含碳耐火材料在钢铁工业的高炉、铁水预处理罐、氧气转炉、盛钢桶、连铸浸入式水口等广泛使用,效果很好。很自然会想到把含碳耐火材料用于炼铜、炼镍等有色金属冶炼炉。苏联、日本以及我国都曾试过,但效果都不理想,比普通镁铬砖还差。

为何含碳耐火材料在钢铁工业使用效果很好,而在有色金属冶炼炉上使用效果就不好呢?

高炉炉衬所在炉气气氛中含有大量CO(高炉煤气),铁水中含碳几乎接近或达到饱和,所以,高炉、铁水预处理罐都可使用碳或含碳耐火材料。氧气转炉炼钢中吹炼铁水(Fe-C熔体),会析出大量CO气体,其压力约为0.1MPa;由反应式2C+O2=2CO,从热力学计算,炉气中氧分压为:pO2=5.5×10-15~5.5×10-17MPa,说明炼钢转炉中氧压很低。

在有色重金属熔炼与吹炼中,炉内气氛中含有大量SO2,其质量浓度在11%~15%,即SO2压力为pSO2=0.01MPa,从热力学计算,在1200~1400℃时,其炉气中O2分压pO2大致在5×10-6MPa,比炼钢转炉的氧压大9~11数量级。因此,在有色重金属熔炼炉与吹炼炉中,含碳耐火材料中的碳很易被氧化烧掉。这可能就是含碳耐火材料在有色重金属冶炼炉上使用效果不好的原因。