镁质捣打料在富氧侧吹工艺中的应用实践

尤廷晏, 徐 风

(烟台鹏晖铜业有限公司， 山东 烟台 264002)



设备及自动化

镁质捣打料在富氧侧吹工艺中的应用实践

尤廷晏, 徐 风

(烟台鹏晖铜业有限公司， 山东 烟台 264002)

对镁质捣打料的干燥、养护以及高温使用原理进行分析，介绍了镁质捣打料在烟台富氧侧吹工艺中的使用部位和填充方式。使用自制镁质捣打料是烟台富氧侧吹工艺的特点，其具有抗高温性能好、成本低、使用寿命长等优点。

镁质捣打料； 富氧侧吹工艺； 电炉炉顶； 铜水套； 填充方式

0 前言

不定形耐火材料是一种不经烧成即可直接使用的耐火材料，具有快速施工、简化工艺、节能、整体性好、易于更换等优点，在冶金领域应用广泛。其中，捣打料是一种用捣打(人工或机械)方式施工，由比例很高的粒状料和比例很低的结合剂及其它组分配制而成、并在高于常温的加热作用下硬化的不定形耐火材料。烟台鹏晖铜业有限公司在电炉炉顶和富氧侧吹炉烟气出口铜水套使用了自主调制的镁质捣打料，不仅满足了工艺需求，同时降低了生产成本。

1 镁质捣打料应用理论基础

1.1 镁质捣打料使用前的干燥和养护

不定形耐火材料在使用前的干燥过程中，表面水分首先受热蒸发，热量由表面向内部传导，使相邻部位的温度逐渐升高。由于表面水分蒸发，耐火材料内部的水分(蒸汽)逐渐向表面扩散补充。若供热量过大、升温过快，则单位时间内产生的蒸汽量过多，由于不定形耐火材料透气性较差，内部水分(蒸汽)向外扩散受阻。同时，由于水分汽化，体积急剧增大，耐火材料内部将产生很大张力，如果该张力超过耐火材料的抗压强度，就会导致耐火材料胀裂；两者相差悬殊时则会剥落或炸裂。所以，常规的升温干燥要求较高，而且不能保证耐火材料的使用性能。烟台鹏晖铜业有限公司使用的镁质捣打料在常温下自然干燥即可，避免了高温对耐火材料的损伤，有效保证了耐火材料的使用性能。

1.2 镁质捣打料高温使用原理

烟台鹏晖铜业有限公司使用的镁质捣打料由镁砂(骨料)和镁粉(粉料)按一定比例、通过一定密度的某种结合剂调制而成，主要成分为MgO，其热性能如下：熔点2 825 ℃，热导率45 W/(m·K)，热膨胀系数14×10-6·℃-1，1 500 K时热容量53.6 J/mol，抗热震性很好。

在高温使用条件下，MgO抗高温性能良好。同时，该镁质捣打料中含有少量CaO和Fe2O3[2]。在生产条件下，捣打料中的CaO和Fe2O3反应生成铁酸二钙(C2F)，反应式为：

2CaO+Fe2O3=2CaO·Fe2O3

(1)

(1)铁酸二钙的熔点为1 449 ℃，但在有铁液(高价铁在高温下分解产生)存在的条件下，出现液相的温度大约只有1 100 ℃。而镁质捣打料中通常含有少量的SiO2和Al2O3，出现液相的温度比1 100 ℃还要低一些。在生产条件下(如电炉作业)，捣打料从1 100 ℃开始局部出现液相，材料开始烧结，随着炉温的升高，液量逐渐增加，材料工作面不断烧结固化，形成致密的烧结层。

(2)液相中的C2F，在高温条件下，经过相变形成高熔点新相，提高了材料高温下的稳定性。

(3)镁质捣打料中的主要成分MgO，在高温加热的条件下转变为稳定的立方晶体(方镁石)，从CaO-FeO-MgO相图可知，C2F分解后形成的FeO液与大量方镁石接触时，FeO会逐渐被方镁石吸收形成固溶体[(Mg·Fe)O镁富氏体]，随着均匀化的进行，熔点逐渐升高。而CaO则与材料内SiO2或熔渣中的SiO2反应，生成熔点比较高的C2S、C3S等硅酸盐相，提高了材料在高温下的稳定性和耐侵蚀、抗冲刷能力。

2 镁质捣打料在富氧侧吹工艺中的使用

烟台鹏晖铜业有限公司采用富氧侧吹熔池熔炼工艺，主要设备为富氧侧吹熔池熔炼炉、沉降电炉和连续吹炼炉，三者依次由高到低排布，熔体通过各炉之间的流槽流动，该工艺是一种高效、节能和环保的新工艺。镁质捣打料主要应用在电炉炉顶及富氧侧吹炉上升烟道。

2.1 电炉炉顶

电炉在冶炼行业中占有十分重要的地位，电炉盖的使用条件苛刻，环境恶劣，其经常处于高温、熔渣侵蚀和急冷急热的状态下，易损坏。而电炉盖的寿命决定了电炉的生产效率。

电炉炉顶最初采用硅砖砌筑，上世纪60 年代末期开始试用高铝质材料，高铝质材料的耐火度、高温抗侵蚀性能以及热震稳定性优于硅砖。90年代后，在电极三角区位置普遍采用耐火浇注料为高铝质或刚玉质并添加钢纤维的整体预制炉盖。而采用镁质捣打料作为电炉炉顶耐火材料，尚未见相关报道。

与整体式炉顶结构不同，烟台鹏晖铜业有限公司电炉炉顶由若干炉顶块组成，每个炉顶块为中空的拱形模块，采用普通钢板焊接而成，两端与炉墙齐平、等高，炉顶块内焊接有大量“V”型钉，起增强镁质捣打料牢固性的作用。

施工时，将炉顶块中空面向上，人工将调制好的镁质捣打料填充到模块内，用铁锹平铺、捣实以除去其中空气，捣打料厚度与炉顶边缘齐平。同时，将细小木棒插入捣打料中，一方面方便捣打料干燥，另一方面可随时观察干燥情况。因为有拱形结构外框和“V”型圆钢钩的存在，人工捣实的劳动强度大大降低，填充完毕的炉顶块放置在通风处自然干燥即可，无需加热烘干。电炉顶盖镁质捣打料填充方式如图1所示，“V”型圆钢钩与镁质捣打料结合方式如图2所示。

图1 电炉顶盖镁质捣打料填充方式示意图

图2 “V”型圆钢钩与镁质捣打料结合方式示意图

使用时，直接将炉顶块安装至炉顶，并且无需设置额外的水冷设施。

一个炉期(500 d)停炉后电炉顶盖检查的情况，炉顶镁质捣打料整体性很好，强制冷却后未见裂纹和爆裂现象。冷态时强度很高，烧结炉顶的最薄处位于电极附近。因此，该镁质捣打料在烧结后的抗高温性能、耐熔体冲刷性能都较好。

采用镁质捣打料作为炉顶耐火材料具有如下优点：

(1)镁质捣打料成分简单，可随时更换，成本仅是通用浇注料的1/4；

(2)使用镁质捣打料后，电炉顶盖不需要进行整体填充，炉顶分块结构，吊运更加方便、安全，便于炉况和突发事件的处理；

(3)镁质捣打料抗高温性能优越，取消了电炉的附属水冷装置，降低了能耗，确保了生产安全；

(4)镁质捣打料成分统一，使用过程中不会因材料热膨胀不同而损坏，确保使用寿命。

2.2 富氧侧吹炉烟气出口铜水套

烟气出口铜水套应用在上升烟道下方，为炉体与余热锅炉水冷壁间连接部分。该水冷件为大型铜水套，通过大型螺栓直接固定在外围钢结构上，拆卸安装方便。在内壁中增设凹槽，可使内衬的镁质捣打料牢固附着在水套上(如图3)，由于耐火捣打料的存在，大大增强了铜水套的安全性，开炉时可直接烧油提温。

图3 烟气出口铜水套镁质捣打料填充方式 示意图

3 结语

目前，冶炼行业发展较快，各企业在不定形耐火

材料的使用上都有其特点。烟台富氧侧吹工艺在不同部位使用自主调制的镁质捣打料，降低了生产成本，确保了工艺完整。经过多个炉期的摸索，镁质捣打料的使用已日趋完善，采用该材料优点如下：

(1)耐火材料均衡腐蚀，保证了安全生产。目前，耐火材料寿命已达500 d。

(2)用作电炉顶耐火材料，可降低工艺成本，确保操作安全、方便，降低能耗。

(3)作为铜水套填料使用，可确保铜水套的安全。

虽然镁质捣打料的应用较为成功，但是其蚀损机理尚不明确。要进一步优化镁质捣打料使用效果，就必须对其蚀损机理进行分析，这将是今后的工作方向。

[1] 刘燕春, 周振龙, 纪国富等. 低水泥浇注料干燥特性的研究[J]. 钢铁, 1992，(11): 45-48.

[2] 王首元, 金元刚, 李广达. 镁质干式打结耐火材料的原理和应用[J]. 铁合金, 2004，(4): 31-35.

第三代半导体SiC技术的崛起

第一代半导材料Si点燃了信息产业发展的“星星之火”，而Si材料芯片也成就了“美国硅谷”高科技产业群，促使英特尔等世界半导体巨头的诞生，95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路都是由Si材料制作。

目前全球40%能量作为电能被消耗，而电能转换最大耗散是半导体功率器件。曾经的“中流砥柱”Si功率器件已日趋其发展的材料极限，难以满足当今社会发展对于高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境以及轻便小型化的新需求。以SiC为代表的第三代半导体材料凭借其优异属性，将成为突破口，正在迅速崛起。

SiC作为一种宽禁带半导体材料，不但击穿电场强度高、热稳定性好，还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点，可以用来制造各种耐高温的高频、高效大功率器件，应用于Si器件难以胜任的场合。

Practice of magnesia ramming material in enriched oxygen side-blown process

YOU Ting-yan, XU Feng

The drying and maintenance of magnesia ramming material, the using principle at high temperature were analyzed. The use position and filling mode of magnesia ramming material in Yantai enriched oxygen side-blown process were introduced. Using of self-made magnesia ramming material is character of Yantai enriched oxygen side-blown process, it has good performance of anti high temperature, and advantages of low cost, long service life, etc.

magnesia ramming material; enriched oxygen side-blown process; the top of electric furnace; copper water jacket; filling mode

尤廷晏(1972—)，男，山东烟台人，冶金工程师，从事有色冶炼技术管理工作，现为烟台鹏晖铜业有限公司熔炼车间主任。

2014-- 04-- 21

TF811； TF806.2

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1672-- 6103(2015)02-- 0045-- 03