碳复合耐火材料论文

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1、碳复合耐火材料***濮阳职业技术学院河南濮阳457000摘要：本文概述了碳复合耐火材料的特性、常用耐火材料、在炼钢中的使用及其发展。关键词：碳复合耐火材料转炉钢包应用性能发展防氧化1.前言随着冶金及高温工业的不断发展，新型耐火材料制品也不断推陈出新；与此同时随着耐火材料质量的提高及品种的日益完善，促进了冶金工业及相关领域的进步。碳复合耐火材料是适应冶金工业的需要，于70年代后期至80年代中期研制、开发、生产和推广的一种新型复合耐火材料。碳复合耐火材料由于其优良的使用性能从而使冶金工业发生了划时代的巨变。耐火材料的使用性能与任何材料一样，也是随着原料质量的提高、生产工艺

2、的改进等相关过程的不断进步与完善而不断提高的。2.概述定义：碳复合耐火材料是由两种或两种以上不同性质的耐火氧化物和碳素材料及非氧化物材料为原料，用含碳有机物作为结合剂而制成的一种多相复合耐火材料。组成该材料的氧化物主要是MgO、Al2O3、ZrO2和MgAl2O4；碳主要是天然石墨;非氧化物是从Al、Si、Mg等金属，Al-Si、Al-Mg类的合金以及SiC,B4C之类的碳化物等。用这些原料通过添加树脂或沥青等结合剂加以成形，而得到的由氧化物、碳、非氧化物以及结合剂所组成的复合耐火材料。碳复合耐火材料按显微结构分为陶瓷结合型与碳结合型两大类。典型的陶瓷结合制品有烧成油

3、浸砖、黏土或高铝石墨制品等。其结构特点是通过高温烧成在耐火材料组分之间形成某种陶瓷结合，碳素材料填充在耐火材料颗粒之间或者气孔内。虽然烧成铝碳滑板及浸入式水口等类耐火材料制品中也存在一些结合碳膜，但其主要结合形式为陶瓷结合，仍属于陶瓷结合型碳复合耐火材料。碳结合耐火材料属于不烧耐火材料，其生产工艺一般是先将结合刘和粗颗粒混合均匀。使结合剂在粗颗粒表面形成一层薄膜，然后加入耐火材料细粉及石墨，混合均匀后成形。经热处理后，作为结合剂的树脂固化形成一个固化树脂框架把耐火材料组分和石墨结合起来。制品经碳化后，树脂框架被碳化而成为碳框架。显然，碳框架的连续性及强度对制品的性质有

4、很大影响。对耐火材料及石墨的浸润性能好且残碳高的结合剂。会形成完整性好、强度高的碳框架。这种把耐火材料及石墨颗粒结合起来的碳被称为结合碳，结合碳的结构及性质与石墨碳不同，结合碳在颗粒周围形成一层结合碳膜，此膜构成一空间碳网络将颗粒结合起来，石墨和耐火材料细粉位于粗颗粒之间。与单一的氧化物系耐火材料相比，含碳耐火材料具有以下一些优点:(1)抗渣侵蚀性能好。(2)抗热震性能优良。对于单一的氧化物系耐火材料，在其使用过程中，与耐火材料表面接触的熔渣会通过气孔和颗粒界面进入耐火材料内部，同耐火材料组分反应并生成低熔点化合物，因而引起耐火材料的组织劣化和高温强度降低。因此，使耐

5、火材料致密化，提高耐火材料的密度，尽可能减少其显气孔率，被认为是抑制熔渣向耐火材料内部渗透的重要手段。但是，对于一般的氧化物系耐火材料来说，由于其热膨胀系数高，热导率低，过度致密化会带来抗热震性能下降。由于碳素具有难以被熔渣润湿，热导率高以及热膨胀系数小等特点，因此，在氧化物系耐火材料中添加一定量的碳素材料后，会明显改善耐火材料的抗渣侵性能和抗热震性能。但是，含碳耐火材料也存在着明显的缺点。主要是:(1)在高温下容易氧化;(2)高温强度低;(3)氧化物组分同碳素在热力学上是不稳定的，容易一发生氧化还原反应，使耐火材料组织产生劣化[5]。1.含碳耐火材料的发展含碳耐火材

6、料是以氧化物和碳素为主要原料、并以碳作为高温结合相所制成的高温复合材料。含碳耐火材料是伴随着LD转炉(氧气顶吹转炉)的工业化而诞生并不断发展起来的。由于LD转炉是碱性转炉，在冶炼过程中要造碱性渣进行脱磷、脱硫，因此，要求炉衬为碱性耐火材料。LD转炉最初使用的内衬材料是焦油结合白云石系耐火材料和稳定性白云石系耐火材料。其中的焦油结合白云石系耐火材料为后来的MgO—C系耐火材料的研究和开发奠定了基础。对焦油结合白云石系耐火材料的研究发现，脱碳层是影响其使用寿命的关键因素，增加含碳量可以明显提高耐火材料的抗渣侵性能。因此，后来开发了焦油结合含碳白云石系耐火材料，并成功应用于

7、转炉生产。但是，20世纪60年代初期，由于开发了性能优良的半稳定性烧成白云石系耐火材料，而使焦油结合含碳白云石系耐火材料的研究和使用趋于停顿。由于半稳定性烧成白云石系耐火材料中含有自由氧化钙成分，容易吸水使耐火材料在运输、储藏以及间歇性生产过程中产生粉化、甚至破损。因此，通过向烧成白云石砖内部浸入焦油或沥青的方法，很好地解决了这一问题。同时，发现浸入焦油或沥青后的耐火材料，其抗渣渗透性能明显提高。当时，镁质耐火材料作为电炉炉衬已经广泛应用，但由于其具有容易吸收熔渣、抗热震性能差等缺点，而使镁质耐火材料的使用寿命受到极大的影响。因此，通过烧成白云石系耐