含碳耐火材料是令人矚目的優良耐火材料。鎂炭磚、鋁碳磚和鋁鎂炭磚等系列品種材料在鋼鐵工業中廣泛使用,風摩全世界,使富爐壽命得到了極大的提高。以樹脂和瀝青結合的含碳壓入料和含碳補爐料等不定形耐火材料得到了發展。瀝青和石墨的總含碳量<5%的合碳耐大澆注料在高爐出鐵溝和混鐵爐等熱工設備上,也得到了成功的應用。但是,含碳量大于5%的含碳耐火澆注料,仍處于探索階段,主要是理想的炭素材料鱗片石墨與水不浸潤,分散性較差所致。
在含碳耐火澆注料中,用樹脂等水溶性材料作結合劑,因其黏性太大,用量很多,方能流動和成型,致使澆注料氣孔多,組織結構不致密,難以抵抗熔渣的侵蝕；用土狀石墨等炭素材料與水混練時有較好的流動性和分散性,但其無定形結構且含較多揮發分,影響澆注料的抗渣性和抗氧化性,得不到好的使用效果。當采用鱗片石墨作炭素材料時,必須對其表面進行改性處理,提高石墨的親水性和分散性,方能配制成功性能優良的含碳耐火澆注料。
石墨表面改性處理的方法如下：
(1)表面活性劑法。采用有機物表面活性劑,利用其極性對石墨表面進行親水處理,但該活性劑不得與減水劑等外加劑發生化學作用,否則將惡化含碳耐火澆注料的性能。
(2)表面涂層法。采用三氯化鈦和四丁氫基鈦酸等水解沉積法,使石星表面吸附一層親水性的二氧化牧,經
熱處理后形成二氧化鈦膜；也可以用鋁的酸鹽經乙醇調制成溶膠,與石墨共磨后,經干燥和500℃處理,使石墨表面涂上氧化鋁涂層。總之,可用各種溶劑處理石墨使其表面獲得親水性的涂層,以提高施工性能。
(3)高速撞擊法。高速撞擊法是采用具有良好潤濕性的氧化物和碳化物等材料,與石墨按比例混合后裝進沖擊式混合機中,物料在各種機械力的作用下,使石墨顆粒表面覆蓋一層氧化物或碳化物,從而提高其親水性,該方法成本低、易批量生產,但濕拌料時間不宜太長,否則覆蓋在石墨表面親水顆粒會分離下來,影響施工性能。
(4)造粒法。采用鎂砂和石墨作耐火原料,用樹脂或中溫瀝青等料作結合劑,擠壓成型和低溫處理后破碎即為鎂炭顆粒。其石墨黏附在鎂砂顆粒表面,并被有機結合劑包裹,因此具有較好的親水。另外,用鎂炭磚破碎成顆粒料,也可作含碳耐火澆注料的原材料。
鎂炭質耐火澆注料的主要性能,見下圖編號1和編號2采用MgO大于96.8%的中檔鎂砂作耐火管料,MgO大于96%的鎂砂作耐火粉料,C大于97%的鱗片石墨,用量為6%。
編號1和編號2所用的石墨,前者為表面涂層法處理,后者用撞擊法處理。
采用SiO2大于93%的Sio2超微粉作結合劑,并添加分散劑等；編號3~編號6采用C大97%的鱗片石墨,其用量約為7%,并分別進行表面涂層處理、造粒和破碎廢舊鎂炭磚帶進石墨,編號6用的石墨未進行處理。采用MgO大于97%的電熔鎂砂作耐火骨料,Mg0大于97%的中檔鎂砂作耐火粉料。采用SO2大于89%的SO2超微粉作結合劑、CA-80水泥作促凝劑并加分散劑。耐火骨料與耐火粉料的質量比約為68:32.稱量各種原材料,加水攪拌3min左右,混合料均勻后成型。自然養護到期后,試樣進行烘干,中高溫時埋炭加熱,然后測其性能，如下。
由上可知編號6用的鱗片石墨未進行處理,與水不浸潤、密度小,易上浮,在料中也難以分布均勻。所以,與其余編號用處理過的石墨作耐火澆注料相比,如用量大,顯氣率高,各溫度下的強度低。也就是說,采用改性石墨作耐火澆注料,施工性能好和強度均有較大的提高,顯氣孔率降低,說明澆注料較致密。
鎂碳鎂質耐火澆注料隨著加熱溫度的提高，強度都呈下降趨勢，應為在實驗溫度下石墨抑制料的燒結過程，阻礙了料的陶瓷結合。同時，鎂與石墨的線膨脹系數差異很大，產生的熱應力大，使二者分離，組織結構疏松，導致高溫強度下降。鎂碳質耐火澆注料在高溫長期使用時，將發生陶瓷結合和碳結合，較大地提高其強度和抗渣性能，在鋼包渣線部位使用比較廣泛。
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