在銅冶煉工業(yè),各種冶金窯爐使用最多的爐襯材料是各種鎂鉻耐火材料。為什么非要鎂鉻耐火材料不可?因為選擇合適的耐火材料,必須要了解耐火材料的使用環(huán)境和耐火材料抵抗冶金介質(zhì)的侵蝕情況。
眾所周知,鋼鐵冶金工業(yè)用礦石主要為鐵礦石,屬于氧化物礦:冶煉得到的金屬熔體為Fe—C熔體,熔渣為CaO-SiO2-AL2O3 或CaO—SiO2-FeO 渣系,冶煉中產(chǎn)生大量的CO氣體。與鋼鐵工業(yè)不同,煉銅或煉鎳工業(yè)所用礦石多為含銅、含鎳甚低的硫化物礦,因此冶煉中產(chǎn)生的氣體與遇到的熔體都與鋼鐵工業(yè)有很大差異,其主要特點可歸納如下:
① 氣氛中有大量SO2 氣體。由于礦石為硫化物礦,冶煉中的中間產(chǎn)品為硫化物熔體,因此在熔煉與吹煉過程中要產(chǎn)生大量的SO2 氣體,即爐內(nèi)的氣氛中含大量 SO2
② 冶金過程中遇到的熔體不僅有氧化物熔渣、金屬熔體,還有硫化物熔體冰銅或冰鎳(銅锍或鎳锍)。這些熔體的熔化溫度不僅比鋼鐵工業(yè)遇到的熔體要低得多,而且黏度小,流動性好,因此,熔體的滲透性強。
③ 熔渣為FeO-SiO2 系渣,而且渣量大。由于硫化物礦與锍中含有大量硫化鐵,為了除去鐵,在熔煉與吹煉中要將FeS氧化為FeO,因此必須加入SiO2 造渣,故爐渣的成分主要為FeO 和SiO2 .此外,由于礦石與锍中含銅或鎳都不甚高,所以熔煉與吹煉時,產(chǎn)生的渣量都很大。
④銅冶煉用部分窯爐,如轉(zhuǎn)爐等為間斷式生產(chǎn)爐,爐內(nèi)溫度波動大,特別是風(fēng)口與風(fēng)口區(qū)不僅溫度波動大而且頻繁,因此要求耐火材料不僅要抗熔蝕與沖刷,而且要抗熱剝落與結(jié)構(gòu)剝落。而結(jié)構(gòu)剝落卻是耐火氧化物材料的弱點,要克服這一弱點是較困難的,因此轉(zhuǎn)爐爐襯壽命一般總是低于其他有色冶煉爐。
由于銅冶煉中耐火材料遇到的爐渣主要為FeO-SiO2 系渣,因此,了解各種耐火材料抵抗FeO-SiO2 渣侵蝕能力有助于合理選材。CaO與鐵硅系渣形成的液相區(qū)最大,在鐵硅系渣中的溶解度最高:而Cr2O3 、ZrO2 與鐵硅系渣形成的液相區(qū)最小,在鐵硅系渣中的溶解度也最小。。這表明:CaO質(zhì)與含CaO 多的白云石質(zhì)材料抗鐵硅系渣侵蝕性差,不適合用作銅冶煉用耐火材料。Cr2O3質(zhì)、ZrO2 質(zhì)或含CrO3、 ZrO2的耐火材料抗鐵硅系渣侵蝕性好。