銅精煉耐火材料的成本控制

袁輔平

（大冶有色金屬集團控股有限公司 金生公司，湖北 黃石 435005）

銅精煉耐火材料的成本控制

袁輔平

（大冶有色金屬集團控股有限公司 金生公司，湖北 黃石 435005）

針對銅精煉企業(yè)在耐火材料的成本管理方面的常見弊端，將技術與經(jīng)濟相結合，進行全過程控制：通過優(yōu)化耐火材料的設計，選擇合理的品種、規(guī)格、性能；應用價值工程，實現(xiàn)耐火材料的合理配置；改進招標、采購管理方式，實現(xiàn)與供應商的合作共贏；改進烘爐與停爐期間的維護，延長爐壽。以優(yōu)化成本管理，降低全壽命周期成本。

銅精煉；耐火材料；有色金屬冶金；價值工程；全壽命周期成本

1 引言

當前，雜銅火法精煉行業(yè)市場競爭激烈，產能供過于求，燃料成本、人工成本逐年攀升，迫切要求降低制造成本。與此同時，固定式陽極爐的作業(yè)強度也不斷提高，耐火材料的使用條件更趨惡劣。耐火材料的成本管理承受著性能、成本的雙重壓力。

目前，銅精煉行業(yè)的耐火材料的成本管理，有兩個誤區(qū)：一是過于關注采購價格，甚至把采購價格等同于使用成本，產生“唯價格論”；二是只重視精煉爐的砌筑質量、生產中維護，但忽視耐火材料的設計、停爐時的維護。固定式陽極爐的耐火材料的成本管理，應引入全面質量管理的理念，對耐火材料的“設計——采購——砌筑——生產中維護——停爐維護”進行全過程控制，重點完善“設計”、“采購”、“停爐維護”工作，降低耐火材料的全壽命周期成本。

2 耐火材料的設計

耐火材料的設計，涉及外形規(guī)格尺寸、材質、品種等諸多方面。合理的設計應滿足“性能合理、品種精簡、規(guī)格標準”。

2.1 耐火材料的“ 性能合理化”

在同樣的工藝條件下，不同品種的耐火材料，性能有明顯區(qū)別，使用壽命有較大差別。銅精煉常用的耐火材料中，鎂鉻磚的使用壽命優(yōu)于鎂鋁磚，鎂鋁磚又優(yōu)于鎂磚［1］。江蘇某廠的精煉爐，爐頂使用鎂磚，生產中磚體易斷裂，使用3~4個月就需要小修。湖北某公司的同型精煉爐，爐頂使用鎂鉻磚，小修周期則超過一年。原因在于：銅精煉作業(yè)時，爐膛溫度反復在短時間內劇烈升降，產生很大的熱應力，鎂鉻磚抗急冷急熱能力顯著優(yōu)于鎂磚，使用壽命因而延長。

同品種耐火材料，內在化學品質越高，性能往往越好。含鉻18%的直接結合鎂鉻磚的抗折強度、耐壓強度顯著優(yōu)于含鉻12%的直接結合鎂鉻磚［2］，使用壽命相比大幅延長。

制造商的技術裝備水平越高，制造的同種耐火制品的性能往往更優(yōu)。比如采用液壓壓磚機、超高溫隧道窯生產的鎂鉻磚，體積密度加大、高溫性能顯著提高。

在市場機制作用下，耐火材料的性能越好，價格通常越高。部分精煉企業(yè)把耐火材料的采購費用等同于使用成本，一味壓低采購價格，購入的耐火材料性能低下，付出了精煉爐爐壽縮短、全壽命周期成本大幅增加的代價。在精煉爐配置的耐火材料，性能必須適應工藝實際，并留有適當?shù)男阅苋哂啵却_保正常安全生產，又延長爐壽。

管理中常說的木桶定律（短板效應）是講一只水桶能裝多少水取決于它最短的那塊木板。這個理論在銅精煉爐得到充分的驗證，即精煉爐爐壽取決于最容易損耗的耐火材料，即短板。湖北某公司的精煉爐爐墻磚采用鎂鉻磚時，中修周期為6個月；后將渣線區(qū)域的爐墻磚改為直接結合鎂鉻磚，材料費用雖然增加了1.2萬元，但中修周期延長到18個月。整個中修周期內，增產了6萬t陽極銅，檢修費用同比節(jié)省28萬元，全壽命周期成本顯著下降。說明消除短板有利于降低成本。

經(jīng)過多年的生產實踐，基于既節(jié)約成本，又能保證合理的生產周期，建議在固定式陽極爐各部位耐火材料的最優(yōu)配置為：爐底使用電熔再結合鎂鉻磚/半再結合鎂鉻磚；渣線以下（含渣線）爐墻使用半再結合鎂鉻磚/直接結合鎂鉻磚；渣線以上爐墻、爐頂使用普通鎂鉻磚、低鉻含量的直接結合鎂鉻磚。該配置可結合企業(yè)的生產實際、工藝條件進行適當調整，但選擇耐火材料應滿足兩個原則：（1）爐底使用壽命＞爐墻使用壽命＞爐頂使用壽命；（2）爐墻的使用壽命為爐頂壽命的整數(shù)倍。這樣，爐墻進行中修時（通常需拆除爐頂），爐頂壽命也進入尾期，可以和爐墻一起拆除，避免爐頂耐火材料材料的浪費。

2.2 耐火材料的品種的“精簡化”

精煉爐設計時，一個重要原則是合理精簡耐火材料的數(shù)量，減少后期倉儲成本。某公司的熔化豎爐，初始的磚型設計為：碳化硅磚25種，高鋁磚10種，且都是非標定制磚。為滿足檢修需要，各種耐火磚都需建立庫存，一是制坯費用多，采購價格高；二是庫存耐火磚量大，占用了較多資金。后在滿足工藝要求、確保砌筑質量、不延誤檢修工期的前提下，對磚型規(guī)格進行優(yōu)化，將碳化硅減少到5種，碳化硅磚總庫存量減少了80%；粘土磚減少為3種通用標準磚，實行零庫存管理。經(jīng)過6年的生產運行，爐襯使用效果正常，采購成本和庫存成本都明顯改善。

2.3 耐火材料的規(guī)格設計的“標準化”

經(jīng)過長期的實踐，耐火制品尺寸規(guī)格方面已經(jīng)形成了若干標準，如《GB/T 2992耐火磚形狀尺寸》。按照相關國家標準、規(guī)范制造耐火制品，技術風險小，性能可靠，質量也更有保證。在精煉爐的配磚設計時，原則上應選用符合國標的尺寸規(guī)格，砌筑質量、使用效果更為理想。同時，國標磚通用性強，容易采購，不需要時處置也容易，可以減少庫存量，壓縮倉儲成本。

3 耐火材料的招標、采購管理

3.1 招標方式

銅精煉企業(yè)，每年需消耗大量的耐火材料，其招標與日常采購的工作質量，直接影響生產成本。

3.2 技術標和商務標的比例問題

與鋼鐵業(yè)、水泥業(yè)相比，銅精煉企業(yè)的耐火材料采購總量較小，沒有必要采取公開招標方式，無謂地增加招標、評標成本。宜采取邀請招標方式，但被邀請的投標人應為業(yè)內知名、產品業(yè)績較好、質量水平較高、信譽良好的供應商。同時，精煉企業(yè)應建立企業(yè)的質量管理體系，對耐火材料的使用效果進行跟蹤評估，建立合格供方目錄。質量管理體系有效運行后，原則上應從合格供方名錄中選擇邀請投標的對象、日常采購的供應商，從源頭保障耐火材料的質量。

在耐火材料評標時一般采取綜合評估法，技術標和商務標（商務報價）常見比例有3∶7，4∶6。有些企業(yè)，招標的初衷就是降低耐火材料的采購價格，技術標和商務標比例甚至達到1∶9，技術標實質上無足輕重。而商務報價的比重過高，自然驅使投標人壓低投標報價。由于耐火材料行業(yè)的利潤菲薄，供應商低價中標后，為了避免虧損，往往降低制品的品質等級，以次充好。比如常規(guī)高鋁制品，有一級、二級、三級之分，等級越高，理化性能越好，但從表觀上難以區(qū)分。某些供應商以低價中標后，或降低化學品質，或用低檔高鋁磚冒充高檔高鋁磚，使用效果必然下降。評標以價格為主導，表面上壓縮了采購成本，但犧牲了耐火材料性能，致使爐壽縮短，反而增加了全壽命周期成本。這種評標方式，產生了劣幣驅逐良幣的效應，惡化了市場環(huán)境，把一些注重產品品質、有質量底線的耐火企業(yè)淘汰出局，對精煉行業(yè)自身的長遠發(fā)展也是不利的。

評標時，技術標的比重不應小于50%。用于關鍵位置（如爐底反拱）、對爐壽有著重大影響的耐火材料，技術標和商務標比例可進一步提升，甚至達到9∶1。

3.3 評標委員會組成

3.4 確保中標供應商的供應量

按照我國招標投標法的規(guī)定，評標委員會由招標人負責組建，評標委員會由招標人的代表和有關技術，經(jīng)濟等方面的專家組成。耐火材料的評標工作，專業(yè)性很強，技術專家在技術標的評標中起到關鍵性的、主導性的作用。

實踐中，銅精煉企業(yè)通常自行招標并組建評標委員會，除極少數(shù)大型企業(yè)，大部分企業(yè)缺乏耐火材料方面的專業(yè)人員，評標人員并不具備根據(jù)企業(yè)工藝實際合理選擇耐火材料的能力，對于耐火材料品種、成分、制造工藝對性能、使用效果的影響沒有深刻認識，對耐火材料的技術發(fā)展缺乏了解。技術專家實質上“缺席”，導致評標委員會缺乏技術決策能力，在選擇耐火材料品種時，容易趨于保守、因循守舊，比如說相當多的企業(yè)至今仍在精煉爐上使用鎂磚；更不能從全壽命周期成本的角度來評價、選擇耐火材料，間接導致評標時的“唯價格論”。

在組建評標委員會時，應高度重視技術專家的作用，從政府部門的相關專家?guī)熘?、技術力量較為雄厚的大型銅精煉企業(yè)引入相關技術專家，讓技術標的設置真正起到應有的作用。

耐火材料的供應商是銅精煉企業(yè)的合作者，是共生共榮、唇亡齒寒的緊密關系，即使銅精煉市場處于不景氣周期，也不能無限制地把成本壓力轉嫁供應商。有些企業(yè)，把招標工作等同為壓價手段，片面地認為壓價幅度越大、招標工作越成功。甚至頻繁組織招標，招標周期縮短為半年甚至一個季度，使供應商疲于應對投標，為保住市場違心降價，最終唯有犧牲制品品質，實質是“雙輸”。

合理的招標周期通常不應少于一年。較長的招標周期，供應商的訂單量相對增加，有利于積累對所供制品的制造經(jīng)驗，掌握技術特點，提高質量。較多的訂單量，還有利于供應商均衡生產、優(yōu)化生產組織，從而降低制造成本，在不犧牲產品品質的前提下獲得合理利潤。

日常性的耐火材料采購，比如通用的耐火材料，在性能相當、價格差別不大時，盡可能安排給中標供應商，給予供應商一定的支持，便于供應商攤薄成本，建立長期穩(wěn)固的合作關系。最終目的是實現(xiàn)與供應商的“雙贏”。

3.5 耐火材料的入庫驗收

耐火材料的入庫驗收，是采購（招標）工作的最后環(huán)節(jié)，也是一項重要的工作。由于耐火材料的制造工藝特點，即使是同一供應商、同一批次的耐火材料制品，質量都可能存在波動。不同供應商，技術實力、裝備水平、質量管理水平參差不齊，制品質量差別就更大。入庫時，對制品質量嚴格把關，按照合同、相關的標準、規(guī)范進行檢驗，避免不合格制品危及正常安全生產，有效地約束供應商保障制品質量。

3.6 耐火材料的倉儲管理

由于實力的限制，大多數(shù)銅精煉企業(yè)，并沒有建造專用的磚庫，無法實現(xiàn)通風干燥的保管條件。而銅精煉耐火材料以鎂質耐火磚為主，其主要成分——MgO為堿性成分，容易吸收空氣中的水分發(fā)生水化反應生成Mg（OH）2，產生體積膨脹，導致耐火磚制品疏松破壞。位于我國南方的銅精煉企業(yè)，庫存的鎂質磚的吸潮水化問題往往極為突出。湖北某公司將鎂鉻磚放置在簡易倉庫中，發(fā)現(xiàn)開箱后堆垛的鎂鉻磚存放1年左右，磚表面轉變?yōu)榛野咨?，強度性能顯著下降。

首先應合理設置鎂質耐火磚庫存量，壓縮不必要的存儲量，使耐火磚的倉儲保管期限控制在1年以內。若精煉企業(yè)位于空氣濕度大的南方，應控制在半年內為宜。同時盡量改善保管條件，采取防潮措施。確實因生產需要，需要提前較長時間儲備鎂質耐火磚時，租用具有良好的保管條件的倉庫，如耐火材料供應商的專業(yè)磚庫，滿足耐火材料的保管要求［5］，避免耐火材料發(fā)生不必要的性能損失。

4 耐火材料的使用維護

大多數(shù)銅精煉企業(yè)，高度重視精煉爐生產中的維護，比如有意識地避免加料作業(yè)對爐體的機械損傷，減輕氧化、還原操作對爐底的沖擊等等。但往往忽視兩個問題：烘爐過程、停爐期間維護。

4.1 烘爐的規(guī)范化

精煉爐在砌筑后，投產前需要按照設計的升溫曲線進行烘爐［6］。實踐中，部分銅精煉企業(yè)對烘爐過程對爐壽的重要影響缺乏認識，認為烘爐時間長，既增加了燃料費用，又擠占了生產時間。未按升溫曲線進行烘爐，用較短的時間將爐膛溫度升高到生產溫度，結束烘爐過程。

烘爐的主要作用是排除爐體的水分。因為精煉爐的砌筑過程中，其爐底、爐墻、爐體保溫層通常采取濕砌，需使用耐火泥漿，從而帶入較多的水分。如果升溫速度過快、爐膛過快升到較高的溫度，就有可能導致砌體內部水分急劇轉變?yōu)樗羝?，在排出速度受限時產生較大的蒸汽壓，從而造成砌體出現(xiàn)裂縫、錯位等缺陷［7］，縮短爐壽。湖北某公司的銅精煉爐，大修后烘烤了7天后投入生產，投產14天后仍發(fā)現(xiàn)爐體四角有少量水蒸氣外排。較好的烘爐辦法是，低溫階段（＜400℃）的烘烤時間設計在3天以上，以充分脫除水分，同時減少對砌體的損害。

精煉爐使用燃燒器進行提溫烘爐時，爐膛的溫度分布是不均勻的，導致不同位置的耐火磚體積膨脹差別較大。湖北某公司實踐中發(fā)現(xiàn)，烘爐期間，爐膛升溫到1000℃時，爐頂拱預留的20mm集中膨脹縫的中部就完全合攏，兩側則沒有明顯變化。烘爐時升溫速度過快，不同區(qū)域就會產生較大的溫度梯度，耐火材料的膨脹量產生較大的偏差，嚴重時造成結構應力破壞［8］。因此規(guī)范的升溫曲線，一般采取緩慢升溫，在爐溫升高到耐火材料的晶格轉變溫度時，設置12~36h的保溫時間，以減少溫度梯度。

還可征詢耐火材料供應商的專業(yè)意見，制定科學合理的升溫曲線，規(guī)范地烘爐。烘爐作業(yè)質量高，有利于延長爐壽，實質是降低了耐火材料的使用成本。

4.2 停爐期間的維護

由于銅精煉行業(yè)的市場行情、原料供應變化激烈，市場處于低谷時，出于生產經(jīng)營的需要，很多銅精煉企業(yè)的銅精煉爐經(jīng)常處于停產待料的狀態(tài)，停爐時間甚至可達1年以上。而停爐期間的維護工作，往往沒有引起足夠的重視。

湖北某公司就發(fā)現(xiàn)，生產后的精煉爐，停爐4個月后（期間為梅雨季節(jié)），重新生產時爐體的東北角、東南角、西南角都冒水蒸氣，一周后該現(xiàn)象才消失。還發(fā)現(xiàn)爐體外側部分鎂磚還發(fā)生了粉化（手捏成粉）。該精煉爐的爐壽指標很不理想。分析原因是，停爐期間精煉爐的鎂鉻磚中的MgO吸收了空氣中的水分所致發(fā)生了潮化，生成了Mg（OH）2，受熱后脫水，導致磚體結構破壞、強度大幅下降。我國南方空氣濕度大，該現(xiàn)象更為突出。江蘇某廠發(fā)現(xiàn)常處于備用狀態(tài)的精煉爐的實際爐壽大幅下降到2年，而連續(xù)生產的精煉爐爐壽為4年。

針對耐火材料的吸潮特性，需要加強停爐期間的維護，定期采用木柴、木炭等進行烘爐，去除水分，遏制潮化，來延長精煉爐的爐壽。江蘇某廠經(jīng)過摸索，在停爐期間，采取定期燒木柴烘爐的方式，使備用的精煉爐爐壽恢復到正常水平。

5 結語

在耐火材料的成本管理中，完善全過程控制：設計選型時將技術經(jīng)濟相結合，運用價值工程，選擇合適的品種、標準化磚型、優(yōu)化品種數(shù)量；招標中體現(xiàn)技術標的作用，采購中強調與供應商的“雙贏”。最終將有效降低全壽命周期成本，更好地增強企業(yè)的競爭力，滿足國家與社會對能耗、環(huán)保的要求。

［1］李紅霞.耐火材料手冊[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2007:374-387.

［2］有色冶金爐設計手冊編委會. 有色冶金爐設計手冊[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2007:259-263.

［3］全國造價工程師執(zhí)業(yè)資格考試培訓教材編審委員會. 建設工程造價管理[M]. 北京:中國計劃出版社, 2013:213-215.

［4］全國造價工程師執(zhí)業(yè)資格考試培訓教材編審委員會. 建設工程造價管理[M]. 北京:中國計劃出版社, 2013:195-198.

［5］中國工程建設標準化協(xié)會工業(yè)爐砌筑專業(yè)委員會. 筑爐工程手冊[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2007:216-217.

［6］有色冶金爐設計手冊編委會. 有色冶金爐設計手冊[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2007:568-569.

［7］宋希文, 侯謹, 安勝利. 耐火材料工藝學[M]. 北京:化學工業(yè)出版社, 2007:1-2.

［8］張志賢, 喻貞仁. 工業(yè)爐砌筑施工操作技術[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社, 2008:368-370.

表5 摩爾比為1∶1時硫酸鈣高溫分解情況

由表5可以看出，在硫酸鈣與碳摩爾比為1∶1條件下，1000℃以下未發(fā)生明顯分解，1000℃時分解率提到高69.72%，1200℃時達到90.74%。

5 結論

本文對碳存在時，硫酸鈣高溫分解為氧化鈣的過程進行了探索研究，初步得出以下結論:

（1）碳的加入可以降低硫酸鈣的分解溫度,當溫度達到1000~1200℃時，分解效果較為明顯。

（2）硫酸鈣的分解程度與碳的加入量有關。在本試驗中，當硫酸鈣與碳摩爾比為1∶1時，可以很好地實現(xiàn)試驗目的。

（3）根據(jù)試驗結果可以推斷，閃速爐反應塔溫度（1300~1500℃）可以比試驗溫度更好地滿足碳存在條件下的石膏分解溫度要求。但由于本試驗條件的局限性，以及閃速爐爐內反應的復雜性，工業(yè)石膏與廢活性焦混合配入銅精礦時，硫酸鈣的分解情況可能與本試驗結果有偏差。

（4）本試驗為工業(yè)石膏、活性焦兩種固體廢棄物的處理及利用提供了途徑，可實現(xiàn)變廢為寶。但由于硫酸鈣易吸潮粘結，活性焦粉末易揚塵，要將本試驗成果應用于工業(yè)生產，還須解決如何將其有效配入銅精礦這一難題。

參考文獻：

［1］周淑珍. 廢酸廢水處理工藝的優(yōu)化和改進[J]. 硫酸工業(yè), 2002(4): 25-27.

［2］江銅集團貴溪冶煉廠教培科.硫酸車間二系統(tǒng)培訓教材[Z]. 鷹潭:貴溪冶煉廠, 2008; 115-129.

［3］江銅集團貴溪冶煉廠教培科.熔煉車間二系統(tǒng)培訓教材[Z]. 鷹潭:貴溪冶煉廠, 2008; 55-102.

［4］高玲, 唐黎華, 蘇笑宵, 等. 不同氣氛下硫酸鈣高溫分解熱力學分析[J]. 化學世界, 2010(5): 121-122.

［5］徐仁偉. 焦炭及其雜質對硫酸鈣熱解過程影響的研究[R]. 上海:華東理工大學, 2011:25-33.

［6］田立楠. 磷石膏綜合利用[J]. 化工進展, 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

袁輔平（1977-），男，湖北黃石人，高級工程師，主要從事火法煉銅方面的技術管理工作。E-mail: yfpls@sina.com