石墨质粘土耐火制品是以天安石墨为原料，以粘土作结合剂制得的耐火材料。这类制品有石墨粘土坩埚、蒸馏罐、铸钢用塞头砖、水口砖及盛钢桶内衬砖等。其中生产最多、应用最广 的是炼钢和熔炼有色金属的石墨粘土坩埚。

一、原料

1、天然石墨

天然石墨按其生产出状态可分为鳞片状石墨、微晶质块状或土状石墨两种。天然石墨呈六角板状结晶。土状石墨亦是微小结晶的。

石墨不融化，在2100℃以下不产生塑性流动。常压下约在3000℃发生升华。在氧化氛和高温下易氧化燃烧掉，这是石墨作为耐火材料在使用上的一大障碍。石墨的氧化速度与其晶体结构、粒度和灰分含量有关。鳞片状石墨具有较强的抗氧化能力。灰分含量少的较灰分含量多的易于氧化。这是由于石墨燃烧时灰分在其颗粒表面形成保护膜之故。

石墨不仅导热性很强，而且由于石墨的层状结构使其许多性质呈现显著的各向异性，平行于层状方向的热导率比垂直于层状方向的大。热膨胀性也是如此，如线膨胀系数，平行于层状方向的很小。

石墨的质量通常以固定碳、挥发分、灰分的含量百分率和粒度等指标衡量。灰分含量多会沾污金属、降低制品的耐火度、导热性、化学稳定性质。石墨的鳞片大，能增加坯料的塑性，促使坯体更加紧密而且不易燃烧。因此作为耐火材料的石墨，以鳞片结晶大和灰分含量少的为优。

2、结合粘土

结合粘土的可塑性和结合力要足够高，能粘结石墨粉和熟料成为塑性坯料；要求其耐火度和软化温度高，能在最高使用温度下承受盛装的熔融金属而不变形；要能抵抗熔渣和金属的侵蚀等。此外，结合粘土要易于烧结（烧结温度范围1150~1250℃），以使制品质地致密，机械强度高。结合粘土在使用时应粉碎成小于0.5mm的颗粒，此外还要求结合粘土要具有良好的遇水分散性。

3、熟料

该熟料要求耐火度要高、结构致密、收缩小。生产中采用的熟料有黏土熟料、蜡石熟料或硅石熟料。熟料在使用前要粉碎至2mm或更细为宜。过大的熟料粒度会破坏石墨的鳞片状排列。

为了提高坩埚的导热性和耐火度，可加入少量的碳化硅。加入的碳化硅形成骨架，石墨作为填充基质，以粘土结合，制品的机械强度也随之增大。

二、生产工艺

依粘土性质、石墨特性和坩埚用途不同，配料内各成分的含量可以在以下范围内变动：粘土30%~40%，石墨35%~50%，熟料或硅石10%~30%。

炼钢用坩埚，泥料中含石墨最好在40%~50%。若石墨数量过多，则会使钢中增碳；减少石墨含量，则会降低坩埚壁的传热性，从而延长冶炼时间。

坯料的加工处理是石墨粘土坩埚生产的关键问题之一。鳞片状石墨具有滑动性，很难与别的颗粒混合。必须仔细的进行干混后，再加水湿混合。按成型方法不同，加水量也不同，可塑泥料的水分为17%~18%；半干坯料为9%~10%。坯料可由搅拌机、挤泥机或轻轮碾机进行混合。可塑坯料总的混合时间约为30~40min；半干坯料为40~60min。

混好的坯料在困料室中闲置15~20天，坯料经困置后，再经挤泥机挤成泥段，送往成型供使用。半干成型坯料亦需经再混合后使用。

大型石墨粘土坩埚多采用可塑法手工成型；小型坩埚可采用半十法机压成型或等静压法成型。

在成型过程中由于鳞片状石墨晶体的各向异性，它在坯料中的排列状态对制品的性质有显著影响。通常制品成型受压时，鳞片状结晶在坯体中容易与压制力成垂直方向排列，其结果沿结晶的层状方向热传导性大，热膨胀性小。在成型中若采用使鳞片状石墨与坩埚侧壁表面呈垂直排列的成型方法，则制品的热导率增加。反之，如采用与侧壁表面成平行排列的成型方法，则会制得抗渣性强，荷重软化温度高，耐热冲击和热传导率较前者小的制品。

成型后的湿坯经修坯后送往干燥。由于石墨粘土坩埚的坯体在干燥时体积收缩大（尤其是可塑法成型的），干燥时必须十分小心缓慢的进行。通常在干燥室内进行干燥。干燥温度和干燥时间依制品尺寸大小和成型方法不同而异。

石墨粘土坩埚通常在倒焰窑内烧成。烧成时为了防止石墨在高温下氧化，必须将坯体装在填满炭粒的匣体中煅烧，或在坩埚表面涂一层由长石（或硼砂）、石英岩、粘土等配成的釉料，则坩埚可直接装窑烧成。但窑内气氛仍不能是强氧化性的。在400~500℃以前为粘土脱水阶段，升温速度缓慢，以后可快速升温。烧成温度为1100~1150℃。在生产中的烧成经验是“小火稳、中火快、大火要烧还原焰”。

为了防止出窑后的成品吸水，在制品表面上应均匀涂抹一层防潮剂（沥青防潮剂），便于保存。

石墨粘土坩埚制品要求具有一定的机械强度，能负荷熔炼的金属重量，便于熔铸操作，还应有良好的导热性、抗热震性。

采用沥青、焦油代替结合粘土、碳化硅代替熟料，制得的石墨坩埚，在国外也逐渐得到大量应用。