斜2%，內(nèi)襯分三層：上面工作層用電熔再結(jié)合鎂鉻磚、半再結(jié)合鎂鉻磚；工作層下面為鎂鉻質(zhì)搗打料；下面是低氣孔粘土磚。

2爐墻

爐墻工作條件非常惡劣，下部（距爐底1000~2000mm的范圍）受到了強(qiáng)烈攪動(dòng)的熔體侵蝕、沖刷，因此采用耐高溫、耐沖刷、抗侵蝕性能好的電熔再結(jié)合鎂鉻磚或半再結(jié)合鎂鉻磚。

上部受噴濺熔渣的侵蝕和高溫?zé)煔獾臎_刷也宜采用爐墻下部同材質(zhì)或抗渣蝕能弱的直接結(jié)合鎂鉻磚。

3爐頂

由于爐頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件惡劣，宜用施工方便、耐侵蝕的鎂鉻澆注料，為增加其抗剝落性能，可在其中加入部分耐熱鋼纖維。

四、卡爾多爐

卡爾多爐用耐火材料損毀的主要因素及對(duì)耐火材料的要求和艾薩爐（奧斯麥特爐）相同。

卡爾多爐又稱氧氣斜吹轉(zhuǎn)爐,由于爐體傾斜而且旋轉(zhuǎn),增加了液態(tài)金屬和液態(tài)渣的接觸,提高了反應(yīng)效率。由于爐體旋轉(zhuǎn),爐體受熱均勻,侵蝕均勻,有利于延長(zhǎng)爐子壽命。

由于使用了氧氣,熔煉和吹煉都在同一爐內(nèi)進(jìn)行,故強(qiáng)化了熔煉過程,縮短了流程,且提高了煙氣中SO2濃度。

正確地選擇爐子內(nèi)膛形狀及尺寸,對(duì)于卡爾多爐冶煉過程化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行,減少噴濺,減輕爐底侵蝕,制造及安裝方便是很重要的。

吹煉是在1100～1300℃左右的高溫中進(jìn)行的,所以為保證一定的爐子壽命,須選擇合理的爐襯材質(zhì),并確定嚴(yán)格的砌筑方法。

卡爾多爐爐襯由電熔半再結(jié)合鎂鉻磚、直接結(jié)合鎂鉻磚、鎂砂和耐火纖維氈組成,電熔半再結(jié)合鎂鉻磚在吹煉過程中直接與爐內(nèi)液體金屬、液態(tài)爐渣和爐氣接觸,受到強(qiáng)烈的化學(xué)侵蝕和機(jī)械沖刷；在爐體旋轉(zhuǎn)過程中由于爐襯的自重作用而不斷地產(chǎn)生應(yīng)力改變；電熔半再結(jié)合鎂鉻耐火材料的結(jié)構(gòu)兼具直接結(jié)合鎂鉻耐火材料和電熔再結(jié)合鎂鉻耐火材料的特點(diǎn)，制品抗渣侵蝕性強(qiáng)，并具有較好的熱震穩(wěn)定性。是合適的卡爾多爐內(nèi)襯材料。直接結(jié)合鎂鉻磚作為襯耐火材料，具有抗熱震、耐侵蝕性能，可以保護(hù)爐殼。磚與磚之間有一層鎂砂填充料,以減輕鎂鉻磚熱膨脹對(duì)爐殼的壓力,并便于砌筑和拆爐。緊貼爐殼有厚度為10~30mm耐火纖維氈,起絕熱保溫作用。實(shí)踐證明襯磚與爐殼之間鋪設(shè)適當(dāng)厚度的填充層,不但不會(huì)降低爐襯壽命,而且會(huì)減少爐體散熱損失,節(jié)約燃料,同時(shí)又改善了爐子周圍的操作條件。

設(shè)計(jì)內(nèi)襯本應(yīng)根據(jù)各部位的工作環(huán)境及主要侵蝕作用選用不同厚度、不同材質(zhì)的耐火材料，以達(dá)到合理配置，降低成本；但考慮到卡爾多爐的侵蝕速度平均比較快（壽命2～3個(gè)月），并為了現(xiàn)場(chǎng)砌筑管理的標(biāo)準(zhǔn)化和便捷及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化趨勢(shì)，采用同一厚度、同一材質(zhì)的設(shè)計(jì)，并減少磚型。若需方另有要求，可按需方要求設(shè)計(jì)。

五、氧氣底吹爐

1、QLS法

QLS法在同一反應(yīng)器內(nèi)完成氧化和還原反應(yīng)，其反應(yīng)過程實(shí)際上分為兩步。內(nèi)襯的設(shè)計(jì)配置是否合理直接關(guān)系到爐子的壽命；內(nèi)襯的設(shè)計(jì)配置包括兩方面：一是確定合理的結(jié)構(gòu)和尺寸；二是正確選擇耐火材料。QLS法在我國(guó)只有白銀有，爐襯厚度350mm，熔池上部選用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚；熔池底部選用電熔再結(jié)合鎂鉻磚LDMGe－26。

2、氣底吹富氧煉鉛爐

氧氣底吹富氧煉鉛爐是一臺(tái)水平圓柱形反應(yīng)爐。熔池上部選用直接結(jié)合鎂鉻磚LZMGe－18；熔池底部選用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚LDMGe－18。或全部選用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚LDMGe－18。總用量約160噸。

六、揮發(fā)窯

揮發(fā)窯是處理浸出渣，回收Zn、Pb、In、Ge等有價(jià)金屬的回轉(zhuǎn)窯。揮發(fā)窯的特點(diǎn)是窯的砌體在高溫下隨窯殼一起轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)期處于震動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)還要承受爐料的磨損和撞擊作用；其耐火材料的損毀主要表現(xiàn)為：（1）熔融爐渣、金屬的侵蝕。（2）機(jī)械磨損。（3）高溫作用，窯中間斷反應(yīng)帶的溫度高達(dá)1300～1500℃。所以在窯中間斷反應(yīng)帶主要選用鋁鉻渣磚或鎂鋁鉻磚以達(dá)到延長(zhǎng)窯襯使用壽命的目的。鎂鋁鉻磚的特點(diǎn)是：一是在生產(chǎn)時(shí)加入大顆粒的預(yù)合成尖晶石料，利用各種礦物高溫下的膨脹不一致性使其內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，從而提高制品熱震穩(wěn)定性；二是鉻礦中含有Fe2O3，F(xiàn)e2O3向MgO中擴(kuò)散，增強(qiáng)了方鎂石和鎂鋁尖晶石的直接結(jié)合，促進(jìn)顆粒與基質(zhì)之間的結(jié)合，提高了材料的高溫強(qiáng)度；三是加入鉻鐵礦，其中的Cr2O3與Al2O3、MgO形成連續(xù)固溶體，提高了材料的致密度和耐磨性。

七、傾動(dòng)爐

為處理粗雜銅，貴冶引進(jìn)德國(guó)ＭＡＥＲＺ公司傾動(dòng)爐專利技術(shù)，包括傾動(dòng)爐爐體、燃燒系統(tǒng)、鑄錠系統(tǒng)、廢熱鍋爐、收塵系統(tǒng)及其它輔助設(shè)施。該傾動(dòng)爐具有反射爐可加料和扒渣的特點(diǎn)，又有回轉(zhuǎn)式陽(yáng)爐可根據(jù)不同操作周期改變爐位的點(diǎn)，機(jī)械化和自動(dòng)化程度高（傾轉(zhuǎn)采用液壓設(shè)備，加料采用靈活快捷的專用加料機(jī)），燃燒效率高，工人操作勞動(dòng)強(qiáng)度低。貴冶３５０噸傾動(dòng)爐為當(dāng)前大型號(hào)，可年處理含銅１０萬噸的物料。爐型見圖；選用耐火材料為電熔再結(jié)合鎂鉻磚或電熔半再結(jié)合鎂鉻磚，Cr2O3含量18以上。

八、閃速爐

閃速爐是芬蘭奧托昆普公司發(fā)明的處理粉狀硫化礦物的一種強(qiáng)化冶煉設(shè)備，一般由精礦噴嘴、反應(yīng)塔、沉淀池、上升煙道等四個(gè)主要部分組成。干燥后的爐料和預(yù)熱空氣通過精礦噴嘴進(jìn)行混合并高速噴入反應(yīng)塔內(nèi)，在高溫作用下，迅速進(jìn)行氧化脫硫、熔化、造渣等反應(yīng)，形成的熔體進(jìn)入沉淀池后進(jìn)一步完成造渣過程，并分離成富集金屬產(chǎn)品和爐渣，熔煉氣體產(chǎn)物由上升煙道排出。

精礦噴嘴使用的耐火材料一般為高鋁質(zhì)耐火澆注料或搗打料。

反應(yīng)塔是閃速爐內(nèi)熔煉反應(yīng)過程進(jìn)行的主要場(chǎng)所，上部溫度約為900～1100℃，下部溫度可達(dá)1350～1550℃，要求耐火材料耐高溫、耐沖刷、抗侵蝕、高溫穩(wěn)定性好。反應(yīng)塔頂與上部塔壁溫度較低，一般采用直接結(jié)合鎂鉻磚。中下部塔壁則采用電熔鑄鎂鉻磚或電熔再結(jié)合鎂鉻磚。

沉淀池中，熔煉過程終完成，熔體沉淀分離成為锍層和渣層，锍和渣通過不同的放出口放出。爐底和爐墻渣線部位以下選用電熔再結(jié)合鎂鉻磚，爐頂和爐墻渣線以上部為選用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚或直接結(jié)合鎂鉻磚。

上升煙道是閃速爐煙氣的排出口，其耐火材料主要是受夾帶著熔渣和煙塵的高溫?zé)煔獾臎_刷和侵蝕，一般選用直接結(jié)合鎂鉻磚。

九、諾蘭達(dá)爐

大冶有色公司為了提高產(chǎn)能和改善環(huán)保，新建諾蘭達(dá)熔煉工藝，１９９７年投產(chǎn)后，已形成１５萬噸粗銅生產(chǎn)能力。

諾蘭達(dá)熔煉工藝是加拿大諾蘭達(dá)公司研究開發(fā)的，為一水平圓柱形反應(yīng)爐，屬富氧熔池熔煉，在一個(gè)反應(yīng)爐內(nèi)完成精礦干燥、焙燒、熔煉和吹煉造渣工藝。熔池及渣線部位用電熔半再結(jié)合鎂鉻磚18，其他部分直接結(jié)合鎂鉻磚16。

十、轉(zhuǎn)爐

火法煉銅生產(chǎn)過程中從銅硫到粗銅的冶煉過程絕大部分是在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行的，煉鎳亦如此，轉(zhuǎn)爐是一橫臥的圓柱形筒體，鋼板筒體內(nèi)襯耐火材料，上方有一進(jìn)出物料的爐口，沿長(zhǎng)度方向的一側(cè)有一系列風(fēng)口；轉(zhuǎn)爐加入的大部分爐料是液態(tài)銅硫或低鎳锍，在風(fēng)口中鼓入高壓空氣的作用下進(jìn)行脫硫，造渣反應(yīng)，整個(gè)過程不用外加燃料，是自熱熔煉過程，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的煙氣不斷爐口噴出沿?zé)熣诌M(jìn)入收塵和制酸系統(tǒng)；反應(yīng)過程中所造的渣定期停風(fēng)后傾動(dòng)爐體從爐口到出；終的產(chǎn)品（粗銅或高鎳锍）也是停風(fēng)后傾動(dòng)爐體從爐口到出。

由于吹煉一段時(shí)間后，需停風(fēng)從爐口倒渣，倒完渣后再加入一批銅锍吹煉，如此循環(huán)幾次直到加完預(yù)定的銅锍，并全部吹煉成粗銅，這一冶煉周期即告結(jié)束，在這一周期內(nèi)轉(zhuǎn)爐溫度波動(dòng)在800～1500℃之間，另外冶煉過程中還要加入一些冷料和石英石，因此要求耐火材料要有很好的抗高溫急冷急熱性，接觸熔體和物料部分有較好的耐磨性，及抵抗酸性渣和堿性渣腐蝕的性能。

轉(zhuǎn)爐耐火材料分為風(fēng)口、風(fēng)口區(qū)、爐口、爐身、端墻幾個(gè)部分。風(fēng)口選用電熔再結(jié)合鎂鉻磚26，風(fēng)口區(qū)、爐口、爐身、端墻幾個(gè)部分選用電熔再結(jié)合鎂鉻磚16或電熔半再結(jié)合鎂鉻磚16。

陽(yáng)爐（精煉爐）

陽(yáng)爐也叫回轉(zhuǎn)式精煉爐，適用于精煉熔融粗銅，精煉作業(yè)為加料、氧化、還原、澆鑄，產(chǎn)品為陽(yáng)板。在圓柱形爐體上設(shè)有爐口，用于裝料和出銅，爐體側(cè)面設(shè)有少量風(fēng)口，在氧化期通入高壓空氣，在還原期通入還原劑；風(fēng)口不操作時(shí)置于熔體面以上，進(jìn)行氧化還原操作時(shí)，將爐子傾動(dòng)使風(fēng)口埋入熔體內(nèi)。陽(yáng)爐的爐膛溫度高于1350℃，與固定式爐不同的是沒有固定的熔池(渣)線，爐渣的侵蝕和熔融金屬的沖刷幾乎涉及2/3以上的爐膛內(nèi)表面；其次由于爐子需要經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，砌體與鋼殼間須緊密接觸，加大砌體與鋼殼間的靜磨擦而克服轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩以保持砌體的穩(wěn)定性，因此不設(shè)輕質(zhì)隔熱層；第三，為了減輕砌體荷重（以減少支撐裝置的荷重，減小傳動(dòng)功率消耗）在鋼殼表面溫度允許的條件下（300℃）盡量減薄砌層厚度。根據(jù)以上三個(gè)特點(diǎn)，該陽(yáng)爐筒體內(nèi)襯選用380mm厚的電熔再結(jié)合鎂鉻磚、65mm厚的粘土磚，兩端墻選用380mm厚的電熔再結(jié)合鎂鉻磚，加65mm厚的粘土磚，外貼10mm厚的耐火纖維板，出銅口和氧化還原口因風(fēng)口區(qū)工作面溫度波動(dòng)為劇烈，風(fēng)眼區(qū)部位的內(nèi)襯腐蝕較為嚴(yán)重，還要求受溫度變化，經(jīng)常需要檢修，故采用組合磚組成孔口。另外在材質(zhì)選擇上，兼顧耐侵蝕和耐急冷急熱性能，電熔半再結(jié)合鎂鉻磚制品抗渣侵蝕性強(qiáng)，并具有較好的熱震穩(wěn)定性。比較適應(yīng)該部位。

另外，在加料的兩個(gè)沖擊區(qū)，考慮到加料時(shí)溫度波動(dòng)影響，在該部位也選擇電熔半再結(jié)合鎂鉻磚。

燃燒口、煙氣出口因結(jié)構(gòu)和施工方便，采用鎂鉻質(zhì)搗打料打結(jié)。