爐外精煉是近年來發(fā)展起來的一種新的冶金工藝。所謂爐外精煉就是把一般熔煉爐中要完成的脫氣、排除雜質(zhì)、調(diào)整成分和溫度等項精煉任務(wù)，幾乎全部地或部分地移至爐外進行。鋼水爐外精煉又稱二次煉鋼，因鋼水多數(shù)在鋼包內(nèi)進行精煉，所以也叫鋼包冶金。
在爐外精煉過程中，鋼包、透氣磚和噴槍這三個部位用耐火材料的工況環(huán)境非常惡劣，對耐火材料的沖刷或者侵蝕嚴重。因此，在耐火材料的選材上尤為重要。
1、鋼包內(nèi)襯耐火材料
傳統(tǒng)上，鋼包是煉鋼爐與鑄錠之間的儲運容器，可是爐外精煉就是在鋼包中進一步精煉。因此鋼包內(nèi)襯的使用條件大大惡化，鋼液溫度升高，在鋼包中停留時間延長，鋼液和熔渣對耐火材料的沖刷、侵蝕等更加嚴重，以往的耐火材料不能滿足爐外精煉的需要，為此，我國開發(fā)了多種鋼包內(nèi)襯耐火材料，滿足鋼廠需要。主要有以下幾種：
(1)鋁鎂碳磚
1990年寶鋼300t鋼包試用鋁鎂碳磚后，迅速推廣到許多鋼廠，成為我國大中型鋼包內(nèi)襯的主要耐火材料。當時寶鋼300t鋼包壁使用鋁鎂碳磚，渣線使用鎂碳磚，出鋼溫度1660～1670℃，在鋼包內(nèi)對鋼液進行RH真空脫氣，KIP和CAS法爐外精煉處理，鋁鎂碳磚表面僅粘有薄的熔渣層，抗侵蝕性好，無爐渣滲透，無熱震損毀現(xiàn)象，侵蝕均勻，平均使用壽命80次，最高126次。鋁鎂碳磚系由高鋁熟料+鎂砂+石墨+抗氧化劑+酚醛樹脂結(jié)合劑的混合料成型的不燒耐火制品，工藝比較簡單，成本不高，容易被用戶接受。
(2)鋁鎂尖晶石澆注料
20世紀90年代中期，為了適應(yīng)爐外精煉，一些大、中型鋼包內(nèi)襯采用高檔鋁鎂尖晶石澆注料，其原料是電熔剛玉、燒結(jié)剛玉、高純電熔鎂砂、高純鋁鎂尖晶石等，用純鋁酸鈣水泥、高純SiO2、Al2O3微粉結(jié)合的澆注料。寶鋼300t鋼包使用到2000年，平均壽命為258次；首鋼90tLF精煉鋼包壽命達138次，侵蝕率0.62mm/次；本鋼使用的預制件壽命為118次，最高達126次。
(3)鎂鈣質(zhì)耐火材料
太鋼以普通白云石為原料，中溫瀝青結(jié)合的白云石搗打料，在70t鋼包上使用，平均壽命76次，最高112次；洛耐院曾以合成鎂鈣砂和電熔鎂砂為原料，以固體無機鹽和無機鹽溶液為結(jié)合劑，開發(fā)的不燒鎂鈣磚，在40t的LF-VD精煉包上使用，壽命40次以上，鋼中的氧含量從12.2×10-6下降到11.13×10-6;21世紀初，首鋼以合成鎂鈣砂、電熔鎂砂、高純石墨為原料，以無水樹脂為結(jié)合劑，開發(fā)出不燒鎂鈣碳磚，在225t鋼包非渣線部位(渣線部位為鎂碳磚)使用，平均壽命116.8次，與原鋁鎂碳磚相比，在包壁減薄20mm的情況下，平均壽命提高35.57次，且鋼中的氧含量和非金屬夾雜物都降低。還有些鋼廠在SKF和LF-VD等多種鋼包渣線部位用鎂鈣碳磚，也取得良好的使用效果。
(4)降低精煉鋼包耐火材料消耗
我國精煉鋼包達70%以上，鋼包用耐火材料消耗占鋼鐵冶金耐火材料總消耗的30%以上，隨著精煉比例增加，鋼包用耐火材料單耗在增加。我國耐火材料消耗量一般認為在20kg/t鋼，而國外先進國家在6～8kg/t鋼，降低鋼包耐火材料消耗，起著降低成本、節(jié)能減排的重要作用。
田守信等人在精煉比例100%的60tLF鋼包上做降低耐火材料消耗的研究：渣線采用再生料66%的鎂碳磚，熔池采用再生料88%的鋁鎂碳磚。
降低單耗的措施是：根據(jù)鋼包操作條件設(shè)計鎂碳磚；提高渣中鈣含量，降低侵蝕速率，包的前期渣有較高FeO含量，使磚中碳易被氧化，要提高鎂碳磚的抗氧化性，采用提高螢石渣粘度添加劑。為了降低成本，選用用后鎂碳磚；改善操作條件，采用出鋼留渣操作，通過改善泡沫渣等方法，減少爐渣FeO含量，鋼包壽命提高20%;不用SiC脫氧劑，改用碳含量15%(w)的鎂鈣碳質(zhì)鋼包改質(zhì)劑，渣線鎂碳磚壽命提高15%;改善維護制度，用厚40mm的二級高鋁磚對熔池貼補，壽命提高45%以上。這樣一來，鋼包壽命由40～50次，提高到88次，再扣除使用再生料，噸鋼耐火材料資源性消耗由9.3kg下降到1.4kg，下降85%。
2、吹氬透氣磚
鋼包底吹氬工藝在爐外精煉中廣泛應(yīng)用，透氣磚是這一工藝的關(guān)鍵功能耐火材料。目前鋼包底透氣磚成為限制鋼包壽命提高的瓶頸因素。透氣磚的使用過程為間歇式重復使用。影響透氣磚使用壽命的諸多因素中，熱剝落和氧氣清洗是導致透氣磚損毀的重要原因。透氣磚的材質(zhì)主要是鉻剛玉質(zhì)和剛玉-尖晶石質(zhì)，通常采用澆注成型，高溫燒成工藝。由于鉻剛玉在高溫燒成過程中形成六價鉻，污染環(huán)境，逐漸被剛玉-尖晶石質(zhì)取代。為了提高透氣磚使用壽命，優(yōu)化配料組成，改變水泥加入量來調(diào)整澆注料中基質(zhì)CaO含量，使基質(zhì)中形成較多CA6，提高抗熱震性及強化結(jié)構(gòu)作用，調(diào)整尖晶石粒度及加入量，添加適量ZrO2或鋯剛玉，優(yōu)化燒成溫度等措施，優(yōu)化透氣磚的性能。
還有的是非氧化物(Si3N4;Sialon)結(jié)合的剛玉質(zhì)透氣磚，現(xiàn)場使用表明：抗熱震優(yōu)異，與鋼液不潤濕等特點，在使用過程中吹通率高，吹氧清洗容易，蝕損率低，使用壽命明星提高。
3、噴槍用耐火材料
通過噴槍向鋼液中噴吹粉狀處理劑，對鋼液進行精煉處理。如SL法的粉狀精煉劑CaSi，用氬氣通過插入鋼包深處的噴槍吹入鋼液中，經(jīng)過氣體攪拌，精煉劑與鋼液充分混合與反應(yīng)。噴射冶金噴槍耐火材料使用條件苛刻，鋼液溫度高，爐渣侵蝕和熱震損毀嚴重。洛耐院研制的整體噴槍結(jié)構(gòu)，渣線部位采用剛玉質(zhì)澆注料，渣線以上和以下采用Al2O3含量70%～80%的澆注料，在40tSL噴射冶金裝置中使用，噴槍的使用壽命15～19次，總噴吹時間95min。寶鋼的噴槍采用Al2O3含量不低于99%的電熔剛玉，添加耐熱鋼纖維增強的耐火澆注料，使用壽命10～20次，總吹煉時間100min/支，最高188min/支。
