一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖及其制备方法与流程

本申请属于冶金耐火材料，特别是涉及一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖及其制备方法。

背景技术：

1、中间包是钢铁连铸工艺的核心过渡设备，承担着分流钢液、稳定钢水流速、净化钢质、保温储钢的关键作用，而中间包包盖是包裹在中间包上方的核心保温隔热构件，其性能直接决定中间包内部钢液温度稳定性、生产能耗以及设备使用寿命。

2、目前工业应用的中间包包盖多采用致密耐火浇注料、传统多孔保温材料制备，存在诸多技术缺陷：其一，传统包盖采用致密刚玉、高铝矾土熟料等为骨料，体积密度大、致密性过高、整体自重较大，增加中间包承载负荷，设备吊装、检修、更换作业难度大，劳动强度高，且长期重载运行易造成中间包壳体变形、老化，降低设备服役寿命；其二，常规多孔包盖孔隙结构杂乱、孔径大小不均、开孔率高，多为连通孔隙结构，空气对流散热严重，导热系数偏高，保温隔热性能差，无法有效抑制中间包钢水温降，连铸过程中需频繁补热升温，大幅增加冶金能耗，同时易导致钢液温度波动，影响铸坯质量，产生裂纹、疏松等缺陷；其三，现有中间包包盖孔隙结构稳定性差，在高温热冲击、钢水辐射热、炉内气流冲刷的交变工况下，孔隙易坍塌、变形、堵塞，保温性能快速衰减，使用寿命短，需频繁更换，大幅提升企业生产成本，影响连铸生产连续性；其四，传统制备工艺无法精准调控微孔孔径、孔隙率及孔隙分布，产品一致性差，长效服役性能不足，难以适配现代化高效、节能、长效化的连铸生产需求。

3、综上，现有中间包包盖存在自重偏大、保温效果差、热稳定性弱、使用寿命短、产品性能一致性低等问题，因此研发一种轻量化、微孔结构可控、长效保温、耐高温抗热震的中间包包盖具有重要的现实意义和工业价值。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请提供一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖及其制备方法。

2、本申请首先提供一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖，由以下质量百分比的原料制备而成：轻质耐火骨料35%-45%、超细耐火粉体25%-35%、复合粘结剂8%-12%、复合造孔剂3%-6%、功能性助剂1%-3%、余量为去离子水；所述复合粘结剂是由铝酸盐水泥与二氧化硅溶胶按照质量比为（2.5-3.5）:1复合而成；所述复合造孔剂是由空心聚合物微球、木质纤维粉、碳酸氢铵按质量比（0.8-1.2）:（0.8-1.2）:（0.4-0.6）复合而成。

3、进一步优选的，所述轻质耐火骨料是由高铝空心微珠与轻质莫来石颗粒按质量比（1.5-2.5）:1复配而成，粒径为0.1-1.5mm。

4、进一步优选的，所述二氧化硅溶胶的固含量为20%-30%，ph为9-10.5，二氧化硅颗粒粒径为10-20nm。

5、进一步优选的，所述超细耐火粉体是由氧化铝超细粉、硅微粉、高岭土超细粉按质量比（2.5-3.5）:（1.5-2.5）:1复配而成，粒径≤5μm。

6、进一步优选的，所述空心聚合物微球为空心聚甲基丙烯酸甲酯微球、空心聚苯乙烯微球和聚合物发泡微球中的一种或多种，粒径为20-50μm；所述木质纤维粉的长度为100-500μm。

7、进一步优选的，所述功能性助剂是由高温抗水剂、分散剂、增韧剂按照质量比1:（2-4）:（7-15）复配而成；所述高温抗水剂为柠檬酸或酒石酸；和/或，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚羧酸系高性能减水剂中的一种或多种；和/或，所述增韧剂为耐热不锈钢纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或多种。

8、进一步优选的，所述功能性助剂中还包含自修复微胶囊，所述自修复微胶囊的制备方法包括如下步骤：将氧化硼粉末分散于醇水介质中，形成悬浮液，调节ph为9-10，加入正硅酸四乙酯，进行反应，经洗涤、干燥后，在400-500℃下处理1-3h，即可。

9、进一步优选的，所述氧化硼与正硅酸四乙酯的质量比为1:（1-3）。

10、本申请还提供一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖的制备方法，包括如下步骤：

11、s1：将轻质耐火骨料筛分除杂，将超细耐火粉体在110-120℃烘干，将复合造孔剂低温粉碎、过筛，获得预处理原料；

12、s2：将预处理后的轻质耐火骨料与超细耐火粉体干混，加入预处理后的复合粘结剂和功能性助剂，继续混合后，分次加入去离子水和复合造孔剂，获得浇注浆料；

13、s3：将浇注浆料分层注入中间包包盖模具，采用分步振动工艺成型，成型后静置自然养护10-18h，获得包盖坯体；

14、s4：采用分段梯度升温工艺对包盖坯进行干燥：先以3-7℃/min的速率升温至70-90℃，保温3-5h，然后以6-10℃/min的速率升温至140-160℃，保温5-7h，再以8-12℃/min的速率升温至210-230℃，保温6-10h，自然降温至室温；

15、s5：以10-20℃/min的速率升温至420-480℃，保温2-4h，再以8-12℃/min的速率升温至850-950℃，恒温烧结4-6h，随炉冷却后进行后期精整处理，即可。

16、进一步优选的，所述步骤s3中，分步振动工艺成型采用逐层浇筑，逐层振动的方式，每层浆料厚度为20-30mm，振动频率为50-60hz，单次振动时间为30-40s。

17、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

18、1、本申请采用三元复合造孔体系，实现分阶段可控造孔，调控微孔孔径，实现高闭孔率结构，有效阻断空气对流散热，降低导热系数，提升保温性能；同时微孔均匀分布，避免局部散热过快问题，提升保温均匀性。

19、2、本申请引入自修复微胶囊，使中间包包盖在应用过程中当受到热震或机械冲击产生微裂纹时，释放氧化硼至裂纹缝隙中，填充裂纹缝隙，在高温下与二氧化硅反应，生成硼硅酸盐玻璃网络，填充和密封裂纹，抑制裂纹扩展，从提高包盖的热震稳定性。

20、3、本申请采用分步振动成型、分段梯度升温干燥、低温保温烧结的制备工艺，有效避免微孔结构在成型、干燥、烧结过程中坍塌、变形、贯通，保障微孔结构完整性与稳定性。

1.一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖，其特征在于：由以下质量百分比的原料制备而成：轻质耐火骨料35%-45%、超细耐火粉体25%-35%、复合粘结剂8%-12%、复合造孔剂3%-6%、功能性助剂1%-3%、余量为去离子水；所述复合粘结剂是由铝酸盐水泥与二氧化硅溶胶按照质量比为（2.5-3.5）:1复合而成；所述复合造孔剂是由空心聚合物微球、木质纤维粉、碳酸氢铵按质量比（0.8-1.2）:（0.8-1.2）:（0.4-0.6）复合而成；所述轻质耐火骨料是由高铝空心微珠与轻质莫来石颗粒按质量比（1.5-2.5）:1复配而成，粒径为0.1-1.5mm；所述超细耐火粉体是由氧化铝超细粉、硅微粉、高岭土超细粉按质量比（2.5-3.5）:（1.5-2.5）:1复配而成，粒径≤5μm。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖，其特征在于：所述二氧化硅溶胶的固含量为20%-30%，ph为9-10.5，二氧化硅颗粒粒径为10-20nm。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖，其特征在于：所述空心聚合物微球为空心聚甲基丙烯酸甲酯微球、空心聚苯乙烯微球和聚合物发泡微球中的一种或多种，粒径为20-50μm；所述木质纤维粉的长度为100-500μm。

4.根据权利要求1所述的一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖，其特征在于：所述功能性助剂是由高温抗水剂、分散剂、增韧剂按照质量比1:（2-4）:（7-15）复配而成；所述高温抗水剂为柠檬酸或酒石酸；和/或，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、聚羧酸系高性能减水剂中的一种或多种；和/或，所述增韧剂为耐热不锈钢纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维、碳纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖，其特征在于：所述功能性助剂中还包含自修复微胶囊，所述自修复微胶囊的制备方法包括如下步骤：将氧化硼粉末分散于醇水介质中，形成悬浮液，调节ph为9-10，加入正硅酸四乙酯，进行反应，经洗涤、干燥后，在400-500℃下处理1-3h，即可。

6.根据权利要求5所述的一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖，其特征在于：所述氧化硼与正硅酸四乙酯的质量比为1:（1-3）。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种轻量化微孔结构长效保温中间包包盖的制备方法，其特征在于：所述s3中，分步振动工艺成型采用逐层浇筑，逐层振动的方式，每层浆料厚度为20-30mm，振动频率为50-60hz，单次振动时间为30-40s。