滑动水口装置是现代钢铁冶炼中控制钢水流动的关键功能部件，其工作环境极为严苛，需要承受高温钢水的持续冲刷、化学侵蚀以及剧烈的温度波动。因此，作为其核心组件的滑板砖，其所用耐火材料的选择与性能，直接决定了浇铸的稳定性、安全性乃至钢材的最终质量。滑动水口材料的发展，本质上是一场在抗侵蚀性、耐热冲击性和经济成本之间不断寻求最优解的博弈。
高铝质滑板 作为早期应用的材料，高铝质滑板通过沥青浸渍和轻烧处理，获得了较高的致密度和机械强度。工艺上，通过添加磷酸盐等助剂来降低烧成温度，有助于稳定产品尺寸，控制成品率。但其综合性能已难以满足现代连铸，尤其是多炉连浇的严苛要求。
锆质滑板 纯锆质材料在耐化学侵蚀和抗机械冲刷方面表现卓越。然而，氧化锆原料的成本限制了其大规模应用，通常仅以镶嵌环或镶嵌件的形式，出现在滑板的关键部位，作为性能的强化补充。
20世纪70年代末，铝碳质滑板的开发成为一个重要的转折点。它以烧结氧化铝、合成莫来石为主要骨料，创新性地在基质中引入了碳组分（如石墨）和金属铝、金属硅、SiC、B4C等抗氧化剂。通过酚醛树脂或煤沥青结合，在还原气氛下烧成，形成了独特的碳结合网络结构。
这种微观结构赋予了铝碳质滑板致密的质地和微细的气孔，残余碳的存在使得钢水和炉渣难以浸润，从而表现出优异的抗侵蚀性。但其成功也伴随着固有的矛盾：致密的结构牺牲了部分耐热冲击性能，限制了其多次连用能力。在使用过程中，碳的氧化会导致结构疏松，进而削弱其抗侵蚀优势。
表1 国内某企业生产的铝碳滑板理化指标参考
| 项 目 | LT-1 | LT-2 | LT-3 | LT-4 | LT-5 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 化学成分 (质量分数)/% | Al2O3 | 83.3 | 84.37 | 82.3 | 81.3 | 80.09 |
| C | 9.3 | 7.7 | 9.1 | 8.9 | 8.1 | |
| 显气孔率/% | 油浸 | 1.5 | 1.3 | 1.5 | 1.5 | 1.2 |
| 油浸焙烘 | 4.5 | 4.6 | 4.5 | 4.5 | 5.1 | |
| 常温耐压强度 /MPa | 油浸 | 140 | 153 | 140 | 130 | 176 |
| 油浸焙烘 | 120 | 137 | 120 | 110 | 162 | |
| 高温耐折强度 /MPa | 油浸 | 18 | 20 | 18 | 18 | 19 |
| 油浸焙烘 | 15 | 18 | 15 | 15 | 17 |
为了突破铝碳质滑板的性能瓶颈，研发人员将目光投向了氧化锆。铝锆碳质滑板应运而生，它在铝碳基体上引入了含锆原料，如锆莫来石或部分稳定氧化锆。其核心技术在于巧妙利用了材料的相变增韧机理。
当引入的锆莫来石骨料在约1000°C时，其中的ZrO2会发生晶型转变，并伴有体积收缩。这一过程在晶粒内部诱发了大量显微裂纹。这些裂纹如同预设的缓冲带，能够有效吸收和耗散热应力，从而极大地改善了材料的耐热冲击性能。同时，ZrO2自身优良的抗侵蚀性也进一步强化了滑板的服役表现。这一系列的性能提升，使得铝锆碳质滑板能够满足多炉连浇的需求，并成为当今大型钢企的主流选择。其生产原料通常包括刚玉、锆刚玉、锆莫来石、石墨、氧化锆等，并辅以树脂结合剂与金属Al粉、Mg-Al合金等添加剂。
图1 含碳滑板的生产工艺过程流程
表2 国内某企业生产的铝锆碳质滑板理化指标参考
| 项 目 | LGT-1 | LGT-2 | LGT-3 | LGT-4 | LGT-5 | LGT-6 | LGT-7 | LGT-8 | LGT-9 | LGT-10 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 化学成分(质量分数)/% | Al2O3 | 74.0 | 75.0 | 73.0 | 75.0 | 71.5 | 72.5 | 74.0 | 71.0 | 72.0 | 72.0 |
| ZrO2 | 7.0 | 7.0 | 7.5 | 6.0 | 7.5 | 7.0 | 7.0 | 8.0 | 8.0 | 12.5 | |
| C | 9.0 | 8.0 | 9.0 | 8.0 | 9.0 | 9.5 | 9.0 | 10.0 | 10.0 | 5.5 | |
| 显气孔率/% | 油浸 | 1.5 | 2.0 | 2.0 | 2.2 | 1.5 | 1.3 | 1.6 | 2.0 | 1.7 | 0.8 |
| 油浸熔烘 | 6.0 | 5.5 | 4.0 | 4.5 | 4.0 | 4.0 | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 5.5 | |
| 常温耐压强度/MPa | 油浸 | 170 | 150 | 140 | 150 | 180 | 170 | 170 | 170 | 165 | 160 |
| 油浸熔烘 | 150 | 125 | 130 | 130 | 160 | 160 | 160 | 150 | 150 | 150 | |
| 高温抗折强度/MPa | 油浸 | 24 | 23 | 20 | 19 | 22 | 21 | 23 | 24 | 24 | 11 |
| 油浸熔烘 | 21 | 18 | 17 | 17 | 19 | 18 | 20 | 21 | 22 | 9 |
材料性能的优化是一个复杂的系统工程，从原料选择、配比设计到工艺控制，每一个环节都对最终产品的理化指标产生深远影响。要确保滑板在实际应用中达到预期的性能，精确的理化性能检测与质量控制至关重要。这正是专业检测实验室的核心价值所在。
精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测耐火材料理化性能，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636
在含铝材料之外，碱性耐火材料也开辟了另一条技术路径，尤其在处理特定钢种时显示出其独特性。
方镁石-尖晶石-碳不烧滑板 这类滑板采用电熔镁砂和电熔尖晶石为主要原料，以热塑性树脂结合，无需高温烧成，通过浸油处理即可。它们具有良好的化学稳定性和抗侵蚀性。
尖晶石碳质滑板 采用镁铝尖晶石为主要晶相，以陶瓷和碳复合结合为特征。相较于纯氧化镁材料，镁铝尖晶石的线膨胀系数和弹性模量更低，因而抗热冲击能力更强。然而，尖晶石材料在高温下可能与钢水中的钙发生缓慢反应，生成低熔点物，这会影响其使用寿命。通过优化原料、改进颗粒级配和精控生产工艺，其耐侵蚀性和寿命已得到显著提升。
表3 国内某企业生产的方镁石-尖晶石-碳不烧滑板理化指标参考
| 名 称 | 镁 质 | 镁尖晶石质 | |
|---|---|---|---|
| 化学成分(质量分数)/% | MgO | 90.5 | 89.0 |
| Al2O3 | 4.0 | 6.5 | |
| SiO2 | 1.5 | 1.0 | |
| CaO | 1.3 | 1.2 | |
| C | 2.5 | 2.5 | |
| 常温耐压强度/MPa | 120 | 110 | |
| 气孔率/% | 6.5 | 5.5 | |
| 体积密度/g·cm-3 | 3.12 | 3.11 | |
| 常温抗折强度/MPa | 23 | 18 | |
| 高温抗折强度/MPa | 15 | 13 |
对于最苛刻的浇注环境，氧化锆质滑板是最终的解决方案。氧化锆材料（尤其是CaO-ZrO2体系）的液相线温度极高（可达2000°C以上），同时线膨胀系数较低，赋予其卓越的耐腐蚀性和抗剥落性。采用氧化镁部分稳定的氧化锆制成的滑板，其使用寿命最高可达10次。若通过热压工艺成型，可获得极低的气孔率、微小的孔径和优异的高温强度，使其在中间包等应用场景中表现出无与伦比的耐钢水和炉渣侵蚀性能。
国家标准为滑动水口用耐火材料的生产和应用提供了基准。下表为YB/T 5049—2009标准中对几类滑板砖的关键理化指标要求，为材料的选用和质量评定提供了依据。
表4 滑板砖的理化指标（YB/T 5049—2009）
| 项 目 | /multicolumn{7}{c|}{指 标} | | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | :— | | | HBLT-65 | HBLT-70 | HBLT-75 | HBLT-80 | HBLTG-70 | HBLTG-75 | HBLTG-80 | | w(Al2O3)(不小于)/% | 65 | 70 | 75 | 80 | 70 | 75 | 80 | | w©(不小于)/% | 6 | 6 | 4 | 1 | 5 | 3 | 3 | | w(ZrO2)(不小于)/% | — | — | — | — | 4 | 4 | 4 | | 常温耐压强度(不小于)/MPa | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 | 120 | | 显气孔率(不大于)/% | 13 | 13 | 10 | 10 | 11 | 10 | 10 | | 体积密度(不小于)/g·cm-3| 2.75 | 2.85 | 3.00 | 3.05 | 3.00 | 3.05 | 3.10 |
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