中间包耐火材料的理想状态是同步损毁同步更换,使每种材料的寿命尽可能的匹配,然而定径水口仍然是制约中间包整体寿命提高的瓶颈。因此提高定径水口的使用寿命从而延长中间包的使用寿命,对于钢厂降低成本,提高吨钢利润具有重要的意义。本实验以某厂生产的细颗粒型和陶瓷型定径水口,和以上述定径水口为基础,通过添加溶胶凝胶法制备的Al2O3-ZrO2复合粉对氧化锆质定径水口进行改性而制备的新型水口为研究对象,借助XRD和SEM分析手段分析,研究了其使用性能和损毁机理的差异。试验得出以下结论:⑴陶瓷型定径水口(A、B)与颗粒型定径水口(C、D)相比,陶瓷型定径水口显气孔率较低、体积密度较大、耐压强度较高,但热震稳定性较差;添加一定量的溶胶凝胶法制备的Al2O3-ZrO2复合粉后对定径水口的性能均有明显改善,改性后陶瓷型水口B与普通陶瓷型水口A相比,显气孔率降低了27.9%,体积密度增加了0.7%,耐压强度提高了26.1%;改性后颗粒型水口D与普通颗粒型水口C相比,显气孔率降低了11.1%,体积密度增加了1.7%,耐压强度提高了44.6%,尤其添加Al2O3-ZrO2复合粉后颗粒型定径水口的热震稳定性达到50次以上,而未添加Al2O3-ZrO2复合粉颗粒型定径水口热震次数仅为41次。这是由于添加Al2O3-ZrO2复合粉后,有效填充了颗粒间的气孔,降低了材料的气孔率;同时复合粉的适量收缩产生一定量的收缩微孔以及镁铝尖晶石相和柱状氧化锆增强相的存在,提高了材料的强度和热震稳定性。⑵连铸现场试验过程中:①细颗粒型水口C强度较低,热震稳定性较差,使用35h下线,剥落和扩径最为严重,钢柱直径达到28mm并布满了钢瘤;②陶瓷型水口A和B由于热震稳定性不好,并未体现出强度高的特点,使用35h下线后出现炸裂的情况,扩径情况很严重;③添加复合粉细颗粒水口D使用35h后,基本没有扩径,现场使用情况最好。⑶陶瓷型水口的损毁主要是由于气孔率低,较少的气孔与裂纹无法吸收循环热冲击所产生的应力,导致水口产生热震损伤,出现炸裂。改性后陶瓷型水口,添加的复合粉粒度小,活性大,促进水口的烧结致密,导致气孔率降至3.1%,不利于吸收循环热冲击而产生的热膨胀,因此添加复合粉后损毁更为严重。⑷颗粒型水口的损毁主要是由于颗粒与细粉间结合强度较低,较多的气孔为钢水和钢渣的初期侵入提供了有利通道,MgO与钢水及钢渣中的夹杂发生反应导致脱溶,稳定剂脱溶导致氧化锆失稳由立方相变为单斜相,随之产生的体积膨胀和剪切变形会造成水口的开裂和剥落,加速损毁。稳定剂脱溶较多时,单斜相含量较高;稳定剂脱溶较少时,立方相含量较高。同时,细颗粒型水口使用后各层氧化锆晶体主要根据配位多面体生长机理生长,导致立方相含量增多,使用过程中水口原砖层、过渡层、变质层三个层之间结构以及矿物组成存在差异,结构和矿物组成的差异导致水口内部产生结构应力而加速破裂损毁。改性后颗粒型水口,添加铝锆复合粉后形成的镁铝尖晶石相和柱状氧化锆相提高了颗粒与基质间的界面结合强度和热震稳定性,热冲击产生的裂纹遇到界面后无法继续扩展,同时生成镁铝尖晶石紧紧地钉扎在ZrO2颗粒之间,提高了水口的抗钢水冲刷能力和侵蚀能力,在使用过程中有效抵抗了热冲击,阻止了钢渣和钢水通过气孔和裂纹进入水口内部,以免造成进一步的损毁。