连铸塞棒技术剖析：从结构演进到核心材质选型

在现代钢铁生产的连续铸造环节，中间包扮演着钢水“缓冲区”与“净化器”的双重角色，而精确控制钢水从中间包注入结晶器的流量，则是确保铸坯质量与生产稳定的命脉所在。塞棒（Stopper），正是执行这一精密操控的核心功能部件。它不仅是中间包的“阀门”，更通过吹氩等功能，深度参与钢水的净化过程。

塞棒的双重使命：控流与净化

塞棒的功能远不止于开浇与停浇时的启闭。在实际生产中，它肩负着两大核心任务：

1. 精确控流：在连铸的启动阶段，为避免滑动水口因高温等因素无法顺利打开，通常会预先将其置于开启状态，此时钢水的初始流量完全由塞棒的升降来精准调控。浇铸接近尾声时，通过精准操控塞棒，可以有效阻挡因液面下降而形成的涡流，防止中间包内的顶渣被卷入结晶器，从而保障钢水的纯净度。
2. 冶金净化：许多现代塞棒设计有中空的吹氩通道或透气塞。通过向钢水中吹入氩气等惰性气体，可以去除钢液中的非金属夹杂物和有害气体，实现对钢水的进一步净化，提升最终产品的内在质量。

简言之，塞棒兼具了流体控制和冶金净化的功能，是连铸流程中不可或缺的关键耐火材料。

结构演进：从组合式到整体式

塞棒技术的发展，遵循着一条从分段组合到一体成型的清晰路径，其核心驱动力是对更高可靠性和更长使用寿命的追求。

• 传统组合塞棒：早期塞棒多为组合式结构，由上部的数节袖砖和下端的塞头（塞头砖）构成，通过一根内部钢管串联而成。这种设计的弊端显而易见——接缝过多。在高温钢水和熔渣的长期冲刷侵蚀下，这些连接缝成为整个系统的薄弱环节，极易导致断棒或塞头脱落，造成严重的生产事故。

• 整体塞棒：为解决组合塞棒的固有缺陷，整体塞棒应运而生。其棒身与棒头一次成型，完全消除了结构连接缝，从根本上提升了产品的整体强度和抗侵蚀能力，成为当前市场的主流选择。整体塞棒通常采用等静压成型工艺，其具体形状和尺寸需根据中间包的容量、钢水液面高度以及水口的喇叭口几何形状等参数进行精密定制。根据功能需求，塞棒头可设计为实心、空心吹氩或集成透气塞等多种形式，并通过金属销或螺纹与提升机构连接。

材质的博弈：功能分区的定制化选材

一支高性能的整体塞棒，其不同部位面临的工况截然不同，因此材质上也采用了“因地制宜”的复合设计策略，主要分为棒身、渣线和棒头三个关键区域。

• 棒身：作为主体部分，主要承受高温和钢水冲刷，通常选用综合性能优良的Al₂O₃-C（刚玉-石墨质）材质。根据钢厂的具体使用条件和成本考量，其主耐火原料可在高档电熔刚玉和特级矾土熟料之间进行选择。

• 渣线：这是塞棒与中间包内覆盖剂（熔渣）和钢液的交界面，承受着最为剧烈的化学侵蚀。因此，渣线部位通常采用抗侵蚀性更强的材料。多数情况下，使用以高档电熔刚玉为原料的Al₂O₃-C材质即可满足要求；但在侵蚀性极强的冶炼环境下，则需要升级为更为耐蚀的ZrO₂-C（氧化锆-石墨质）材质。

• 棒头：棒头是塞棒的“心脏”，其与水口碗部的曲面配合，直接决定了控流的精度和关闭的密封性，是决定塞棒功能和寿命的重中之重。棒头的材质选择，必须基于所浇铸钢种的化学特性进行权衡。

  • Al₂O₃-C棒头：这是应用最广的材质之一，尤其适合于铝镇静钢的浇铸。
  • MgO-C棒头：对于钙处理钢，情况则有所不同。钢液中较高的钙含量会与Al₂O₃发生反应，生成低熔点化合物，从而加速Al₂O₃-C棒头的侵蚀损坏，影响长时间连铸。此时，化学性质更为稳定的MgO-C棒头便成为更优选。不过，在真空脱气等高真空度环境下，MgO-C中的MgO也可能与C发生反应，导致棒头损耗加快，这一点在选材时需要综合考量。

因此，不存在万能的塞棒材料，其选型本质上是钢种特性与耐材性能之间的动态博弈。要确保塞棒的可靠性，对不同部位材料的化学成分、强度、气孔率、抗热震性等指标进行精确的检测和评估至关重要。

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下表详细列出了不同类型塞棒关键部位的典型理化性能指标，为材料工程师提供了重要的参考依据。

表1. 不同类型塞棒关键部位的典型理化性能指标

技术前沿：超越含碳材料的未来

塞棒技术的发展，最终聚焦于棒头材质的持续革新。目前，传统的含碳耐火材料在应对某些高侵蚀性特殊钢种（如高氧钢）时，其使用寿命已接近性能极限。碳在高温下的氧化损耗，成为制约塞棒及水口寿命提升的主要瓶颈。

为了突破这一局限，非氧化物复合材料被寄予厚望。研究表明，在塞棒头部材质中引入AlN（氮化铝）等非氧化物成分，是一种极具潜力的技术路径。在浇铸高氧钢等苛刻条件下，AlN在使用过程中其表层会优先氧化，生成一层致密的Al₂O₃保护膜。这层“自愈合”的致密层能有效阻止后续的氧化和侵蚀，从而显著延长塞棒的使用寿命。这一技术方向，为应对未来更严苛的冶金环境，开发超长寿、高可靠性塞棒产品开辟了新的道路。