含碳耐火材料

碳質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石墨化的人造石墨質和半石墨質碳磚。碳質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。

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

氧化物結合——以粘土、二氧化硅為結合劑的；

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

自結合的——利用碳化硅的再結晶作用。

碳化硅質制品鋼鐵冶煉中可用于盛鋼桶內襯、水口、塞頭、高爐爐底和爐腹、出鐵槽、轉爐和電爐出鋼口、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、特種鋼等潔凈鋼的市場需求量越來越大，中國鋼鐵產業(yè)企業(yè)也隨著市場需求的變化調整產品結構，開發(fā)優(yōu)質鋼的冶煉。以鋼包襯為代表的爐外精煉用耐材對鋼水質量有很重要的影響，在冶煉低碳優(yōu)質鋼種工藝中，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，以及因導熱率而導致的鋼包中鋼水溫降快、鋼包外殼溫度高等問題，迫切需要對鋼水無污染且抗侵蝕、壽命高的優(yōu)質耐火材料。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。低碳鋼包磚的生產方案，采用酚醛樹脂做結合劑，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，生產成本很高，同時，抗氧化劑氧化后所形成的陶瓷結構，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合系統(tǒng)，攪拌后振動成型，每次只能生產幾塊，養(yǎng)護幾個小時后脫模，才可生產下一批，生產效率較低，并且結合系統(tǒng)受溫度和濕度的影響，制品性能波動比較大。