В пирометаллургическом рафинировании, срок службы огнеупоров — важный производственный показатель, серьезно влияющий на скорость работы печи и себестоимость продукции. Среда, в которой используются огнеупорные материалы, требует, чтобы они были способны противостоять температурным повреждениям, разрушениям от термических напряжений и коррозии среды. Поэтому выбор подходящих огнеупорных кирпичей и продление срока их службы играют важную роль в повышении эффективности производства и снижении производственных затрат.

1. Типы огнеупорных кирпичей

В настоящее время наиболее распространенной классификацией огнеупорных материалов является классификация по химическому составу, которая может быть разделена на кремнеземные, алюмосиликатные, магнезиальные, доломитовые, углеродные композиции и другие огнеупорные материалы.

1.1 Кремнеземные огнеупоры

Кремнеземный огнеупор — это огнеупорный материал, основным компонентом которого является SiO₂, а массовая доля SiO₂ не менее 93%, который может быть как определенным, так и неопределенным огнеупорным материалом. Достоинствами данного огнеупора являются высокая теплопроводность, высокая температура размягчения под нагрузкой, сильная устойчивость к эрозии кислыми шлаками, но самым большим недостатком является низкая стабильность сопротивления тепловому удару. Поэтому данный огнеупор в основном используется в качестве конструкционных материалов для коксовых печей, стекловаренных печей, печей для выплавки кислых сталей и другого термического оборудования.

1.2 Алюмосиликатные огнеупоры

Алюмосиликатные огнеупоры – это огнеупоры, основными компонентами которых являются AI₂O₃ и SiO₂. В зависимости от содержания AI₂O₃ в составе огнеупоры можно разделить на полукремнистые (массовая доля 15%~30%), глинистые (массовая доля 30%~48%) и высокоглиноземистые (массовая доля >48%). Эти огнеупоры обладают такими преимуществами, как малый вес, термостойкость и хорошие теплосохраняющие свойства, однако температура их начальной деформации составляет 1400°С. Поэтому алюмосиликатные огнеупоры обычно используются в качестве теплоизоляционных материалов в металлургической промышленности и не применяются в рабочем слое.

1.3 Магнезиальные огнеупоры

Магнезиальные огнеупоры — это огнеупорные материалы, основной кристаллической фазой которых является периклаз, а массовая доля MgO превышает 80%. Под влиянием состава магниевого сырья основными компонентами магниевых огнеупоров являются MgO, FeO, Fe₂O₃, AI₂O₃, SiO₂, CaO, Cr₂O₃. Температура плавления MgO достигает 2800℃, а огнеупорность магниевых огнеупоров достигает 2000℃, поэтому магниевые огнеупоры обладают хорошей термостойкостью. К магниевым огнеупорам относятся магниевые кирпичи, магниевые оливиновые огнеупоры, магниево-алюминиевые шпинелевые огнеупоры, магниево-хромовые огнеупоры и огнеупорные материалы из белых нефритовых камней. Среди них магниево-хромовые огнеупоры изготавливаются из магниевого песка и хромита и имеют в качестве основного компонента магниевый песок.  По сравнению с традиционным магниевым кирпичом магниево-хромовые огнеупоры более термостойки и широко используются в печах для выплавки цветных металлов. Однако, поскольку шестивалентный хром представляет серьезную опасность для окружающей среды и здоровья человека, особенно для воды, поэтому при производстве и изготовлении необходимо строго контролировать щелочную среду и парциальное давление кислорода.

1.4 Доломитовые огнеупоры

Доломитовые огнеупоры — это щелочные огнеупоры, основным сырьем которых является доломит, а основными компонентами — MgO и CaO, причем массовая доля CaO составляет 40~60%, а массовая доля оксида магния — 30~40%. Температура огнеупорности доломитового огнеупорного материала превышает 1780℃, а температура начала размягчения при нагрузке 0.2 МПа составляет 1550℃, что свидетельствует о его хорошей термостойкости. Доломитовый огнеупор относится к сильнощелочным огнеупорам, который обладает сильной шлакоустойчивостью к щелочному шлаку, но слабой шлакоустойчивостью к кислотному шлаку. Поэтому данный огнеупорный материал в основном используется для изготовления стенок и подины плоских печей, обжигового пояса вращающихся печей и т. д.

1.5 Углеродные композиционные огнеупоры

Углеродный композитный огнеупорный материал, также известный как углеродсодержащий огнеупорный материал, представляет собой многофазный композитный огнеупорный материал, изготовленный из двух или более тугоплавких оксидов с различными свойствами (MgO, CaO, aloo₃, ZrO₂ и т.д.) и углеродного материала и неоксидного материала в качестве сырья, с использованием углеродного материала в качестве связующего. Углеродные композиционные огнеупоры обладают высокой огнеупорностью, хорошей тепло- и электропроводностью, отличной температурой отклонения нагрузки и высокотемпературной прочностью, а также лучшей, чем у других огнеупоров, стойкостью к шлакованию и термоудару, однако этот вид изделий имеет такой недостаток, как легкость окисления. Поэтому данный огнеупорный материал в основном используется при выплавке нержавеющей стали, чистой стали, стали с низким содержанием серы и других высококачественных сталей.