煉鋼用耐火材料的消耗是很大的，并且直接影響煉鋼爐的壽命和冶煉成本。因此，在選擇耐火材料時，除應(yīng)滿足冶煉工藝要求外，還要根據(jù)資源狀況，合理利用，并不斷提高原料煅燒和制磚技術(shù)，以期采用最佳的耐火材料，達(dá)到爐子長壽和低耗的目的。
目前，氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯使用的耐火材料主要是含碳的堿性耐火材料，如焦油白云石磚、焦油鎂白云石磚、焦油鎂磚、鎂碳磚和各種浸漬磚等。另外，還有噴補(bǔ)用的耐火噴涂料。
從采用氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼以來，各國普遍用鎂質(zhì)和白云石質(zhì)耐火材料作爐襯，或二者混合后制磚使用。總的趨勢是朝著提高原料純度，適當(dāng)增加氧化鎂含量，提高制品密度和增加殘余含碳量的方向發(fā)展，爐襯磚的質(zhì)量逐步提高，品種也不斷增加。
日本在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼初期，采用的是天然白云石砂和穩(wěn)定白云石砂制成的爐襯磚。天然白云石磚價格低廉，目前仍在轉(zhuǎn)爐上使用。而穩(wěn)定白云石磚雖然機(jī)械性能好，可防止水化，但雜質(zhì)含量多，抗渣性差，早已被淘汰。在 20 世紀(jì)60年代初期，日本研制成功了合成鎂白云石砂。用這種原料制成的焦油結(jié)合和燒成的鎂白云石磚，原料較純，燒結(jié)良好，磚的質(zhì)量大大提高，現(xiàn)在仍是日本氧氣轉(zhuǎn)爐主要采用的耐火材料，應(yīng)用十分普遍。此外，日本還在氧氣轉(zhuǎn)爐的特殊部位上使用鎂砂、電熔鎂砂為原料制成的直接結(jié)合磚及浸漬磚;合成鎂白云石砂中添加電熔鎂砂制成的耐火磚;以及采用死燒高純鎂砂和天然鱗片狀石墨為原料，用合成樹脂作結(jié)合劑制造的鎂碳磚等，也取得了良好的效果。使?fàn)t襯壽命有了很大提高。
美國頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐開始階段使用過鎂磚、鎂鉻磚和白云石磚等。 后來基本上不用鎂鉻磚，主要采用鎂磚。 用雜質(zhì)含量小于1% 的輕燒瀝青結(jié)合或瀝青浸漬的燒成。 最近美國又采用瀝青浸漬方鎂石磚和鎂碳磚作爐襯， 爐子壽命有較明顯的提高。 俄羅斯氧氣轉(zhuǎn)爐主要采用焦油白云石磚，個別廠使用鎂磚。 同時也試驗過鎂鉻磚。 但因尖晶石相不能經(jīng)受高堿度熔渣的侵蝕，目前僅限于易崩裂的爐帽部位使用。
西歐各國白云石資源十分豐富，價格便宜，因此在氧氣轉(zhuǎn)爐上普遍采用白云石爐襯磚。但其壽命不及鎂質(zhì)磚。為此各國一般將白云石雜質(zhì)含量限制在3%以下，并添加鎂砂以提高抗渣性。近來，鎂磚或鎂白云石磚的使用范圍正在不斷擴(kuò)大。德國更多地使用浸漬堿性磚;而英國氧氣轉(zhuǎn)爐用耐火材料，鎂磚占20%，白云石磚占80%，法國氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯則采用焦油白云石磚、鎂白云石磚和焦油鎂磚砌筑。表3為西歐轉(zhuǎn)爐爐襯磚的典型性能。
目前，許多國家氧氣轉(zhuǎn)爐用耐水材料的特點是雜質(zhì)含量較低，以便促進(jìn)MgO與CaO顆粒之間的直接結(jié)合，提高高溫性能。若將雜質(zhì)總含量從8%降低到2%以下時，爐襯壽命能提高20%~40%。因此有些國家氧氣轉(zhuǎn)爐用磚的雜質(zhì)總含量限制在1.5%以下。
隨著磚中MgO含量的增加，在超高溫冶煉操作時，爐襯壽命是逐漸提高的。在高溫冶煉或正常操作時，爐襯壽命有個最佳值，如圖 1所示。對于鎂白云石磚來說，隨著MgO含量的增加，高溫強(qiáng)度幾乎成直線上升，抗渣性也逐漸提高。當(dāng)MgO含量為60~80%時，爐襯壽命最高。在轉(zhuǎn)爐冶煉的條件下，磚中有 CaO 的存在，不但可以提高熔渣的粘度，減少對磚的侵蝕，也可以使侵入脫碳層的硅酸鹽轉(zhuǎn)化為高熔點的物質(zhì)，使?fàn)t襯不致熔融剝落。同時， CaO 還能抑制或減少 FeO 對方鎂石組織結(jié)構(gòu)的破壞，也能抑制MgO 隨著脫碳作用而揮發(fā)。 圖2為熔渣中 MgO 含量與侵蝕率的關(guān)系。 從圖中可以看出，隨著熔渣中 MgO 含量的增加，侵蝕率降低。 也就是說， 若致密 MgO 層的形成與保存得好，就能提高抗化學(xué)侵蝕的能力， 使?fàn)t襯損毀程度降低。 為此， 在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，經(jīng)常采用輕燒白云石造渣，以提高熔渣中 MgO 的含量，保護(hù)爐襯。
隨著轉(zhuǎn)爐爐襯磚體積密度的提高，鋼液和熔渣的侵蝕能力會顯著降低。 提高轉(zhuǎn)爐爐襯磚的體積密度，應(yīng)采用高純原料， 經(jīng)過高溫煅燒而制成燒結(jié)料。 當(dāng)原料達(dá)不到要求的密度時，根據(jù)晶格活化理論，可采用二步煅燒的方法， 制取高密度的原料， 從而提高轉(zhuǎn)爐磚的體積密度及其他性能。 如圖3 所示為轉(zhuǎn)爐爐襯磚體積密度與其壽命的關(guān)系。?
在制造轉(zhuǎn)爐爐襯磚時，一般用結(jié)合劑或浸漬的方法加入碳，或者另加適量的鱗片狀石墨等，常用的結(jié)合劑有煤焦油瀝青、石油瀝青、石蠟和樹脂等。這些物質(zhì)在常溫時，不但能使磚坯產(chǎn)生暫時的結(jié)合強(qiáng)度，也可防止白云石質(zhì)原料顆粒的粉化;在高溫時可使耐火原料顆粒間形成碳鍵結(jié)合，提高磚的高溫性能，同時碳不易被熔渣濕潤，可降低爐襯的蝕損速度。對于白云石磚，有了炭素物質(zhì)，渣中的Fe2O3不與CaO發(fā)生反應(yīng)，而是被還原成FeO，并被吸收在鎂富氏體的固熔體中，對于瀝青浸漬堿性磚，其炭素均勻分布在磚基質(zhì)的全部細(xì)小氣孔中，體積密度和碳含量均有提高，這樣高溫強(qiáng)度不但得到改善，而且抗渣性能也有較大的提高。圖4為轉(zhuǎn)爐磚中殘余碳與侵蝕深度的關(guān)系。隨著殘余碳的增加，爐襯被熔渣侵蝕的深度降低。這是由于磚中殘余碳多，熔渣難以濕潤磚襯，同時又能形成較好的致密MgO 層，可阻止熔渣的侵蝕。
在相同的條件下，磚的品種不同， 其損毀情況也有所差異。 對于焦油白云石磚的熔化層，在冶煉過程初期，熔渣呈酸性， SiO2、Fe2O3、Al2O3和MnO等雜質(zhì)含量顯著增加， 并與白云石發(fā)生反應(yīng)，生成 2CaO·Fe2O3、2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、MgO·FeO等低熔點物質(zhì)，降低了高溫性能，使磚發(fā)生熔損。 隨著熔渣中堿度的提高， 粘性增大， 化學(xué)反應(yīng)與滲透均減慢，同時由于磚中炭素的濕潤作用， 脫碳層形成得比較快， 則蝕損速度減慢， 爐襯壽命延長。
對于焦油鎂磚， 其熔化層主要礦物是方鎂石， 還有 MgO·FeO、2CaO·Fe2O3、 2CaO·SiO2、3CaO·SiO2和少量的2MgO·SiO2 等。 由于 MgO 比CaO穩(wěn)定， 熔化層形成較慢， 熔渣浸入磚內(nèi)較深，并在脫碳層與熔化層之間積聚和反應(yīng)， 致使磚組織收縮而產(chǎn)生龜裂。因此，鎂磚爐襯的損毀主要是熱剝落，熔損次之。
鎂白云石磚具有適宜的 MgO 和 CaO 成分， 其損毀情況介于白云石磚和鎂磚之間。當(dāng)脫碳層較厚時，熔渣浸入后會使變質(zhì)層增大， 容易引起結(jié)構(gòu)剝落， 當(dāng)熔渣侵入磚中時，鎂白云石顆粒周圍的 CaO 與其反應(yīng)，使熔渣粘度提高，又能抑制熔渣的繼續(xù)侵入。 這時，爐襯磚的損毀則以熔蝕為主，而較少發(fā)生結(jié)構(gòu)剝落。
鎂碳磚護(hù)襯的損毀主要是氧化—熔蝕造成的。 除氣態(tài)和液態(tài)的氧化外， 就是 MgO與碳進(jìn)行反應(yīng)，最終形成致密的 MgO 層。 由于磚中含有較多的鱗片狀石墨， 在氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的條件下，最易形成致密層。 同時， 鎂碳磚爐襯表面有熔渣覆蓋著， 又在還原氣氛下，氧化損毀是極其緩慢的，主要是熔蝕而造成爐襯的損毀。
氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)初期，爐襯各部位通常采用相同的磚種，其厚度也基本相同。后來，根據(jù)各國的生產(chǎn)實踐，發(fā)現(xiàn)由于各部位使用條件的差異，其爐襯損毀程度也是不同的，在耳軸區(qū)、渣線區(qū)、裝料側(cè)和出鋼側(cè)等部位的爐襯最容易損毀;底吹氧氣轉(zhuǎn)爐爐底襯體也是薄弱環(huán)節(jié)。因此，目前氧氣轉(zhuǎn)爐普遍采用綜合爐襯，即根據(jù)轉(zhuǎn)爐各部位爐襯的使 用條件，選擇最適宜的轉(zhuǎn)爐磚砌筑， 以使各部位均衡蝕損， 達(dá)到延長爐襯壽命， 增加鋼產(chǎn)量，降低成本的目的。
氧氣轉(zhuǎn)爐采用綜合爐襯技術(shù)，是根據(jù)爐襯各部位損毀機(jī)理的不同而制定的。 從磚材質(zhì)和尺寸兩個方面采取有效的措施進(jìn)行選擇砌筑。 有些國家， 單純在最易損毀的部位增加爐襯厚度以提高爐齡，雖有一定的效果， 但轉(zhuǎn)爐重量增加， 爐容相對減小， 這是很不經(jīng)濟(jì)的;有些國家，整個轉(zhuǎn)爐爐襯均采用優(yōu)質(zhì)堿性磚，也是不合理的。
轉(zhuǎn)爐裝料側(cè)受廢鋼或鐵水的機(jī)械沖擊嚴(yán)重， 當(dāng)爐子直立時， 該部位又與渣線重合， 侵蝕最為嚴(yán)重，因此，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)堿性磚砌筑，并適當(dāng)加厚襯里。 日本在該部位采用THD-SD 磚或高純度鎂白云石磚。 美國采用瀝青浸漬燒成高純方鎂石磚， 而加拿大則使用瀝青浸漬燒成鎂磚。
渣線區(qū)爐襯主要受熔渣侵蝕， 應(yīng)選用雜質(zhì)含量少、組織結(jié)構(gòu)致密和抗渣性強(qiáng)的燒成磚砌筑;耳軸區(qū)爐襯除受熔渣侵蝕外， 由于生產(chǎn)操作時掛渣少， 會發(fā)生劇烈的脫碳反應(yīng)，因此要選用組織結(jié)構(gòu)致密和含碳量高的堿性磚。
出鋼口和爐口區(qū)周圍的爐襯因受溫度驟變的影響較大， 一般采用抗熱震性好的電熔鎂磚或焦油結(jié)合穩(wěn)定白云石磚砌筑。 轉(zhuǎn)爐爐底襯體受機(jī)械沖擊和磨損較重， 但遠(yuǎn)離高溫區(qū)又不易氧化，因此采用一般堿性磚砌筑就是以滿足冶煉工藝的要求。 但當(dāng)轉(zhuǎn)爐采用底吹時，爐底襯體孔洞較多， 又易產(chǎn)生渦流而損毀爐底。 所以應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)堿性磚砌筑。 轉(zhuǎn)爐永久襯損毀較輕，一般采用白云石磚或普通鎂磚砌筑， 厚度為114~150mm， 壽命可達(dá)1~2年。
日本氧氣轉(zhuǎn)爐典型的綜合爐襯， 該爐襯采用黑崎窯業(yè)公司生產(chǎn)的堿性磚砌筑，其性能見表7。 其中，鎂磚系采用電熔鎂砂直接結(jié)合的， 抗熱震性比較好，一般用于出鋼口等部位; 牌號THD-SDUH磚是用粗顆粒鎂白云石砂制造的， 牌號THD-ME磚則添加了電熔鎂砂。 焦油白云石磚和牌號THD-SD 磚使用在一般部位，其余大多數(shù)部位均采用鎂白云石磚砌筑，使用效果較好。
西歐大部分氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯采用焦油白云石磚(TBD)、輕燒焦油白云石磚(TD)、富鎂白云石磚(TBE)和輕燒富鎂白云石磚(TE)等。 近來也采用焦油鎂磚(TBM)、輕燒焦油鎂磚(TM)和浸漬燒成鎂磚(FM); 美國氧氣轉(zhuǎn)爐最近也用瀝青結(jié)合或浸漬的方鎂石磚(FTM)。 如果一座轉(zhuǎn)爐從中選擇3~5 種不同材質(zhì)或尺寸的堿性磚， 砌筑成綜合爐襯， 便可取得較好的使用效果。
轉(zhuǎn)爐磚尺寸也需合理設(shè)計，這對提高爐襯壽命， 降低耐火材料消耗具有重要的意義。日本某廠110t頂吹氧氣轉(zhuǎn)爐選用9 種尺寸的堿性磚， 砌筑成綜合爐襯， 其中最薄處為360mm，最厚部位為 900mm，該爐爐底采用焦油白云石磚和燒成白云石磚砌筑，厚度各為250mm;爐底拐角處厚度為630~720mm， 出鋼側(cè)厚度為 450~540mm， 均用不燒合成白云石磚砌筑;裝料側(cè)厚度為540mm， 鐵水或廢鋼沖擊處加厚至900mm， 采用燒成鎂白云石磚砌筑;兩側(cè)耳軸區(qū)損毀不一樣，一側(cè)厚為540mm， 另一側(cè)厚為450mm， 同樣采用燒成鎂白云石磚砌筑;出鋼口和爐口部位采用鎂磚作爐襯。 由于采取上述措施， 爐襯壽命提高了1倍左右，耐火材料消耗也降低了一半。
