金属Al粉作为除氧剂添加到钢水中时，常会与钢水中的氧反应生成Al2O3积聚在水口的内壁，使水口内壁产生结瘤，影响连铸的持续进行，导致产品质量下降，生产费用增加。埃及的研究人员在分析前人研究的基础上，选择最佳的设计方案（使材料中生成晶体稳定的硅酸钙（2CaO•SiO2和3CaO•SiO2）以提供充足的CaO，高温下可以和Al2O3反应生成液态铝酸钙，避免结瘤的产生），并研究了不同颗粒尺寸配比、石墨加入量以及抗氧化剂B4C对CaZrO3-β-Ca2SiO4-C复合材料性能的影响，以期开发出性能优异的抗结瘤水口耐火材料。
　　试验所用的主要原料有锆英石（w(ZrO2)=65.74%、w(SiO2)=34.01%）、石灰石（w(CaO)=98.09%、＜90 μm）、鳞片石墨（w(C)=87.61%、200 μm）、B4C（＜40 μm）。 CaZrO3和Ca2SiO4混合料的制备：称取38%锆英石+63.299%石灰石+15%氧化锆混合均匀（标记为Mix. Z15），以200 MPa压力单轴半干法加压成型为坯体，将坯体在110 ℃干燥一夜，再经1 550 ℃煅烧后，破碎成所需的粒度：粗颗粒（1～0.5 mm）、中颗粒（0.5～0.09 mm）、细粉（＜0.09 mm）。按相应比例配料，鳞片石墨以中颗粒加入，编号依次为I25、I30、I35、I40。先确定出最佳颗粒级配，然后改变鳞片石墨加入量（编号为G8和G12），确定最佳石墨加入量后，选择最优配方添加B4C（编号为BI和BII），具体配方见表1。按表1配料，混合均匀后以200 MPa压力压制成型。试样经110 ℃ 24 h干燥后，放入氧化铝坩埚中进行埋炭烧成，在电炉中1 550 ℃热处理2 h。根据相关标准检测烧后试样的体积密度、显气孔率、线变化率和常温耐压强度。采用X射线衍射仪分析原料及烧后试样的相组成；采用扫描电镜及EDAX对烧后试样进行显微结构分析和微区元素分析。根据德国标准检测试样的抗热震性（1 000 ℃空冷，循环30次）；测量试样在1 100 ℃不同保温时间下的失重率和氧化层厚度来评价其抗氧化性，并对氧化后试样进行微观结构分析。
表 1 试验的具体配方（w）/%
试样
编号 1～0.5 mm 0.0～0.09 mm ＜0.09 mm
 Mix.Z15 Mix.Z15 石墨 B4C Mix.Z15
I25 45 15 10 - 30
I30 40 20 10 - 30
I35 35 25 10 - 30
I40 30 30 10 - 30
G8 35 27 8 - 30
G12 35 23 12 - 30
BI 34.825 26.865 7.96 0.5 29.85
BII 34.65 26.73 7.92 1.0 29.7
　　研究结果显示：（1）随着中颗粒含量的增加（粗颗粒含量的减少），试样的体积密度先逐渐增大后减小，显气孔率先逐渐降低后又升高，常温耐压强度和线变化率均先增大后减小，抗热震性能先变好后又变差，试样I35的综合性能最好，即最合适的粒度配比为35%粗颗粒、35%中颗粒、30%细粉。（2）随着石墨含量的增加，试样的体积密度和线变化率均减小，常温耐压强度降低，抗热震性变差，性能最好的配方为G8，此时试样中的物相有CaZrO3、β-Ca2SiO4、石墨和少量的CZS。（3）随着抗氧化剂B4C加入量的增加（0～1%），试样的体积密度和线变化率先增大后减小，显气孔率先降低后升高，常温耐压强度先升高后降低，试样的失重率逐渐降低，氧化层厚度逐渐变薄；氧化后的显微结构图片显示，G8试样中因氧化产生有大气孔，BII试样比较致密；BII试样中的主要物相有CaZrO3、β-Ca2SiO4、石墨、少量的CZS和CaB2Si2O8。
　　综上可知，较高的中颗粒含量有利于致密堆积和烧结；石墨的存在有利于材料的抗热震性，但其含量过多时因氧化影响材料的致密性；加入B4C可以改善材料的抗氧化性，综合性能最好的试样为BI（CZ-β-C2S： 34.83%粗颗粒、26.87%中颗粒、29.85%细粉，7.96%石墨，0.5%B4C），可将其用做中间包水口和浸入式水口抗结瘤材料。
（编译自《The Refractories Engineer》2010，№1）