氧化鋯質(zhì)耐火材料廣泛用于連鑄中（中間包水口、滑板或其他高化學(xué)侵蝕和熱應(yīng)力區(qū)域）的耐磨損部件，與其他耐火材料相比，其具有優(yōu)異的抗侵蝕性和抗?jié)B透性。當(dāng)中間包的鋼水接觸預(yù)熱氧化鋯質(zhì)材料時，其要承受劇烈的熱沖擊，容易引起熱震損毀。德國的研究人員分別以氧化釔穩(wěn)定氧化鋯和氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯為原料并加入不同種類的結(jié)合劑，考察了穩(wěn)定劑及結(jié)合劑對氧化鋯質(zhì)澆注料性能的影響。

試驗用主要原料有6.41%氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（w(ZrO₂+Hf)=92.8%，d₅₀=98 μm）、3.51%氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯（w(ZrO₂+Hf)=95.8%，d₅₀=425 μm）、水合氧化鋁（Alphabond 300）、LP552A和LP552B（鎂質(zhì)和氧化鋁質(zhì)結(jié)合劑）等，澆注料的配方見表1。為使配料能夠振動澆注成型，再添加一定量的氧化鋯微粉，氧化釔穩(wěn)定氧化鋯配方添加d₅₀分別為0.6和4.0 μm的微粉，氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯配方添加d₅₀分別為1.7和7.2 μm的微粉。按配方稱料并在攪拌機中干混3 min，加水后濕混5 min，然后澆注成25 mm×25 mm×150 mm尺寸的試樣，經(jīng)24 h硬化后脫模。Mg-Z91LP6+3試樣經(jīng)200 ℃ 24 h烘干后，分別在1 550 ℃和1 600 ℃下熱處理2 h。Y-Z97AB3試樣經(jīng)120 ℃ 24 h烘干后，分別在1 500 ℃和1 600 ℃下熱處理2 h。浸漬試驗：根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn)DIN CEN/TS 15418中的方法B在鋼水連鑄模擬裝置中進行，取33 kg 42CrMo4不銹鋼在水合氧化鋁結(jié)合的氧化鋁/鋁鎂尖晶石質(zhì)坩堝中1 650 ℃下熔融，并通入氬氣，加入0.05%的赤鐵礦和磁鐵礦的混合粉使氧濃度從10 ppm升高到54 ppm，然后加入0.05%的鋁屑進行脫氧，使氧濃度降低到4.3～4.9，并形成氧化鋁夾雜物。采用25 mm×25 mm×120 mm尺寸的試樣（帶φ9 mm孔），浸入60 mm保持60 s。試樣浸漬前后分別在鋼水上部停留10、5 min以緩和熱震，隨后在空氣中自然冷卻。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測量試樣的體積密度、顯氣孔率、線變化、抗熱震性（采用110 ℃烘干試樣，950 ℃保溫30 min后空冷），以及熱處理后、熱震后及浸漬試驗后的常溫抗折強度與彈性模量。對試樣進行顯微結(jié)構(gòu)分析及微區(qū)元素分析。

表1  澆注料的組成（w）/%

研究結(jié)果：（1）氧化釔穩(wěn)定氧化鋯原料含46%單斜相和54%四方相，氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯原料含54%單斜相和46%立方相；Y-Z97AB3試樣1 500 ℃燒后含21%單斜相和60%立方相，1 600 ℃燒后含23%單斜相、37%四方相和36%立方相，此外燒后試樣中均含4%的氧化鋁；Mg-Z91LP6+3試樣1 550 ℃燒后含65%立方ZrO₂和5%鎂鋁尖晶石，1 600 ℃燒后含73%立方ZrO₂和7%鎂鋁尖晶石。（2）高溫?zé)崽幚砗螅琘-Z97AB3和Mg-Z91LP6+3試樣線收縮處于相同水平，Mg-Z91LP6+3試樣的顯氣孔率略低，Y-Z97AB3試樣的常溫抗折強度及彈性模量遠高于Mg-Z91LP6+3試樣的，但是熱震后及浸漬試驗后，Mg-Z91LP6+3試樣的殘余抗折強度及彈性模量保持率遠高于Y-Z97AB3試樣的。（3）浸漬試驗后，Y-Z97AB3試樣表面凹凸不平，沾滿鋼渣，這是由于氧化鋯顆粒脫落及穿晶裂紋導(dǎo)致的；Mg-Z91LP6+3試樣表面沉積一層鎂橄欖石，鋼渣較少，可忽略不計。浸漬試驗過程中，氧濃度較低時，生成少量含Mn-Si的高鋁夾雜物，氧濃度較高時，生成大量含Mn-Si的低鋁夾雜物；Mg-Z91LP6+3試樣生成的夾雜物總量更多。

以氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯原料配合鎂鋁結(jié)合劑制備的澆注料具有更好的抗熱震性，連鑄時可生成更多的夾雜物，起到凈化鋼水的作用。

（張艷利編譯自《Open Ceramics》2023，Vol.16）