本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种钢包包盖轻质莫来石浇注料及其制备方法。
背景技术：
在现代钢铁生产中，节能降耗对炼钢行业是重大课题，特别是目前环保问题严峻，钢铁产能过剩，钢铁企业盈利低，节能降耗日益受到重视，轻质浇注料的发展克不容缓。目前轻质保温浇注料种类繁多，主要是通过增加浇注料中的显气孔率、降低体积密度来降低浇注料的导热系数。但是存在显气孔率提高会导致轻质浇注料的强度降低和高温力学性能差的问题，只能在较低的温度(1300℃)下使用。开发能在1300℃以上使用的高强度轻质浇注料成为重点研究方向。
随着炼钢技术的发展，钢包采取全程加盖技术已经成为一种节能降耗的重要方法。钢包加盖可以大大降低钢水的温降，保证钢水的温度，避免出钢温度高和钢包回炉反复加热以及钢水冻包的问题，以达到节能降耗的目的。钢包的包盖浇注料要求具备优异的抗热震性能、低导热系数、使用温度高(温度高于1500℃)和较高的强度(要足以抵抗钢包盖的反复调运中的抖动)等特点，在使用过程中要反复抵抗钢液的辐射热。
目前，正常使用的包盖浇注料主要有两种，第一种是耐火纤维棉，第二种是重质包盖浇注料。耐火纤维棉是采用分割成一定尺寸后，采用锚固件将纤维棉固定在包盖上，存在施工困难，安全稳定性差，使用过程中容易出现冷缩缝，使用寿命低的问题；重质包盖浇注料存在包盖重量偏大的问题，容易导致钢包出现钢包超过行车限重，无法吊运而下线。同时重质包盖抗热震性差，使用寿命偏低。
当前的轻质浇注料存在强度低，使用温度低的问题，施工过程中加水量大和流动性差等问题，无法在钢包包盖中使用。
公开号为CN 105622112 A的中国专利文献公开了一种高强度轻质保温浇注料，该方法以轻质骨料30-50％、膨胀珍珠岩10-20％、水泥5-10％、二氧化硅超细粉5-10％、固体水玻璃1-3％、硅酸铝纤维0.5-1％，使用温度低，最高使用温度只能在1300度以内；
公告号为CN 102503467 B的中国专利文献公开了轻质隔热保温浇注料，主要原料包括玻化微珠、闭孔珍珠岩、漂珠、高尔夫型莫来石空心球、硅灰、白泥、陶瓷除尘粉、高铝水泥、固体水玻璃，浇注料中另外还添加有分散剂和铝硅溶胶。所述浇注料中另外还添加有硅酸铝纤维，强度低，使用温度低；
公开号为CN 106278295 A的中国专利文献公开了一种轻质隔热浇注料及其制备方法，由以下原料制备所得，页岩陶粒、漂珠、二氧化硅粉、焦宝石、高铝水泥、氧化镁粉、活性矾土、硫酸铝粉。本发明提供的轻质隔热浇注料，可以耐高温、保温效果好，并且强度高、密度小、硬化快，满足钢铁生产高温的要求,使用温度低。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种具有生产简单、生产效率高、现场施工方便、加水量低、施工性好、体积密度低、导热系数低，抗热震性能优异、强度高、高温体积稳定性好和使用温度高达1550℃等特点的钢包包盖轻质莫来石浇注料。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，包括骨料和基质，按照重量份数包括：
骨料：轻质莫来石球30～70份，
基质：板状刚玉0～15份、莫来石颗粒0～15份、氧化铝微粉5～15份、莫来石微粉5～15份、硅微粉0～8份、结合剂5～15份、减水剂0.1～0.4份。
本发明采用轻质莫来石球作为骨料，轻质莫来石球具有强度高和吸水率低的特点，制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料加水量低，具有体积密度低、导热系数低、施工性能好、抗热震性能优异、强度高、高温体积稳定性好和使用温度高达1550℃等特点，是重质浇注料、耐火纤维棉和其它轻质浇注料难以达到的。
所述轻质莫来石球为等粒径球形颗粒，颗粒尺寸范围为8～0.1mm，球的体积密度为1.8～1.2g/cm3，显气孔率为25～70％，吸水率低于25％，制备浇注料的加水量为6～9wt％。普通轻质莫来石颗粒的吸水率为35～40％，施工过程中加水量一般在15～25wt％，存在施工过程中加水量大和流动性差等问题，无法在钢包包盖中使用，同时会导致轻质浇注料的强度降低和高温力学性能下降，只能在较低温度下使用。
所述板状刚玉的Al2O3含量≥99％，体积密度大于3.50g/cm3。
所述莫来石颗粒的Al2O3含量≥55％，粒径为5～0mm。
所述氧化铝微粉为煅烧氧化铝微粉或活性氧化铝微粉，粒径D50≤5um。
所述莫来石微粉为煅烧莫来石微粉，粒径D50≤5um。
所述硅微粉的SiO2含量≥90％，粒径D50≤2um。
所述结合剂为铝酸钙水泥、p-Al2O3和硅溶胶中的至少一种。
所述减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物或聚羧酸减水剂。
作为优选，所述钢包包盖轻质莫来石浇注料按照重量份数包括：
骨料：轻质莫来石球50～70份，
基质：莫来石颗粒0～15份、氧化铝微粉5～15份、莫来石微粉5～15份、硅微粉0～4份、结合剂5～8份、减水剂0.1～0.4份。
进一步优选，所述钢包包盖轻质莫来石浇注料按照重量份数包括：
骨料：轻质莫来石球50～65份，
基质：板状刚玉0～15％、莫来石颗粒0～10份、氧化铝微粉5～10份、莫来石微粉5～15份、硅微粉0～4份、结合剂5～8份、减水剂0.1～0.4份。
在该优选范围内，所述钢包包盖轻质莫来石浇注料体积密度低、导热系数低，抗热震性能优异、强度高、高温体积稳定性好和使用温度高达1550℃。
所述钢包包盖轻质莫来石浇注料的体积密度为1.8～2.4g/cm3，显气孔率为30～50％，导热系数为500℃下0.250～0.675W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为20～50MPa，抗折强度为3～7MPa；1550℃处理3h耐压强度为35～60MPa，抗折强度为8～14MPa，残存线变化率为-0.5～0.8％。
一种上述钢包包盖轻质莫来石浇注料的制备方法，包括：先将基质部分混合均匀，再加入轻质莫来石球，混合均匀包装即可。
在施工地点，将混合均匀的散装料放入搅拌机中，加水6～9wt％，搅拌3～5min，具有较好的流动性后，倒入模具即待浇注部位，或直接涂抹施工。室温自然养护24～48h，即可进行烘烤处理。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(1)本发明采用8～0.1mm的轻质莫来石球作为骨料，轻质莫来石球具有强度高和吸水率低，制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料的加水量显著降低，具有施工性能好，抗热震性能优异、强度高、高温体积稳定性好和使用温度高达1550℃等特点。
(2)本发明采用浇注方式成型，具有生产简单、生产效率高、现场施工方便，且能够浇注不同形状的钢包包盖，同时可以采用局部浇注来对钢包包盖进行维修。
(3)本发明制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为1.8～2.4g/cm3，显气孔率为30～50％，导热系数为500℃下0.250～0.675W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为20～50MPa，抗折强度为3～7MPa；1550℃处理3h耐压强度为35～60MPa，抗折强度为8～14MPa，残存线变化率为-0.5～0.8％。
因此本发明具有生产简单、生产效率高、现场施工方便、体积密度低、导热系数低，抗热震性能优异、强度高、高温体积稳定性好和使用温度高达1550℃等特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
为了避免重复，先将本具体实施方式涉及到的原料统一描述如下，实施例中将不在赘述：
所述轻质莫来石球为等粒径球形颗粒，颗粒尺寸范围为8～0.1mm，球的体积密度为1.8～1.2g/cm3，显气孔率为25～70％，吸水率低于25％；
所述板状刚玉的Al2O3含量≥99％，体积密度大于3.50g/cm3；
所述莫来石颗粒的Al2O3含量≥55％；
所述氧化铝微粉为煅烧氧化铝微粉或活性氧化铝微粉，粒径D50≤5um；
所述莫来石微粉为煅烧莫来石微粉，粒径D50≤5um；
所述硅微粉的SiO2含量≥90％，粒径D50≤2um。
对比例1
一种钢包包盖重质矾土质浇注料，按照重量份数：以15～0mm 88级矾土57份为骨料，氧化铝微粉5份、莫来石微粉5.5份、硅微粉1份、结合剂6份，减水剂0.4份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入矾土颗粒，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水6～8wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，即可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂是铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物，质量比例为1:1。
本实施例制备的钢包包盖重质矾土质浇注料经过检测：体积密度为2.85g/cm3，显气孔率为14％，导热系数为500℃下0.75W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为40MPa，抗折强度为8MPa；1550℃处理3h耐压强度为70MPa，抗折强度为13MPa，残存线变化率为-1.0～-0.5％，高温下收缩大。包盖使用寿命最高为500次。
实施例1
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～3mm的轻质莫来石球30份为骨料，15～0mm板状刚玉5份，氧化铝微粉5.5份、莫来石微粉5.5份、硅微粉1.5份、结合剂6.5份、减水剂0.4份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水6～8wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂为铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物，质量比例为1:1。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为2.4g/cm3，显气孔率为30％，导热系数为500℃下0.675W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为50MPa，抗折强度为7MPa；1550℃处理3h耐压强度为55MPa，抗折强度为14MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于对比例1中的重质包盖，包盖单重下降15％。包盖使用寿命最高为800次。
实施例2
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～3mm的轻质莫来石球33份为骨料，15～0mm板状刚玉5.5份，氧化铝微粉5份、莫来石微粉5份、硅微粉1份、结合剂6份、减水剂0.3份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水6～8wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂为铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物，质量比例为1:1。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为2.35g/cm3，显气孔率为33％，导热系数为500℃下0.625W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为45MPa，抗折强度为6MPa；1550℃处理3h耐压强度为50MPa，抗折强度为13MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降15％。包盖使用寿命最高为800次。
实施例3
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～2mm的轻质莫来石球50份为骨料，5～0mm莫来石颗粒10份，氧化铝微粉8.5份、莫来石微粉5.5份、硅微粉3.5份、结合剂7.5份，减水剂0.4份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水6～8wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂是p-Al2O3；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物，质量比例为1:1。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为2.00g/cm3，显气孔率为35％，导热系数为500℃下0.400W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为30MPa，抗折强度为6MPa；1550℃处理3h耐压强度为50MPa，抗折强度为10MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降30％。包盖使用寿命最高为1000次。
实施例4
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～2mm的轻质莫来石球53份为骨料，5～0mm莫来石颗粒10份，氧化铝微粉8份、莫来石微粉5份、硅微粉3份、结合剂7份，减水剂0.3份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水6～8wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为1.95g/cm3，显气孔率为38％，导热系数为500℃下0.350W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为30MPa，抗折强度为5MPa；1550℃处理3h耐压强度为35MPa，抗折强度为8MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降30％。包盖使用寿命最高为1000次。
实施例5
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～0.5mm的轻质莫来石球60份为骨料，氧化铝微粉8.5份、莫来石微粉5.5份、硅微粉3.5份、结合剂8.5份、减水剂0.3份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水6～8wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂是铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物，质量比例为1:1。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为1.90g/cm3，显气孔率为40％，导热系数为500℃下0.320W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为30MPa，抗折强度为6MPa；1550℃处理3h耐压强度为45MPa，抗折强度为10MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降33％。包盖使用寿命最高为1200次。
实施例6
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～0.5mm的轻质莫来石球63份为骨料，氧化铝微粉8份、莫来石微粉5份、硅微粉3.5份、结合剂8.5份、减水剂0.4份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水6～8wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂是铝酸钙水泥；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物，质量比例为1:1。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为1.85g/cm3，显气孔率为43％，导热系数为500℃下0.310W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为30MPa，抗折强度为6MPa；1550℃处理3h耐压强度为30MPa，抗折强度为8MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降33％。包盖使用寿命最高为1200次。
实施例7
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～0.1mm的轻质莫来石球62份为骨料，5～0mm莫来石颗粒10份，氧化铝微粉8.5份、莫来石微粉5.5份、硅微粉2份、结合剂8.5份，减水剂0.3份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水5～7wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂是硅溶胶；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物，质量比例为1:1。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为1.83g/cm3，显气孔率为45％，导热系数为500℃下0.300W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为25MPa，抗折强度为4MPa；1550℃处理3h耐压强度为55MPa，抗折强度为15MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降45％。包盖使用寿命最高为900次。
实施例8
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～0.1mm的轻质莫来石球65份为骨料，5～0mm莫来石颗粒8份，氧化铝微粉8份、莫来石微粉5份、硅微粉2份、结合剂8份，减水剂0.4份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水5～7wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂是硅溶胶；减水剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物，质量比例为1:1。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为1.80g/cm3，显气孔率为48％，导热系数为500℃下0.290W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为25MPa，抗折强度为4MPa；1550℃处理3h耐压强度为50MPa，抗折强度为10MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降45％。包盖使用寿命最高为900次。
实施例9
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～0.1mm的轻质莫来石球70份为骨料，15～0mm板状刚玉15份，5～0mm莫来石颗粒3份，氧化铝微粉15份、莫来石微粉15份、结合剂15份、减水剂0.1份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水5～7wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂是硅溶胶；减水剂为聚羧酸减水剂。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为1.80g/cm3，显气孔率为50％，导热系数为500℃下0.270W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为25MPa，抗折强度为4MPa；1550℃处理3h耐压强度为55MPa，抗折强度为14MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降45％。包盖使用寿命最高为900次。
实施例10
一种钢包包盖轻质莫来石浇注料，按照重量份数：以8～0.1mm的轻质莫来石球70份为骨料，15～0mm板状刚玉3份，5～0mm莫来石颗粒15份，氧化铝微粉5份、莫来石微粉5份、结合剂10份、减水剂0.3份为基质部分。
先将基质部分混合均匀，再加入骨料轻质莫来石球，混合3～5min均匀包装即可。将混合均匀的散装料加入搅拌机，加入水5～7wt％，搅拌3～4min，具有较好的流动性后，倒入钢包盖中振动浇注成型，室温养护24～48h，可上线烘烤使用。
本实施例中结合剂是硅溶胶；减水剂为聚羧酸减水剂。
本实施例制备的钢包包盖轻质莫来石浇注料经过检测：体积密度为1.80g/cm3，显气孔率为50％，导热系数为500℃下0.255W/(m·K)，110℃处理24h耐压强度为25MPa，抗折强度为3MPa；1550℃处理3h耐压强度为60MPa，抗折强度为14MPa，残存线变化率为0～0.8％。对比于重质包盖，包盖单重下降45％。包盖使用寿命最高为900次。