感應爐煉鋼方法按耐火材料性質分為酸性冶煉和堿性冶煉法。酸性冶煉法冶煉時造酸性渣。所以耐火材料主要為石英砂和鋯英石,其打結、烘烤、燒結過程與冶煉鑄鐵相近。石英砂或者鋯英砂爐襯一般用于低碳鋼或者低合金鋼的冶煉。堿性冶煉法冶煉時造堿性渣,所以耐火材料為中性、堿性耐火材料或者石墨坩堝等,適用于高合金鋼、特殊鋼、精密合金鋼等鋼種的冶煉,在歷史上,有多重系列耐火材料用于感應爐內襯,其中SiO2質和鋯英石質由于酸性曾經偶爾被采用,并延續至今,但更流行的感應爐煉鋼用耐火材料主要是高鋁質、MgO—CaO質和由Spinel 組成的耐火材料。
感應爐由于功能的多樣化,需要多種高性能耐火材料與之相適應。也就是說,耐火材料在感應爐中的應用,不僅需考慮爐型、爐體結構和熔煉工藝,而且也要考慮耐火材料的材質及其從常溫到工作溫度之間的礦物相、物理性能變化過程和變化機理:同時還要根據應用要求,特別是革新設備的應用要求進行耐火材料的選擇和材料性能的改進。
當采用酸性煉鋼法時,由于冶煉時造酸渣,所以無芯感應爐里襯主要采用石英砂(有時也選用鋯英石),其筑襯方法、烘烤制度和燒結過程與冶煉鑄鐵時幾乎相同。
當采用堿性煉鋼法煉鋼時,內襯則選用中性或堿性耐火材料以及石墨坩堝等。這種冶煉方法主要適用于高合金鋼、特種鋼、精密合金鋼等。
堿性煉鋼,由于石灰、螢石和各種鐵合金(硅鐵、錳鐵、鉻鐵和鉬鐵等)的加入,同熔煉鑄鐵相比,熔渣成分復雜,潤濕性大,冶煉溫度高,對耐火材料的侵蝕嚴重。其中小型感應爐普遍采用鎂質耐火材料筑襯。然而,由于MgO的膨脹系數大,抗熱震性差,而且存在容易被熔渣滲透,導致結構剝落的問題,因而不適于大容量、間歇性操作感應爐的使用條件。為了能與大容量、間歇性操作的感應爐的使用條件相適應,可向鎂砂中添加適量的AL2O3細粉,利用反應:
MgO + AL2O3 → MgO · AL2O3(Spinel)
生成Spinel來抑制龜裂:或采用MgO—Spinel質干式打結料,利用Spinel的低熱膨脹性緩沖高溫應力,提高內襯的抗熱震性。這類MgO + AL2O3質或MgO—Spinel質耐火材料屬于MgO — AL2O3系統。這些混合料經高溫受熱后,其礦物相均為方鎂石和尖晶石,2050℃以上則為方鎂石和液相,因而具有優異的高溫性能。
在煉鋼應用爐日趨大型化和高功率化的今天,重點則采用AL2O3基耐火材料并盡量提高其使用性能。由于“配料熔煉”(使用直接還原鐵球作添加料等)無芯感應爐的侵蝕性環境和極嚴峻的熱震條件,必須向AL2O3基耐火材料中配入MgO 、鉻礦包括(Cr2O3粉)和與合成Spinel等,以優化材料的性能。