本發(fā)明屬于高爐煉鐵技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料及其制備方法和使用方法。

背景技術(shù)：

高爐壽命的長(zhǎng)短很大程度上取決于爐缸、爐底的侵蝕狀況；近年來(lái)國(guó)內(nèi)外很多廠家采用含鈦?zhàn)o(hù)爐料護(hù)爐以減緩爐缸下部的侵蝕收到很好效果。通常所用的含鈦?zhàn)o(hù)爐料大都是釩鈦礦選礦產(chǎn)品，如釩鈦磁鐵精礦或鈦精礦；有條件的地方也可使用含鈦鐵砂、鈦鐵礦、鈣鈦礦、天然金紅石等；添加方式主要包括爐頂加料和風(fēng)口喂線。因?yàn)轱L(fēng)口喂線可對(duì)局部嚴(yán)重侵蝕實(shí)施有效保護(hù)，目前應(yīng)用較廣。傳統(tǒng)的喂線方式是將裝有高鈦物料的包芯線（采用0.3~0.4mm鐵皮，熔點(diǎn)約1450℃，ф10~13mm）以0.4~3.1 m/sec的喂線速度從風(fēng)口喂入，此方法可實(shí)現(xiàn)有效護(hù)爐效果，但包芯線加工繁瑣，鈦有效利用率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有含鈦?zhàn)o(hù)爐料技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料及其制備方法和使用方法，通過(guò)調(diào)節(jié)護(hù)爐料合金線的配比，制成含鈦?zhàn)o(hù)爐料，并直接通過(guò)風(fēng)口喂線的方式進(jìn)行護(hù)爐，在不需要制成包芯線的條件下，達(dá)到良好的護(hù)爐效果，提高鈦利用率的同時(shí)降低護(hù)爐成本。

本發(fā)明的無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料為鐵鈦合金，其成分之一按重量百分比含Ti 50~75%，余量為鐵和雜質(zhì)；其成分之二按重量百分比含Ti 8~25%，余量為鐵和雜質(zhì)；雜質(zhì)的重量含量≤5%。

上述的無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的直徑為8~13mm。

本發(fā)明的無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

1、準(zhǔn)備鈦金屬原料和鐵金屬原料，要求鈦金屬原料中的鈦占全部原料總重量的50~75%，或占全部原料總重量的8~25%；

2、將鈦金屬原料和鐵金屬原料制成自耗電極，采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行一次真空熔煉，然后隨爐冷卻至爐溫≤300℃，澆注成一次鑄錠；一次熔煉的真空度≤8Pa；

3、將一次鑄錠采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行二次真空熔煉，然后隨爐冷卻至爐溫≤300℃，澆注成二次鑄錠；二次熔煉的真空度≤5Pa；二次鑄錠的直徑ф300~400mm；

4、將二次鑄錠在950~1100℃開(kāi)坯，開(kāi)坯變形量在20~30%，獲得錠料；將錠料鍛造至截面直徑ф210~320mm，然后在880~950℃進(jìn)行一次鐓拔，最后在820~880℃進(jìn)行二次墩拔，制成截面直徑ф40~50mm的鈦鐵合金棒材；

5、將鈦鐵合金棒材進(jìn)行表面處理，去除雜質(zhì)和氧化物，然后加熱至900~1050 ℃，保溫20~30 min，再進(jìn)行多道次熱軋，開(kāi)軋溫度900~1030 ℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達(dá)到8~13mm，空冷至室溫，制成無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料。

上述方法中，鈦金屬原料為含鈦廢料或海綿鈦，含鈦廢料按重量百分比含Ti+Fe+Al+V>99%；海綿鈦按重量百分比含Ti+Fe>99%，含Cl<0.06%；鐵金屬原料為含碳量≤1wt%的半鋼或鋼，雜質(zhì)含量≤2 wt %。

上述方法中，一次真空熔煉時(shí)的電壓13~21V，電流5~10KA；二次真空熔煉時(shí)的電壓16~24V，電流7~13KA。

上述方法中，一次墩拔時(shí)，交替進(jìn)行2~4次墩粗和拔長(zhǎng)，鐓粗時(shí)高度與直徑之比為2.5~3.0；沿軸向送進(jìn)操作，即將錠料沿整個(gè)長(zhǎng)度方向鍛打一遍后，再翻轉(zhuǎn)90o，然后進(jìn)行下一次墩拔，每火次鍛比為1.5~1.8，總鍛比3~7，一次墩拔后的坯料直徑ф100~120mm。

上述方法中，二次墩拔時(shí)，交替進(jìn)行2~4次墩粗和拔長(zhǎng)，鐓粗時(shí)高度與直徑之比為2.5~3.0；沿軸向送進(jìn)操作，即將錠料沿整個(gè)長(zhǎng)度方向鍛打一遍后，再翻轉(zhuǎn)90o，然后進(jìn)行下一次墩拔，每火次鍛比為1.5~1.8，總鍛比3~7。

上述方法中，步驟5的熱軋時(shí)，軋輥轉(zhuǎn)速500~700 r/min。

本發(fā)明的無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的使用方法為：

在高爐煉鐵時(shí)，采用風(fēng)口喂線方式，向高爐缸中投入無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料，喂線速度為0.6~3.5m/s。

上述的使用方法中，當(dāng)無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料重量百分比含Ti 50~75%時(shí)，無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的用量按每噸鐵水喂入0.25~1.0kg；當(dāng)無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料重量百分比含Ti 8~25%時(shí)，無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的用量按每噸鐵水投入0.9~3.8kg。

本發(fā)明所基于的原理是：大量實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)護(hù)爐起主導(dǎo)作用的是TiC、TiN、Ti（CN）化合物；傳統(tǒng)含鈦爐料的護(hù)爐機(jī)理歸納起來(lái)大體有兩種：

TiO₂ → Ti₃O₅ → TiC_0.07O_0.3 → TiC_xO_y → TiC (1)

TiO₂ → Ti₃O₅ → Ti₂O₃ → TiO → Ti → TiC (2)

而使用本發(fā)明的Ti-Fe合金線作為護(hù)爐料，護(hù)爐機(jī)理可表述如下：

Ti→ [Ti] → TiC (3)

對(duì)比傳統(tǒng)含鈦爐料和Ti-Fe合金護(hù)爐機(jī)理，使用Ti-Fe合金可大大縮短反應(yīng)周期，添加Ti-Fe合金中的Fe對(duì)生鐵質(zhì)量無(wú)影響且不會(huì)產(chǎn)生爐渣。

Ti-Fe合金的成分配比選擇依據(jù)Ti-Fe二元合金相圖（見(jiàn)圖1）；單純從熔點(diǎn)因素考慮，1450℃以下熔點(diǎn)的Ti-Fe合金均可，但既要考慮熔點(diǎn)，又要考慮產(chǎn)品質(zhì)量、高效性、能耗、成本等多因素，Ti-Fe合金選取Ti 50~75%或Ti 8~25%為宜。

本項(xiàng)發(fā)明與傳統(tǒng)包芯線技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本項(xiàng)發(fā)明產(chǎn)品為T(mén)i-Fe合金，Ti以金屬鈦形態(tài)存在，縮短了護(hù)爐反應(yīng)周期，護(hù)爐響應(yīng)迅速高效；鈦的利用率在94%以上；

（2）傳統(tǒng)的喂線方式是將裝有高鈦物料的包芯線（ф10~13mm，0.3~0.4mm鐵皮），雖然此方法可實(shí)現(xiàn)有效護(hù)爐效果，但包芯線加工繁瑣，成本高；與之相比，直接喂入Ti-Fe合金線可降低護(hù)爐成本；

（3）Ti以金屬鈦形態(tài)存在加入，Ti-Fe中Fe對(duì)生鐵質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生副作用，且不會(huì)產(chǎn)生爐渣；

（4）該技術(shù)投資少、效益大。

附圖說(shuō)明

圖1為T(mén)i-Fe合金二元相圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例中，鈦金屬原料為含鈦廢料或海綿鈦，含鈦廢料按重量百分比含Ti+Fe+Al+V>99%；海綿鈦按重量百分比含Ti+Fe>99%，含Cl<0.06%；鐵金屬原料為含碳量≤1wt%的半鋼或鋼，雜質(zhì)含量≤2 wt %。

本發(fā)明實(shí)施例中，步驟5的熱軋時(shí)，軋輥轉(zhuǎn)速500~700 r/min。

本發(fā)明實(shí)施例中，一次真空熔煉時(shí)的電壓13~21V，電流5~10kA；二次真空熔煉時(shí)的電壓16~24V，電流7~13kA。

本發(fā)明實(shí)施例中，一次墩拔時(shí)，交替進(jìn)行2~4次墩粗和拔長(zhǎng)，鐓粗時(shí)高度與直徑之比為2.5~3.0；沿軸向送進(jìn)操作，即將錠料沿整個(gè)長(zhǎng)度方向鍛打一遍后，再翻轉(zhuǎn)90o，然后進(jìn)行下一次墩拔，每火次鍛比為1.5~1.8，總鍛比3~7，一次墩拔后的坯料直徑ф100~120mm。

本發(fā)明實(shí)施例中，二次墩拔時(shí)，交替進(jìn)行2~4次墩粗和拔長(zhǎng)，鐓粗時(shí)高度與直徑之比為2.5~3.0；沿軸向送進(jìn)操作，即將錠料沿整個(gè)長(zhǎng)度方向鍛打一遍后，再翻轉(zhuǎn)90o，然后進(jìn)行下一次墩拔，每火次鍛比為1.5~1.8，總鍛比3~7。

實(shí)施例1

準(zhǔn)備鈦金屬原料和鐵金屬原料，要求鈦金屬原料中的鈦占全部原料總重量的50%；

將鈦金屬原料和鐵金屬原料制成自耗電極，采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行一次真空熔煉，然后隨爐冷卻至爐溫≤300℃，澆注成一次鑄錠；一次熔煉的真空度≤8Pa；

將一次鑄錠采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行二次真空熔煉，然后隨爐冷卻至爐溫≤300℃，澆注成二次鑄錠；二次熔煉的真空度≤5Pa；二次鑄錠的直徑ф300mm；

將二次鑄錠在950℃開(kāi)坯，開(kāi)坯變形量在20%，獲得錠料；將錠料鍛造至截面直徑ф210mm，然后在880℃進(jìn)行一次鐓拔，最后在820℃進(jìn)行二次墩拔，制成截面直徑ф40mm的鈦鐵合金棒材；

將鈦鐵合金棒材進(jìn)行表面處理，去除雜質(zhì)和氧化物，然后加熱至900℃，保溫30min，再進(jìn)行多道次熱軋，開(kāi)軋溫度900℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達(dá)到8mm，空冷至室溫，制成無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料；

使用方法為：在高爐煉鐵時(shí)，采用風(fēng)口喂線方式，向高爐缸中投入無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料，喂線速度為0.6m/s；無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的用量按每噸鐵水喂入1.0kg。

實(shí)施例2

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

（1）鈦金屬原料中的鈦占全部原料總重量的65%；

（2）二次鑄錠的直徑ф350mm；

（3）將二次鑄錠在1050℃開(kāi)坯，開(kāi)坯變形量在25%；將錠料鍛造至截面直徑ф260mm，然后在920℃進(jìn)行一次鐓拔，最后在850℃進(jìn)行二次墩拔，制成截面直徑ф45mm的鈦鐵合金棒材；

（4）將鈦鐵合金棒材進(jìn)行表面處理，去除雜質(zhì)和氧化物，然后加熱至950 ℃，保溫25 min，再進(jìn)行多道次熱軋，開(kāi)軋溫度980℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達(dá)到10mm；

使用方法為：在高爐煉鐵時(shí)，采用風(fēng)口喂線方式，向高爐缸中投入無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料，喂線速度為3.5m/s；無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的用量按每噸鐵水喂入1.0kg。

實(shí)施例3

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

（1）鈦金屬原料中的鈦占全部原料總重量的75%；

（2）二次鑄錠的直徑ф400mm；

（3）將二次鑄錠在1100℃開(kāi)坯，開(kāi)坯變形量在30%；將錠料鍛造至截面直徑ф320mm，然后在950℃進(jìn)行一次鐓拔，最后在880℃進(jìn)行二次墩拔，制成截面直徑ф50mm的鈦鐵合金棒材；

（4）將鈦鐵合金棒材進(jìn)行表面處理，去除雜質(zhì)和氧化物，然后加熱至1050 ℃，保溫20min，再進(jìn)行多道次熱軋，開(kāi)軋溫度1030 ℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達(dá)到13mm；

使用方法為：在高爐煉鐵時(shí)，采用風(fēng)口喂線方式，向高爐缸中投入無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料，喂線速度為1.9m/s；無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的用量按每噸鐵水喂入0.5kg。

實(shí)施例4

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

鈦金屬原料中的鈦占全部原料總重量的8%；

使用方法為：在高爐煉鐵時(shí)，采用風(fēng)口喂線方式，向高爐缸中投入無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料，喂線速度為0.9m/s；無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的用量按每噸鐵水投入3.8kg。

實(shí)施例5

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

（1）鈦金屬原料中的鈦占全部原料總重量的15%；

（2）二次鑄錠的直徑ф350mm；

（3）將二次鑄錠在1050℃開(kāi)坯，開(kāi)坯變形量在25%；將錠料鍛造至截面直徑ф260mm，然后在920℃進(jìn)行一次鐓拔，最后在850℃進(jìn)行二次墩拔，制成截面直徑ф45mm的鈦鐵合金棒材；

（4）將鈦鐵合金棒材進(jìn)行表面處理，去除雜質(zhì)和氧化物，然后加熱至950 ℃，保溫25min，再進(jìn)行多道次熱軋，開(kāi)軋溫度980 ℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達(dá)到10mm；

使用方法為：在高爐煉鐵時(shí)，采用風(fēng)口喂線方式，向高爐缸中投入無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料，喂線速度為2.2m/s；無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的用量按每噸鐵水投入2.1kg。

實(shí)施例6

方法同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于：

（1）鈦金屬原料中的鈦占全部原料總重量的25%；

（2）二次鑄錠的直徑ф400mm；

（3）將二次鑄錠在1100℃開(kāi)坯，開(kāi)坯變形量在30%；將錠料鍛造至截面直徑ф320mm，然后在950℃進(jìn)行一次鐓拔，最后在880℃進(jìn)行二次墩拔，制成截面直徑ф50mm的鈦鐵合金棒材；

（4）將鈦鐵合金棒材進(jìn)行表面處理，去除雜質(zhì)和氧化物，然后加熱至1050 ℃，保溫20min，再進(jìn)行多道次熱軋，開(kāi)軋溫度1030 ℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達(dá)到13mm；

使用方法為：在高爐煉鐵時(shí)，采用風(fēng)口喂線方式，向高爐缸中投入無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料，喂線速度為3.5m/s；無(wú)包芯線含鈦?zhàn)o(hù)爐料的用量按每噸鐵水投入0.9kg。