金川公司銅自熱熔煉爐是用來處理含鎳銅精礦的。含鎳銅精礦是高鎳锍經(jīng)緩冷和磨浮分選后得到的銅精礦，其成分為：Ni3.5%，Cu67%~69%，F(xiàn)e3%~4%，S20%~22%。這種銅精礦含鎳高、含鐵低、含硫低，不含脈石，不同于天然礦石選出的銅精礦。
金川含鎳銅精礦的冶煉工藝，從20世紀60年代借鑒傳統(tǒng)的處理一般銅精礦的工藝流程開始，經(jīng)過多個發(fā)展階段而演變?yōu)楝F(xiàn)行工藝。20世紀90年代初，金川公司采用了從俄羅斯引進的俄羅斯鎳設計院和北鎳公司聯(lián)合開發(fā)的原本處理鎳礦的氧氣頂吹自熱爐技術與設備經(jīng)自己改裝、研制為處理銅精礦的新技術，建立了我國的新工藝，該工藝于1994年試產(chǎn)成功。
2氧氣頂吹自熱熔煉
1自熱爐生產(chǎn)的工藝特性與技術性能
氧氣頂吹自熱爐屬于熔池熔煉的高效冶煉設備，氧槍為非浸沒式氧槍，由爐頂集煙罩上的氧槍口伸入爐膛，將高壓工業(yè)氧氣吹入溶渣層內(nèi)，使熔體攪動、翻騰。重油經(jīng)氧槍內(nèi)特設的導管從槍口噴出，以補充盡應熱量的不足。爐料不斷從集煙罩上的爐料孔加入，爐料進入翻騰的熔池后很快熔化并進行各種物理化學變化。硫化銅因其密度較大而沉入底層，爐渣則浮于上面。
由于鼓入爐內(nèi)的是氧氣，因此煙氣二氧化硫濃度高，且連續(xù)穩(wěn)定，經(jīng)凈化后即送往硫酸廠制酸。
自熱爐熔煉技術與其他相關技術相比具有以下優(yōu)點：
(1)熔煉過程中物理化學反應速度快，爐床生產(chǎn)能力高，產(chǎn)量大。
(2)利用工業(yè)氧氣吹煉，煙氣量小，煙氣帶走的熱量少，爐子熱損失小，由于實現(xiàn)自燃(補充部分重油)，充分利用放熱反應的熱量，熱利用率高，節(jié)約大量能源。
(3)煙氣中二氧化硫濃度高且連續(xù)穩(wěn)定，有利于制酸。提高了資源綜合利用水平，且保護了生態(tài)環(huán)境。
(4)爐子體積小，結(jié)構簡單，工程投資小。
(5)對物料要求不嚴鉻，可以處理不同粒度和含一定水分的物料。
(6)操作簡單、靈活，可連續(xù)作業(yè)，且能有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量。
因此，自熱爐熔煉是一種高效、節(jié)能、可連續(xù)作業(yè)、投資少、煙氣可以回收制酸避免環(huán)境污染的冶金工藝，是當前世界上處理含鎳銅精礦的一項先進的技術。
2自熱爐的結(jié)構
自熱爐是豎式圓柱形爐型，外形直徑為4m，高為7.5m，爐體由爐基、爐底、爐墻、爐頂、放出口組成。主要附屬設備有氧氣槍、煙氣冷卻器等。
A 爐基和爐底
爐基是整個爐子的基礎，由鋼筋混凝土澆灌而成。自熱爐正常作業(yè)時爐底溫度在250℃以上，需要有良好的通風冷卻，所以爐基上設有通風道，全部外包耐火磚，其上方架設有工字鋼梁，鋼梁上鋪設有厚度為40mm的鋼板，厚鋼板上再鋪設小型工字鋼和鋼板。在鋼板上砌筑爐底，爐底由鎂鉻磚砌成，總厚度為1200mm。
B 爐墻
爐墻外殼用20mm鋼板圍成，爐墻外層砌黏土磚，內(nèi)層砌鉻鎂磚。爐墻與外殼之間充填10mm的石棉板和厚約50mm的鎂砂。為了延長爐襯的使用壽命，在反應高溫區(qū)爐墻內(nèi)設置有水冷銅水套。
C 爐頂
爐頂呈斜錐形，鋼質(zhì)外殼內(nèi)用鉻鎂磚砌筑，并附設有氧槍口、加料口，煙氣從爐頂排煙口引出，直接與煙氣汽化冷卻器的進口連接。
D 放出口
自熱爐設有放銅口、放渣口、事故放空口，三個放出口作用不同。放銅口距爐底650mm，用于正常生產(chǎn)時放銅;放渣口距爐底1250mm，正常生產(chǎn)時排渣;距爐底0mm的事故放空口，用于發(fā)生事故或需要檢修時，將爐內(nèi)熔體放干凈。
E 氧槍機
氧槍機主要由氧槍、氧槍機架、左右行走機構和傳動機構組成。為了保證生產(chǎn)的順利進行，氧槍機架上安裝有兩只氧槍，一只使用，一只備用。為了延長氧槍的使用壽命，氧槍采用強制水冷卻。
F 煙氣汽化冷卻器
在爐頂煙氣出口直接安裝了煙氣汽化冷卻器，它實質(zhì)上是一種小型的煙道余熱利用設備。一方面以蒸汽的形式回收利用自熱爐煙氣的余熱，降低煙氣溫度，以利于電收塵的工作;另一方面煙氣冷卻器可沉降一部分煙塵并加以回收。
3銅自熱熔煉爐用耐火材料的研究
對于這種新型熔煉設備用的耐火材料的問題俄羅斯并沒有解決，一切需從頭開始J.為此，在總結(jié)已有鎂鉻耐火材料及鎂鋁耐火材料應用經(jīng)驗的基礎上，提出三個研究方案：硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚、直接結(jié)合鎂鉻磚和優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚。
1硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚
硅酸鹽結(jié)合鎂鉻磚的理化性能見表1，本試驗用于砌筑爐體和爐頂。幾次試驗結(jié)果表明，使用壽命均在4個月以內(nèi)，效果甚不理想。這表明此方案不可取。
2直接結(jié)合鎂鉻磚
直接結(jié)合鎂鉻磚的理化性能列于表2。這是一種具有較高抗侵蝕性能和高溫強度的材料。使用后壽命有所提高，達到6個月左右，但仍遠未達到生產(chǎn)要求。原因在于：爐體部位鎂鉻磚出現(xiàn)銅的滲透而引起結(jié)構剝落;爐頂部位出現(xiàn)熱剝落和機械剝落，即機械應力的作用導致耐火材料的斷裂。
3優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚及爐頂砌筑結(jié)構
本項研究從材料及砌筑結(jié)構兩方面同時進行試驗，試驗過程和效果具體情況如下。
A材料的選取
以我們之前發(fā)過的高性能鎂鉻耐火材料的研究結(jié)果和上述幾次試驗的爐況為依據(jù)，確定選材原則為：
(1)爐頂材料的選擇原則。熱穩(wěn)定性好，抗SO2氣氛侵蝕性能好，以及高溫強度大等。
(2)爐體材料選擇原則?？癸碀B透性強，耐渣、锍、氣沖刷性能好，以及高溫強度大等。
根據(jù)以上原則選取優(yōu)質(zhì)鎂絡磚為爐體材料，鎂鋁尖晶石磚為爐頂材料。
B爐頂砌筑結(jié)構的調(diào)整
為了消除由于爐頂砌筑不合理而引起的熱應力，在采用優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚的同時對砌筑結(jié)構進行了調(diào)整。
原設計爐頂鎂鉻磚為平砌拉柱法，砌筑簡圖如圖2所示。采用該設計砌筑的爐頂在氧槍管及加料管部位掉磚嚴重，爐頂鋼殼燒穿而被迫停爐檢修，使用壽命短。
為此，將原設計的平砌拉柱法改進為垂直爐壁拱形砌筑法。該法以確立消除應力等諸因素為重點，創(chuàng)立了一種獨具特色的垂直爐壁拱形砌筑結(jié)構。
C使用效果
使用結(jié)果表明，采用方鎂石結(jié)合鎂鋁尖晶石磚垂直爐壁拱形砌筑結(jié)構的爐頂共試驗3次。爐頂用方鎂石結(jié)合鎂鋁尖晶石磚，爐體仍用鎂鉻磚。
第一次：使用磚型為：460mm×150mm×85/65mm;460mm×150mm×85/50mm;異型磚;300mm×150mm×75/65mm。使用4個月后因年度檢修而提前中修。此次測得幾個關鍵點的殘磚狀況如下：
(1)加料管、氧槍管之間及周邊區(qū)域殘磚長約在250~280rmn，仍為爐頂最薄弱的區(qū)域;
(2)爐頂其他部位磚的蝕損尺寸約為100~200mm;
(3)爐頂磚的渣化層厚度在30mm以內(nèi);
(4)爐頂內(nèi)襯結(jié)有50mm左右的渣殼，這是以前從未發(fā)現(xiàn)的良好現(xiàn)象。
第二次：使用的磚型與第一次相同。使用6個月后因工廠為了確保下半年生產(chǎn)強行停爐檢修。對爐身、爐頂?shù)臒g情況不明。
第三次：使用磚型與第一次相同。使用9個月后停爐檢修。停爐后，對殘磚進行了檢查和分析，得知：
(1)觀察到爐頂內(nèi)表面的結(jié)渣層較之前兩次更厚，達到了100mm以上，而磚的渣化層厚度仍在30mm之內(nèi)。
(2)方鎂石結(jié)合鎂鋁尖晶石磚較之反應鎂鉻磚更能適應自熱爐頂部的使用環(huán)境，具有更優(yōu)異的表現(xiàn)：鎂鋁磚的抗?jié)釹O2煙氣及熔渣的沖刷和侵蝕能力強，渣化層薄;高溫性能優(yōu)越，能形成覆蓋整個拱頂內(nèi)表面的渣殼，渣殼厚度可達100mm;常溫強度高，高溫結(jié)構穩(wěn)定性好，荷重軟化溫度高等性能成功地解決了加料管、氧槍管周邊等易損區(qū)域壽命過低的難題。
(3)從殘磚斷面分析可見，爐頂部易損部位在9個月的生產(chǎn)過程中，蝕損尺寸為290mm，殘余長度為160mm以上。按32mm/月的平均蝕損速度(290/9=32mm/月)推算，結(jié)合到爐頂襯層初期易損、中后期蝕損慢的特點，考慮1996年2月中修后曾因原料短缺而停爐保溫半個月的不利影響，可以預測，該爐的實際使用壽命可達到16個月以上。
4結(jié)論
通過多次生產(chǎn)試驗證明，方鎂石結(jié)合鎂鋁尖晶石磚和垂直爐壁拱形砌筑結(jié)構的使用，已成功地解決了自熱爐投產(chǎn)以來一度存在的爐頂損壞快、爐襯壽命短的難題，使爐頂?shù)氖褂脡勖善鸪醯牟蛔銉蓚€月提高到目前的16個月以上，并且，爐頂、爐身部位的檢修不同步的難題也隨之得以解決，徹底改變了該爐需一年檢修5~6次的狀況，為生產(chǎn)創(chuàng)造了有利的時間條件。