炼镍用耐火材料(FefractoriesForNickle-smelting)

砌筑炼镍工业炉窑所使用的耐火材料。炼镍时，先将硫化镍矿或镍精矿焙烧而制得烧结矿，再将烧结矿熔炼成低冰镍，后经吹炼而制成高冰镍，最后电解成金属镍。该过程所用的热工设备主要有焙烧炉、熔炼炉、吹炼炉等。其操作温度一般为1500℃左右，炉衬主要承受物料的化学侵蚀、冲刷、热应力和机械损伤等作用。通常采用粘土砖、高铝砖和碱性耐火砖等砌筑，使用寿命因炉子类型、原料条件和冶炼工艺等情况的不同而异。

焙烧炉用耐火材料 该炉炉型有多层炉、直线型烧结机、沸腾炉和回转窑等。焙烧为自热过程，点火后炉料放出大量热量，不需多加燃料，即可达到烧结。炉子操作温度一般低于1400℃，无化学侵蚀等作用，使用条件较好。因此，该类炉子的内衬一般采用粘土砖砌筑，个别部位内衬则用高铝砖即可满足生产要求，使用寿命较长。

熔炼炉用耐火材料 该炉主要炉型有鼓风炉、矿热电炉、反射炉和闪速炉等。闪速炉炼镍具有冶炼强度高、能耗低和保护环境等优点，是应用最多的炉型。

鼓风炉用耐火材料 炉子高度为7～8m，风口区的炉宽为1.4～1.6m，炉长为12～15m。该炉炉顶罩内衬用粘土砖砌筑，炉身上部砌筑致密粘土砖，以抵抗炉料的机械磨损，炉身中、下部均用水冷套并衬砌致密粘土砖。熔炼区内衬水冷套上的衬砖极易脱落，实质上是靠挂渣皮维持正常生产。炉缸底和侧壁用粘土砖作工作层，非工作层则用耐火浇注料整体浇灌。放低冰镍口和放渣口的周围内衬一般用镁砖或镁铬砖砌筑。鼓风炉炉衬厚度为345～500mm，使用寿命约为1a。当炉底增高或水冷套发生漏水等情况时，需进行中、小修。

矿热电炉用耐火材料 该炉为卧式的长方形熔炼炉(见图)，其长、宽和高分别为10～24m、4.5～6.0m和4～8m。冶炼时，操作温度约为1400℃。该炉原料适应性强，炉气产生得少，金属回收率高，且在熔炼池内进行热传导，可减轻炉衬的热负荷和延长使用寿命。特别是在电价低廉的地区或熔炼难熔炉料时，宜选用矿热电炉。

矿热电炉由炉底、炉墙和炉顶组成。炉底呈反拱形，砌体厚度约为1000mm。先用耐火浇注料做成锅底状，然后用粘土砖砌筑非工作层，厚度为230mm或345mm，工作层则用镁砖砌筑，厚度约为700mm。炉墙渣线区及其以下部位的非工作层采用粘土砖砌筑，厚度为230mm，工作层用镁砖或镁铬砖砌成阶梯状，上、下边的厚度分别为345mm和500～690mm。放低冰镍口和放渣口的工作层需用镁铬砖砌筑，内嵌石墨质衬套。该口的炉前流槽工作层一般用铝碳砖或镁砖砌筑。渣线区以上部位的炉墙均用粘土砖砌筑，厚度为345mm。应当指出，为了提高渣线区和放低冰镍口的衬体寿命，可采用水冷铜套强制冷却，以便形成挂渣保护层和增加其高温强度。拱形炉顶一般用粘土砖砌筑，厚度为300mm。由于炉顶孔洞较多，宜采用高铝质耐火浇注料浇灌，因整体性好，结构稳定，能显著提高使用寿命。矿热电炉的使用寿命约为10a。

闪速炉用耐火材料该炉结构与炼铜闪速炉基本相似，所用耐火材料也基本相同(见炼铜用耐火材料)。但炼镍时的操作条件较苛刻，反应塔的工作温度比炼铜时约高100℃，即工作温度最高可达1600℃。熔渣中氧化铁和氧化镁等杂质含量高，且极易氧化，放渣温度需提高至1360～1380℃。因此，炼镍闪速炉的炉衬损毁较快，使用寿命一般为1～4a。耐火材料单耗约为炼铜闪速炉的2倍。炼镍闪速炉易损部位的衬体国际上普遍采用优质高纯或电熔镁铬砖砌筑，使用寿命一般可达6a左右。中国1980年以来，采用直接结合镁铬砖、合成砂镁铬砖和熔铸镁铬砖等优质砖(表1)砌筑炼镍闪速炉衬体，其寿命明显提高。

吹炼炉用耐火材料 该炉是将低冰镍冶炼成高冰镍的热工设备，主要炉型有转炉和反射炉。

表1优质镁铬砖的性能指标

转炉用耐火材料 该炉呈圆筒状，分为卧式和立式两种。中国普遍采用公称装入量为50t的卧式转炉(见炼铜用耐火材料)，其直径为3.66m、长度为7.1m，没有22个风眼，吹炼时的工作温度为1350～1500℃，每炉吹炼时间约7～10h。在炼镍转炉炉衬耐火材料的损毁中，风口与风口区最为严重。采用一般镁铬砖砌筑风口与风口区时，寿命仅为18炉次左右。为了提高炼镍转炉炉衬寿命，80年代末洛阳耐火材料研究院研制出了一种能抗铁硅渣与硫化物熔体侵蚀、冲刷与渗透的镁铬风口砖，其理化性能为：MgO50%～54%、Cr2O325%～32%、AL2O38%～12%、Fe2O24%～8%、Sio2<1.5%、Cao<1.5%，气孔率为21%，体积密度3.0～3.1g/cm3，常温耐压强度大于60MPa，1400℃高温抗折强度11MPa，荷重软化开始点1750℃。采用上面研制出的镁铬风口砖与洛阳耐火材料厂生产的半再结合镁铬风口区砖(性能MgO60%、cr2O321%、Al2O36%、FeO7%、Sio2.3%，气孔率15%，体积密度3.26g/cm3、常温耐压强度45MPa，荷重软化开始点1730℃)砌于50t转炉风口与风口区后，使转炉炉衬寿命显著提高，一次性使用寿命达到50炉次以上。中国炉容为10t的炼镍转炉采用过全合成镁铬砖、预反应镁铬砖和铝铬渣砖，曾取得较好使用效果，表2列有这些衬砖的性能。

表2衬砖性能

反射炉用耐火材料 该炉呈长方形卧式，由炉底、炉墙和炉顶组成(见炼铜用耐火材料)它是冶炼高冰镍的热工设备，操作温度约为1320℃。炉底工作层由石英砂等材料捣打而成。炉墙下部工作层一般采用镁砖砌筑，其余部位则用硅砖。在正常操作情况下，该炉使用寿命约为3个月。如果反射炉渣线区及其以下部位的工作层全部采用烧成镁砖砌筑，炉底砌成平的，炉墙砌成阶梯状，其余部位工作层则用高铝砖砌筑，炉子的非工作层全部采用粘土砖砌筑，其使用寿命一般可达1～1.5a。