石墨質粘土耐火制品是以天安石墨為原料，以粘土作結合劑制得的耐火材料。這類制品有石墨粘土坩堝、蒸餾罐、鑄鋼用塞頭磚、水口磚及盛鋼桶內襯磚等。其中生產最多、應用最廣 的是煉鋼和熔煉有色金屬的石墨粘土坩堝。

一、原料

1、天然石墨

天然石墨按其生產出狀態可分為鱗片狀石墨、微晶質塊狀或土狀石墨兩種。天然石墨呈六角板狀結晶。土狀石墨亦是微小結晶的。

石墨不融化，在2100℃以下不產生塑性流動。常壓下約在3000℃發生升華。在氧化氛和高溫下易氧化燃燒掉，這是石墨作為耐火材料在使用上的一大障礙。石墨的氧化速度與其晶體結構、粒度和灰分含量有關。鱗片狀石墨具有較強的抗氧化能力。灰分含量少的較灰分含量多的易于氧化。這是由于石墨燃燒時灰分在其顆粒表面形成保護膜之故。

石墨不僅導熱性很強，而且由于石墨的層狀結構使其許多性質呈現顯著的各向異性，平行于層狀方向的熱導率比垂直于層狀方向的大。熱膨脹性也是如此，如線膨脹系數，平行于層狀方向的很小。

石墨的質量通常以固定碳、揮發分、灰分的含量百分率和粒度等指標衡量。灰分含量多會沾污金屬、降低制品的耐火度、導熱性、化學穩定性質。石墨的鱗片大，能增加坯料的塑性，促使坯體更加緊密而且不易燃燒。因此作為耐火材料的石墨，以鱗片結晶大和灰分含量少的為優。

2、結合粘土

結合粘土的可塑性和結合力要足夠高，能粘結石墨粉和熟料成為塑性坯料；要求其耐火度和軟化溫度高，能在最高使用溫度下承受盛裝的熔融金屬而不變形；要能抵抗熔渣和金屬的侵蝕等。此外，結合粘土要易于燒結（燒結溫度范圍1150~1250℃），以使制品質地致密，機械強度高。結合粘土在使用時應粉碎成小于0.5mm的顆粒，此外還要求結合粘土要具有良好的遇水分散性。

3、熟料

該熟料要求耐火度要高、結構致密、收縮小。生產中采用的熟料有黏土熟料、蠟石熟料或硅石熟料。熟料在使用前要粉碎至2mm或更細為宜。過大的熟料粒度會破壞石墨的鱗片狀排列。

為了提高坩堝的導熱性和耐火度，可加入少量的碳化硅。加入的碳化硅形成骨架，石墨作為填充基質，以粘土結合，制品的機械強度也隨之增大。

二、生產工藝

依粘土性質、石墨特性和坩堝用途不同，配料內各成分的含量可以在以下范圍內變動：粘土30%~40%，石墨35%~50%，熟料或硅石10%~30%。

煉鋼用坩堝，泥料中含石墨最好在40%~50%。若石墨數量過多，則會使鋼中增碳；減少石墨含量，則會降低坩堝壁的傳熱性，從而延長冶煉時間。

坯料的加工處理是石墨粘土坩堝生產的關鍵問題之一。鱗片狀石墨具有滑動性，很難與別的顆粒混合。必須仔細的進行干混后，再加水濕混合。按成型方法不同，加水量也不同，可塑泥料的水分為17%~18%；半干坯料為9%~10%。坯料可由攪拌機、擠泥機或輕輪碾機進行混合。可塑坯料總的混合時間約為30~40min；半干坯料為40~60min。

混好的坯料在困料室中閑置15~20天，坯料經困置后，再經擠泥機擠成泥段，送往成型供使用。半干成型坯料亦需經再混合后使用。

大型石墨粘土坩堝多采用可塑法手工成型；小型坩堝可采用半十法機壓成型或等靜壓法成型。

在成型過程中由于鱗片狀石墨晶體的各向異性，它在坯料中的排列狀態對制品的性質有顯著影響。通常制品成型受壓時，鱗片狀結晶在坯體中容易與壓制力成垂直方向排列，其結果沿結晶的層狀方向熱傳導性大，熱膨脹性小。在成型中若采用使鱗片狀石墨與坩堝側壁表面呈垂直排列的成型方法，則制品的熱導率增加。反之，如采用與側壁表面成平行排列的成型方法，則會制得抗渣性強，荷重軟化溫度高，耐熱沖擊和熱傳導率較前者小的制品。

成型后的濕坯經修坯后送往干燥。由于石墨粘土坩堝的坯體在干燥時體積收縮大（尤其是可塑法成型的），干燥時必須十分小心緩慢的進行。通常在干燥室內進行干燥。干燥溫度和干燥時間依制品尺寸大小和成型方法不同而異。

石墨粘土坩堝通常在倒焰窯內燒成。燒成時為了防止石墨在高溫下氧化，必須將坯體裝在填滿炭粒的匣體中煅燒，或在坩堝表面涂一層由長石（或硼砂）、石英巖、粘土等配成的釉料，則坩堝可直接裝窯燒成。但窯內氣氛仍不能是強氧化性的。在400~500℃以前為粘土脫水階段，升溫速度緩慢，以后可快速升溫。燒成溫度為1100~1150℃。在生產中的燒成經驗是“小火穩、中火快、大火要燒還原焰”。

為了防止出窯后的成品吸水，在制品表面上應均勻涂抹一層防潮劑（瀝青防潮劑），便于保存。

石墨粘土坩堝制品要求具有一定的機械強度，能負荷熔煉的金屬重量，便于熔鑄操作，還應有良好的導熱性、抗熱震性。

采用瀝青、焦油代替結合粘土、碳化硅代替熟料，制得的石墨坩堝，在國外也逐漸得到大量應用。