ZrO2是先進(jìn)陶瓷材料家族中重要的一員，在許多工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。作為耐火材料，ZrO2具有極其優(yōu)異的性能，如熔點(diǎn)高、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)高、化學(xué)穩(wěn)定性好、高溫蒸汽壓低、不易被熔融金屬潤濕和溶解以及抗酸性物質(zhì)的侵蝕能力強(qiáng)等，是鋼鐵連鑄系統(tǒng)用理想的耐火材料。目前，ZrO2質(zhì)耐火材料發(fā)展迅速，已成為耐火材料領(lǐng)域的重要材料之一。如盛鋼桶渣線用鋯英石磚或鋯英石澆注料以及MgO-ZrSiO4澆注料;滑動(dòng)水口孔用ZrO2內(nèi)襯;水平連鑄用ZrO2質(zhì)定徑水口;鋼液過濾器用ZrO2或ZrO2-Al2O3、ZrO2-CaO、ZrO2-MgO等材質(zhì)。此外，浸入式水口磚也由Al2O3-C質(zhì)發(fā)展至Al2O3-ZrO2-C質(zhì)。

　　耐火材料中ZrO2的引入，通常有直接引入法和預(yù)合成含ZrO2熟料的間接引入法。由于ZrO2具有晶相轉(zhuǎn)變并伴隨體積變化，所以在生產(chǎn)引入ZrO2的耐火材料時(shí)，當(dāng)ZrO2的加入量在比較小的范圍內(nèi)時(shí)，可采用直接加入法，熔鑄制品不受這一范圍的限制。預(yù)合成含ZrO2合成料的方法則適用于整個(gè)范圍，采用燒結(jié)工藝或電熔工藝均可預(yù)合成ZrO2復(fù)合原料。

　　1、電熔鋯剛玉性質(zhì)

　　電熔鋯剛玉是含氧化鋯的重要耐火原料之一，它是在工業(yè)氧化鋁或鋁礬土中加入氧化鋯(或脫硅鋯)以及鋯英砂于電弧爐中經(jīng)熔融而制得的，電熔鋯剛玉的主晶相為α-Al2O3，次晶相為斜鋯石，并存在少量玻璃相，外觀一般呈灰褐色。根據(jù)ZrO2的含量不同，電熔鋯剛玉可分為低電熔鋯剛玉(ZrO2約10%~15%)，中電熔鋯剛玉(ZrO2約25%)和高電熔鋯剛玉(ZrO2約40%)。

　　鋯剛玉磚

　　高振昕等通過實(shí)驗(yàn)配制了Al2O3-ZrO2系含ZrO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為25%，30%，35%，40%，45%和48%的6個(gè)組成的試樣，并于電爐中將試樣熔融后快速冷卻。借助SEM-EDS研究了試樣的顯微結(jié)構(gòu)，得到如下結(jié)論：1、在含ZrO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%~40%的試樣中可觀察到初晶剛玉和細(xì)卵狀共晶相組成;2、在含ZrO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%~48%的試樣中可觀察到初晶ZrO2相和細(xì)卵狀共晶顯微結(jié)構(gòu);3、借助EDS測(cè)定了含ZrO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%和45%兩試樣的共晶組成，其結(jié)果為含ZrO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.3±0.4。依相平衡原理賦予了共晶(eutectic)的定義：均勻的、細(xì)膩的、無析晶先后次序的兩相(多相)組成。并指出Al2O3-ZrO2系無化合物，其共晶為剛玉和斜鋯石(m-ZrO2)兩相組合。但實(shí)際上往往是m-ZrO2和t-ZrO2(或m-ZrO2和c-ZrO2)兩相共存，即二元系三相共晶，只是在研究共晶組成時(shí)將m-;t-和c-3個(gè)相視為一個(gè)ZrO2相而已。該共晶結(jié)構(gòu)的特征是：因剛玉晶面生長速度較快，常形成三方晶系自范性的基晶(外形)，其中密布定向排列ZrO2微粒。

　　2、電熔鋯剛玉在耐火材料中的應(yīng)用研究

　　鐘香崇院士曾對(duì)我國今后耐火材料發(fā)展方向進(jìn)行了展望，指出應(yīng)該利用我國豐富的資源研究開發(fā)出一系列有特色的優(yōu)質(zhì)合成料，包括均質(zhì)料、改性料和轉(zhuǎn)型料。例如，高鋁礬土通過電熔工藝可除去大部分雜質(zhì)(減法)，再加入適量有益氧化物(如氧化鋯)又可進(jìn)一步改善性能(加法)。這樣制成的優(yōu)質(zhì)電熔鋯剛玉莫來石系列改性料成本較低，價(jià)格適宜，且以高鋁礬土和鋯英砂為原料制備的該系列礬土基電熔合成料的性能與同系列的氧化鋁基合成料相當(dāng)。

　　陳方等通過研究質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%、6%、9%、12%的礬土基鋯剛玉等量替代鋁碳材料中的石墨對(duì)其常溫物理性能、熱態(tài)強(qiáng)度和抗氧化性的影響，并采用SEM分析燒成后試樣的顯微結(jié)構(gòu)。得到了如下結(jié)論：隨著礬土基鋯剛玉加入量的增加，試樣的顯氣孔率下降，體積密度增加，常溫和高溫抗折強(qiáng)度升高，抗氧化能力增強(qiáng);礬土基鋯剛玉的加入量超過6%，試樣的抗熱震性顯著下降;礬土基鋯剛玉取代碳的量不宜超過6%。

　　隨著我國優(yōu)質(zhì)品種鋼需求量的增加，鋼水在質(zhì)和量上不斷提出新要求。為適應(yīng)此狀況，采用惰性氣體強(qiáng)制攪拌鋼水以提高生產(chǎn)率和鋼水潔凈度。作為鋼水二次精煉用主要設(shè)備的鋼包，其內(nèi)襯耐火材料的使用條件也日益苛刻。目前，國內(nèi)外鋼包用耐火材料普遍采用鋁鎂澆注料。但對(duì)熱震穩(wěn)定性要求極高的鋼包吹氣部位而言，則可通過添加鋯剛玉來改善自結(jié)合鋁鎂澆注料的熱震穩(wěn)定性。

　　在大中型鋼包上，高純Al2O3-MgO澆注料和Al2O3-尖晶石澆注料被廣泛應(yīng)用，但Al2O3-MgO澆注料容易出現(xiàn)裂紋，爐渣沿裂紋滲透到澆注料內(nèi)部，加快了侵蝕，降低了包襯使用壽命。盡管ZrO2與Al2O3所形成的復(fù)合氧化物具有抗侵蝕性好、抗熱震性好及強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但由于純ZrO2成本太高，限制了其推廣應(yīng)用。張艷利等利用新開發(fā)的礬土基電熔鋯剛玉作細(xì)粉，研究了礬土基電熔鋯剛玉對(duì)Al2O3-MgO鋼包澆注料性能的影響，并得到如下結(jié)論：(1)礬土基電熔鋯剛玉可以促進(jìn)Al2O3-MgO澆注料的燒結(jié)，從而改善澆注料的常溫物理性能;(2)礬土基電熔鋯剛玉的引入對(duì)Al2O3-MgO澆注料的抗熱震性影響不大;(3)礬土基電熔鋯剛玉的引入對(duì)Al2O3-MgO澆注料的高溫抗折強(qiáng)度和抗渣侵蝕性略有負(fù)面影響，這主要和礬土基電熔鋯剛玉中的雜質(zhì)在高溫下生成液相有關(guān)。