中间包挡渣堰：结构功能、材料体系与性能优化

在大容量中间包的冶金过程中，如何有效控制钢水流态、促进夹杂物去除，是决定最终产品质量的关键环节。从钢包高速注入的钢水携带巨大动能，在中间包内形成剧烈搅动，不利于非金属夹杂物的上浮分离。为了解决这一挑战，在中间包耐火衬中设置挡渣墙（或称挡渣堰）成为了一种行之有效的技术方案。

流场优化：挡渣墙的核心冶金功能

挡渣墙的根本作用，是在中间包内构建一个“动”与“静”的功能分区。它如同一道屏障，将钢水注入的冲击区与流向结晶器的平稳区分隔开。

• 创建平稳区：在挡渣墙的保护下，“有墙区”内的钢水流动变得平缓、有序。这种相对宁静的环境极大地延长了夹杂物颗粒的停留时间，为其上浮并被熔渣捕获创造了绝佳条件。
• 阻隔污染：挡渣墙能有效阻碍冲击区产生的浮渣和湍流环流进入平稳区。这确保了即将进入中间包长水口的钢水具备更高的洁净度，从而显著减少成品板坯中的夹杂物含量，并降低因夹杂物聚集导致的水口堵塞故障率。

尤其对于铝（Al）含量较高的铝镇静钢而言，其夹杂物主要为Al₂O₃。挡渣墙通过优化流场来强化夹杂物的去除，对于提升这类钢种的内部纯净度，效果尤为突出。

材料选择的博弈：从铝镁质到镁质

挡渣堰的材质直接决定了其在高温、强冲刷环境下的服役行为和冶金效果。目前主流的材质体系包括铝镁质和镁质两种。

虽然两种材料均能满足基本使用要求，但镁质挡渣堰凭借其成本优势和优异的冶金性能，正获得越来越广泛的应用。其核心优势体现在：

1. 卓越的高温性能：在工作温度下展现出优异的热态强度，能够耐受钢水的长期浸泡和冲刷。
2. 降低钢水增氧：与高铝质材料相比，镁质材料与钢水作用时带入的氧含量可降低达80%，有助于维持钢水的低氧状态。
3. 主动净化能力：镁质材料不仅是物理屏障，更是化学反应的参与者。它能主动吸收钢水中的Al₂O₃夹杂物，并在材料表面原位生成一层致密的镁铝尖晶石（MgAl₂O₄）保护层，有效阻止熔渣的进一步渗透和对基体的侵蚀。

镁质挡渣墙的微观结构调控

镁质挡渣墙的优异性能，源于其精妙的材料配方设计。它通常以电熔镁砂或高纯烧结镁砂为骨料，并通过在基质中引入两种关键的微粉添加剂——uf-SiO₂（超细二氧化硅微粉）和α-Al₂O₃（α-氧化铝微粉），来实现性能的精细调控。

1. uf-SiO₂微粉：稳定与流动的双重保障

纯MgO材料的一大工程难题是易于水化（MgO + H₂O → Mg(OH)₂），导致浇注料在烘烤过程中体积变化，产生粉化和开裂。uf-SiO₂的加入正是为了攻克此难题。

• 抑制水化：uf-SiO₂微粉能够显著降低MgO颗粒的水化倾向，大幅改善浇注料的烘烤稳定性。
• 凝胶结合与改善流动性：它能与MgO和H₂O反应，生成具有凝胶结合作用的MgO-SiO₂-H₂O相，提供早期强度。同时，其微球形态有助于改善浇注料的流动性，便于振动成型。

然而，凡事皆有两面性。SiO₂微粉虽然能促进镁铝尖晶石的生长，但过量添加会在高温下生成低熔点液相，反而会对材料的抗渣性产生不利影响。那么，添加量的平衡点在哪里？大量研究与实践表明，其加入量通常不应超过2%。

2. α-Al₂O₃微粉：致密化与强化的核心

α-Al₂O₃微粉的引入，旨在进一步强化材料的基质结构和高温力学性能。

• 原位生成尖晶石：在高温下，基质中的MgO与α-Al₂O₃反应，生成高熔点、高硬度的镁铝尖晶石（MgAl₂O₄）。
• 体积膨胀效应：这一反应伴随着约8%的体积膨胀。这种微观膨胀恰好可以填充材料内部的孔隙，显著降低气孔率，从而有效阻止熔渣渗透，并提升材料的致密性。
• 强化基质：新生成的尖晶石相弥散分布于基质中，构成了强有力的增强骨架，使材料的高温力学性能得到根本性提升。

实验数据表明，当α-Al₂O₃微粉的加入量控制在8%左右时，能取得最为理想的综合效果。

对这些微量添加剂的精确控制，以及其对最终产品性能影响的准确评估，是保证挡渣堰质量和稳定性的前提。如果您在实际工作中也面临类似的耐火材料成分分析、显微结构观察或高温性能评估挑战，我们非常乐意与您一同探讨解决方案。

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理化性能指标参考

下表依据行业标准YB/T 4120—2004，列出了不同类型中间包挡渣堰的关键理化性能指标，为材料选型和质量控制提供了依据。

表1 中间包用挡渣堰理化指标（YB/T 4120—2004）