当前国内钢厂多数连铸用长水口是不预热直接使用，浇注开始与钢液接触，水口内表面温度瞬间升至钢液温度，外表面与大气接触，温度要低得多，在水口材料内部会产生很大的热应力，容易使水口产生纵向裂纹，所以，长水口在材料设计上应具良好的耐急热冲击。初期使用的是熔融石英质长水口;特点是抗热冲击性好，有较高的机械强度和耐酸性渣侵蚀，化学稳定性好，在使用之前可以不经烘烤。但是抗碱性渣侵蚀性差，且SiO₂易与钢水中的Mn和Fe系氧化物反应形成低熔点的化合物;在高温下SiO₂易被C分解和气化;热循环中的SiO₂液相引起体积变化，导致水口结构疏松，强度下降，因此不利于生产高纯洁净钢和高锰钢。随着连铸工业的发展和冶金行业的要求，又相继开发了铝碳质长水口。铝碳质长水口一般经烘烤后才能使用，否则在开浇时易发生事故，但是它具有优良的抗热震性，对钢种的适应性强，抗侵蚀性好。为了防止铝碳质水口中的碳在烘烤和使用过程发生氧化，在水口的表面涂有防氧化涂层。防氧化涂层主要由长石、石英、黏土等原料组成，通过石墨制成釉料，用人工或机械的方法涂抹在水口的外表面或内表面。

在连铸技术中，为了提高铸坯的质量，在中间包和结晶器之间安装有浸入式水口，连铸操作时将浸入式水口套在上水口之下。浸入式水口的作用可以防止钢水的二次氧化、氮化和钢水飞溅;调节钢水流动状态和注入速度;防止保护渣非金属夹杂物卷入钢水中，对促进钢水中夹杂物上浮起重要作用;对连铸坯成材率和铸坯的质量有决定性的影响。

浸入式水口安装在中间包的底部，并插入结晶器。浸入式水口的结构和材质因连铸工艺、连铸钢种的不同而有所不同，有整体塞棒和浸入式水口控流系统，上水口-滑动水口-浸入式水口系统控流，塞棒-上水口-快换机构-浸入式水口系统控流及薄板坯连铸用扁平式特殊结构的浸入式水口。其中整体式浸入式水口长度较长，一般在700mm以上。该水口有两种形式，一种是内装型水口，即由中间包内向外安装，水口为整体结构，密封性好;另一种是外装型水口，安装方式由中间包底向内安装。上水口-滑动水口-浸入式水口系统控流中的浸入式水口相当于滑动水口的下水口，浸入式水口不是与中间包水口相连接，而是与滑动水口的下水口或下滑板相连接，密封方法与组合型浸入式水口一致。

上水口-滑动水口-浸入式水口系统控流中的浸入式水口较短，一般不足400mm。在使用时，浸入式水口的上端与中间包水口的下口端相连接，而下端插入结晶器钢水中，浸入式水口端的碗部为球面和平面两种，

用纤维垫或胶泥与中间包水口下端口相接触，并用杠杆系统的配重使浸入式水口与中间包水口压紧，由此进行密封，对钢水进行保护。

浸入式水口在使用中有哪些要求?

由于浸入式水口材质本身具有一定的气孔率，同样具有透气性，外界空气在钢水流动时产生的负压作用下渗透到水口内部，与钢水接触使其氧化，因此长水口和浸入式水口外表必须涂有一层防氧化釉层。在使用时，在高温作用下，釉层融化并均匀分布在水口的外表，可以防止水口材料中的石墨氧化，同时还可以阻隔空气的渗入。所以水口材质要求满足以下条件：

(1)保证正常拉速下时的钢水流通量;(2)尽可能使结晶器内铸坯断面的热流分布均匀;(3)有利于保护渣的迅速熔化;(4)有利于夹杂物的上浮、不卷渣;(5)避免结晶器内钢液液面的剧烈搅动;(6)安装使用方便。

防止浸入式水口堵塞的措施有哪些?

水口的堵塞与钢水的成分、脱氧方法、浇注温度和时间、水口的材质和形状等因素有关。堵塞以铝镇静钢、含铝高的钢、稀土钢、含钛钢为严重，堵塞物的矿相组成主要是α-Al₂O₃及FeO的混合物。堵塞的原因是钢水中的脱氧产物Al₂O₃或钢中溶解的[Al]还原了耐火材料中的SiO₂产生了Al₂O₃或耐火材料本身发生氧化反应生成的Al₂O₃在水口的内壁沉积，同时在高温的作用下Al₂O₃颗粒烧结导致聚层长大。

防止浸入式水口堵塞的措施主要有两种：一种是材质防堵塞，另一种是结构防堵塞。

(1)材质防堵塞型浸入式水口：

主要是在水口的内壁复合一层具有防堵塞功能的内衬，使得钢水中的Al₂O₃与水口材料中物质生成低熔物铝酸盐，随着钢水流失，减少铝化合物在水口内壁的黏附，防止Al₂O₃的沉积。

可在内衬材料中使用CaO·ZrO₂。CaO·ZrO₂转变为立方ZrO₂;立方ZrO₂转变为斜锆石时，CaO从CaO·ZrO₂和非水化钙化物中分离后，均匀地分散在材料基质中，加速CaO与Al₂O₃的反应。为此开发了CaO-ZrO₂-C复合式浸入式水口。

由于氮化物几乎不被钢水润湿，钢水中的Al₂O₃不易黏附在水口的内壁上，同时BN与Al₂O₃的界面张力比石墨大。因此复合式浸入式水口中可使用BN基的材质，为此开发了Al₂O₃-BN-C浸入式复合水口。

(2)结构防堵塞型浸入式水口:

①带环形透气塞的浸入式水口：在氧化锆水口内部埋入多孔透气塞，氩气从外吹入使水口内表面与钢水间形成一层氩气膜，防止钢水和Al₂O₃在水口内壁黏附。②带镶嵌透气塞的浸入式水口：在水口的壁上镶有一小透气塞，通过透气塞向水口吹入氩气，在水口的内壁形成气膜，防止钢水中Al₂O₃的沉积。③狭缝吹气浸入式水口：在水口的内层设置一透气层，并在水口与透气层之间留有一条缝隙。在浇注钢水时，从外界吹入氩气使之透过透气层，在水口内壁形成一层气膜，从而阻止钢水中析出的Al₂O₃沉积，起到防止水口堵塞的目的。④阶梯形浸入式水口：该水口可防止由于钢水流再搅动所产生的不均匀性或激流。同时通过反复搅拌氩气引起的发泡作用，并在水口内表面均匀分布，从而减少Al2O3的沉积。

改善浸入式水口侵蚀的方法有哪些?

浸入式水口渣线位处结晶器钢液和保护渣界面，侵蚀严重，是水口使用过程中最薄弱部位，当局部侵蚀严重时，形成缩颈甚至导致水口断裂。提高浸入式水口使用寿命的关键是提高渣线ZrO₂-C材料的抗侵蚀性。石墨的氧化和在钢液中的溶解及渣液对ZrO₂的溶蚀是浸入式水口渣线ZrO₂-C材料在使用时所发生的两个最主要侵蚀过程。它和钢液接触时，以石墨氧化和溶解为主;它和渣液接触时，石墨与渣液不浸润，以ZrO₂溶蚀为主。减缓二者的蚀损速度，均可起到提高渣线使用寿命的作用。渣液与氧化锆的相互作用主要是渣液与ZrO₂颗粒中的杂质和CaO稳定剂的作用。其作用程度的大小与氧化锆颗粒的组成和结构有很大的关系。致密程度低的和杂质含量相对高的材质抗侵蚀性差。

改进措施主要有：在浇注过程中采用中间包上下浮动，改变保护渣与水口的接触部位，这是生产中普遍使用的办法;另外适当加厚渣线部位的尺寸，也可以提高浸入式水口的使用寿命;在原料材质方面，可以通过控制电熔氧化锆原料的品质(致密程度、稳定化率、纯度等)、氧化锆的加入量、氧化锆的粒度组成、鳞片石墨的品质、合适的添加剂等，提高浸入式水口渣线的抗侵蚀性;但过高的ZrO₂含量会导致抗热震性变差，二者比较兼顾的比例是碳含量在15%~20%之间。另外通过喷涂耐侵蚀材料和ZrB₂等材质作保护圈，也可以提高浸入式水口渣线的抗侵蚀性。

基于高温荷电发现的浸入式水口防结瘤与大尺寸夹杂物去除技术与应用

连铸工序浸入式水口的结瘤堵塞是导致大尺寸氧化铝等非金属夹杂物产生的一个重要因素。连铸是钢铁生产的重要工艺，浸入式水口(以下简称水口)是确保高效连铸的最重要功能耐火材料部件，起控制钢液流量与流场、防止钢液二次氧化等重要作用，其服役的稳定性及寿命等对钢坯质量、连铸效率和制造流程连续协同发挥着重要作用。但在汽车板钢、轴承钢等钢种的连铸中，因钢液不宜钙处理，水口的Al2O3结瘤堵塞不仅使其服役功能劣化，造成结晶器钢液流场失稳、结瘤物脱落及卷渣，导致铸坯中大尺寸夹杂物增多影响铸坯质量，甚至因结瘤堵塞使水口服役失效造成连铸中断，严重影响效率。为解决该问题，除努力使钢液洁净化外，国内外学者在优化水口材质、创新水口与塞棒结构、改善保温、保护浇注、吹氩处理以及电磁场处理等方面开展了诸多的研究，并取得一定的效果，但随着钢材高端化与高质化发展，水口结瘤堵塞问题日益突出，成为困扰汽车板钢、轴承钢等高品质高效制造的共性关键技术难题，钢铁行业高度关注。

针对浸入式水口结瘤并导致大型夹杂物产生而严重影响连铸效率和钢的质量与性能的国际难题，李红霞教授项目团队独辟蹊径，聚焦钢液中主要夹杂物Al2O3向水口壁面迁移的驱动力，基于物理学、电化学、缺陷化学、材料学、冶金学等多学科交叉融合，开展了高温连铸过程服役水口、钢液中氧化铝夹杂物的荷电特性研究，基于高温荷电特性的科学发现，从静电力角度阐释夹杂物向水口迁移与沉积等行为，发展并完善水口结瘤堵塞机理，创新抑制水口结瘤堵塞、大尺寸夹杂物去除新技术，并开展工业化应用技术研究。总体技术路线如图1所示。(来源中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司)