定径水口是一种关键的连铸功能耐火材料,起控制钢水均匀稳定从中间包流向结晶器的作用,其质量的优劣直接影响着连浇时间的长短。由于氧化锆具有耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损等优点,特别是经过稳定化处理的部分稳定氧化锆,其具有熔点高、韧性好、耐火度高、化学稳定性好、强度高等优良性能,是当前制备定径水口的主要原料。然而,由于氧化锆质定径水口在小方坯连铸使用过程中受到高温钢水的冲刷、冲击等作用,容易导致定径水口出现扩径、脱落和堵塞等问题,影响连铸生产的高效运转。因此,对氧化锆质定径水口改性、开发新的制备工艺、改进显微结构是提高定径水口使用性能的关键,对提高连铸效率起到至关重要的作用。当前,制备定径水口广泛使用的原料颗粒部分主要是部分稳定氧化锆(PSZ),基质部分通常采用加入稳定剂的单斜氧化锆,通过烧结形成部分稳定氧化锆。前者为商用PSZ,稳定剂的加入量不易根据定径水口的需要进行调整。本课题基于上述考虑,以定径水口的基质部分为研究对象,通过在脱硅锆中添加不同种类和含量的稳定剂,其中稳定剂的种类与加入量分别为2.8%MgO、2.1%MgO、2.2%MgO+1%Y2O3,试样编号记为A、B、C。借助XRD、SEM和EDS等检测手段,研究了稳定剂种类和数量对氧化锆质定径水口基质部分物理性能、烧成前后的相组成和显微结构变化以及在定径水口工作温度1540℃分别保温4、8、12h相组成和显微结构变化的影响,为探究定径水口基质部分配方组成提供重要依据。实验研究得出以下结论:(1)添加稳定剂的试样经1710℃烧成,各试样立方相(c-ZrO2)含量明显增加,相应的单斜相(m-ZrO2)含量明显减少,并且发现原料中稳定剂的种类和加入量的不同使得烧成后各试样立方相和单斜相的变化量也不相同。(2)添加稳定剂的试样经1710℃烧成,稳定剂MgO与ZrO2形成固溶体,越靠近MgO颗粒的位置Mg2+与Zr4+的替换程度越明显,但稳定剂的扩散固溶远未达到均匀状态。其中,以MgO+Y2O3为稳定剂的试样,烧成后立方相的增加量最多,固溶体的生成量最大,稳定化程度最高,且氧化锆颗粒尺寸大小均匀,棱角分明,未发生颗粒的异常长大,颗粒之间的结合非常紧密。(3)在MgO与ZrO2形成固溶体的过程中,有少量MgO向脱硅锆中的杂质SiO2富集形成镁橄榄石(Mg2SiO4),镁橄榄石会导致氧化锆制品的抗热震稳定性下降。(4)试样A、B、C经1710℃烧成,试样A的抗热震性能最好,达36次以上;试样C的体积密度和常温耐压强度最好。(5)经1710℃烧成后的试样中,有少量稳定剂的残余,长时间在工作温度下,稳定剂会发生迁移,进一步与氧化锆颗粒形成置换型固溶体。(6)试样A、B在定径水口工作温度1540℃下分别保温4、8、12h后,氧化锆相组成主要为立方相和单斜相,且随着保温时长的增加,立方相氧化锆(c-ZrO2)与单斜相氧化锆(m-ZrO2)的含量呈阶梯型增加与减少变化;以MgO+Y2O3为稳定剂的试样C,在1540℃下保温4、8、12h后,立方相与单斜相含量变化不明显。