前言
耐火材料属于无机非金属材料学科,其产品直接应用于钢铁、有色、水泥、玻璃、陶瓷和化工、机械、电力等国民经济各个领域的高温工业生产过程中,是保证上述产业生产运行和技术发展必不可少的基本材料,在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。
我国有色金属工业是耐火材料消耗大户,虽然与黑色冶金相比较,耐火材料需求量相对较低,但有色金属种类繁多,冶炼工艺复杂,不同金属的生产工艺技术不同,冶炼方法和各种金属生产所使用的冶金炉窑也多种多样,所以需要的耐火材料也非常复杂,尤其是对高档碱性耐火材料的需求量非常大。
有色金属冶金用耐火材料
我国有色金属工业近年来无论是产量还是生产工艺技术及装备水平都取得了长足发展。迄今为止,我国有色金属工业在常规有色金属冶炼方面,通过自主研发和引进消化吸收,拥有了世界先进的技术和装备,这些工艺设备结构复杂,要求生产安全可靠、炉寿长,并且节能降耗、利于环保,有色冶金技术及炉窑的进步推动了耐火材料向着长寿命、节能、环保以及功能型方向发展金炉窑的运。耐火材料的技术进步与产品水平提高也延长了有色冶行寿命、提高了生产效率,为有色冶金工业发展提供了保障。
常用耐火材料在有色冶金行业中的不适应性
有色金属工业中消耗耐火材料较多的是铜、镍、铅、锌、锡与炼铝工业。在有色冶金熔炼炉与吹炼炉中,含碳耐火材料中的碳很易被氧化烧掉;CaO在FeO-SiO2渣中溶解度很大,与铁硅渣形成的液相区最大;SiO2是与FeO形成低熔点的熔剂。因此,含碳耐火材料、石灰与含CaO多的白云石耐火材料、硅砖与含SiO2的耐火材料均不适宜于用根据有色冶金用耐火材料现状。而Cr2O3及ZrO2与铁硅渣构成的液相区小,以及在FeOSiO2渣中溶解度小,表明Cr2O3与ZrO2耐火氧化物适于用来做有色重金属冶炼炉的炉衬。
有色冶金行业需求量最大的关键材料集中于碱性耐火材料品种方面。我国有丰富的镁质耐火材料资源,为碱性耐火材料生产提供了原材料保障。有色冶金用耐火材料,尤其是重金属冶炼窑炉用耐火材料,以碱性耐火材料为主,镁铬质耐火材料目前仍然是主流产品。我国铬资源贫乏,而铬资源是战略物资,不利于将大量的铬矿石用于耐火材料生产,现在耐火材料生产依赖于进口铬矿。
不定形耐火材料在有色冶金炉中的应用
另外,在有色冶金炉窑上采用不定形耐火材料有很大的发展余地,如铅鼓风炉炉缸底部、铜阳极炉炉底、一些电炉炉顶、锡反射炉炉底等部位,均可以使用不定形耐火材料,使用不定形耐火材料,不仅省时、省钱,还可以加强炉体整体性,提高炉窑寿命。
常见有色金属冶炼炉
闪速炉、奥斯麦特炉、艾萨炉、诺兰达炉、氧气底吹熔炼炉、白银炉、转炉、连续炼铜炉、氧气底吹熔池直接炼铅炉(QSL炉)、基夫赛特炉、铅锌密闭鼓风炉(ISP炉)、粗锌蒸馏炉、锌浸出渣挥发回转窑、碱石灰法回转窑、焙烧炉、铝电解槽、铝熔化炉以及硅热还原法制镁还原炉等冶炼工艺以及窑炉关键部位所用耐火材料的现状及发展动向。
通过有色冶金工业与耐火材料行业共同努力,有力地推动了我国有色冶金用耐火材料的发展,研究开发了多种性能优良的耐火材料品种并在有色冶金炉关键部位用耐火材料实现了国产化,如:优质镁铬砖、铬铝尖晶石砖、镁铝铬复合尖晶石砖、氮化硅结合碳化硅复合砖等。此外,在不定形耐火材料方面也取得很大进展,如铝电解槽防渗料、有色金属冶炼炉用炉底捣打料、浇注料等。所有这些优质耐火材料的研发、生产及应用,延长了有色冶金炉窑的运行寿命、提高了生产效率,极大地推动了有色冶金工业发展。