反射炉用耐火材料

一、什么是反射炉

反射炉是是由耐火材料砌体和金属骨架组成，以粉煤或重油燃烧的高温烟气将炉内物料进行加热或完成氧化、还原等熔炼作业过程的一种传统设备。

目前反射炉的炉型：

1、小型炉子：容量10~50t，炉膛宽23m，长3~5m，长宽比为1.5~3，熔池深0.4~0.6m。烧碎煤或块煤时，在炉子头部设有燃烧室（或称火仓）。燃烧室与熔池之间砌有翻火墙，翻火墙高于熔池液面200~300mm。

2、大型精炼反射炉：容量100~400t。长10~15m，宽3~5m。大型反射炉不设燃烧室，直接以喷咀燃烧粉煤，重油或天然气。

二、反射炉的基本构造

反射炉是一个水平的长方形炉体由：炉基、炉底、炉墙、炉顶和金属构架组成。反射炉的基本构造如下图。

三、反射炉工作原理

用一段法处理杂铜熔炼时，一般都在固定反射炉中进行，所以实际上，在反射炉进行的既是熔炼也是精炼。并且与矿铜的火法精炼原理相同，不过，由于粗铜杂质含量高，所以在操作上有其独特特点，杂铜在反射炉中处理时，整个精炼过程包括熔化、氧化、还原、除渣、浇铸等作业。整个作业的核心是氧化和还原。关于氧化与还原在整个熔炼过程中的关键点就是迅速、彻底地除去铜液中的杂质，应力求强化氧化过程，使 Cu2O在铜液中的浓度达到饱和状态。杂质主要有：铁、镍、锌、铅、锡、砷（As、锑（Sb）等。

四、反射炉对耐火材料的要求

在了解反射炉使用耐火材料之前，首先要了解反射炉用耐火材料的损毁机理，也是关系到反射炉炉龄的一个重要指标。铜熔炼炉炉衬在使用过程中遭受应力的作用，为此损毁的因素主要从以下几点来体现：

1、化学因素：1）熔体渗透所引起的侵蚀，主要来自炉渣，也有来自废铜内的杂质；2）铜中SO2气体扩散所引起的侵蚀；3）氧压变化或低氧分压引起的氧化还原作用；4）特殊情形，例如在使用生精矿或重砌炉衬的炉。

2、热学因素：1）由炉子加热 以及冶炼时放 热反应所决定 的温度值；2）由装料或炉子 作业不正常引 起严重的间断 式热震；3）熔池中铜渗透。

3、机械因素：1）炉内物料（如金属、废铜、渣、炉料、充满尘埃的废气等）运动引起的磨损以及冶炼的某些阶段、吹炼、还原引起的磨损；2）装料所引起的冲击应力；3）炉衬砌筑不当引起的应力。又因为反射炉是一种室式火焰炉，炉内的传热不仅靠火焰的反射，更主要的是借助炉顶，炉壁和炽热气体的辐射传热，炉温最高可达1800℃.熔池温度在1350 ℃.所以由以上的损毁机理要求反射炉用耐火材料具有抗侵蚀性能、抗热震性能及较高的耐压强度。

五、反射炉各部位用耐火材料

炉顶：炉顶砌筑目前分为拱顶和吊挂顶两种形式。吊挂顶又分为简易型吊挂炉顶、压梁式止推吊挂炉顶、立杆式止推吊挂炉顶。炉顶厚度：一般在230mm—380mm；筋砖厚度为380mm-460mm.拱顶砌筑采用的是硅质耐火砖。吊挂顶采用的是镁铝耐火砖，但是在国外有采用直接结合镁铬砖和磷酸盐结合镁铬砖。

拱顶：采用硅质耐火砖砌筑优点：结构简单、钢材用量少、施工方便周期短。

缺点：1.结构的稳定性较差，拱顶停炉时需要经常注意调节拉杆的松紧度，劳动强度较大； 2.炉顶寿命较短，一般使用寿命3个月左右；3.热修炉顶时劳动条件较差。应用范围：一般适用于路宽小于5m的反射炉。

吊挂顶：采用镁铝砖、高铝耐火砖砌筑。优点：吊挂顶的优点是能降低炉顶拱高，有利于强化炉气对炉料的传热，可减轻炉对顶炉墙的压力，使炉顶砌筑简化，不会发生炉顶大面积塌落，有利于延长炉寿。缺点：1.造价较高，钢材用量的大；3.结构复杂，安装调整操作不变，劳动强度大，清扫炉顶不方便。应用范围：一般适用于大型铜熔炼反射炉。

炉墙：熔炼反射炉的内墙多采用镁砖、镁铝砖。有些重要部位如铜熔炼反射炉烧嘴及扒渣口，为了延长使用寿命均采用铬镁砖砌筑。保温层一般采用粘土耐火砖砌筑。铜熔炼反射炉炉墙砌筑方法：熔池上部的厚度一般为460~690mm。为了延长炉墙使用寿命，熔池下部逐渐采取错台加厚的方式，最厚处可达900~1290mm，端墙下部厚度可达10001400mm。对于周期性作业的炉子因炉温波动比较大，为增加炉墙结构的稳定性，往往砌成弧形，避免炉墙向炉膛内倒塌。

炉墙构造示意图

炉底： 连续作业铜熔炼反射炉炉底直接砌筑在耐热混凝土的基础上。基础要求耐温850℃以上。炉底为烧结整体炉底，烧结炉底一般由各层组成（由上而下），其总厚度一般为1100~1400mm。 石棉板和石英砂（约50mm ）保温砖层（115m）粘土耐火砖层（厚 345~460mm）镁铝砖层（380mm）烧结层（厚200~500mm）。

注意：烧结层材质，根据炉渣成分不同可以分别采用石英石和镁铁质两种。

扒渣口：炉墙的另一侧或另一端开有扒渣口，扒渣口尺寸为 400×400mm，扒渣口以下的炉墙围成的空间为熔池。材质与炉墙材质一样。

放铜口：熔池的侧墙或端墙上设放铜口，放铜口为内外两层，内层是个方洞，尺寸约 150 × 150mm ，深为 360~400mm ，外层是个圆孔，直接约25～30mm ，深 200mm ，铜放出口的外层为可拆卸式的，以便修理，整个放铜口可用镁铬砖或镁铬砖砌筑。

六、反射炉的砌筑要求、烘烤制度

1.炉底和熔池的砌筑

1）炉底反拱耐火砖砖缝应小于1~1.5mm。

2）渣线以下炉墙砖缝小于1~1.5mm，渣线以上炉墙砖缝一般不大于1.5~2.5mm。

3）熔池内所有孔洞（如渣口、金属放出口等）应按一类砌体进行湿砌。

4）熔池反拱的横向膨胀缝，一般按照膨胀量留在反拱的两侧。根据膨胀的实际情况，膨胀缝的形状宜上宽下窄。反拱纵向膨胀缝可以集中留在两端，对长度较大的炉子可分散留设（最上层反拱每三块耐火砖留一道，即每隔115mm*3=345mm设一膨胀缝，第二层反拱可以每四块留一道，缝宽度按砖种确定，缝内填塞纸板）。

5）熔池砌体除平缝外，不应出现其他通缝。

6）炉底在砌镁砖之前，应先将填料层（毛炉底）烘干。

7）镁砖反拱一般采用干砌，砌完后用细镁粉扫灌砖缝，或者用桐油调细镁粉扫灌，务求将砖缝填满。

2.炉顶的砌筑

1)炉顶一般采用湿砌，要求砖缝厚度在2mm以下。当采用)干砌时（多用于吊顶）炉顶所有预留孔洞（如加料孔、仪表孔和测铜锍孔等）的四周砖砌体均应采用湿砌。

2)冶金炉炉顶砌筑一般分环砌和错砌两种。环砌施工较简单，维修方便，因此较小跨度和吊挂炉顶均采用环砌。但环砌拱顶结构强度及气密性较差，故炉子跨度较大时一般采用错砌。

1).炉顶纵向膨胀缝

砖砌拱顶的小型反射炉，炉顶纵向膨胀缝一般都集中留于炉子两端以及炉顶水平拱段与斜拱段的交接处。大型反射炉炉顶纵向膨胀缝有集中预留和分散预留两种。

集中预留是按照炉内温度分布情况，将炉顶分成若干段，将每段内炉顶砌体的膨胀量集中留成一道直通式膨胀缝。高温区拱段长度通常为2~3mm，低温区拱段长度通常为4~5mm，两拱段之间膨胀缝的宽度一般20~40mm。为避免开炉时炉气从膨胀缝处冒出来，在炉顶直通式膨胀缝上盖一层耐火砖。

集中预留直通式纵向膨胀缝的优点是施工方便，但该处的胀合情况较差，影响炉顶的气密性，也是炉顶首先遭到破坏的部位之一。分散预留即每隔1~2块砖留2~4mm的膨胀缝（夹入纸板）。分散膨胀缝胀合情况较好，炉顶的气密性得到改善，但施工较麻烦。

2)炉顶横向膨胀缝的预留

反射炉砖砌拱顶一般不留横向膨胀缝，横向膨胀全由松紧拉杆来调节，因此拉杆的螺纹长度应留有一定的余地，以适应调节拉杆的需要。采用吊挂炉顶的大型反射炉，炉顶预留“辐射状”的膨胀缝，每两块耐火砖间夹入纸板 。

3.其他

1)炉子的上拉杆与炉顶砖砌体的距离应小于0.4mm。

2)炉子的土建基础面标高应避免出现正误差。土建基础的侧立面要求平整，以利于安装立柱。

七、熔铜反射炉用耐火材料的发展趋向

目前有些铜厂由于冶炼条件比较差，因此导致反射炉由于局部损坏原因，严重的影响炉龄和产量。为了提高炉子寿命必须采取根据局部损坏程度，合理的选择优质耐火材料。例如我公司前段日子做的炉顶预制件，就是很好的反射炉用耐材的一大改革。如下图：