高炉的安全和长寿是炼铁界的梦想，寻求一种能真正满足高炉炉缸炉底安全长寿的耐火材料，是几代炼铁人的期盼。河南五耐集团实业有限公司(下文简称五耐)联合河南科技大学、北京科技大学研发出一种已荣获国家发明专利(专利号ZL2006101072055)和冶金科学技术奖的耐材产品———高炉炉缸炉底用碳复合砖，取得优良的使用效果，其使用寿命可达20年以上，达到了国际先进水平。

全国知名炼铁专家、北京科技大学原校长杨天钧教授评价，该产品的研发与应用是高炉炉衬耐火材料的一项重大革新。

在炼铁生产中，高温冶炼条件和熔融流动的铁水极易对炉缸砖衬造成损伤。几乎年年都有炉缸烧穿的严重事故发生，让高炉操作与管理者提心吊胆，一旦炉缸炉底温度升高异常就有恐惧袭来、坐卧不安之感，身心倍受折磨与煎熬。因此，提高炉缸炉底砖衬的抗损伤能力，是炉缸炉底长寿和安全生产的最重要的技术关键。可是在高炉高温、腐蚀、冲刷、磨损、破损条件下，如何提高炉缸炉底砖衬的抗损能力，成为世界炼铁行业的重大技术难题。

五耐创新研发的碳复合砖既吸收了优质炭砖和陶瓷杯的优点，同时又克服了其缺点，完全可以代替传统炭砖和陶瓷杯用于高炉炉缸炉底，而且在全国五十多座高炉上推广应用均取得了安全长寿的使用效果。山西建邦通才工贸公司2号高炉炉缸炉底采用该碳复合砖已安全生产10年，最近停炉检测，无任何损伤，预计仍可使用10年以上。

碳复合砖的制造特点与众不同

通常高炉炉缸炉底安全长寿对耐材有下列要求：即抗渣铁侵蚀、抗氧化、抗水蒸氧化、较高的导热性、较低的膨胀性、较高的抗磨损性、较高的抗热应力强度、抗锌侵蚀能力强、泥浆有较高的粘结强度与施工性能、捣打料有较高的导热性与施工性能。一旦满足了上述要求，高炉炉缸炉底的安全长寿方能实现。

五耐碳复合砖之所以能够满足上述要求，皆采取下列措施制造：一是选用优质的电熔刚玉和低比电阻的炭素材料，严格控制原料中的R2O等杂质;二是严格控制粒度分布，引入超微细粉，通过基质细粉预混合，使各粉料混合分散均匀，避免团聚，达到成分均匀一致;三是采用多元添加剂，利用它们的分解相变和原位反应，产生微体积膨胀，既有利于形成微孔，又有利于抗氧化性和强度的提高;四是采用与碳素原料润湿性好的树脂结合剂;五是控制加料顺序和混练时间，避免偏析;六是通过适当困料和成型过程中的间断打击，有利于中途排气，避免弹性后效而产生层裂;七是采用2500吨全自动液压成型机高压成型，提高砖坯质量;八是采用温度均匀的连体窑，在不低于1600℃下埋碳高温烧成并长时间保温，以利于碳化物原位反应的发生、完成和烧结致密化，提高制品的强度和形成微孔结构。

碳复合砖的关键指标令人称道

该碳复合砖的抗铁性能优良。碳复合砖的铁水溶蚀指数优于碳砖，且接近于不侵蚀状态。究其原因，是刚玉砖中的Al2O3基本不与高温铁水发生反应，具有很强的抗溶蚀能力;而C易溶于高温铁水中，抗溶蚀能力弱。碳复合砖正是利用了Al2O3的这一特性，减少了C元素直接接触高温铁水的面积，使碳复合砖的铁水溶蚀指数接近于刚玉砖的性能指标。其抗铁水侵蚀失重率只有0.12%～0.62%，而国内外知名碳砖为14%～28%。

该碳复合砖与铁水几乎不润湿，较容易分离。在与铁水接触的碳复合砖处，出现了明显的碳富集现象，而此处氧化铝颗粒较小，弥散在碳基质中。当铁水与碳复合砖接触时，铁水与碳复合砖界面处碳的存在，使其接触面积减小，与铁水接触的碳不断地与铁水进行碳交换，由于碳的损失，在碳复合砖热面形成了一层脱碳层，裸露出氧化铝，铁水很难进一步侵蚀。同时，碳复合砖具有较高的微气孔率，平均孔径为0.238μm。当耐火材料的气孔小于1μm时，铁水就难以渗透侵蚀砖衬。

该碳复合砖的抗渣性能好。究其原因，是炉渣和碳复合砖的润湿性较好，两者紧密的粘接在一起。熔渣与碳复合砖中的氧化铝相互反应，并逐渐侵入到碳复合砖的内部，同时，在碳复合砖的表层发现大量的渣相氧化物组分。

随着熔渣的侵入和化学反应的进行，熔渣中氧化铝的含量增多，部分以镁铝尖晶石的形式析出，在反应界面层，仍然存在着大量的氧化铝颗粒，因此，混合有大量固体质点的高铝渣相粘度显著提高。在炉缸炉底冷却作用的条件下，在反应界面层形成一层粘稠的物相，隔离开熔渣与碳复合砖本体的接触，熔渣很难进一步侵入碳复合砖的内部，对碳复合砖形成有效的保护机制。因此说，这种砖具有优越的抗渣性能，抗渣后的失重率只有1.2%～1.8%，优于工业发达国家的铝碳碳化硅砖，更优于刚玉系列的陶瓷杯砖。

该碳复合砖的抗CO2氧化性能突出。国产微孔碳砖抗CO2氧化试验后表面氧化严重，呈蜂窝状，碳复合砖抗CO2氧化试验后表面几乎无氧化，表面光滑，具有优越的抗CO2氧化性能，氧化后失重率率只有0.5%～0.9%，而国内外知名碳砖的为2.5%～18%。

碳复合砖有很好的抗氧化性能。究其原因，一是添加的Si粉在烧结过程中将发生Si+C=SiC的原位反应，生成的SiC堵塞和封闭了气孔，并起烧结辅助剂的作用，使碳复合砖内的气孔变小或封闭，同时使骨料和基质间结合更加紧密。生成的SiC等物相弥散分布到整个砖体中，像一张网弥散在碳复合砖中，从而阻隔氧化性气氛的侵入，达到保护碳复合砖免遭氧化的作用。二是高温下生成的Al2O3·SiO2产生较大的体积膨胀，可起到堵塞气孔的作用，这些作用的结果可显著地降低碳复合砖的透气度。

该碳复合砖的导热性能较高。究其原因，一是材料的导热系数取决于其中固体组分的导热系数(λs)与材料的气孔率(p)，λ=(1-P)λs。碳复合砖为超微孔砖，气孔率较低，因此碳复合砖的导热系数不会显著降低。二是碳复合砖是在高温条件下烧制而成，减少了晶体中存在的空位、位错或其他缺陷，弱化了因晶格缺陷造成的导热系数的降低。三是碳复合砖中杂质成分含量较少，对晶格波热散射作用影响小，故导热系数较大。四是碳复合砖中新生成的碳化物等形成了致密的网状结构，原位生成的β-SiC纤维状晶须犹如导线，有利于热的传导。

该碳复合砖的抗锌性能较高。锌对砖衬的侵蚀主要是和碳的反应;碳复合砖和微孔碳砖的质量均减小，微孔碳砖质量损失较多，是因为参与反应的碳含量较大，对砖衬有较大的破坏作用，而碳复合砖因部分碳参与了化学反应，强度仅下降了约26%，但反应后的强度仍保持在较高的水平，耐压强度约55MPa;微孔碳砖完全失去了强度，这也是炉缸炭砖出现不状断裂的主要原因。因此，碳复合砖的抗锌性明显好于微孔碳砖。因此，碳复合砖能有效解决炉缸砖衬环状断裂的问题。

金杯银杯，不如用户的口碑

山西襄汾新金山特钢有限公司在用户质量报告中，对五耐碳复合砖作出了高度评价：

我公司为保证高炉长寿，一代高炉炉龄达到15年不大修，在2011年2号高炉大修时，经过对国内多数耐火材料生产厂家的考察和比较，最后确定高炉炉底、炉缸部位采用五耐生产的碳复合砖。该产品不但具有陶瓷材料良好的抗铁水、抗渣、抗碱侵蚀性能，而且又具有普通碳砖导热系数高的优点，在使用中既克服了刚玉材料陶瓷杯制品热膨胀大的缺点，又改变了普通碳砖抗铁、抗氧化差的缺点，是保证高炉长寿的一种新型产品。公司2号高炉使用五耐碳复合砖已有6年，在这6年中炉底、炉缸温度正常，高炉操作稳定，高炉利用系数达4.3t/(m3·d)以上，高炉各项参数指标正常，由此证明该产品的性能是稳定的，此安全长寿设计方案是可行的。碳复合砖的使用不但为公司高炉正常运行奠定了良好的基础，而且为公司实现新一代高炉长寿作出了巨大贡献，希望五耐在此基础上能开发出更多适用于不同炉容的新型产品，为高炉长寿、优质、高效、低耗作出更大的贡献。