[发明专利]适用于高温冶金容器的纳米超级绝热板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料领域，具体是涉及一种适用于高温冶金容器的纳米超级绝热板及其制造方法。

背景技术

含炭耐火材料、氧化物-非氧化物复合耐火材料，具有优越的抗侵蚀性能和抗热震性能，在钢铁工业高温冶金容器中得到广泛应用。然而，由于炭等非氧化物的存在，耐火材料的导热系数变大，导致冶金容器外壳温度大大升高。由此带来的主要问题有：一是通过炉衬的热损耗明显增加，二是带来钢(铁)液温度的下降，三是高温引起壳体材料的力学性能劣化。鉴于此，对高温冶金容器的绝热材料提出了如下的要求：(1)绝热性能：要求绝热材料厚度保持不变或更小时，也能达到理想的绝热效果，即要求使用温度下导热系数小；(2)使用温度：由于受热面温度明显提高，需要800-1000℃更高使用温度的绝热材料。除此之外，绝热材料还要满足高温冶金容器的其它使用环境要求，如①要有较好的抗压强度，荷载下压缩形变小；②使用温度及荷载共同作用下体积收缩小；③材料易于施工，可弯曲成一定弧形，以适合壳体弧度变化；④材料防水，耐火浇注料施工时不会破坏材料结构；⑤材料绿色环保，无毒无害，且可回收利用等。

目前，可用于高温冶金装置的绝热材料有高强蛭石板、高密度硬硅钙石板、多晶陶瓷纤维硬板、复合反射绝热板和气凝胶复合超级绝热材料板等。由于高强蛭石板、高密度硬硅钙石板和多晶陶瓷纤维硬板相对而言具有较高的导热系数值(其导热系数均高于静止空气对应值)，使用效果有限。

在中国专利局授权的专利号为ZL02125947.X的专利文献中公开了一种复合反射绝热、阻尼减振降噪板及其制造工艺，按此专利生产的复合反射绝热、阻尼减振降噪板绝热效果比传统材料提高2-3倍，可用于高温冶金容器中。如在40吨钢水罐上安装20mm厚复合反射绝热、阻尼减振降噪板，其比安装25mm厚多晶陶瓷纤维硬板的钢水罐外壁温度可下降96℃，对于100吨钢水罐，温度可下降141℃。

然而，该复合反射绝热板采用乳胶等粘结剂，虽然其高温导热系数可做到低于静止空气值，但相对气凝胶材料而言，导热系数仍偏高。而且这种反射绝热板采用连续金属箔作为多层反射材料，使用时金属层易与径向的罐体锚固件接触，引起热量的定向传导，从而不能充分发挥其优越的绝热性能。

采用矿物粉末作为红外遮光剂的气凝胶复合超级绝热材料板，具有极低的导热系数，且可以避免热量的定向传导。这种材料根据其制备工艺，可分成溶胶-凝胶法气凝胶复合材料和粉末法气凝胶复合材料两种。其中的溶胶-凝胶法气凝胶复合材料(如中国专利局公告的CN 1749241A、CN 1654324A专利中所述的材料)需要超临界干燥过程，工艺繁杂，且抗压强度小。

而粉末法气凝胶复合材料(如中国专利局公告的CN 101671157A、CN101219873B专利中所述的材料)，即采用纳米氧化物粉末与红外遮光剂、增强纤维及其它材料混合后，经不同条件成型得到，工艺相对简便。然而用在高温冶金装置作为绝热材料时，存在明显的不足，如当粉末法气凝胶复合材料中不采用粘结剂(即干法工艺)时，由于实际的增强纤维加入量在10％以下(如CN101671157A实际增强纤维加入量为5％)，导致材料强度低，易脆断产生穿透性裂纹；当采用粘结剂的湿法工艺时，纳米结构受到破坏，材料的导热系数提高。

发明内容

本发明目的在于克服现有粉末法气凝胶复合材料的缺陷，提供一种适合于高温冶金容器用的纳米超级绝热板及其制造方法。

按照本发明提供的技术方案：一种适用于高温冶金容器的纳米超级绝热板，包括芯材和包覆所述芯材的防水膜，其特征在于：所述芯材由芯材复合粉末制成，在芯材中间设有一层高强玻璃纤维网格布。

作为本发明的进一步改进，所述纳米超级绝热板的总厚度为3mm-6mm，高强玻璃纤维网格布的厚度为100-250μm，网格尺寸为3mm×3mm至10mm×10mm。所述纳米超级绝热板可弯曲成一定弧度，施工时可将纳米超级绝热板多层拼装，拼接缝错开；所述高强玻璃纤维网格布的作用主要是防止穿透性裂纹产生。当纳米超级绝热板折弯超过弹性极限时，受张拉一侧出现垂直于板面的纵向裂纹，并开始扩展，当裂纹扩展到网格布时受网格布影响，裂纹转向沿平行网格布表面扩展成横向裂纹，这样就避免了穿透性裂纹的产生。

作为本发明的进一步改进，所述芯材复合粉末包括以下重量份数比的组分：纳米氧化物粉末40-80份、烧结抑制剂0-20份、红外遮光剂5-40份和短切高温增强纤维10-25份。上述组分经特殊干法分散工艺混合，这种特殊干法分散混合工艺由纳米包覆机实现。