炼铜炉用耐火材料的选择和对耐火材料的要求

由于闪速炉的冶炼特点，决定了其使用耐火材料的范围：

有学者曾较详尽地研究了Al2O3、MgO、CaO、ZrO2、Cr2O3与铁硅渣在1500℃时形成的液相区大小以及这些氧化物于1500℃时在FeO-SiO2渣中的溶解度;SiO2、Al2O3、MgO、MgO・Cr2O3在铁橄榄石渣中的溶解度;镁铝尖晶石(MA)、镁铬尖晶石(MK)以及它们的复合尖晶石与不同组成的铁硅渣构成的混合物在1600℃形成的液相量和MA、MK在液相量中的溶解度等。专家分析得出的结论如下：①ZrO2、Cr2O3、MK尖晶石抗铁硅渣侵蚀性好;②石灰、白云石与MgO-CaO材料抗铁硅渣性差。

含碳耐火材料在钢铁工业特别是在氧气转炉炼钢上使用效果很好，而在炼铜、炼镍转炉上使用效果不理想。前苏联、日本、以及我国都曾在炼铜或炼镍转炉上试用过镁碳、铝碳、镁白云石碳砖，实践证明，其使用效果都不理想。我国曾在金川炼镍转炉风口试用过铝碳砖，仅18炉就全部蚀损了，比普通的镁铬风口砖还差。

从以上分析可知：①在含有大量SO2气体的条件下，含碳耐火材料的使用效果不理想：②石灰与含CaO多的MgO-CaO质材料抗铁硅渣侵蚀性不好：③从抗铁硅渣侵蚀性能与抗结构剥落性能来看，Cr2O3、镁铬尖晶石与含Cr2O3耐火材料比较好。

就炼铜工艺而论，耐火材料最重要的性能可归纳如下:

1) 抗热震性

2) 操作温度下的机械强度或高温强度

3) 抗炼铜炉渣渗透和侵蚀性。

炼铜厂实践指出，如果这三个性能得到改进的话，那么炉子高蚀损区的耐火材料寿命也将提高。尤其是闪速炉反应塔中下部和沉淀池渣线部位，转炉风口区，精炼炉炉顶。延长这些炉子的炉役期，不仅增加炉子总产量，而且降低了炼铜成本。

由于耐火材料是一种非均质脆性材料，其热震稳定性差，从而限制了制品和窑炉的加热和冷却速度，限制了窑炉操作的强化，这也是冶金炉和其他工业炉衬损坏的主要原因。对有关结晶的、非均态和有应力耐火材料及陶瓷制品的热震稳定性方面的理论和实践工作，对此进行了系统的阐述：

(A)熟弹性理论：热弹性理论认为材料受到热震产生的热应力如不超过材料的极限强度(抗张强度)时，材料是不会破坏的。当最大温差(△Tmax)引起的热应力达到断裂强度时，材料就发生破坏。见公式(1)：

即热应力超过材料的破坏强度时，材料即出现新的裂纹，这种裂纹一经出现，材料就发生灾难性的破坏。

(B)能量理论：一些陶瓷与耐火材料中本来就存在大量的裂纹，受到热震时。其所以发生热剥落是由于裂纹扩展造成的。把断裂力学中Griffith处理裂纹扩展的能量原理用来分析热应力引起的裂纹扩展，提出了新的抗热震参数Rst，常称为热应力稳定参数。见公式(2)：

即热应力超过材料的破坏强度时，材料即出现新的裂纹，这种裂纹一经出现，材料就发生灾难性的破坏。

由上式可知，材料的线膨胀系数与杨氏模量越小，断裂表面能越大;其RsT值越大，裂纹开始所需要的温度差也越大，裂纹的稳定性越好。裂纹扩展所需要的临界温度差△Tc;见公式(3)

本工作的一部分就是研究不同Cr2O3，Al2O3，Fe2O3含量和不同生产工艺的镁铬砖的抗热震性。

综上所述，全合成镁铬砖具有很好的高温强度和抗渣性，通过实际使用，合成镁铬砖表现出很好的使用性能。由此可见，全合成镁铬砖在铜——镍冶炼炉上的应用有着广阔的前景。