含碳耐火材料

碳質(zhì)制品是以碳為主要成分，用焦炭、石墨或熱處理無煙煤為原料，以含碳的有機材料為結(jié)合劑制得的制品。這類制品有以焦炭或無煙煤為主要成分的碳磚和經(jīng)石墨化的人造石墨質(zhì)和半石墨質(zhì)碳磚。碳質(zhì)制品具有良好的耐熱性、抗侵蝕性、高溫強度和高溫導熱性，主要用于高爐。

石墨粘土制品是以天然石墨為原料，以粘土作結(jié)合劑制得的耐火材料。它具有良好的導熱性，耐高溫，不與金屬熔體作用，熱膨脹小。這類制品有石墨粘土坩堝、蒸餾罐、鑄鋼用塞頭磚、水口磚及盛鋼桶襯磚等。其中生產(chǎn)最多應用最廣的是煉鋼和熔煉有色金屬的石墨粘土坩堝。

碳化硅質(zhì)制品是以碳化硅(SiC)為原料生產(chǎn)的高級耐火材料。其耐磨性和耐蝕性好，高溫強度大，導熱率高，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性好，近年來其應用領(lǐng)域不斷擴大。碳化硅質(zhì)制品按結(jié)合劑不同可分以下三種：

氧化物結(jié)合——以粘土、二氧化硅為結(jié)合劑的；

氮化物結(jié)合——以氮化硅(Si3N4)或含氧氮化硅(Si2ON2)為結(jié)合劑的；

自結(jié)合的——利用碳化硅的再結(jié)晶作用。

碳化硅質(zhì)制品鋼鐵冶煉中可用于盛鋼桶內(nèi)襯、水口、塞頭、高爐爐底和爐腹、出鐵槽、轉(zhuǎn)爐和電爐出鋼口、加熱爐無水冷滑軌等方面。在有色金屬(鋅、銅、鋁)冶煉中，大量用于蒸餾器、精餾塔托盤、電解槽側(cè)墻、熔融金屬管道、吸送泵和熔煉金屬坩堝等。

含碳耐火材料可分為碳質(zhì)制品、石墨粘土制品和碳化硅制品三類。

含碳耐火材料的耐火度高（純碳的熔融溫度為3500℃，實際上在3000℃即開始升華。碳化硅在2200℃以上分解），導熱性和導電性均好，荷重變形溫度和高溫強度優(yōu)異，抗渣性和抗熱震性都比其他耐火材料好。但這一類制品都有易氧化的缺點。

20世紀80年代前后，含碳耐火材料在鋼鐵冶煉爐襯中使用取得巨大成功。含碳制品具有良好的抗爐渣滲透和侵蝕性能，因此2013年10月之前鋼包多采用不同檔次的不燒鎂碳磚及鎂鋁碳磚。幾十年來，含碳耐火材料在煉鋼工藝中一直發(fā)揮著重要作用。然而，隨著中國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車、家電、高鐵、石油管線等行業(yè)對優(yōu)質(zhì)、特種鋼等潔凈鋼的市場需求量越來越大，中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)企業(yè)也隨著市場需求的變化調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，開發(fā)優(yōu)質(zhì)鋼的冶煉。以鋼包襯為代表的爐外精煉用耐材對鋼水質(zhì)量有很重要的影響，在冶煉低碳優(yōu)質(zhì)鋼種工藝中，要求盡量減少含碳耐火材料的使用對鋼水降碳所帶來的不利影響，含碳制品存在對鋼水增碳的問題，以及因?qū)崧识鴮е碌匿摪袖撍疁亟悼臁摪鈿囟雀叩葐栴}，迫切需要對鋼水無污染且抗侵蝕、壽命高的優(yōu)質(zhì)耐火材料。2013年10月之前，為了降低碳含量對鋼水潔凈度的影響，分別開發(fā)有低碳鋼包磚和無碳鋼包磚。低碳鋼包磚的生產(chǎn)方案，采用酚醛樹脂做結(jié)合劑，添加少量的石墨，同時添加大量的金屬抗氧化劑來保證樹脂和石墨不被氧化，這類結(jié)合系統(tǒng)一方面還不能消除碳對超低碳鋼、硅鋼等高附加值鋼水的污染，另外，由于添加大量的金屬抗氧化劑，生產(chǎn)成本很高，同時，抗氧化劑氧化后所形成的陶瓷結(jié)構(gòu)，對制品使用過程的抗剝落性有很大的制約性。而使用的無碳鋼包磚，則是采用澆注預制磚的生產(chǎn)工藝，澆注預制磚的方案是利用鋁酸鈣水泥或微粉水化作為結(jié)合系統(tǒng)，攪拌后振動成型，每次只能生產(chǎn)幾塊，養(yǎng)護幾個小時后脫模，才可生產(chǎn)下一批，生產(chǎn)效率較低，并且結(jié)合系統(tǒng)受溫度和濕度的影響，制品性能波動比較大。