有色冶炼炉用耐火材料研究与应用张桧楠

有色冶炼炉用耐火材料研究与应用张桧楠

张桧楠

（山东恒邦冶炼股份有限公司264109）

摘要：随着我国工业的不断发展，有色金属冶炼成为金属工业中的重要组成部分。但是与普通钢铁冶炼相比有色金属冶炼需要更多的耐火材料，来保证冶炼过程中冶炼炉的稳定性。但是当前所用的有色金属冶炼炉用耐火材料对环境具有巨大的危害，所以需要探索更多新的炉用耐火材料，减少金属冶炼行业对的环境污染，是我国的金属冶炼工业能够实现可持续发展。本文通过对当前有色金属冶炼炉中所使用的耐火材料的缺点进行描述，提出一些可供选择的新型耐火材料并说明其功能性质，最后总结随着冶炼技术的发展，金属冶炼工业对耐火材料提出的新的要求。希望能够为相关领域提供借鉴，促进我国金属冶炼工业的可持续发展、保护我国环境不受侵害。

关键词：有色冶炼；炉用耐火材料；研究

炉用耐火材料作为一种无机非金属材料，能够广泛用于钢铁、有色金属、水泥、玻璃等工业生产之中，是保证这些工业实现安全生产和技术发展所必需的材料，并且有着不可替代的作用。我国是金属材料生产大国，钢铁生产工业居世界首位，在有色金属冶炼工业规模也相当大，多业对于耐火材料的消耗量十分巨大，但是由于有色金属种类较多，且冶炼工艺相对复杂所以需要的耐火材料也不尽相同。对于耐火材料的研究是当前提高有色金属冶炼效率的关键。

一、当前的有色金属冶炼炉用耐火材料

近年来，我国的工业生产取得了突飞猛进的发展，其中有色金属冶炼工业也取得了长足的进步。到目前为止，我国通过自主研发和引进外国先进的生产技术并加以研究，我国的有色金属冶炼工艺和冶炼装备都达到了世界先进水平，并且更加节能环保。当前随着我国开始建设建设生态文明国家，也要求着有色金属冶炼的耐火材料向着更加长寿、节能、环保的方向发展[1]。

对耐火材料需求比较多的是铜、锌、铅、镍、铝等冶炼工业，有色金属的冶炼对温度的需求相对较高，含碳的耐火材料中的碳容易在高温中被氧化分解，所以并不适用于作为有色金属的耐火材料。目前有色金属冶炼所使用的耐火材料多为Cr2O3和ZrO2。

有色金属冶炼行业中需求最大的就是碱性耐火材料，我国的镁质耐火材料资源比较丰富这也为我国有色金属冶炼的发展提供了资源保障。当前镁铬质耐火材料是碱性耐火材料中的主流，但是我国的铬资源相对匮乏，所以当前进行耐火材料生产时所用的铬全都依赖于进口，这对一个国家的工业生产呢来说很不安全。此外，-所以加快研究新的耐火材料势在必行。

二、新增的冶金炉用耐火材料

工业的发展不能受制于人，随着我国科技水平的不断发展，对高性能耐火材料的研发力度也在不断加大。当前一些企业已经研发支出性能较好的有色金属冶炼耐火材料在铜、铅、锌等金属冶炼上取得了良好的使用效果。此外还有多种新型的耐火材料一起优越的性能已经被广泛用于各个领域。

（一）改性电容与镁铬砖相结合

为了使风口区镁铬砖的稳定性得到提高，减少其他成分对其的侵蚀，研发人员对镁铬砖进行了改进，并通过复合技术添加了ALO3与ZrO2微粉，镁铬砖内的尖晶石含量得到提高、气孔率降低。镁铬砖的耐高温性能和结构稳定性得到了大幅提高，在面对铁硅渣和锍的渗透时表现出了良好的性能，并且可已进行反复使用，当前已经能够达到200多次的使用寿命[2]。

（二）镁铝铬复合尖晶石结合氧化锆

镁铝铬复合尖晶石结合氧化锆的原理与复合材料的生产原理一致，都是在原有的基质中添加性能较好的材料使材料的整体性能得到提升。在镁铝铬复合尖晶石和氧化锆的结合过程中，是在镁铝铬复合尖晶石砖的基础上加入适量的氧化锆，使材料的耐高温、抗腐蚀、抗氧化还原等性能得到提高。

美铝铬复合尖晶石砖是由合成镁铝铬尖晶石为主要原料的，对铬资源的需求相对较少，增加对其使用能够有效缓解我国各资源贫乏的矛盾，同时冶炼成产企业的生产成本也会随之降低，增加有色金属冶炼的经济效益。镁铝锆铬复合尖晶石砖性能也非常优越，在锌挥发窖上应用，寿命达到了8个月以上，具有非常良好的耐腐蚀性能和抗冲刷性能。

（三）镁质喷补材料

镁质喷布材料是用于有色金属炉衬的修补材料，炉衬在对有色金属的冶炼过程中会受到侵蚀，而导致熔炉寿命缩短的问题。镁质喷布材料的出现在一定程度上延长了熔炉的使用寿命。镁质喷布材料的组成包括电熔镁砂、预合成镁铬尖晶石砂、镁橄榄石等，使用无机复合结合剂使其快速凝固并减少回弹量。这种喷补材料可以快速附着到炉衬受损部分并与之结合使损坏部分得到修补延长熔炉的使用寿命，大大减少了熔炉损耗所耗费的资金和人工，能够有效提高有色金属冶炼行业的经济效益[3]。

（四）功能型胶泥

耐火性泥浆，在钢铁、建材、有色金属、石化等窖炉的建造上都有着重要作用。目前虽然建造高温窖炉的材料有所突破，但是在窖炉建造时材料衔接部分仍然是薄弱环节，很容易被损坏。高温通常会造成窖炉衔接的火泥部分脱落，从而导致损坏加剧使用寿命降低。传统的耐火泥浆性能相对较弱，耐热性能有待提高，并且转温性能也有所欠缺；在进行温度较低、侵蚀性较强的夜色金属冶炼时会出现一些问题。国内当前也采用一些方法提高其性能，如向耐火泥浆中添加稀土等成分，虽然性能有所提升但是由于稀土本身价值很高所以导致改良后的材料成本过高，并且很难大规模进行使用。功能性胶泥的研发和使用可以对原有的镁铬火泥进行替代，并且非常符合当前绿色发展的理念，不会对环境产生破坏。

传统的火泥在使用时需要根据现场的施工设备的搅拌能力进行计算后分批搅拌，最后加入适量的调和剂调和使用。但是由于各种因素的影响搅拌后的耐火泥浆的性能和均匀程度有所不同，质量得不到保障。所以在功能型泥浆的使用时也要防止该种事情的发生，功能型高温胶泥生产是将耐火粉料和预混合添加剂混合后密封保存，胶液也按照1:1的比例与粉料混装，在使用时进行搅拌即可。性能的提高使功能性胶泥的使用寿命可以和其它熔炉建造材料保持一致，能够大大提高融炉使用寿命。

三、未来耐火材料及其相关领域的发展方向

有色金属冶炼中所需要的耐火材料通常是以碱性耐火材料为主。我国的镁资源比较丰富，并且质量相对较高完全可以用于高质量碱性耐火材料的生产。但是，长久以来我国的镁砂生产没有收到应有的重视，很多镁砂在生产出来后以非常低的价格进行出口，有的甚至被制成耐火材料后又被进口回来，经济效益非常低并且十分不利于我国的可持续发展。因此需要不断加大耐火材料的研发投入和镁的提纯技术，充分利用我国现有的资源进行耐火材料的研制。此外，我国的一些其他的矿产资源都具有非常优越的抗高温性能，需要不断进行研究并加以利用。

同时还需要改变当前我国耐火材料行业的发展现状，当前我国的耐火材料生产厂家众多，但是规模都很小并且生产技术和装备很落后，在占用了大量的资源的同时生产出的产品却满足不了国内有色金属冶炼所需耐火材料的要求。所以对相关行业收紧准入要求和产品要求，促使相关企业能够不断创新发展新的生产技术，使相关产业能够健康可持续发展。

总结

耐火材料的研究技术是关键，只有在技术上进行不断的创新，充分利用我国拥有的资源进行生产，提高产品性能才能获得最大的经济效益，促进国家生产的发展。为此，需要相关领域的研究人员加强研究、不断取得新突破。

参考文献

[1]陈肇友,蒋明学.炼铜、炼镍炉用耐火材料的选择与发展[A].北京:冶金工业出版社,1998:416-433.

[2]陈肇友.含碳耐火材料在炼铜、炼镍转炉中使用效果不理想的原因分析[J].1992,26(03):177.

[3]陈肇友.化学热力学与耐火材料[M].北京:冶金工业出版社,2005:515-518.

个人简介

姓名：张桧楠（1990.10--）；性别：女，籍贯：河南省商丘市，学历：本科，毕业于兰州理工大学；现有职称：助理工程师；研究方向：冶金化工；