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

背景技術(shù)：

高爐壽命的長短很大程度上取決于爐缸、爐底的侵蝕狀況；近年來國內(nèi)外很多廠家采用含鈦護爐料護爐以減緩爐缸下部的侵蝕收到很好效果。通常所用的含鈦護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口喂線。因為風口喂線可對局部嚴重侵蝕實施有效保護，目前應用較廣。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，熔點約1450℃，ф10~13mm）以0.4~3.1 m/sec的喂線速度從風口喂入，此方法可實現(xiàn)有效護爐效果，但包芯線加工繁瑣，鈦有效利用率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有含鈦護爐料技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種無包芯線含鈦護爐料及其制備方法和使用方法，通過調(diào)節(jié)護爐料合金線的配比，制成含鈦護爐料，并直接通過風口喂線的方式進行護爐，在不需要制成包芯線的條件下，達到良好的護爐效果，提高鈦利用率的同時降低護爐成本。

本發(fā)明的無包芯線含鈦護爐料為鐵鈦合金，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%。

上述的無包芯線含鈦護爐料的直徑為8~13mm。

本發(fā)明的無包芯線含鈦護爐料的制備方法按以下步驟進行：

1、準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，采用真空感應爐進行一次真空熔煉，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爐進行二次真空熔煉，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℃開坯，開坯變形量在20~30%，獲得錠料；將錠料鍛造至截面直徑ф210~320mm，然后在880~950℃進行一次鐓拔，最后在820~880℃進行二次墩拔，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，再進行多道次熱軋，開軋溫度900~1030 ℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達到8~13mm，空冷至室溫，制成無包芯線含鈦護爐料。

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，一次真空熔煉時的電壓13~21V，電流5~10KA；二次真空熔煉時的電壓16~24V，電流7~13KA。

上述方法中，一次墩拔時，交替進行2~4次墩粗和拔長，鐓粗時高度與直徑之比為2.5~3.0；沿軸向送進操作，即將錠料沿整個長度方向鍛打一遍后，再翻轉(zhuǎn)90o，然后進行下一次墩拔，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，交替進行2~4次墩粗和拔長，鐓粗時高度與直徑之比為2.5~3.0；沿軸向送進操作，即將錠料沿整個長度方向鍛打一遍后，再翻轉(zhuǎn)90o，然后進行下一次墩拔，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，軋輥轉(zhuǎn)速500~700 r/min。

本發(fā)明的無包芯線含鈦護爐料的使用方法為：

在高爐煉鐵時，采用風口喂線方式，向高爐缸中投入無包芯線含鈦護爐料，喂線速度為0.6~3.5m/s。

上述的使用方法中，當無包芯線含鈦護爐料重量百分比含Ti 50~75%時，無包芯線含鈦護爐料的用量按每噸鐵水喂入0.25~1.0kg；當無包芯線含鈦護爐料重量百分比含Ti 8~25%時，無包芯線含鈦護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：大量實驗研究表明，對護爐起主導作用的是TiC、TiN、Ti（CN）化合物；傳統(tǒng)含鈦爐料的護爐機理歸納起來大體有兩種：

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合金線作為護爐料，護爐機理可表述如下：

Ti→ [Ti] → TiC (3)

對比傳統(tǒng)含鈦爐料和Ti-Fe合金護爐機理，使用Ti-Fe合金可大大縮短反應周期，添加Ti-Fe合金中的Fe對生鐵質(zhì)量無影響且不會產(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（見圖1）；單純從熔點因素考慮，1450℃以下熔點的Ti-Fe合金均可，但既要考慮熔點，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。

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

（1）本項發(fā)明產(chǎn)品為Ti-Fe合金，Ti以金屬鈦形態(tài)存在，縮短了護爐反應周期，護爐響應迅速高效；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），雖然此方法可實現(xiàn)有效護爐效果，但包芯線加工繁瑣，成本高；與之相比，直接喂入Ti-Fe合金線可降低護爐成本；

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

（4）該技術(shù)投資少、效益大。

附圖說明

圖1為Ti-Fe合金二元相圖。

具體實施方式

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

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

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

實施例1

準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，采用真空感應爐進行一次真空熔煉，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爐進行二次真空熔煉，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℃開坯，開坯變形量在20%，獲得錠料；將錠料鍛造至截面直徑ф210mm，然后在880℃進行一次鐓拔，最后在820℃進行二次墩拔，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，再進行多道次熱軋，開軋溫度900℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達到8mm，空冷至室溫，制成無包芯線含鈦護爐料；

使用方法為：在高爐煉鐵時，采用風口喂線方式，向高爐缸中投入無包芯線含鈦護爐料，喂線速度為0.6m/s；無包芯線含鈦護爐料的用量按每噸鐵水喂入1.0kg。

實施例2

方法同實施例1，不同點在于：

（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℃開坯，開坯變形量在25%；將錠料鍛造至截面直徑ф260mm，然后在920℃進行一次鐓拔，最后在850℃進行二次墩拔，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，再進行多道次熱軋，開軋溫度980℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達到10mm；

使用方法為：在高爐煉鐵時，采用風口喂線方式，向高爐缸中投入無包芯線含鈦護爐料，喂線速度為3.5m/s；無包芯線含鈦護爐料的用量按每噸鐵水喂入1.0kg。

實施例3

方法同實施例1，不同點在于：

（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℃開坯，開坯變形量在30%；將錠料鍛造至截面直徑ф320mm，然后在950℃進行一次鐓拔，最后在880℃進行二次墩拔，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，再進行多道次熱軋，開軋溫度1030 ℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達到13mm；

使用方法為：在高爐煉鐵時，采用風口喂線方式，向高爐缸中投入無包芯線含鈦護爐料，喂線速度為1.9m/s；無包芯線含鈦護爐料的用量按每噸鐵水喂入0.5kg。

實施例4

方法同實施例1，不同點在于：

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，采用風口喂線方式，向高爐缸中投入無包芯線含鈦護爐料，喂線速度為0.9m/s；無包芯線含鈦護爐料的用量按每噸鐵水投入3.8kg。

實施例5

方法同實施例1，不同點在于：

（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℃開坯，開坯變形量在25%；將錠料鍛造至截面直徑ф260mm，然后在920℃進行一次鐓拔，最后在850℃進行二次墩拔，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，再進行多道次熱軋，開軋溫度980 ℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達到10mm；

使用方法為：在高爐煉鐵時，采用風口喂線方式，向高爐缸中投入無包芯線含鈦護爐料，喂線速度為2.2m/s；無包芯線含鈦護爐料的用量按每噸鐵水投入2.1kg。

實施例6

方法同實施例1，不同點在于：

（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℃開坯，開坯變形量在30%；將錠料鍛造至截面直徑ф320mm，然后在950℃進行一次鐓拔，最后在880℃進行二次墩拔，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，再進行多道次熱軋，開軋溫度1030 ℃，每道次壓下量在20~25%，直至直徑達到13mm；

使用方法為：在高爐煉鐵時，采用風口喂線方式，向高爐缸中投入無包芯線含鈦護爐料，喂線速度為3.5m/s；無包芯線含鈦護爐料的用量按每噸鐵水投入0.9kg。