铜冶炼炉用烧嘴砖损毁原因分析

烧嘴砖功能是保护烧嘴头，其完好无损是保证燃烧效果的前提。从拆下来的烧嘴砖来看，发现烧嘴砖前端侵蚀掉110 mm，烧损状况表现为交接面粉化松散。烧嘴砖材质为莫来石，显气孔率和SiO2含量偏高。由于铜渣为铁橄榄石( 2FeO·SiO2 )，当炉温至少1 300 ℃时随着铜渣飞溅到炉衬上造成渗透熔解，进而引起耐材剥落，这个过程反复循环致使烧嘴砖被严重侵蚀，烧嘴头暴露于高温烟气中，造成烧损。烧嘴头烧损后，喷出的射流也不能按照原方向和速度进行。

经过分析烧嘴砖损毁的主要原因是熔渣的渗透。在炼铜过程中，各种熔体流动性较强，在熔渣与冰铜等熔体中，硫化物熔体由于熔点低，黏度小在SO2气氛中对耐火材料润湿性好渗透较深但由于温度低，对耐火材料的结构破坏性不大。而 FeO－SiO2系熔渣则是造成耐火材料结构剥落的主要原因。由于硫化物矿石和冰铜中含大量的硫化物为了除铁必须加入 SiO2造渣。烧嘴砖在使用过程中，FeO－SiO2系熔渣可沿其气孔和裂纹等毛细管渗入到砖中，并与之相互作用形成与原来砖结构和性质不同的变质层，在温度变化的情况下造成烧嘴砖结构剥落。结构剥落不像溶解、冲蚀那样逐渐蚀损，而是几毫米、几十毫米的瞬间脱落。显然熔渣渗透越深，变质层越厚，结构剥落也就越严重。

烧嘴砖材质的选择抗铁硅渣侵蚀较好的材料，根据三相图分析示出了1 500℃ 时各氧化物成分在FeO－SiO2渣中的溶解度。由图看出CaO与铁硅渣形成的液相区最大。因此 CaO 含量高的白云石材料抗铁硅渣熔蚀性差，Cr2O3、ZrO2与铁硅渣形成的液相区小，表明其抗铁硅渣熔蚀性好。

结构剥落与熔体渗入耐火材料深度有关。变质 层越厚，结构剥落越严重。减轻结构剥落的途径有： ①加入与熔体润湿性不好的碳等耐火组分，以阻止熔渣的渗入；②往耐火材料中加入与熔体形成高熔点物或高黏滞层组分，以堵塞渗透通道③使耐火材料孔隙微细化。Cr2O3可与很多氧化物形成固溶体、高熔点化合物或熔化温度很高的低共熔物。例如，Cr2O3与SiO2形成的低共熔物的熔化温度高达1 720 ℃，Cr2O3与FeO能形成熔点2100℃的FeO·Cr2O3 ；Cr2O3与Al2O3可形成固溶体；Cr2O3与Cu2O可形成熔点在1600 ℃以上的化合物此外，Cr2O3还能大大提高熔渣的黏度。因此，熔渣渗入Cr2 O3含量高的耐火材料中的深度一般都较不含Cr2O3的耐火材料浅得多。即耐火材料中加入 Cr2O3一般都能减轻结构剥 落

由以上分析可知： 从抗铁硅渣熔蚀冲刷和抗结构剥落来看，含Cr2 O3的耐火材料和镁铬尖晶石耐火材料比较好。纯 Cr2O3或 Cr2O3－ZrO2耐火材料价格太贵，从原料来源和价格来看，使用镁铬、铝铬等含铬的耐火材料适宜。利用电熔刚玉和氧化铬为原料，经高温烧成，研制出了铬刚玉烧嘴砖。该烧嘴砖与原砖相比，气孔率低、耐压强度高、抗铁硅渣侵蚀性能优良。