碳復合耐火材料大致可分為定形和不定形碳復合耐火材料。常見的碳復合定形制品有:MgO-C、Al2O3-C、Al2O3-MgO-C、MgO-CaO-C、ZrO2-C、Al2O3-SiC-C等。碳復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格優(yōu)勢。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的發(fā)展,在美國、日本等經(jīng)濟發(fā)達國家,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重要的分支。作為不定形碳復合耐火材料的代表,Al2O3·SiC·C(ASC)耐火澆注料具有高熔點、高強度、優(yōu)良的抗熱震、抗沖刷以及抗渣侵蝕性被廣泛地應用于高爐出鐵溝。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、熔鐵的化學侵蝕、高溫鐵水和熔渣的機械沖刷以及熱沖擊引起的。
高溫冶煉技術的進步使耐火材料的工況條件變得更為惡劣。耐火材料的改進不單應理解為材質(zhì)方面的改進,還包括施工技術、應用技術、和修補技術等方面的改進,要在“組成一結(jié)構·性能”三角形中找出彼此之間相互依存的關系。對于碳復合耐火材料而言,抗氧化性和抗渣性能是其最重要的兩個性能,它們之間存在著互為依存相互促進的關系。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,繼而在襯體中留下較大、較多的孔洞,導致材料的抗渣性能和力學性能急劇惡化。鑒于此,開展在改善碳復合耐火材料抗氧化性基礎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)實意義。
目前,人們主要通過抗氧化劑直接添加、復合粉體技術、材料表面涂釉、碳素原料涂層處理技術這四種方式來提高碳復合耐火材料抗氧化性。其中以抗氧化劑直接添加技術和復合粉體技術最為常用。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功能,受到科研人員的廣泛關注。但是,硼化物合成難度大制約著其在耐火材料中的推廣應用。