簡介
全球近80% 以上的礦產粗銅都是通過轉爐吹煉生產的，目前轉爐正在向著大型化、智慧型化、高強度、低污染方向快速發展。吹煉過程中，轉爐爐磚整體壽命超過1000 爐次，但風眼磚爐磚壽命普遍較低，國內平均水平在200 爐次左右，提高轉爐風眼區域耐火材料使用壽命是延長整個爐壽命的關鍵，也成為提高生產效率和提升經濟效益的價值的關鍵。主要通過對轉爐風眼磚消耗的原因進行了深入研究，尋找提高轉爐風眼磚壽命的途徑。
轉爐風眼磚襯消耗主要來自三種因素的影響，即熱應力、化學侵蝕和外力損耗。
化學侵蝕損耗
轉爐中主要的介質包括轉爐渣、冰銅和粗銅，採用光學顯微鏡和掃描電鏡 / 能譜儀（SEM/EDS）兩種類型的儀器進行使用後的轉爐風眼磚進行顯微結構分析發現，冰銅和粗銅未與風眼磚發生化學反應，僅僅是滲透到風眼磚之中，沒有發生化學侵蝕。
風眼磚的化學溶蝕主要是轉爐渣造成，轉爐渣中的矽酸鹽渣和磚體中方鎂石發生反應、溶蝕，造成磚中基質減少，雖然磚體尖晶石耐溶蝕性能較好，但磚體中方鎂石溶蝕後，大顆粒尖晶石被孤立、脫落，使得耐火材料表面減薄，進而露出新的反應或溶蝕表面，從而引起耐火材料均勻的厚度減薄。
進一步的分析發現，轉爐渣的滲透較弱，矽酸鹽主要出現在距離風眼磚熱工作面較近的 2~4cm 處，而冰銅的滲透甚為強烈，其滲透深度甚至超過10cm，在工作面和內部磚體之間均有巨觀裂紋的出現。
熱應力損耗
轉爐風眼磚耐火磚選擇
銅冶煉轉爐風口區，正常的工作溫度比較高，在1200度以上，但停風特別是加冷料和出料時爐膛內溫度會有較大幅度降低，短時間內降到400—700 度，劇烈的溫度變化對耐火材料產生熱震作用，並且由於熱震的作用，致使磚體內部原有微小裂紋生長、新的裂紋產生，進而導致耐火材料磚體內部結合強度降低，特別在高溫熔體侵蝕、沖刷作用下，磚體表層脫落、崩裂加劇，加速其損毀。
為了研究不同耐火材料在受到單純熱震作用時其性能之間的差異，在實驗室進行了常規的急冷熱震實驗和緩冷熱震實驗。即將耐火材料於 1400℃下保溫，之後從馬弗爐中取出在常溫空氣氣氛中急冷，之後再將其置於馬弗爐中加熱、保溫、取出空冷，上述過程重複數次後，對耐火材料樣品進行壓力- 位移的測試，觀測其耐壓強度的變化，此過程中耐火材料所承受的溫度變化較劇烈，為急冷熱震實驗。
將耐火材料的隨爐緩冷熱震實驗則將耐火材料在 1400℃下保溫後，關閉加熱電源，使其隨爐緩冷，之後再重新升溫至 1400℃、保溫、冷卻，重複上述過程數次，最後對耐火材料試樣進行壓力- 位移的測試，為緩冷熱震實驗，來對比考察不同耐火材料的單純抗熱震性能差異。通過熱震實驗，結合生產實踐，鎂鉻磚耐火磚更加適合用於轉爐風眼磚。
先後次序對強度影響
由於在轉爐風口區，耐火材料不僅受溫度的變化影響，也受到熔體特別是渣的侵蝕作用。為了研究不同耐火磚在銅轉爐工況下的熱應力產生損耗情況，根據熱震實驗篩選出4種抗熱震性能較好的鎂鉻磚耐火磚，進一步進行先經歷熱震後經歷靜態侵蝕和先經歷靜態侵蝕後經歷熱震研究。從耐火材料經歷熱震和侵蝕兩種因素互動作用後的耐壓強度數據及顯微鏡照片對比分析，侵蝕和熱震的先後順序不同，基本不影響對材料性能的定性判斷。
對不同初始強度的影響
初始耐壓強度高的耐火材料，損失率較高，造成鉻含量高的鎂鉻磚經歷熱震和侵蝕兩種因素互動作用後的耐壓強度與初始耐壓強度低的耐火材料相當，這與預測有較大差距；分析認為，耐火材料受到熱震作用產生的熱應力超過材料的極限抗張強度時，材料就會被破壞，從而產生新的裂紋。材料中的微裂紋破裂時存在明顯的動力擴展，而氣孔特別是材料內部原有的封閉氣孔可以阻礙裂紋的擴展。若材料的氣孔率高，則成核裂紋密度增大而裂紋平均尺寸變小，有利於提高材料的抗熱震性。但孔隙率較高，在靜態侵蝕實驗中，熔體通過表面形成的熱震裂紋能夠更深入的滲透至磚體內部，從而在常壓條件下測試耐壓強度時，該部分填入磚體內部孔隙的冷凝熔體起到了類似粘結劑的作用，提高其耐壓強度，顯示為壓力耐壓強度損失率較小。但在實際生產中氣孔率高，一方面渣及冰銅、粗銅熔體的滲透變的嚴重，熔體的侵蝕加劇，另一方面，氣孔率高造成材料的強度下降，受到渣蝕後更易加劇綜合使用性能下降，實際使用中，期孔率低，初始耐壓強度大的耐火磚使用壽命明顯強於初始耐壓強度低的耐火磚，因此，選擇耐火磚氣孔率和耐壓強度等參數時，需要綜合評估。
外力損耗
轉爐風眼磚由外力造成的損耗對風眼壽命有較大影響，個別情況，由於對局部風眼磚損耗過大，會造成突發性漏銅等事故發生，應引起足夠重視，分析造成損耗的主要來源包括捅風眼釺子擊打的機械損傷、熔體激烈攪動造成的沖刷外力損耗，另外，由於實際生產過程中加入固體物料對風眼的撞擊損壞也不可忽視，特別是大塊物料加入，對爐內耐火磚損害極大，包括日本東予等多家冶煉廠已停止向轉爐加入大塊冷銅物料，取得了風口磚壽命超過300 爐的好成績。減小外力衝擊，提高風口磚壽命的另外一個途徑是最佳化爐體設計。
總結
（1）銅冶煉爐用鎂鉻質耐火磚的損毀由以下一些單個過程來描述，熔體的化學溶蝕、熔池交替運動引起的磨損和熱應力引起的掉片和剝落。化學溶蝕特別是矽酸鹽渣的溶蝕使得耐火材料表面均勻減薄，進而露出新的反應或溶蝕表面。銅鋶及粗銅的滲透深度較深，但未與耐火材料發生明顯化學反應，但可能會在滲入部位產生應力敏感區。而熱震所引起的應力的存在會使得溶蝕、滲透進一步加劇，最終在溫度、機械力引起的應力和滲透的共同作用下引起剝片或剝落形式的耐火材料損毀。
（2）高含鉻、高耐壓強度耐火磚經歷熱震和侵蝕兩種因素互動作用後的耐壓強度損失率較高，因此在耐火材料選擇上應當綜合考慮耐火材料的結構緻密性和抗熱震性，以及性價比，不用過於追求高強度、高緻密性，對於轉爐風口磚，
含鉻在22% 左右較為理想。
（3）通過調整熔劑改變渣的成分，減少與耐火磚中方鎂石發生反應、溶蝕是減少轉爐操作中化學侵蝕的有效途徑。
（4）溫度變化產生的熱震作用，是磚體內部產生裂紋，外表層產生脫落、崩裂，加速其損耗的主要原因，應當通過均衡生產等方式減少溫度劇烈波動；同時，大批量冷料的加，不僅會因為外部機械衝擊損壞耐火磚，而且也會引起溫度的劇烈變化，減少耐火磚壽命，建議減小加入物料的塊度和瞬時加入量，國內外多家轉爐生產企業通過少加，甚至不加大塊冷銅，在提高轉爐風口磚壽命方面取得明顯成效，值得借鑑。
