近三十年中国铜冶金用耐火材料的回顾

耐压强
度／Ｍ６５ Ｐａ ４８ 肠 ６
７０
体积密竺 度／ 气︐ ：３ｌ
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荷重软化
温度／℃
１７４０ １７１０ １７３０ １７４０ ｌ７４（） １７（Ｘ） １７５０
理论 分 析 和实际应用都表明，含碳耐火材料不适 全面完成引进、消化、吸收和国产化工作，步人针对我
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。
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
：２８！
１
１３００℃
１．４１￣ １．４３
热导 率 ／
（Ｗ·ｍ一’·Ｋ一’） １．３４一１．６ １．３４一１．４３ １ ．９３
（１０ ００ ℃ ）
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
犯 ６ ７１ ６ ６３ ６ ５２
７４ ７０ ６８ ５６ ７０ ７５ ３８
Ｃｒ２０３
２１ １５ １６ ４１ １２ ７３ １６ ５８ ２０ ４３ ２６ ０９ ３１ ７２
表 ３ 电熔与半再结合镇铭砖的典型性能 化学组成（，）／％
Ａ１２０３ Ｆｅ２０，
心Ｊ ９２ ｉｆ︶ ０２ ４ ７６ 弓 ０２
︶
４ ８６
８．９（）
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。
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。
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
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
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：ｌｉｒ ｅｆｒａｃｔｏｒｙ＠ ｖｉｐ．ｓｉ ｎａ．ｃｏ ｍ
１６０ ＮＡＩＨＵＯＣＡ ＩＩＩＡＯ／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
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
热膨胀 １２００℃ 率／％
１．ｍ －１．２２
１王︒４ ３８．６ ︑０．９４ １
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１０￣１１ ３．３７￣
￣６０．ｌ４５．１
３． ３８
１７０扭︑０．９１
６６．５￣１１４．３ ＞ １７ ００
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
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
《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
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－
２００６／特刊 耐火材料／ＮＡＩＨＵＯＯＡ ＩＵＡＯ 】６１
中型转炉和１５０ ｔ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。
编 号 Ｍ沙
镁铬ｃ吸０３一１８ ６２．２８ 镁铬Ｃ几０３一１２ ７０。８６ 镁铬Ｃ吸０３一８ ８１．３４
ｃｏ０３
１８０７
１３ １２
．川 …川 燕？． 二 其薰 精 育锌 偏 砖 卵热 犁 性 熊 ．
化学 组 成 （ ，） ／％ 物 理 性 能
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
１ ０３
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显气孔 率／％
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．．二
０ 产
物理性能
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Ａ１２０３ 一Ｃｒ２０３ 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（２０ｔ 左右的小转炉、５０ｔ 左右的
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
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 共烧结
镁铭砖
镁铬砖
熔铸 镁铬砖
Ｍｇ０
５９．３０－ ５９．６３ ５９．８１－５９．９０ ５２．５２一５４．６９
化 学组
成（，）／％
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 １５０ｔ 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
Ａ１２０３
５．８１ ５．５８ ２．８５
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４。５７
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０．８４ １。１６ １．８２
显气孔 率／％
钾． 气 二户 目通 一０
二
山．二
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耐压强 度／Ｍ入
体积密度／
（９·。ｍ一３）
３．２６
３．１０ ２．９６
荷重软化
温度／℃
１７３０
１７３０ １７１０
编号 Ｍ四
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 一３０
宜于铜吹炼炉。前苏联曾在（铜）镍转炉风口使用过 国耐火材料原料现状开发适用性、针对性强的自主创
白云石碳砖，效果不好。其主要原因是氧化钙抗 Ｆｅｏ 新产品的阶段。欧洲优质碱性耐火材料生产模式：注
一５１０：系渣侵蚀性差造成的。日本在铜转炉风口曾 重原料的高纯，其采用的菱镁矿和铬矿均为经过选矿
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
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
Ｃｒ２０ ３ Ａ１２０３ Ｆｅｅ０ ３
２１科 ￣２１．７６ 加．１２－２０．２１ ２０．０６－ ２０．７９ ９．３６－１０．９４ １１．４０一１１．５０ ７．０ ５－７．１５ ６．８５－６．９０
物 理 性 能
Ｓｉ０２
显气孔率／％
体积密度／
（ｇ· ｃｍ一３）
耐压 强度／ＭＰａ 荷重软化温度／℃
１以 Ｏ℃