本发明属于不定形耐火材料技术领域，具体涉及一种轻质节能久层发泡浇注料及其制备方法。
背景技术：
中间包是炼钢连铸生产中的一个关键设备，是由间歇操作转向连续操作的衔接点。它是一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由水口分配到各个结晶器中去。中间包的耐火衬主要由工作层和永久层构成，工作层直接与钢水接触，永久层位于工作层之后，主要起到保温和安全的作用。
为了节省筑炉费用，提高内衬使用寿命和满足优质钢生产的要求,中间包永久层目前一般采用耐火浇注料整体浇注，浇注料材质通常为铝硅质(高铝或莫来石)，以铝酸钙水泥为粘合剂，主要原料包括粗细搭配的高铝矾土骨料(或焦宝石、红柱石、蓝晶石等骨料)，以及氧化铝细粉、硅微粉等。
现有技术更多地从提高永久层浇注料的使用寿命和降低成本的角度来解决问题，如通过改善原料配方和施工工艺来提高浇筑料的抗热震性、结构强度和耐用性，通过采用廉价原料或回收料来降低成本等，而在提高永久层浇注料的保温性能和节能效果方面，未能充分重视。
技术实现要素：
本发明要解决的第一问题是提供一种轻质节能中间包永久层发泡浇注料。
采用的固体原料及各组分重量百分数含量为：
另，采用的液体原料及各组分占固体原料总重量的百分数含量为：
所述颗粒级配的轻质莫来石骨料，体积密度0.9～1.4g/cm3。
所述氧化铝细粉的al2o3含量≥99wt％、平均粒径2～5μm、晶相为α-al2o3。
所述硅微粉的sio2含量≥92wt％、平均粒径0.1～0.3μm。
所述氧化铝空心球的al2o3含量≥99wt％、球径0.2～1mm；填充在轻质莫来石骨料形成的空间骨架空隙中。
所述莫来石纤维的al2o3含量为72～76％、直径2～20μm，长度0.1～1mm；所述防爆纤维是指聚丙烯纤维，直径约40μm、长度3～6mm。
所述铝酸钙水泥是指氧化铝含量70～80％的纯铝酸钙水泥。
所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或两种共用；所述分散剂为异丁烯与马来酸交替共聚的水溶性聚合物、预糊化淀粉中的一种或两种共用；所述发泡促进剂是指碳酸氢铵，纯度≥98％。
所述硅溶胶是指粒径几到几十纳米的sio2颗粒分散于水中的胶体溶液，sio2含量30wt％左右；所述发泡剂是指双氧水，优选浓度为28～30wt％；利用h2o2的自分解反应2h2o2＝2h2o+o2↑，在液相中生成o2来制造微小气泡。
本发明第二要解决的问题是提供一种轻质节能中间包永久层发泡浇注料的制备方法：
(1)混料：将上述固体原料按比例混合均匀获得干混料；将水和硅溶胶混合均匀获得混合液体；在持续搅拌情况下，将干混料加入混合液体中，随后加入发泡剂，搅拌混合均匀；
(2)发泡：将浆料浇入中间包模腔中，常温发泡，1～3小时内完成发泡过程且浇注料同步凝固；养护2～3天后，拆模；
(3)烘干：采用燃气火焰烤包，控制烘烤温度，逐步升温，烘干浇注料，其中100～300℃烘2～4天，300～1100℃烘2～3天，1100～1400℃烘1～2天。
本发明的有益效果：
本发明通过采用轻质骨料和空心球，结合采用发泡技术，制备得到的发泡浇注料的体积密度仅为1.0～1.4g/cm3，大约是传统低水泥自流浇注料的体积密度(2.0～2.8g/cm3)的一半，作为中间包永久层使用时，不仅轻质节能，而且同等体积材料用量减少一半，制备成本大幅降低；
本发明通过调节发泡剂和发泡促进剂的用量，以及水泥减水剂的用量，可以控制发泡速度和发泡时间，从而与水泥凝固过程较好地同步匹配，使气泡更多的凝固在材料内部，气泡细小、分散均匀，可获得良好的发泡效果；并通过采用轻质骨料、空心球，以及合适的分散剂，使得各组分在发泡浆料中分散均匀、稳定悬浮，无分层现象；本发明通过适当提高铝酸钙水泥用量，并采用硅溶胶作为粘结增强剂，协同提高了发泡浇注料的强度；采用轻质骨料和纤维增强增韧，改善了发泡浇注料的抗热震性能；本发明通过采用高纯氧化铝粉料和空心球等原料，并通过合理的原料配比，使得浇筑料中al2o3总体含量≥70wt％，主晶相为莫来石，体系中影响耐火度的na+等杂质离子含量低，所得发泡浇注料耐高温性能良好，经实测，试样在1600℃*6h的永久加热线收缩≤1％，优于传统浇注料；
实测传统低水泥自流浇注料试样(体积密度2.07g/cm3)的热面800℃导热系数为0.521w/m·k，本发明发泡浇注料试样(体积密度1.03g/cm3)的热面800℃导热系数为0.264w/m·k，相比下降约一半。对比实测本发明发泡浇注料试样与传统浇注料试样的实际隔热效果，两种材料试样厚度均为12厘米，当材料前面温度为1300℃时(近似实际工况中永久层与工作层之间界面温度)，传统浇注料的背面温度为295℃，本发明发泡浇注料的背面温度为166℃，相比下降了129℃。可见，本发明发泡浇注料的实际保温效果显著优于传统低水泥自流浇注料，作为中间包永久层使用时，可大量减少包内钢水的散热损耗，缩小包内钢水的温降变化，有助于把中间包钢水控制在更为精确合理的浇筑温度范围内，改善钢坯结晶质量。
具体实施方式
实施例1：
本发明的发泡浇注料具有“主材质为铝硅质、主晶相为莫来石、al2o3含量70wt％以上、泡沫结构含大量微小气孔、显气孔率60～72％、体积密度1.0～1.4g/cm3”等技术特征，具有导热系数低、轻质节能的性能特点，兼具较高的强度、抗热震性和耐高温性能。
本发明的发泡浇注料，其采用的固体原料及各组分重量百分数含量为：
另，采用的液体原料及各组分占固体原料总重量的百分数含量为：
水10～20％
硅溶胶5～10％
发泡剂1～3％
所述颗粒级配的轻质莫来石骨料，是指采用体积密度0.9～1.4g/cm3、结构中含有大量微小气孔的、经发泡或造孔法获得的轻质莫来石耐火砖或本发明的轻质发泡莫来石浇注料为原料(优选已经高温使用过的回收料，强度高、价格底且实现资源回用)，经去除表面污染杂质、破碎筛分而获得不同粒度大小的粗细颗粒，使用时再按照重量比为粗颗粒(粒度6～10mm):中颗粒(粒度3～6mm):细颗粒(粒度1～3mm)＝1:1.5～2.5:1.5～2.5的比例，粗细搭配混合均匀而获得的颗粒状骨料混合物；
所述氧化铝细粉的al2o3含量≥99wt％、平均粒径2～5μm、晶相为α-al2o3；
所述硅微粉的sio2含量≥92wt％、平均粒径0.1～0.3μm；
所述氧化铝空心球的al2o3含量≥99wt％、球径0.2～1mm；利用其空心、质轻、易悬浮的特性，填充在轻质莫来石骨料形成的空间骨架空隙中，改善发泡浆料的悬浮稳定性，使各组分分散更加均匀，有效降低浇注料的体积密度，并提高浇注料凝固后的强度；利用其纯度高、荷软温度高、高温收缩小的特性，改善浇注料的耐高温性能，减少浇注料在烘干阶段和使用过程中的尺寸收缩；
所述莫来石纤维的al2o3含量为72～76％、直径2～20μm，长度0.1～1mm；主要起增强增韧作用，防止浇注料在凝固和烘干阶段出现龟裂，提高浇注料的抗热震性，并提高浇注料的耐高温性能，减少高温收缩；
所述防爆纤维是指聚丙烯纤维，直径约40μm、长度3～6mm；其作用主要是防爆裂，在烘干阶段熔化碳化形成网络微小气孔，作为水汽通道，加速浇注料内部水分排出，以防浇注料爆裂，缩短烘干周期；
所述铝酸钙水泥是指氧化铝含量70～80％的纯铝酸钙水泥；
所述减水剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或两种共用；因本发明发泡需要的用水量比传统浇注料多一倍左右，故减水剂用量相对减少，同时起到缩短水泥凝固时间、减少体系钠离子含量、提高浇注料耐温性的目的；
所述分散剂为isobam(异丁烯与马来酸交替共聚的水溶性聚合物)、预糊化淀粉中的一种或两种共用，具有分散、增稠、稳定悬浮等作用，可对发泡浆料各组分特别是不同密度的粉料以及气泡等实现良好的均匀分散和悬浮稳定效果。
所述硅溶胶是指粒径几到几十纳米的sio2颗粒分散于水中的胶体溶液，sio2含量30wt％左右，呈碱性；其作用一是提高粉体的分散性和悬浮稳定性，相应改善了料浆的流动性；二是提高了浇注料凝固及烘干后的结合强度，三是包裹在氧化铝粉料四周，有利于高温下的莫来石化反应，莫来石化反应的体积膨胀效应可抵消部分高温线收缩，形成的针状莫来石晶体穿插在材料结构中，还可有效提高浇筑料的强度和抗热震性能；
所述发泡剂是指双氧水，优选浓度为28～30wt％；利用h2o2的自分解反应2h2o2＝2h2o+o2↑，在液相中生成o2来制造微小气泡，实现浆料发泡的目的，其优点是可室温分解发泡，且不会引入任何降低体系耐火度的杂质金属离子，不产生有毒有害气体，绿色环保。
所述发泡促进剂是指碳酸氢铵，纯度≥98％；其作用机理是溶于水后呈碱性，并自分解释放出nh3，可促进双氧水的分解反应；同时对料浆悬浮也有一定的稳定作用。
实施例2：一种轻质节能中间包永久层发泡浇注料的制备方法：
(1)混料：将上述固体原料按比例混合均匀获得干混料；将水和硅溶胶混合均匀获得混合液体；在持续搅拌情况下，将干混料加入混合液体中，随后加入发泡剂，搅拌混合均匀；
(2)发泡：将浆料浇入中间包模腔中，常温发泡，1～3小时内完成发泡过程且浇注料同步凝固；养护2～3天后，拆模；
(3)烘干：采用燃气火焰烤包，控制烘烤温度，逐步升温，烘干浇注料，其中100～300℃烘2～4天，300～1100℃烘2～3天，1100～1400℃烘1～2天。:
本发明通过采用轻质骨料和空心球，结合采用发泡技术，制备得到的发泡浇注料的体积密度仅为1.0～1.4g/cm3，大约是传统低水泥自流浇注料的体积密度(2.0～2.8g/cm3)的一半，作为中间包永久层使用时，不仅轻质节能，而且同等体积材料用量减少一半，制备成本大幅降低；
本发明通过调节发泡剂和发泡促进剂的用量，以及水泥减水剂的用量，可以控制发泡速度和发泡时间，从而与水泥凝固过程较好地同步匹配，使气泡更多的凝固在材料内部，气泡细小、分散均匀，可获得良好的发泡效果；并通过采用轻质骨料、空心球，以及合适的分散剂，使得各组分在发泡浆料中分散均匀、稳定悬浮，无分层现象；本发明通过适当提高铝酸钙水泥用量，并采用硅溶胶作为粘结增强剂，协同提高了发泡浇注料的强度；采用轻质骨料和纤维增强增韧，改善了发泡浇注料的抗热震性能；本发明通过采用高纯氧化铝粉料和空心球等原料，并通过合理的原料配比，使得浇筑料中al2o3总体含量≥70wt％，主晶相为莫来石，体系中影响耐火度的na+等杂质离子含量低，所得发泡浇注料耐高温性能良好，经实测，试样在1600℃*6h的永久加热线收缩≤1％，优于传统浇注料；
实测传统低水泥自流浇注料试样(体积密度2.07g/cm3)的热面800℃导热系数为0.521w/m·k，本发明发泡浇注料试样(体积密度1.03g/cm3)的热面800℃导热系数为0.264w/m·k，相比下降约一半。对比实测本发明发泡浇注料试样与传统浇注料试样的实际隔热效果，两种材料试样厚度均为12厘米，当材料前面温度为1300℃时(近似实际工况中永久层与工作层之间界面温度)，传统浇注料的背面温度为295℃，本发明发泡浇注料的背面温度为166℃，相比下降了129℃。可见，本发明发泡浇注料的实际保温效果显著优于传统低水泥自流浇注料，作为中间包永久层使用时，可大量减少包内钢水的散热损耗，缩小包内钢水的温降变化，有助于把中间包钢水控制在更为精确合理的浇筑温度范围内，改善钢坯结晶质量。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，其只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。