含碳耐火材料的发展和应用

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1、含碳耐火材料的发展和应用摘要：含碳耐火材料具有独特的热稳定性、抗热震性能好、与渣接触化学活性小等特点，近年来被广为关注。本文对含碳耐火材料碳的来源、种类、及其发展和应用进行了分析。并对这些类型耐火材料的抗氧化性能进行了评论。关键词：耐火材料；碳；种类；氧化镁；抗氧化性能；中图分类号：TQ175文献标识码：A1前言耐火材料多为无机非金属材料，这种材料可保持足够的理化性能稳定性而应用于加工行业所处的高温环境中。耐火材料总是暴露在高温条件下，因此它们被应用时其它环境条件的影响就对其应用性能起了非常重要的作用，这包括：机械应力、热循环

2、及相应应力、热气体和熔融材料诸如金属、渣、玻璃等的侵蚀与腐蚀。现在，耐火材料对工业绝对重要，金属、水泥、玻璃、石油及大部分电能的生产依赖于耐火材料。没有耐火材料，制造加工几乎不能够进行。但是相对而言，很少有人知道耐火材料是什么或意识到它的重要性，因为这些材料几乎不能引起公众的注意。通常耐火材料被直接从出产地送到另外一个工厂，在这个工厂里耐火材料被消耗用于制成消费品，这种消费品本身没有耐火材料的一点痕迹，而耐火材料对生产却是重要的。除了以大规模应用为特点的耐火材料品种外，还有许多其它的、用于专门用途的耐火材料，如航天工业的动力推

3、进系统和大气中高速度行进带来的摩擦热产生极高的温度。耐火材料在核能领域也有应用。大量耐火材料的运用是某个特殊系统成功过程中一个重要因素。随着钢铁工业的持续快速发展，原有的耐火材料在理化性能上已远远不能满足生产技术要求。科学实验研究发现，可把石墨等碳素原料引入到耐火材料中来。由于石墨具有良好的导热性和韧性，不易为炉渣浸润，可有效阻止炉渣沿耐火砖内气孔渗透，从而使含碳耐火材料获得良好的抗渣性和抗热稳定性［1］。近年来，碳作为关键元素越来越被广泛应用在碳质或石墨质耐火砖或耐火大件中。由碳素材料和耐火材料组合而成的材料称为含碳质耐火材

4、料。众所周知，大部分耐火材料的生产与钢铁工业有关，也就是钢产量增加，耐火材料产量随之增长；反之亦然。最近钢铁工业界吨钢耐材消耗明显降低，这要归功于过程控制和热修补过程中专业操作水平的提高。耐材消耗降低也是连铸工艺发展的结果。耐火材料质量、特别是作为真正先进复合材料的含碳或碳质耐火材料的质量，对于耐火材料消耗降低这一成绩的取得起了一个非常重要的作用。2碳的来源2.1石墨石墨具有层状结构，直径与厚度的比例特殊，高的热稳定性而不熔化，升华温度为3800°C，在3000°C时蒸气压只有0.lkPa，其原子迁移率是很有限度的。石墨会产生

5、非线性变形，伴随着非线性行为并具有很大的抗破坏应变能力，因而材料在破坏之前可以承受很大的变形，所以其热稳定性能是相当高的。石墨的另一重要特性是具有较高的导热系数，可以明显地提高耐火材料的热稳定性［2］。2.2结合剂结合剂对于耐火材料的混炼和成型是必不可少的。润湿性良好的结合剂可均匀地分布在颗粒及石墨的表面，形成连续的网络，且碳化后形成连续的碳结合骨架，有利于提高制品的机械强度和抗侵蚀性。常用的结合剂有沥青及树脂等。不同结合剂的碳化过程也不同，生成的结合碳的结构也有很大差别。沥青类结合剂可分为煤焦油沥青和石油沥青两大类，它们都是

6、由多种有机化合物组成的混合物，其组成和各种性能因原料来源及用以去除低分子量物质的热处理、蒸馏方法而异。酚醛树脂结合剂具有沥青相近的高残碳率，可以在常温下进行混炼、成型，对耐火骨料和石墨有良好的润湿作用，而且环境污染较少，是目前广泛采用的含碳耐火材料结合剂。酚醛树脂可分为酚醛清漆（热可塑性）和甲基酚醛树脂（热硬化性）。2.3碳化硅碳化硅有无定形的和晶体的两种，晶体的结晶型态有两种，即等轴晶系的0分SiC和六方晶系（菱面体）的c［分SiC，3令SiC是立方晶格，在2100°C以下是稳定的，但在2500°C以上慢慢转变为六方结构的a

7、令SiC变体，24⑻°（3时这个转变速度很快，并且能彻底进行。含碳耐火材料生产选用的碳化硅主要是a命SiC和3今SiC等几种晶体的混合物［3］。3种类含碳质耐火材料的主要成分为耐火氧化物、碳化物及鳞片状石墨等。含碳耐火材料从显微结构上可分为陶瓷结合型和碳结合型两大类；从含碳质耐火材料的使用方法上主要分为捣打料、可塑料、浇注料、振动料等；从用途上可分为连续铸钢、铁水预处理、炉底、炉墙、风口、出铁沟的含碳质耐火材料。从含碳质耐火材料的化学组成上可分为碳质制品、镁碳砖、石墨粘土制品和碳化硅制品四类。3.1碳质制品碳质制品是以碳为主要

8、成分，用焦炭、石墨或热处理无烟煤为原料，以含碳的有机材料为结合剂制得的制品。这类制品有以焦炭或无烟煤为主要成分的碳砖和经石墨化的人造石墨质和半石墨质碳砖。碳质制品具有良好的耐热性、抗侵蚀性、高温强度和高温导热性，目前主要用于高炉。3.2镁碳砖镁碳砖的发展和应用始于40年前，即