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熔銅系列耐火材料主要針對(duì)目前的反射爐、閃速爐、鼓風(fēng)爐等該類爐子統(tǒng)稱為煉銅工業(yè)爐,操作溫度低于1600℃!目前大多數(shù)該類爐襯的損毀主要是化學(xué)侵蝕、高溫溶蝕、熱應(yīng)力和機(jī)械損傷所致,使用壽命爐子種類和操作條件不同而異。元領(lǐng)耐火材料主要可以直接保護(hù)爐頂、爐墻、爐底等部位!
元領(lǐng)耐材的熔銅搗打料以碳化硅、棕剛玉、石墨、為原材料,摻加多種超細(xì)粉添加劑,復(fù)合材料為結(jié)合劑制成的散狀料體。用于填充爐身冷卻設(shè)備與砌體間隙或砌體找平層用填充料。搗打料化學(xué)穩(wěn)定好、耐沖刷、抗磨損、抗剝落、耐熱震等特點(diǎn)!搗打料與同類材質(zhì)的其他不定型耐火材料相比,呈干或半干的松散狀,靠強(qiáng)力搗打獲得密實(shí)構(gòu)體,只有加熱到燒結(jié)溫度,結(jié)合體才會(huì)有強(qiáng)度??捎糜谌蹮挾喾N合金鋼,耐磨、耐腐、銅、鋁、鉻、錳、釩、鉬、鎳、普鋼等多種材質(zhì)的使用環(huán)境。
有色金屬的冶煉與鋼鐵冶金相比較,工藝復(fù)雜,流程長,冶煉用爐窯種類多,應(yīng)用的耐火材料種類也多。按用量計(jì)算,用得最多的鎂磚、鎂鉻磚、粘土磚,高鋁耐火磚、碳質(zhì)材料等。
冰銅的冶煉目前應(yīng)用最廣的為鼓風(fēng)爐,反射爐、電爐、閃速爐。由于原料、燃料及工藝技術(shù)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(jié)塊、熔劑,硅石及石灰石)。產(chǎn)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(chǎn)品對(duì)耐火材料的侵蝕都很強(qiáng)。
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(dá)1750-1800℃。爐溫高,物料熔化快、產(chǎn)品質(zhì)量好,成本低。但耐火磚耗量大,材質(zhì)要求高,筑爐要求嚴(yán)格。反射爐為長方形,大型銅反射爐的長*寬*高=(25-60)*(-14)*(2.4-3.8)m。爐內(nèi)空間大,以輻射傳熱為主,爐內(nèi)最高溫度區(qū)域集中在爐頂。所使用耐火材料應(yīng)耐高溫、耐熱震性好,體積密度大,重?zé)€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(jié)構(gòu)。過去曾用硅磚砌筑,現(xiàn)在采用高鋁耐火磚砌筑。由于爐內(nèi)溫度高,傾向于改用吊掛式鎂質(zhì)材料爐頂。中、大型反射爐爐頂跨度大,均為吊桂結(jié)構(gòu)。爐內(nèi)溫度高,爐氣含塵率高,SO2濃度大,流速大(10m/s左右),爐氣對(duì)滬頂沖刷很嚴(yán)重。造成爐頂嚴(yán)重沖蝕、磨蝕、熔損;由于加料、出渣和放冰銅等操作,溫度波動(dòng)而引起耐火材料龜裂、剝落和爐渣噴濺侵蝕。因此,現(xiàn)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(cè)墻和端墻。渣線以上部位主要受到高溫?zé)嶝?fù)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(xué)侵蝕。渣線及渣線以下部位主要受到熔渣及冰銅的化學(xué)侵蝕。損毀最嚴(yán)重、損毀速度最快的為渣線區(qū)域。因此,一般采用鎂磚或鉻磚、鎂鉻磚砌筑內(nèi)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(hù)作用,延長使用壽命。渣線區(qū)域采取加厚爐墻延長壽命,或采用直接結(jié)合鎂鉻磚窯作內(nèi)襯,或爐墻外壁安裝水冷套,內(nèi)襯用優(yōu)質(zhì)堿性磚并掛渣皮保護(hù)。非工作層一般為粘土磚外加輕質(zhì)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(xué)侵蝕、熱應(yīng)力的影響。有時(shí)耐火磚磚縫過大、砌筑不好,冰銅滲入爐底,會(huì)造成爐底磚漂浮損毀。一般采用多層結(jié)構(gòu)復(fù)合爐底:在鋼殼下面依次砌有耐火纖維氈、輕質(zhì)耐火磚、鎂磚,工作襯一般采用鎂砂搗制燒結(jié)整體爐底或石英砂燒結(jié)爐底(少用),并為反拱形結(jié)構(gòu)。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(fā)展最快、自動(dòng)化程度最高的冰銅熔煉爐。爐子主體由反應(yīng)塔、沉降池兩部分組成。處理的物料為粉狀硫化銅精曠,產(chǎn)品為冰銅、爐渣及含SO2的煙氣。閃速爐熔煉獲得成功,優(yōu)質(zhì)耐火材料的應(yīng)用起了重要的作用。
(1)反應(yīng)塔。反應(yīng)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(xué)反應(yīng)并熔化成熔流高速向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入沉降池。因此,氣固兩相流和高溫高速熔體(渣和冰銅)對(duì)塔襯高速?zèng)_刷,侵蝕、磨蝕非常嚴(yán)重。一般塔體上部,內(nèi)襯用高質(zhì)量鉻鎂磚,外包鋼殼,水淋強(qiáng)制冷卻。塔體下部高溫段(1400-1500℃)內(nèi)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(nèi)通水冷卻。塔體與沉降池結(jié)合部位一般采用鎂質(zhì)耐火澆注料,或鎂鉻質(zhì)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(jié)鎂鉻磚或直接結(jié)合鎂鉻磚,為保證其穩(wěn)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(shí),還可采用鎂鉻質(zhì)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(cè)墻渣線以下部位渣蝕嚴(yán)重,熔體運(yùn)動(dòng)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(nèi)襯。渣線以上區(qū)域及其它部位均采用直接結(jié)合鎂鉻磚。池底一般為多層結(jié)構(gòu)復(fù)合爐底,由下至上依次為:輕質(zhì)粘上磚、粘土磚、鎂鉻質(zhì)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(fā)現(xiàn)工作襯被損毀,在保持爐子整體性的條件下,進(jìn)行爐底的修補(bǔ)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(qū),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(gè)爐子架空在爐基的立柱上面,便于通風(fēng)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(dá)1700℃,爐內(nèi)為還原性氣氛。所處理的物料和產(chǎn)品與反射爐熔煉相同,但爐內(nèi)溫度高,爐渣及冰銅的粘度降低,對(duì)耐火材料的化學(xué)侵蝕特別嚴(yán)重。在電場力的作用下,熔體在爐內(nèi)作環(huán)流運(yùn)動(dòng),對(duì)爐襯有一定的沖刷磨蝕作用。爐內(nèi)最易損毀、損毀特別嚴(yán)重的部位:為渣線區(qū)域。
因此,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(qū)域爐襯侵蝕,熔損達(dá)230-350mm以上。因此,常采用加厚爐墻結(jié)構(gòu):內(nèi)襯砌鎂鉻磚,非工作層砌鎂磚,爐墻總厚度為800-1100mm,爐墻與鋼殼之間充填110-115mm鎂砂。渣線以上部位多為鎂磚砌筑,或采用優(yōu)質(zhì)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(dá)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(chǎn)冰銅。
冰銅制成粗銅,采用轉(zhuǎn)爐吹煉法。冰銅吹煉轉(zhuǎn)爐分為臥式、豎式、圓筒形三種。目前世界各國多采用臥式轉(zhuǎn)爐。臥式轉(zhuǎn)爐的規(guī)格型號(hào)很多,但普遍采用PS型側(cè)吹轉(zhuǎn)爐,并以中、大型為主。
轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冰銅吹煉制取粗銅的過程分為兩個(gè)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(zhì)較多,要反復(fù)操作多次。造渣反應(yīng)為激烈的放熱反應(yīng),爐溫升得很快。爐溫過高會(huì)加速渣蝕作用和爐襯熔損。因此,造渣末期要加入,一定數(shù)量的冷料降溫。第二周期為倒完渣后,連續(xù)吹煉至Cu:S中S全部脫除為止。當(dāng)粗銅中含銅達(dá)99%以上時(shí),吹煉結(jié)束,停止吹煉,出銅。轉(zhuǎn)爐吹煉為間歇式操作,爐溫高達(dá)1450℃以上,出銅后空爐壁溫度約600-700℃,驟變劇烈,致使?fàn)t襯龜裂、剝落;爐襯受高溫熔渣的化學(xué)侵蝕嚴(yán)重,渣線區(qū)域特別突出;熔體在外力(鼓風(fēng))作用下,熔體發(fā)生激烈的攪動(dòng),加上搖爐轉(zhuǎn)動(dòng)的影響;加劇了熔渣對(duì)爐襯的侵蝕。因此,轉(zhuǎn)爐爐襯常發(fā)生熔損,剝落以及龜裂掉磚等現(xiàn)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(yōu)質(zhì)耐火材料。并且砌筑時(shí)磚縫要小,表面要平整。發(fā)生局部損毀時(shí),要及時(shí)修補(bǔ)。轉(zhuǎn)爐用耐火材料各廠大致相同:在緊靠鋼制爐殼一層為用鹵水結(jié)合鎂質(zhì)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(fēng)口區(qū)及渣線區(qū)域內(nèi)襯極易損毀,為轉(zhuǎn)爐的薄弱環(huán)節(jié),一般采用直接結(jié)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(zhuǎn)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(yōu)質(zhì)耐火材料外,主要是嚴(yán)格操作制度和熱工制度。新砌的爐襯或大修后的爐襯,先經(jīng)過嚴(yán)格的烘烤,達(dá)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(zhì),讓其粘附在爐襯表面上,掛渣皮,形成保護(hù)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(qiáng)烈侵蝕作用,極易損毀
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