耐火材料作為鋼水的盛裝容器或流通管道，與鋼水直接保持接觸狀態(tài)。鋼水不僅會沖刷耐火材料，而且會與耐火材料的各組分發(fā)生反應(yīng)，對材料的結(jié)構(gòu)造成不利影響。同時，隨著潔凈鋼生成工藝的發(fā)展，耐火材料的使用環(huán)境愈加苛刻。通常，耐火材料種類不同，作用也不相同，其損毀機(jī)理也不盡相同。耐火材料對鋼水質(zhì)量的作用可歸納為三個方面：

(1)耐火材料在侵蝕和熱震作用下引起結(jié)構(gòu)變化，在鋼水沖刷下進(jìn)入鋼水，形成夾雜；

(2)耐火材料的成分與鋼水和渣相互相反應(yīng)，形成夾雜；

(3)耐火材料會吸收鋼水中的碳、磷等夾雜，凈化鋼水。

氧化物和碳素原料是碳復(fù)合耐火材料的主要組成，前者會溶于鋼水，增加鋼水總氧含量，后者能導(dǎo)致鋼水增碳。

耐火材料中的氧化物會溶解或分解，導(dǎo)致鋼液中的氧含量增加，具體反應(yīng)如方程式1所示。在引入脫氧劑M的情況下，會導(dǎo)致脫氧產(chǎn)物MxOy的生成(反應(yīng)2)。但是，如果脫氧產(chǎn)物MxOy不發(fā)生上浮，也會導(dǎo)致夾雜的生成。

熱力學(xué)分析表明，鋼液中的氣含景受耐火材料中氧化物的氧勢的影響較大，其氧勢越高，鋼水氧含量則越高。耐火材料的氧勢指數(shù)隨著耐火材料由堿性-中性-酸性的變化而增大，堿性氧化物如CaO和ZrO2使鋼水增氧很少，而酸性氧化物(SiO2和Cr2O3)會引起鋼水增碳，不利于潔凈鋼冶煉。

鋼水在從中間包到結(jié)晶器的過程中，不僅會與功能性碳復(fù)合耐火材料接觸，而且會與BOF爐襯的MgO-C耐火材料接觸，一方面在耐火材料表面生成脫碳層，另一方面增加了鋼水中碳含景。根據(jù)耐火材料的材質(zhì)不同，其對鋼水的增碳機(jī)理也不同。鎂碳耐火材料與鋼水接觸的初期形成脫碳層，鋼水中的夾雜隨后向脫碳層發(fā)生滲透和反應(yīng)，生成反應(yīng)層，此后發(fā)生連續(xù)的“滲透-溶解”反應(yīng)過程。

研究表明含8.3wt%、15.5wt%和17.9wt%天然鱗片石墨的鎂碳耐火材料在冶煉IF鋼時，含17.9wt%鱗片石墨的鎂碳耐火材料對鋼水的增碳作用最為明顯，同時穩(wěn)定IF鋼中的碳含最所需要的時間最長。不僅鎂碳耐火材料中的碳含量會對鋼水中的增碳現(xiàn)象造成影響，而且材料自身的顯微結(jié)構(gòu)也能影響鋼水增碳。

鋁碳耐火材料是連鑄系統(tǒng)中廣泛使用的耐火材料，主要包括滑板、長水口、浸入式水口和整體塞棒等。與鎂碳耐火材料對鋼水的增碳機(jī)理類似，鋁碳耐火材料對鋼水的增碳過程也符合“滲透-瑢解-擴(kuò)散”機(jī)制脫碳層在鋼水和鋁碳耐火材料發(fā)生接觸的初期并未生成，其中的碳素原料首先溶解于鋼水中。隨著冶煉過程的持續(xù)推進(jìn)，溶解的碳素原料含最逐漸增加，致使材料中的碳含景大幅降低，導(dǎo)致鋁碳耐火材料表明脫碳層的生成，減少了鋼水和碳素原料的直接接觸面積由十鋼水中的碳會發(fā)生氧化，其氧化速率大于碳索原料在鋼水中的增碳速率，因此鋼水中的碳含量在此后的過程中逐漸降低。

此外，碳素原料的結(jié)晶完整性不同，與鋼水的潤濕性也會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其對鋼水的增碳效果不冋。Khamia等人發(fā)現(xiàn)，相對于傳統(tǒng)的天然鱗片石墨，石油焦炭由于其對鋼水的潤濕性較差而增碳效果較小。不僅如此，當(dāng)Al2O3含量高于40wt%時，鋁碳耐火材料與鋼水的接觸主要為Al2O3與鋼水接觸，碳索原料在鋼水中的溶解度兒乎可以忽略，因而增碳作用不明顯。

鋯碳耐火材料由于其抗渣侵蝕性優(yōu)良，常被當(dāng)作復(fù)合部件，往往適用于長水口或浸入式水口的渣線部位，大幅提高了此類材料的整體性能和使用壽命。與鎂碳耐火材料和鋁碳耐火材料相比，目前對鋯碳耐火材料的鋼水增碳機(jī)理的研究不多。與前兩者相同的是，鋼水與鋯碳耐火材料相互接觸的初始階段出現(xiàn)溶解和滲透。不同之處在于，氧化鋯中的穩(wěn)定劑(CaO、MgO和Y203等)會與鋼水中的成分反應(yīng)，生成液相，造成其脫碳層大于上述兩種材質(zhì)。

鋯碳耐火材料由于其抗渣侵蝕性優(yōu)良，常被當(dāng)作復(fù)合部件，往往使用于長水口或浸入式水口的渣線部位，大幅提高了此類材料的整體性能和使用壽命。與鎂碳耐火材料和鋁碳耐火材料相比，目前對鋯碳耐火材料的鋼水增碳機(jī)理的研究不多。與前兩者相同的是，鋼水與鋯碳耐火材料相互接觸的初始階段出現(xiàn)溶解和滲透。不同之處在于，氧化鋯中的穩(wěn)定劑(CaO、MgO和Y203等)會與鋼水中的成分反應(yīng)，生成液相，造成其脫碳層大于上述兩種材質(zhì)。

同時，研究表明，氧化鋯還會與C(s)和CO(g)反應(yīng)，生成ZrC(s)和CO2(g)。此后，CO2(g)持續(xù)與材料中的碳素原料反應(yīng)，導(dǎo)致材料中的碳含最進(jìn)一步降低。事實(shí)上，鋼水對ZrC(s)的潤濕性優(yōu)于ZrO2(s)，因此，在毛細(xì)管力作用下，鋼水會經(jīng)ZrC(s)進(jìn)入材料中，引起鋼水再次增碳。

綜合上述介紹可知，碳復(fù)合耐火材料在與鋼水接觸的過程中發(fā)生脫碳現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼水中的碳含量升高，不利于潔凈鋼的冶煉，連鑄用碳復(fù)合功能元件中含有相當(dāng)含量的鱗片石墨。由于鱗片石墨具有熔點(diǎn)高、對熔渣和鋼水不潤濕、熱膨脹率小、熱導(dǎo)率高和層間滑移等特點(diǎn)，從而賦予了材料優(yōu)異的熱震穩(wěn)定性和抗熔渣及鋼水侵蝕性。然而，隨著低碳節(jié)能理念的推廣和新的冶煉需求日益發(fā)展，在滿足長壽和足夠熱震穩(wěn)定性的前提下，連鑄用碳復(fù)合功能元件必然向著低碳化方向發(fā)展。