炉外精炼核心耐材选型指南：深度解析镁铬、镁钙及碳复合砖

日期：2025-08-05 浏览：2

炉外精炼核心耐材选型指南：深度解析镁铬、镁钙及碳复合砖

炉外精炼技术是现代高品质钢生产不可或缺的关键环节，它对所用耐火材料提出了极为严苛的要求。这些材料不仅要承受高温熔融金属和炉渣的持续冲刷与侵蚀，还要应对剧烈的温度波动和真空环境的考验。因此，为不同的精炼工艺（如RH、VOD、AOD、LF等）选择合适的耐火材料，是确保生产顺行、延长设备寿命、净化钢水质量的核心技术问题。本文将系统梳理并深度解析几种主流的炉外精炼用耐火材料。

镁铬砖：炉外精炼的传统基石

镁铬砖以其出色的耐火度、高荷重软化温度、优良的抗热震性及对宽碱度范围炉渣的强大抵抗力，长期以来被视作炉外精炼最重要的耐火材料。其主要成分为 MgO (55%~80%) 和 Cr₂O₃ (8%~20%)，微观结构由方镁石、尖晶石和少量硅酸盐相构成。根据原料纯度和制备工艺的差异，镁铬砖演化出多种类型，以适应不同工况的需求。

1. 硅酸盐结合镁铬砖

这类砖采用普通烧结镁砂和耐火级铬矿，以亚硫酸纸浆废液为结合剂，在约1600°C下烧成。其特点是SiO₂含量较高 (3%~4.5%)，烧结过程中形成的镁橄榄石等低熔点硅酸盐相作为“陶瓷结合”相，将主晶相粘结在一起。这种结构导致其高温强度和抗侵蚀性能相对较弱，因此主要应用于炉外精炼装置中不直接接触熔融金属和炉渣的内衬部位。

表1：硅酸盐结合镁铬砖典型理化指标

牌号	化学成分 (质量分数)/%						显气孔率 /%	体积密度 /g·cm^-3	耐压强度 /MPa	荷重软化温度/°C
牌号	MgO	Cr₂O₃	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	显气孔率 /%	体积密度 /g·cm^-3	耐压强度 /MPa	荷重软化温度/°C
QMGe6	80	7	1.2	3.8	4.5	4	17	3.0	55	1600
QMGe8	72	10	1.2	4	6.5	4.8	18	3.0	55	1600
QMGe12	70	13	1.2	4	6	5.5	18	3.02	55	1600
QMGe16	65	17	1.2	4.2	6	6.5	18	3.05	50	1600
QMGe20	56	22	1.2	3	10.5	7.3	19	3.07	50	1620
QMGe22	49	24	1.2	4.5	11	10	20	3.02	55	1620
QMGe26	45	27	1.2	5	12	10	20	3.1	45	1620
QMGeB8	71	9.6	1.5	3.5	6	8.5	12	3.1	80	1570
QMGeB10	67	12	1.5	3.8	6.5	9	12	3.1	80	1570

2. 直接结合镁铬砖

为应对更严苛的工况，直接结合镁铬砖应运而生。它选用高纯镁砂和铬矿，通过高压成型和1700~1800°C的超高温烧成。核心优势在于其极低的SiO₂杂质含量（< 2%），这使得高温下形成的硅酸盐液相呈孤立岛状分布，无法形成连续的基质网络。主晶相方镁石与镁铬尖晶石之间形成了“方镁石-方镁石”和“方镁石-镁铬尖晶石”的直接固相键合。这种微观结构赋予了砖体卓越的高温机械强度、抗渣性和体积稳定性，是RH、DH真空脱气装置及VOD、AOD炉等关键部位的理想选择。

表2：几种直接结合镁铬砖的典型理化指标

牌号	化学成分 (质量分数)/%						显气孔率/%	体积密度/g·cm^-3	耐压强度/MPa	荷重软化温度/°C	热膨胀率/%
牌号	MgO	Cr₂O₃	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	显气孔率/%	体积密度/g·cm^-3	耐压强度/MPa	荷重软化温度/°C	1000°C	1600°C
QMGe4	85	5.5	1.1	1.3	3	3.5	18	3.02	50	1700	1	1.8
QMGe8	77	9.1	1.4	1.2	6.4	4	18	3.04	50	1700	1	1.8
QMGe10	75.2	11.5	1.2	1.3	4.2	6.4	18	3.05	55	1700	1	1.8
QMGe12	74	14	1.2	1.2	5	3.5	18	3.06	55	1700	1	1.8
QMGe16	69	18	1.2	1.5	5.7	4.5	18	3.08	55	1700	0.9	1.6

3. 再结合、半再结合与预反应镁铬砖

这些是进一步升级的工艺。

再结合镁铬砖：使用电熔合成的镁铬熔块为原料，在1750°C以上烧结。其硅酸盐相极少，以岛状孤立存在，高温强度和体积稳定性俱佳，适用于AOD风口区、VOD渣线等高侵蚀区域。
半再结合镁铬砖：以部分电熔镁铬砂为主体，辅以烧结料，兼具优良的致密性、抗侵蚀性，且抗热震性优于全再结合砖。常用于RH/DH浸渍管、LF炉渣线等部位。
预反应镁铬砖：将原料超细共磨后，在1750~1900°C下预先合成反应料，再按常规工艺制砖。产品成分均匀、结构致密，抗渣性和抗热震性良好，适用于VOD、LF炉渣线。

这些高级镁铬砖的性能差异微妙，精确评估其显气孔率、荷重软化温度和微观结构对于确保其在严苛工况下的可靠性至关重要。精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测耐火材料理化性能，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

表3：再结合（半再结合）镁铬砖的典型理化指标

牌号	化学成分 (质量分数)/%						显气孔率/%	体积密度/g·cm^-3	耐压强度/MPa	荷重软化温度/°C	热膨胀率/%
牌号	MgO	Cr₂O₃	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	显气孔率/%	体积密度/g·cm^-3	耐压强度/MPa	荷重软化温度/°C	1000°C	1600°C
QBDMGe15	75	15	1.3	1.5	3	4	16	3.18	50	1700	0.7	1.4
QBDMGe20A	68	19	1.3	1.5	4	5.5	15	3.23	60	1750	0.7	1.4
QBDMGe20B	65	20.5	1.3	1.7	4.2	7	15	3.26	60	1750	0.7	1.4
QBDMGe20C	66	20.5	1.2	1.4	4	6.5	14	3.28	65	1750	0.7	1.4
QBDMGe20D	63	20.5	1.2	1.4	4.5	7.5	14	3.23	65	1750	0.7	1.4
QBDMGe28	53	28	1.2	1.4	4	10	14	3.23	65	1750	0.7	1.4
Radex-DB60	62	21.5	0.5	1	6	9	18	3.2	—	1750	—	—
Radex-BCF-F-11	57	26	0.6	1.2	5.7	9	<16	3.3	—	1750	—	—
ANKROMS52	75.2	11.5	1.2	1.3	6.4	4.2	17	3.38	90	1750	0.95	1.47
ANKROMS56	60	18.5	1.3	0.5	6	13.5	12	3.28	90	1750	0.95	1.47
RS-5	70	20	—	<1	4	5	13.5	3.28	—	1750	0.95	1

表4：镁铬砖理化指标（YB/T 5011—2005）

项目	指标
项目	MGe-20A	MGe-20B	MGe-20C	MGe-16A	MGe-16B	MGe-16C
w(MgO)(不小于)/%	50	45	40	55	50	45
w(Cr₂O₃)(不小于)/%	20	20	20	16	16	16
显气孔率(不大于)/%	18	19	22	18	19	22
常温耐压强度(不小于)/MPa	35	30	25	35	30	25
0.2MPa荷重软化开始温度(不低于)/°C	1700	1650	1550	1700	1650	1550
抗热震性(950°C空冷)(不小于)/次	提供数据
项目	指标
项目	MGe-12A	MGe-12B	MGe-12C	MGe-8A	MGe-8B	MGe-8C
w(MgO)(不小于)/%	65	60	55	70	65	60
w(Cr₂O₃)(不小于)/%	12	12	12	8	8	8
显气孔率(不大于)/%	18	19	21	18	19	21
常温耐压强度(不小于)/MPa	40	35	30	40	35	30
0.2MPa荷重软化开始温度(不低于)/°C	1700	1650	1550	1700	1650	1530
抗热震性(950°C空冷)(不小于)/次	提供数据

MgO-CaO系耐火材料：绿色炼钢的新选择

随着环保要求日益严格，含铬耐火材料的潜在污染问题受到关注。MgO-CaO系耐火材料因其原料丰富、成本低廉、能有效净化钢水且环境友好，在AOD、VOD炉和精炼钢包渣线等部位的应用正快速增长。该体系主要包含白云石砖、镁白云石砖和镁钙炭砖。

白云石砖：以w(CaO) > 40%、w(MgO) > 30%为特征，对碱性炉渣有极强的抗侵蚀性。但其主要缺点是在空气中易水化，对储存和施工要求高。通过焦油结合、油浸等工艺可改善其抗水化性。
镁白云石砖：MgO含量更高（50%~80%），在保持对碱性渣优异抗性的同时，抗水化能力和高温强度得到显著提升，是目前应用更广泛的品种。
镁钙炭砖：引入石墨，结合了镁炭砖和白云石砖的优点，抗渣侵蚀和抗渗透性能进一步增强。

性能核心：CaO/MgO比值的影响 MgO-CaO系材料的性能与n(MgO)/n(CaO)比值密切相关。提高CaO含量能增强材料在真空下的稳定性及抗炉渣渗透能力；而当MgO含量超过60%时，材料的整体抗侵蚀性会得到显著改善，但炉渣渗透深度可能增加。因此，必须根据具体炉渣成分和操作条件，精细调整CaO/MgO比例，以达到最佳使用效果。

表5：镁白云石砖的典型理化性能

牌号		QMG15	QMG20	QMG25	QMG30	QMG40	QMG50
化学成分 (质量分数)/%	MgO	80.3	76.3	70.3	66.3	56.3	43.3
	CaO	17	21	27	31	41	54
	Al₂O₃	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
	Fe₂O₃	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7	0.7
	SiO₂	1.3	1.3	1.3	1.3	1.2	1.3
体积密度/g·cm^-3		3.03	3.03	3.03	3.03	3.0	2.93
显气孔率/%		13	12	12	13	13	12
耐压强度/MPa		80	90	80	80	80	70
荷重软化温度/°C		1700	1700	1700	1700	1700	1700
高温抗折强度/MPa		2.4~4.5	2.4~4.5	2.4~4.5	2.4~4.5	2.4~4.5	2.4~4.5
重烧线变化/%		—	-0.35	—	-0.61	—	—
热导率(1000°C)/W·(m·K)^-1		3~4	3~4	3~4	3~4	3~4	3~4
热膨胀率/%	800°C	0.8~1.0	0.8~1.0	0.8~1.0	0.8~1.0	0.8~1.0	0.8~1.0
	1200°C	1.35~1.6	1.35~1.6	1.35~1.6	1.35~1.6	1.35~1.6	1.35~1.6
	1600°C	1.8~2.0	1.8~2.0	1.8~2.0	1.8~2.0	1.8~2.0	1.8~2.0

表6：镁钙砖的理化指标（YB/T 4116—2003）

项目		指标
项目		MG-10	MG-15	MG-20	MG-25	MG-30
w(MgO)/%	≥	80	75	70	65	60
w(MgO)/%	X_min	79	74	69	64	59
w(CaO)/%	≥	10	15	20	25	30
w(CaO)/%	X_min	9	14	19	24	29
w(∑SAF①)/%	≤			3.0
w(∑SAF①)/%	X_max			3.3
显气孔率/%	≤			8
显气孔率/%	X_max			9
体积密度/g·cm^-3	≥	3.00		2.95
体积密度/g·cm^-3	X_mix	2.96		2.91
常温耐压强度/MPa	≥			50
常温耐压强度/MPa	X_min			40
0.2MPa荷重软化开始温度/°C	≥			1700
0.2MPa荷重软化开始温度/°C	X_min			1680

注：参数 X_max、X_min 仅适用于GB/T 10325—2001复检结果的判定，SAF是 SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃ 的合量；①供需双方可协商对该项目指标进行调整。

镁炭砖：抗侵蚀与抗热震的利器

镁炭砖是一种不烧含碳碱性耐火材料，以高纯电熔镁砂和鳞片石墨为主要原料，酚醛树脂为结合剂，经低温热处理而成。其卓越性能源于镁砂和石墨的巧妙结合：石墨几乎不被炉渣润湿，能有效阻止炉渣渗透；同时，其高导热性降低了砖体的热应力，低弹性模量则赋予了材料优异的抗热震性。

碳含量是决定镁炭砖性能的关键。通常含碳量在10%~20%时，抗侵蚀性最佳。但过高的碳含量会牺牲材料的强度和抗氧化性。此外，方镁石的晶粒尺寸也至关重要，采用大晶粒的电熔镁砂能显著提升抗侵蚀能力。因此，镁炭砖常被用于精炼炉渣线等最为苛刻的部位，一般选用w© < 14%的牌号。

表7：MgO-C砖理化指标

牌号	MT5A	MT5B	MT5C	MT10A	MT10B	MT10C	MT14A	MT14B	MT14C	MT18A	MT18B	MT18C
w(MgO) (不小于)/%	85	84	82	80	78	76	76	74	74	72	70	70
w(C) (不小于)/%	5	5	5	10	10	10	14	14	14	18	18	18
显气孔率 (不大于)/%	5	6	7	4	5	6	4	5	6	3	4	5
体积密度(不小于)/g·cm^-3	3.15	3.10	3.00	3.10	3.05	3.00	3.03	2.98	2.95	2.97	2.92	2.87
耐压强度(不小于)/MPa	50	50	45	40	40	35	40	35	35	35	30	30
高温抗折强度 (不小于)/MPa	—	—	—	6	—	—	10	—	—	10	—	—

Al₂O₃-MgO-C系耐火材料：为钢包内衬量身定制

该系列材料是为应对钢包内衬复杂工况而开发的高性能制品，旨在替代传统高铝砖。其核心机制是在高温使用过程中，砖内的Al₂O₃和MgO反应原位生成镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)，伴随体积膨胀，能有效致密化结构、愈合裂纹，从而提升抗渣侵蚀和抗渗透能力。

铝镁炭砖：以矾土熟料为骨料，加入镁砂和石墨，性价比高，适用于精炼钢包的非渣线部位。
铝镁尖晶石炭砖：直接添加预合成的尖晶石熟料，可以更精确地控制使用过程中的膨胀效应，性能更稳定。
镁铝炭砖：MgO含量高于Al₂O₃，性能介于镁炭砖和铝镁炭砖之间，适用于渣线与包壁的过渡区域。

设计这类砖的关键在于平衡：MgO含量增加可提升抗渣性和膨胀，但过量会导致开裂；尖晶石的引入能改善抗侵蚀性，但超过20%时可能因基质Al₂O₃含量增加而适得其反；碳含量(7%~9%为宜)则是在抗热震、抗渗透与强度、抗氧化性之间的权衡。如果您在实际工作中也面临类似的钢包内衬材料选型与失效分析挑战，我们非常乐意与您一同探讨解决方案。

表8：树脂结合铝镁炭砖的理化指标（YB/T 165—2006）

项目	指标
项目	LMT-76	LMT-74	LMT-72
显气孔率(不大于)/%	8	9	10
体积密度(不小于)/g·cm^-3	2.90	2.85	2.80
常温耐压强度(不小于)/MPa	55	45	40
0.2MPa荷重软化开始温度(不小于)/°C	1670	1630	1600
w(Al₂O₃+MgO)(不小于)/%	76	74	72
w(MgO)(不小于)/%	14	12	10
w(C)(不小于)/%	8	8	7

镁砖：经典碱性耐材的现代应用

镁砖是MgO含量高于80%的传统碱性制品，因其优良的高温性能和抗冶金炉渣能力而应用广泛。

烧成镁砖：以烧结镁砂为原料，在1500°C左右烧成，成本较低，是炼钢炉永久衬、混铁炉等部位的常用选择。
再结合镁砖：采用高纯电熔镁砂，经1800°C超高温烧成，方镁石晶粒间直接结合度高。为进一步提升性能，还可进行真空沥青浸渍处理。这类高性能镁砖专用于炉渣侵蚀和磨损最严重区域，如炼钢炉出钢口、有色冶炼炉渣线等。

精确控制MgO纯度、CaO/SiO₂比值以及烧成工艺，是决定镁砖最终性能表现的核心。精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测镁砖质量控制解决方案，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

表9：典型镁砖的理化指标

牌号	化学成分 (质量分数)/%					显气孔率/%	体积密度/g·cm^-3	耐压强度/MPa	荷重软化温度/°C	线膨胀率/%		热导率/W·(m·K)^-1
牌号	MgO	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	显气孔率/%	体积密度/g·cm^-3	耐压强度/MPa	荷重软化温度/°C		500°C	1000°C
QMZ91	92.5	1.5	3.5	1	1.1	17	2.94	95	1580	1.3	1.8	5.6	4.2
QMZ93	93.4	1.5	2.8	0.8	1	17	2.94	95	1630	1.3	1.8	5.6	4.2
QMZ95	94.7	1.47	2	0.8	0.84	16	2.94	95	1640	1.3	1.8	5.6	4.2
QMZ96	95.7	1.4	1.8	0.6	0.8	16	2.95	95	1700	1.1	1.6	6.7	4
QMZ97	96.7	1	0.8	0.2	0.7	16	2.96	90	1700	1.1	1.6	6.7	4
QMZ98	97.6	0.9	0.7	0.2	0.6	16	2.96	90	1700	1.1	1.6	6.7	4
A-T85	93	2.6	0.5	0.2	0.1	14	3.07	>60	1750	1.34	1.98	6.2	3.3
A-T25	95	2.3	0.5	0.1	1.8	14	3.04	>50	1750	1.34	1.98	5.3	3.3
A-T17	97	2	0.5	0.1	0.2	16	2.98	>30	1750	1.34	1.95	5.1	3

**表10：再结合镁砖的理化指标**

牌号	化学成分 (质量分数)/%					显气孔率/%	体积密度/g·cm^-3	耐压强度/MPa	荷重软化温度/°C
牌号	MgO	CaO	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	显气孔率/%	体积密度/g·cm^-3	耐压强度/MPa	荷重软化温度/°C
QDMZ96	96.3	1.3	1.2	0.3	0.8	15	3	90	1700
QDMZ97	97.1	0.97	0.97	0.32	0.89	14	3.1	90	1700
QDMZ98	97.7	0.63	0.58	0.22	0.59	14	3.1	90	1700
QDMZ97 油浸灼减=4.26	93.03	1.05	0.73	0.26	0.68	1	3.23	120	1700
QDMZ97.5 油浸灼减=4.33	93.11	0.82	0.8	0.34	0.56	1	3.25	120	1700