《耐火材料》创刊四十周年特刊２００６，４０；１６０一１６３
近三十年中国铜冶金用耐火材料的回顾
李勇
中钢集团洛阳耐火材料有限公司洛阳４７１０３９
摘要近３０年来，中国铜冶金用耐火材料的发展历程大致分为３个阶段：第一阶段为２０世纪８０年代中期以前，主要是普通碱性耐火材料广泛应用于铜冶金炉；第二阶段为２０世纪８０年代中期至９０年代末期，该阶段耐
火材料的原燃材料和耐火材料的装备水平全面提升，高性能碱性耐火材料的使用性能达到同期进口产品的水平，实现了从引进、消化、吸收到自主创新阶段；第三阶段为２０世纪９０年代末期至今，拥有中国自主知识产权的优质碱性耐火材料已能满足各种强化冶金的要求，全面实现国产化并开始大童出口。关键词铜，铜冶金，碱性耐火材料．有色冶金炉
近３０年来，我国铜冶金技术发展迅速，世界范围内成熟的铜熔炼技术几乎都在中国得到应用。不论是闪速熔炼技术还是熔池熔炼技术，其共同特点是：
能耗低，冶炼强度高，回收率高，综合利用率高，环境得到极大的改善，机械化和自动化程度高，生产效率
高，技术经济指标先进。伴随着冶金过程的强化，对
耐火材料的使用性能要求愈来愈高，普通耐火材料已经不能满足强化冶金的要求〔’一’〕。冶金工作者与耐
火材料工作者经过不懈的努力和联合攻关，攻克了一
个又一个难题，使我国铜冶金用耐火材料的品质全面提升，并在生产实践中不断改进和完善产品的质量；
不仅实现了铜冶金炉用耐火材料的出口，而且实现了
铜冶金技术和装备的成套出口，实现了中国铜冶金技术的跨越式发展。我国不仅成为铜生产的大国，而且正在向铜冶金技术强国的目标迈进。本文简要回顾了近３０年中国铜冶金用耐火材料的发展历程。普通碱性耐火材料使用占主导地位，整个耐火材料行业也未针对铜冶金的具体特点来开发针对性很强的
适应产品，几乎全部照搬钢铁冶金所用的耐火材料来进行生产和使用。最显著的特征是压砖机吨位及自
动化程度低，高温窑烧成温度低，原料的品质差。
１ ２０世纪８０年代中期以前—普通
耐火材料占主导地位
由于耐火材料行业装备水平落后和原材料产品
质量差，严重地制约了优质碱性耐火材料的发展。生产优质碱性耐火材料的重要前提条件之一是“三高”的实现—原料的高纯、半成品的高压成型、半成品及原料的高温（或超高温）烧成。在当时计划经济体制占主导地位，耐火材料企业以国有企业占主导地位的历史条件下，几乎不能实现上述“三高”标准；就铜冶金技术而言，整体冶金技术和装备水平相对落后，能耗高，综合利用率低，环境污染严重，劳动强度大。２ ２０世纪８０年代中期至９０年代末期
—全面实现引进、消化、吸收、国产化
和自主创新阶段
２．１国家“六五”、“七五”、“八五，，攻关成果丰硕 随着江铜贵溪冶炼厂的建成投产，拉开了我国铜
冶金用高性能耐火材料研发的序幕。国家确立了走
引进、消化、吸收、国产化的配套开发工作思路。政府牵头，大专院校和科研院所、生产单位、使用单位“三
位一体”的模式开始了高效运转。生产优质高效碱性耐火材料所需的“三高”技术装备在２０世纪８０年代
均已成功引进。如引进的高吨位全自动压砖机和高
温隧道窑运行良好；完成了优质镁砂的选矿和生产工
艺研究，并批量生产；完成了铬铁矿的选矿工艺研究；研发了优质电熔合成镁铬料。从江铜贵溪冶炼厂
１５０ ｔ转炉风口用直接结合镁铬大砖试验开始，历经
１０余年的联合攻关，实现了闪速炉、转炉、精炼炉用耐火材料的国产化，并使贵冶铜转炉的吨粗铜耐火材料单耗达到国际同期先进水平，闪速炉用耐火材料实
现了国产化［’］。
来李勇：男，１９６４年生，博士，教授级高级工程师。Ｅ－ｍａｉｌ： ｌｉｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ＠ ｖｉｐ． ｓｉｎａ． ｃｏｍ
１６０ ＮＡＩＨＵＯ ＣＡＩＩＩＡＯ／耐火材料２００６１特刊
国家“七五”攻关期间，原中国有色金属工业总公司安排了耐火材料子项课题，旨在解决金川（铜）镍闪速炉用耐火材料国产化问题〔’〕。重点开发了直接结
合镁铬耐火材料、共烧结镁铬耐火材料、熔粒再结合镁铬耐火材料和熔铸镁铬耐火材料等。其中熔铸镁铬耐火材料当时只有日本和法国等国家的少数几家公司可以生产。其为闪速炉反应塔、沉淀池渣线等使用条件特别苛刻部位的特种耐火材料。其生产的工艺特点为：采用镁砂、铬铁矿为主要原料，加人少量添加剂混合均匀，压制成坯体，经电炉熔融，浇铸成母
砖，然后经过长时间的缓慢冷却，再加工制成各种特定形状的制品〔６３。其工艺难点为：熔化和浇铸温度高
（作者现场测定的浇铸温度约为２３５０℃），浇铸的母
砖高温和超高温阶段冷却速度难以控制（尤其是２３５０一１４５０℃之间）而容易造成大量的裂纹和大量
的缩孔，成品率极低。这种砖抗侵蚀性与抗高温熔体冲刷性优良，但热震稳定性差。要使熔铸镁铬耐火材料取得很好的使用效果，必须有非常好的水冷技术，
否则就失去了使用熔铸镁铬耐火材料的意义。通过“七五”攻关，不仅解决了闪速炉用耐火材料的国产化向题，而且攻克了当时制约生产的转炉寿命间题，使
转炉寿命大幅度提高。通过“七五”攻关，笔者感受最深的是，提高自主创新的能力对我们的技术进步是何
等重要。当时，熔铸镁铬耐火材料在日本、法国的公司属成熟产品，在中国属新品种研发。我们投人相当
大的人力、物力和财力进行研发。实际上该产品在闪速炉已属于即将被替代的产品。我们研发成功不久该产品即被替代。主要归咎于在当时的历史条件下我们既缺乏对强化冶金实践的认识和了解，亦缺乏对
优质高性能耐火材料在有色金属冶炼中应用的实践经验，使我们走了弯路。表１为国家“七五”攻关（铜）镍闪速炉用耐火材料国产化研究所研发的高性能耐火材料。
国家“八五”攻关期间，原中国有色金属工业总公司在“铜富氧熔池熔炼攻关”课题中安排了白银炉用
耐火材料子课题。在当时的条件下通过攻关不仅使
白银炉的寿命由通常３一４个月延长到半年以上，而且我们将攻关课题延伸至对白银炉整个炉衬实现优
化配置，既延长了炉衬寿命，又使其更具经济性和合理性仁’〕。经过不懈的努力，目前白银炉的使用寿命已
达到１年以上，使具有中国自主知识产权的“白银炼铜法”更具发展前景。当时的配置为：在风口区用熔
铸镁铬大砖，在渣线部位使用半再结合镁铬砖，在炉
顶使用新型镁铝铬砖，此配置使用寿命高达３００天以上。除将风口由熔铸镁铬大砖改为半再结合镁铬砖以外，此配置至今已日臻完善，该攻关成果的社会效
益和经济效益显著。农１国家“七五”攻关所研发的闪速炉用高性能耐火材料直接结合镁铭砖共烧结镁铬砖熔铸镁铬砖Ｍｇ０Ｃｒ２ ０３Ａ１２０３Ｆｅｅ ０３Ｓｉ０２５９．３０ －５９．６３２１科￣２１．７６９．３６－１０．９４ ７．０５－７．１５ １．ｍ－１．２２１４￣１７．１５９．８１－５９．９０加．１２－２０．２１１１．４０一１１．５０６．８５－６．９００．７４－０．９２１３．８１￣１６５２．５２一５４．６９２０．０６ －２０．７９ 化学组成（，）／％
２．８９－２．８１显气孔率／％体积密度／１０￣１１
（ｇ·ｃｍ一３） 耐压强度／ＭＰａ荷重软化温度／℃３．３７￣ ３．３８６６．５￣１１４．３ ＞１７００２０￣．２８￣６０．ｌ１７０扭：２８生３４５．１︑０．９１！１卜．２６￣６ｌ１７０￣０．９：２４王︒３８．６︑０．９４１１热膨胀率／％１以Ｏ℃１２００℃１３００℃１．４１￣１．４３物理性能 热导率／（Ｗ·ｍ一’·Ｋ一’）１．３４一１．６ １．３４一１．４３ １．９３ （１０００℃）
２．２有色金属冶炼用耐火材料的应用研究进展很大 有色金属冶炼用耐火材料的应用研究进展很大。
原中国有色金属工业总公司与中钢集团洛阳耐火材料有限公司（原洛阳耐火材料厂）相继承办了３次全国有色金属冶炼用耐火材料技术研讨会，极大地推动
了有色金属冶炼用耐火材料的研发和使用。期间作者对有色金属冶炼介质与耐火材料之间相互作用机理进行了深人、系统的研究。结果表明：炉渣对碱性耐火材料的侵蚀主要表现为方镁石固熔体在炉渣中
的熔解；梳和粗铜对碱性耐火材料的侵蚀主要表现为
毓和粗铜在碱性耐火材料中渗透而引起的热剥落和结构剥落；Ｓ０２／Ｓ０３气氛在一定温度区段内会与碱性
耐火材料中的氧化钙、氧化镁反应形成硫酸盐（或亚硫酸盐），从而破坏耐火材料的致密结构［Ｓ－９］。
在此期间，我国相继完成了江铜贵溪冶炼厂铜冶炼系统用耐火材料的国产化和金川（铜）镍闪速炉用
耐火材料的国产化；研发了具有中国自主知识产权的
金川公司铜自热熔炼炉用耐火材料，使用寿命由３－４个月提高到近２年的水平〔’“〕；实现了大冶有色金属
公司诺兰达炉用耐火材料的国产化；实现了原中条山有色金属公司侯马冶炼厂艾萨炉系统用耐火材料的国产化。对铜陵有色艾萨炉炉衬进行自主设计和全
面国产化，研发了具有中国自主知识产权的新型
Ｍｇ０一Ａ１２ ０３一Ｃｒ２ ０３系统耐火材料。转炉吹炼过程是铜冶炼用耐火材料消耗量最大的工序。作者主持或参加３大类型转炉（２０ ｔ左右的小转炉、５０ ｔ左右的
２００６／特刊耐火材料／ＮＡＩＨＵＯ ＯＡＩＵＡＯ】６１
中型转炉和１５０ｔ以上大型转炉）的攻关。通过改进期是耐火材料技术水平和装备水平提升最快的阶段，
提高转炉风口及风口区域耐火材料性能和对整个转成绩斐然。该时期典型的优质直接结合镁铬、熔粒再炉内衬耐火材料进行优化配置两方面的工作，转炉耐结合镁铬、半再结合镁铬耐火材料的性能分别示于表火材料的寿命大幅度提高，综合经济效益显著。该时２和表３。 ．川…川燕？．二其薰精育锌偏砖卵热犁性熊． 化学组成（，）／％物理性能编号Ｍ沙ｃｏ０３Ａ１２０３５１飞显气孔率／％耐压强度／Ｍ入体积密度／（９·。ｍ一３）荷重软化温度／℃镁铬ｃ吸０３一１８镁铬Ｃ几０３一１２镁铬Ｃ吸０３一８６２．２８７０。８６８１．３４１８０７１３１２５．８１５．５８２．８５８．１８４。５７０．８４１。１６１．８２３．２６１７３０３．１０１７３０２．９６１７１０气户一０００钾．二目通二山．二
表３电熔与半再结合镇铭砖的典型性能物理性能编号Ｍ四Ｃｒ２０３化学组成（，）／％
Ａ１２０３Ｆｅ２０，５１０２显气孔率／％耐压强度／ＭＰａ体积密度／荷重软化温度／℃竺：３ｌ
肠．３０⁝２８气︐￣门ｊ￣ｆ︸八ＪｆＪ丹Ｊ︐Ｊ６５４８肠６７０６︐︐６弓︸弓一咤︸０产‘．且泊．几︐且︐二‘．三１二．．二８４８６９００１５４８６９３１‘．１１︐‘１１︵ｌｊｌ０３５４８６８９６２－６１１‘．工ｎ︸ｎ‘．１
１半再结合ｃｒ２０３一２０半再结合ＣｒＺ飞一１６电熔再结合Ｃ吸飞一１２电熔再结合Ｃ几。，一１６电熔再结合Ｃ几０３一２０电熔再结合Ｃ几０３一２６新型风口砖Ｃ勺飞一３０１０．８４８．０８７．８８９４２７９５１７４０１７１０１７３０１７４０ｌ７４（）１７（Ｘ）１７５０９２０２７６０２８６心Ｊｉｆ︶４弓︶４
８．９（）４．２１４９．８ ５０１５４１７３５８４３０９７２２１１６１２１６２０２６３１７４７０６８５６７０７５３８犯６７１６６３６５２
理论分析和实际应用都表明，含碳耐火材料不适宜于铜吹炼炉。前苏联曾在（铜）镍转炉风口使用过
白云石碳砖，效果不好。其主要原因是氧化钙抗Ｆｅｏ
一５１０：系渣侵蚀性差造成的。日本在铜转炉风口曾试验过镁碳砖，效果亦不理想。作者亦曾在（铜）镍转
炉进行过铝碳砖试验，效果很不理想。陈肇友教授对此进行过热力学计算，结果表明在梳吹炼转炉温度为１４０℃时，炉气中氧气的分压为ｐ几二６．９ｘ１０一‘
ＭＰａ，这比炼钢转炉中的氧分压大９一１１个数量级。
因而在梳吹炼转炉中，含碳耐火材料中的碳是很容易
被氧化的，这可能是含碳耐火材料在梳吹炼转炉中使用效果不好的原因〔’‘一”〕。中钢集团洛阳耐火材料有
限公司与中南大学合作，分别进行了铜转炉热场仿真
和闪速炉热场仿真的模拟计算，为更详细了解转炉和
闪速炉操作过程中耐火材料所面临的使用条件提供了强有力的支持，并为如何提高镁铬耐火材料抗剥落
性提供了理论依据。笔者据此对优质镁铬耐火材料
进行性能改进，使用效果显著。
３进入２１世纪头５年—研发拥有自
主知识产权的优质耐火材料，全面提升
品质并批量出口
随着有色金属冶炼用耐火材料基础应用研究的不断深人和高性能耐火材料的生产与使用，我国已经全面完成引进、消化、吸收和国产化工作，步人针对我国耐火材料原料现状开发适用性、针对性强的自主创新产品的阶段。欧洲优质碱性耐火材料生产模式：注重原料的高纯，其采用的菱镁矿和铬矿均为经过选矿
的精矿（主要特点是５１０：含量低）。先将轻烧的菱镁矿精矿与铬精矿预混压制，再采用超高温烧成合成共
烧结镁铬合成料，以该合成料为主来制砖。这种砖的特点是：均匀性好，结构致密，抗侵蚀性好。日本优质
碱性耐火材料生产模式：以天然烧结镁砂、海水镁砂
和铬矿的块状矿为主要原料（日本是镁砂和铬矿资源鹰乏的国家，较少使用合成镁铬原料），通过高压成型、高温或超高温烧成生产直接结合型镁铬耐火材料。该材料的特点是：直接结合程度高，硅酸盐相以
孤立状态存在，制品抗侵蚀性和抗剥落性好。我国碱性耐火材料发展既未照搬欧洲模式，亦未照抄日本模式。结合我国原料以天然原料为主的特性，自主研发
电熔合成镁铬原料。以电熔合成镁铬原料、天然烧结
镁砂、电熔镁砂和铬精矿为主要原料，自主创新生产该系统优质镁铬耐火材料，产品不仅满足国内各种铜
冶金炉的需求，还出口到美洲、欧洲、非洲、亚洲和大洋洲等世界各地，使用性能优良。
４今后铜冶炼用耐火材料值得注意的
问题
·构建资源节约型、环境友好型和谐社会主义社会
】６２朋Ｈｕｏ明ｕ＾０／耐火材料２００６／特刊
