碳復(fù)合耐火材料大致可分為定形和不定形碳復(fù)合耐火材料。常見的碳復(fù)合定形制品有:MgO-C、Al2O3-C、Al2O3-MgO-C、MgO-CaO-C、ZrO2-C、Al2O3-SiC-C等。碳復(fù)合不定形耐火材料有Al2O3·SiC·C質(zhì)澆注料等。
定形耐火材料在耐火材料的發(fā)展史上一直扮演著舉足輕重的角色。其中,MgO·CaO·C磚具有耐高溫、抗熱震性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等一系列優(yōu)良性能。尤其與MgO·C耐火材料相比,MgO·CaO·C耐火材料具有更好的真空穩(wěn)定性、更優(yōu)異的抗低堿度渣侵蝕性以及更低廉的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。此外,CaO還具有凈化鋼液的作用。因而,在冶煉不銹鋼、純凈鋼及低硫鋼等優(yōu)質(zhì)鋼種領(lǐng)域日益受到重視。
近二十年來,不定形耐火材料取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,在美國、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家,不定形耐火材料約占耐火材料總量的59%,成為耐火材料的一個(gè)重要的分支。作為不定形碳復(fù)合耐火材料的代表,Al2O3·SiC·C(ASC)耐火澆注料具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、優(yōu)良的抗熱震、抗沖刷以及抗渣侵蝕性被廣泛地應(yīng)用于高爐出鐵溝。由于高爐的大型化、鐵水溫度增高、出鐵量變大、流速變快、使得高爐的使用環(huán)境變得更為苛刻。鐵鉤料的損毀主要是由于熔渣、熔鐵的化學(xué)侵蝕、高溫鐵水和熔渣的機(jī)械沖刷以及熱沖擊引起的。
高溫冶煉技術(shù)的進(jìn)步使耐火材料的工況條件變得更為惡劣。耐火材料的改進(jìn)不單應(yīng)理解為材質(zhì)方面的改進(jìn),還包括施工技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)、和修補(bǔ)技術(shù)等方面的改進(jìn),要在“組成一結(jié)構(gòu)·性能”三角形中找出彼此之間相互依存的關(guān)系。對(duì)于碳復(fù)合耐火材料而言,抗氧化性和抗渣性能是其最重要的兩個(gè)性能,它們之間存在著互為依存相互促進(jìn)的關(guān)系。雖然碳賦予了耐火材料優(yōu)異的抗渣性和抗熱震性能,但是卻容易跟空氣中的O2及爐渣、材料中的氧化物組分發(fā)生反應(yīng),繼而在襯體中留下較大、較多的孔洞,導(dǎo)致材料的抗渣性能和力學(xué)性能急劇惡化。鑒于此,開展在改善碳復(fù)合耐火材料抗氧化性基礎(chǔ)上保證其良好的抗渣性的研究工作具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
目前,人們主要通過抗氧化劑直接添加、復(fù)合粉體技術(shù)、材料表面涂釉、碳素原料涂層處理技術(shù)這四種方式來提高碳復(fù)合耐火材料抗氧化性。其中以抗氧化劑直接添加技術(shù)和復(fù)合粉體技術(shù)最為常用。常用作抗氧化添加劑的材料主要有:金屬Al、Mg,Si,Zr及其合金粉、碳化物(SiC,TiC,Al4SiC4,Al404C)、硼化物(B4C、MgB2、CaB6、ZrB2、LaB6),氮化物(AlN,Si3N4)。其中,硼化物因具有良好的自修復(fù)功能,受到科研人員的廣泛關(guān)注。但是,硼化物合成難度大制約著其在耐火材料中的推廣應(yīng)用。