长水口是连铸系统中重要的功能耐火材料之一。为适应特殊钢及多钢种的冶炼,铝碳材料低碳化和低硅化是当前的发展方向,但其带来的热膨胀系数增大等问题会导致长水口在使用过程中的热应力增大,易发生热冲击断裂。为此,现今使用的长水口大多在其内壁增加一层含有大量熔融石英与漂珠的内衬材料,制成复合长水口,以缓解其本体在开浇时所受的热应力。然而,石英与漂珠的存在降低了内衬材料整体的热膨胀系数的同时,也使得内衬的抗侵蚀性降低,容易进入钢水成为夹杂;另外也是长水口寿命进一步提升的瓶颈。本课题以抗侵蚀性高的氧化铝体系内衬材料为研究对象,建立了长水口颈部最大周向应力与内衬材料物理参数模型,以抗热冲击指数P表征内衬材料是否满足使用要求(P≥2.92,可以使用;P<1.00时,不可使用;而1≤P<2.92时,可能可以使用)。研究了氧化铝空心球含量、粒径、成型压力、结合剂和添加剂对内衬材料结构与性能的影响,并对不同体系内衬材料抗钢水侵蚀性和侵蚀机理进行了研究。主要结果如下:(1)氧化铝空心球含量的增加、空心球粒径的减小和成型压力的降低可以降低材料的体积密度,提高气孔率。由此导致材料强度降低、弹性模量下降和热导率降低。抗热冲击指数随空心球含量的增加、空心球粒径的减小和成型压力的降低而升高。(2)采用木质素磺酸钙(LC)-粘土结合时,随结合剂含量增加,试样热导率和弹性模量升高,热膨胀系数无明显变化,抗热冲击指数降低。当LC含量为2 wt%时P>1,内衬材料可能满足使用要求。(3)采用磷酸二氢铝(ADP)结合时,随结合剂含量增加,试样热导率和弹性模量先升高后降低。当ADP含量大于6 wt%时,试样在500-600℃和700-800℃出现了急剧膨胀现象。抗热冲击指数先降低后升高,ADP含量为2 wt%和4 wt%时P>1,内衬材料可能满足使用要求。(4)采用氢氧化铝(H)为添加剂时,试样经950℃埋碳热处理后,氢氧化铝热解后在材料中形成连续气孔,导致材料结构疏松,从而降低了材料的体积密度、抗折强度、弹性模量和热导率,同时抗热冲击指数随氢氧化铝含量的增加而升高。当氢氧化铝含量大于6 wt%时,P>1;当氢氧化铝含量为15 wt%时,P大于2.92,内衬材料可以满足使用要求。(5)锆莫来石(MZ)的引入主要改变了材料的平均热膨胀系数,对试样的弹性模量和热导率无明显影响。随锆莫来石含量的增加,热膨胀率—温度曲线斜率变小,试样平均热膨胀系数降低。MZ/α-Al2O3(AZ)体系内衬材料,当MZ≥5 wt%时,P>1;MZ/H(HZ)体系内衬材料,P值均大于2.92。(6)含硅质内衬中的硅易于钢水中的铁和其它杂质形成低熔点相,导致内衬材料被侵蚀。而无硅质内衬主要由钢水渗透造成损毁,其抗钢水冲蚀性显著高于含硅质内衬材料。综合抗热冲击性与抗冲蚀性,H5内衬性能最优。