铜精炼耐火材料的成本控制

袁辅平

（大冶有色金属集团控股有限公司 金生公司，湖北 黄石 435005）

铜精炼耐火材料的成本控制

袁辅平

（大冶有色金属集团控股有限公司 金生公司，湖北 黄石 435005）

针对铜精炼企业在耐火材料的成本管理方面的常见弊端，将技术与经济相结合，进行全过程控制：通过优化耐火材料的设计，选择合理的品种、规格、性能；应用价值工程，实现耐火材料的合理配置；改进招标、采购管理方式，实现与供应商的合作共赢；改进烘炉与停炉期间的维护，延长炉寿。以优化成本管理，降低全寿命周期成本。

铜精炼；耐火材料；有色金属冶金；价值工程；全寿命周期成本

1 引言

当前，杂铜火法精炼行业市场竞争激烈，产能供过于求，燃料成本、人工成本逐年攀升，迫切要求降低制造成本。与此同时，固定式阳极炉的作业强度也不断提高，耐火材料的使用条件更趋恶劣。耐火材料的成本管理承受着性能、成本的双重压力。

目前，铜精炼行业的耐火材料的成本管理，有两个误区：一是过于关注采购价格，甚至把采购价格等同于使用成本，产生“唯价格论”；二是只重视精炼炉的砌筑质量、生产中维护，但忽视耐火材料的设计、停炉时的维护。固定式阳极炉的耐火材料的成本管理，应引入全面质量管理的理念，对耐火材料的“设计——采购——砌筑——生产中维护——停炉维护”进行全过程控制，重点完善“设计”、“采购”、“停炉维护”工作，降低耐火材料的全寿命周期成本。

2 耐火材料的设计

耐火材料的设计，涉及外形规格尺寸、材质、品种等诸多方面。合理的设计应满足“性能合理、品种精简、规格标准”。

2.1 耐火材料的“ 性能合理化”

在同样的工艺条件下，不同品种的耐火材料，性能有明显区别，使用寿命有较大差别。铜精炼常用的耐火材料中，镁铬砖的使用寿命优于镁铝砖，镁铝砖又优于镁砖［1］。江苏某厂的精炼炉，炉顶使用镁砖，生产中砖体易断裂，使用3~4个月就需要小修。湖北某公司的同型精炼炉，炉顶使用镁铬砖，小修周期则超过一年。原因在于：铜精炼作业时，炉膛温度反复在短时间内剧烈升降，产生很大的热应力，镁铬砖抗急冷急热能力显著优于镁砖，使用寿命因而延长。

同品种耐火材料，内在化学品质越高，性能往往越好。含铬18%的直接结合镁铬砖的抗折强度、耐压强度显著优于含铬12%的直接结合镁铬砖［2］，使用寿命相比大幅延长。

制造商的技术装备水平越高，制造的同种耐火制品的性能往往更优。比如采用液压压砖机、超高温隧道窑生产的镁铬砖，体积密度加大、高温性能显著提高。

在市场机制作用下，耐火材料的性能越好，价格通常越高。部分精炼企业把耐火材料的采购费用等同于使用成本，一味压低采购价格，购入的耐火材料性能低下，付出了精炼炉炉寿缩短、全寿命周期成本大幅增加的代价。在精炼炉配置的耐火材料，性能必须适应工艺实际，并留有适当的性能冗余，既确保正常安全生产，又延长炉寿。

管理中常说的木桶定律（短板效应）是讲一只水桶能装多少水取决于它最短的那块木板。这个理论在铜精炼炉得到充分的验证，即精炼炉炉寿取决于最容易损耗的耐火材料，即短板。湖北某公司的精炼炉炉墙砖采用镁铬砖时，中修周期为6个月；后将渣线区域的炉墙砖改为直接结合镁铬砖，材料费用虽然增加了1.2万元，但中修周期延长到18个月。整个中修周期内，增产了6万t阳极铜，检修费用同比节省28万元，全寿命周期成本显著下降。说明消除短板有利于降低成本。

经过多年的生产实践，基于既节约成本，又能保证合理的生产周期，建议在固定式阳极炉各部位耐火材料的最优配置为：炉底使用电熔再结合镁铬砖/半再结合镁铬砖；渣线以下（含渣线）炉墙使用半再结合镁铬砖/直接结合镁铬砖；渣线以上炉墙、炉顶使用普通镁铬砖、低铬含量的直接结合镁铬砖。该配置可结合企业的生产实际、工艺条件进行适当调整，但选择耐火材料应满足两个原则：（1）炉底使用寿命＞炉墙使用寿命＞炉顶使用寿命；（2）炉墙的使用寿命为炉顶寿命的整数倍。这样，炉墙进行中修时（通常需拆除炉顶），炉顶寿命也进入尾期，可以和炉墙一起拆除，避免炉顶耐火材料材料的浪费。

2.2 耐火材料的品种的“精简化”

精炼炉设计时，一个重要原则是合理精简耐火材料的数量，减少后期仓储成本。某公司的熔化竖炉，初始的砖型设计为：碳化硅砖25种，高铝砖10种，且都是非标定制砖。为满足检修需要，各种耐火砖都需建立库存，一是制坯费用多，采购价格高；二是库存耐火砖量大，占用了较多资金。后在满足工艺要求、确保砌筑质量、不延误检修工期的前提下，对砖型规格进行优化，将碳化硅减少到5种，碳化硅砖总库存量减少了80%；粘土砖减少为3种通用标准砖，实行零库存管理。经过6年的生产运行，炉衬使用效果正常，采购成本和库存成本都明显改善。

2.3 耐火材料的规格设计的“标准化”

经过长期的实践，耐火制品尺寸规格方面已经形成了若干标准，如《GB/T 2992耐火砖形状尺寸》。按照相关国家标准、规范制造耐火制品，技术风险小，性能可靠，质量也更有保证。在精炼炉的配砖设计时，原则上应选用符合国标的尺寸规格，砌筑质量、使用效果更为理想。同时，国标砖通用性强，容易采购，不需要时处置也容易，可以减少库存量，压缩仓储成本。

3 耐火材料的招标、采购管理

3.1 招标方式

铜精炼企业，每年需消耗大量的耐火材料，其招标与日常采购的工作质量，直接影响生产成本。

3.2 技术标和商务标的比例问题

与钢铁业、水泥业相比，铜精炼企业的耐火材料采购总量较小，没有必要采取公开招标方式，无谓地增加招标、评标成本。宜采取邀请招标方式，但被邀请的投标人应为业内知名、产品业绩较好、质量水平较高、信誉良好的供应商。同时，精炼企业应建立企业的质量管理体系，对耐火材料的使用效果进行跟踪评估，建立合格供方目录。质量管理体系有效运行后，原则上应从合格供方名录中选择邀请投标的对象、日常采购的供应商，从源头保障耐火材料的质量。

在耐火材料评标时一般采取综合评估法，技术标和商务标（商务报价）常见比例有3∶7，4∶6。有些企业，招标的初衷就是降低耐火材料的采购价格，技术标和商务标比例甚至达到1∶9，技术标实质上无足轻重。而商务报价的比重过高，自然驱使投标人压低投标报价。由于耐火材料行业的利润菲薄，供应商低价中标后，为了避免亏损，往往降低制品的品质等级，以次充好。比如常规高铝制品，有一级、二级、三级之分，等级越高，理化性能越好，但从表观上难以区分。某些供应商以低价中标后，或降低化学品质，或用低档高铝砖冒充高档高铝砖，使用效果必然下降。评标以价格为主导，表面上压缩了采购成本，但牺牲了耐火材料性能，致使炉寿缩短，反而增加了全寿命周期成本。这种评标方式，产生了劣币驱逐良币的效应，恶化了市场环境，把一些注重产品品质、有质量底线的耐火企业淘汰出局，对精炼行业自身的长远发展也是不利的。

评标时，技术标的比重不应小于50%。用于关键位置（如炉底反拱）、对炉寿有着重大影响的耐火材料，技术标和商务标比例可进一步提升，甚至达到9∶1。

3.3 评标委员会组成

3.4 确保中标供应商的供应量

按照我国招标投标法的规定，评标委员会由招标人负责组建，评标委员会由招标人的代表和有关技术，经济等方面的专家组成。耐火材料的评标工作，专业性很强，技术专家在技术标的评标中起到关键性的、主导性的作用。

实践中，铜精炼企业通常自行招标并组建评标委员会，除极少数大型企业，大部分企业缺乏耐火材料方面的专业人员，评标人员并不具备根据企业工艺实际合理选择耐火材料的能力，对于耐火材料品种、成分、制造工艺对性能、使用效果的影响没有深刻认识，对耐火材料的技术发展缺乏了解。技术专家实质上“缺席”，导致评标委员会缺乏技术决策能力，在选择耐火材料品种时，容易趋于保守、因循守旧，比如说相当多的企业至今仍在精炼炉上使用镁砖；更不能从全寿命周期成本的角度来评价、选择耐火材料，间接导致评标时的“唯价格论”。

在组建评标委员会时，应高度重视技术专家的作用，从政府部门的相关专家库中、技术力量较为雄厚的大型铜精炼企业引入相关技术专家，让技术标的设置真正起到应有的作用。

耐火材料的供应商是铜精炼企业的合作者，是共生共荣、唇亡齿寒的紧密关系，即使铜精炼市场处于不景气周期，也不能无限制地把成本压力转嫁供应商。有些企业，把招标工作等同为压价手段，片面地认为压价幅度越大、招标工作越成功。甚至频繁组织招标，招标周期缩短为半年甚至一个季度，使供应商疲于应对投标，为保住市场违心降价，最终唯有牺牲制品品质，实质是“双输”。

合理的招标周期通常不应少于一年。较长的招标周期，供应商的订单量相对增加，有利于积累对所供制品的制造经验，掌握技术特点，提高质量。较多的订单量，还有利于供应商均衡生产、优化生产组织，从而降低制造成本，在不牺牲产品品质的前提下获得合理利润。

日常性的耐火材料采购，比如通用的耐火材料，在性能相当、价格差别不大时，尽可能安排给中标供应商，给予供应商一定的支持，便于供应商摊薄成本，建立长期稳固的合作关系。最终目的是实现与供应商的“双赢”。

3.5 耐火材料的入库验收

耐火材料的入库验收，是采购（招标）工作的最后环节，也是一项重要的工作。由于耐火材料的制造工艺特点，即使是同一供应商、同一批次的耐火材料制品，质量都可能存在波动。不同供应商，技术实力、装备水平、质量管理水平参差不齐，制品质量差别就更大。入库时，对制品质量严格把关，按照合同、相关的标准、规范进行检验，避免不合格制品危及正常安全生产，有效地约束供应商保障制品质量。

3.6 耐火材料的仓储管理

由于实力的限制，大多数铜精炼企业，并没有建造专用的砖库，无法实现通风干燥的保管条件。而铜精炼耐火材料以镁质耐火砖为主，其主要成分——MgO为碱性成分，容易吸收空气中的水分发生水化反应生成Mg（OH）2，产生体积膨胀，导致耐火砖制品疏松破坏。位于我国南方的铜精炼企业，库存的镁质砖的吸潮水化问题往往极为突出。湖北某公司将镁铬砖放置在简易仓库中，发现开箱后堆垛的镁铬砖存放1年左右，砖表面转变为灰白色，强度性能显著下降。

首先应合理设置镁质耐火砖库存量，压缩不必要的存储量，使耐火砖的仓储保管期限控制在1年以内。若精炼企业位于空气湿度大的南方，应控制在半年内为宜。同时尽量改善保管条件，采取防潮措施。确实因生产需要，需要提前较长时间储备镁质耐火砖时，租用具有良好的保管条件的仓库，如耐火材料供应商的专业砖库，满足耐火材料的保管要求［5］，避免耐火材料发生不必要的性能损失。

4 耐火材料的使用维护

大多数铜精炼企业，高度重视精炼炉生产中的维护，比如有意识地避免加料作业对炉体的机械损伤，减轻氧化、还原操作对炉底的冲击等等。但往往忽视两个问题：烘炉过程、停炉期间维护。

4.1 烘炉的规范化

精炼炉在砌筑后，投产前需要按照设计的升温曲线进行烘炉［6］。实践中，部分铜精炼企业对烘炉过程对炉寿的重要影响缺乏认识，认为烘炉时间长，既增加了燃料费用，又挤占了生产时间。未按升温曲线进行烘炉，用较短的时间将炉膛温度升高到生产温度，结束烘炉过程。

烘炉的主要作用是排除炉体的水分。因为精炼炉的砌筑过程中，其炉底、炉墙、炉体保温层通常采取湿砌，需使用耐火泥浆，从而带入较多的水分。如果升温速度过快、炉膛过快升到较高的温度，就有可能导致砌体内部水分急剧转变为水蒸汽，在排出速度受限时产生较大的蒸汽压，从而造成砌体出现裂缝、错位等缺陷［7］，缩短炉寿。湖北某公司的铜精炼炉，大修后烘烤了7天后投入生产，投产14天后仍发现炉体四角有少量水蒸气外排。较好的烘炉办法是，低温阶段（＜400℃）的烘烤时间设计在3天以上，以充分脱除水分，同时减少对砌体的损害。

精炼炉使用燃烧器进行提温烘炉时，炉膛的温度分布是不均匀的，导致不同位置的耐火砖体积膨胀差别较大。湖北某公司实践中发现，烘炉期间，炉膛升温到1000℃时，炉顶拱预留的20mm集中膨胀缝的中部就完全合拢，两侧则没有明显变化。烘炉时升温速度过快，不同区域就会产生较大的温度梯度，耐火材料的膨胀量产生较大的偏差，严重时造成结构应力破坏［8］。因此规范的升温曲线，一般采取缓慢升温，在炉温升高到耐火材料的晶格转变温度时，设置12~36h的保温时间，以减少温度梯度。

还可征询耐火材料供应商的专业意见，制定科学合理的升温曲线，规范地烘炉。烘炉作业质量高，有利于延长炉寿，实质是降低了耐火材料的使用成本。

4.2 停炉期间的维护

由于铜精炼行业的市场行情、原料供应变化激烈，市场处于低谷时，出于生产经营的需要，很多铜精炼企业的铜精炼炉经常处于停产待料的状态，停炉时间甚至可达1年以上。而停炉期间的维护工作，往往没有引起足够的重视。

湖北某公司就发现，生产后的精炼炉，停炉4个月后（期间为梅雨季节），重新生产时炉体的东北角、东南角、西南角都冒水蒸气，一周后该现象才消失。还发现炉体外侧部分镁砖还发生了粉化（手捏成粉）。该精炼炉的炉寿指标很不理想。分析原因是，停炉期间精炼炉的镁铬砖中的MgO吸收了空气中的水分所致发生了潮化，生成了Mg（OH）2，受热后脱水，导致砖体结构破坏、强度大幅下降。我国南方空气湿度大，该现象更为突出。江苏某厂发现常处于备用状态的精炼炉的实际炉寿大幅下降到2年，而连续生产的精炼炉炉寿为4年。

针对耐火材料的吸潮特性，需要加强停炉期间的维护，定期采用木柴、木炭等进行烘炉，去除水分，遏制潮化，来延长精炼炉的炉寿。江苏某厂经过摸索，在停炉期间，采取定期烧木柴烘炉的方式，使备用的精炼炉炉寿恢复到正常水平。

5 结语

在耐火材料的成本管理中，完善全过程控制：设计选型时将技术经济相结合，运用价值工程，选择合适的品种、标准化砖型、优化品种数量；招标中体现技术标的作用，采购中强调与供应商的“双赢”。最终将有效降低全寿命周期成本，更好地增强企业的竞争力，满足国家与社会对能耗、环保的要求。

［1］李红霞.耐火材料手册[M]. 北京:冶金工业出版社, 2007:374-387.

［2］有色冶金炉设计手册编委会. 有色冶金炉设计手册[M]. 北京:冶金工业出版社, 2007:259-263.

［3］全国造价工程师执业资格考试培训教材编审委员会. 建设工程造价管理[M]. 北京:中国计划出版社, 2013:213-215.

［4］全国造价工程师执业资格考试培训教材编审委员会. 建设工程造价管理[M]. 北京:中国计划出版社, 2013:195-198.

［5］中国工程建设标准化协会工业炉砌筑专业委员会. 筑炉工程手册[M]. 北京:冶金工业出版社, 2007:216-217.

［6］有色冶金炉设计手册编委会. 有色冶金炉设计手册[M]. 北京:冶金工业出版社, 2007:568-569.

［7］宋希文, 侯谨, 安胜利. 耐火材料工艺学[M]. 北京:化学工业出版社, 2007:1-2.

［8］张志贤, 喻贞仁. 工业炉砌筑施工操作技术[M]. 北京:冶金工业出版社, 2008:368-370.

表5 摩尔比为1∶1时硫酸钙高温分解情况

由表5可以看出，在硫酸钙与碳摩尔比为1∶1条件下，1000℃以下未发生明显分解，1000℃时分解率提到高69.72%，1200℃时达到90.74%。

5 结论

本文对碳存在时，硫酸钙高温分解为氧化钙的过程进行了探索研究，初步得出以下结论:

（1）碳的加入可以降低硫酸钙的分解温度,当温度达到1000~1200℃时，分解效果较为明显。

（2）硫酸钙的分解程度与碳的加入量有关。在本试验中，当硫酸钙与碳摩尔比为1∶1时，可以很好地实现试验目的。

（3）根据试验结果可以推断，闪速炉反应塔温度（1300~1500℃）可以比试验温度更好地满足碳存在条件下的石膏分解温度要求。但由于本试验条件的局限性，以及闪速炉炉内反应的复杂性，工业石膏与废活性焦混合配入铜精矿时，硫酸钙的分解情况可能与本试验结果有偏差。

（4）本试验为工业石膏、活性焦两种固体废弃物的处理及利用提供了途径，可实现变废为宝。但由于硫酸钙易吸潮粘结，活性焦粉末易扬尘，要将本试验成果应用于工业生产，还须解决如何将其有效配入铜精矿这一难题。

参考文献：

［1］周淑珍. 废酸废水处理工艺的优化和改进[J]. 硫酸工业, 2002(4): 25-27.

［2］江铜集团贵溪冶炼厂教培科.硫酸车间二系统培训教材[Z]. 鹰潭:贵溪冶炼厂, 2008; 115-129.

［3］江铜集团贵溪冶炼厂教培科.熔炼车间二系统培训教材[Z]. 鹰潭:贵溪冶炼厂, 2008; 55-102.

［4］高玲, 唐黎华, 苏笑宵, 等. 不同气氛下硫酸钙高温分解热力学分析[J]. 化学世界, 2010(5): 121-122.

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［6］田立楠. 磷石膏综合利用[J]. 化工进展, 2002(1): 56-59.

The Cost control of Copper Refining Refractory

YUAN Fu-ping
（Daye Nonferrous Metal Group Holding Co., LTD, Jinsheng Company, Huangshi 435005, Hubei , China）

Aiming at the defects of copper refining enterprises' cost management of refractory，this thesis proposes approaches to ameliorate the cost management and decrease the whole span period cost: Control the whole process with the combination of technology and economy. Optimize the design of refractory to select appropriate type and nature. Base on the application of value engineering, making the refractory configured appropriately. By improving the management styles of bidding and purchasing, achieve the target of win-win with suppliers. And extend the finery service time from developing the maintenance of furnace in drying time and idling period.

copper refining；refractory nonferrous metallurgy；value engineering；life cycle cost

F273.4

C

1009-3842（2015）05-0048-05

2015-05-27

袁辅平（1977-），男，湖北黄石人，高级工程师，主要从事火法炼铜方面的技术管理工作。E-mail: yfpls@sina.com