一种无包芯线含钛护炉料及其制备方法和使用方法与流程

本发明属于高炉炼铁技术领域，特别涉及一种无包芯线含钛护炉料及其制备方法和使用方法。

背景技术：

高炉寿命的长短很大程度上取决于炉缸、炉底的侵蚀状况；近年来国内外很多厂家采用含钛护炉料护炉以减缓炉缸下部的侵蚀收到很好效果。通常所用的含钛护炉料大都是钒钛矿选矿产品，如钒钛磁铁精矿或钛精矿；有条件的地方也可使用含钛铁砂、钛铁矿、钙钛矿、天然金红石等；添加方式主要包括炉顶加料和风口喂线。因为风口喂线可对局部严重侵蚀实施有效保护，目前应用较广。传统的喂线方式是将装有高钛物料的包芯线（采用0.3~0.4mm铁皮，熔点约1450℃，ф10~13mm）以0.4~3.1 m/sec的喂线速度从风口喂入，此方法可实现有效护炉效果，但包芯线加工繁琐，钛有效利用率低。

技术实现要素：

针对现有含钛护炉料技术存在的上述问题，本发明提供一种无包芯线含钛护炉料及其制备方法和使用方法，通过调节护炉料合金线的配比，制成含钛护炉料，并直接通过风口喂线的方式进行护炉，在不需要制成包芯线的条件下，达到良好的护炉效果，提高钛利用率的同时降低护炉成本。

本发明的无包芯线含钛护炉料为铁钛合金，其成分之一按重量百分比含Ti 50~75%，余量为铁和杂质；其成分之二按重量百分比含Ti 8~25%，余量为铁和杂质；杂质的重量含量≤5%。

上述的无包芯线含钛护炉料的直径为8~13mm。

本发明的无包芯线含钛护炉料的制备方法按以下步骤进行：

1、准备钛金属原料和铁金属原料，要求钛金属原料中的钛占全部原料总重量的50~75%，或占全部原料总重量的8~25%；

2、将钛金属原料和铁金属原料制成自耗电极，采用真空感应炉进行一次真空熔炼，然后随炉冷却至炉温≤300℃，浇注成一次铸锭；一次熔炼的真空度≤8Pa；

3、将一次铸锭采用真空感应炉进行二次真空熔炼，然后随炉冷却至炉温≤300℃，浇注成二次铸锭；二次熔炼的真空度≤5Pa；二次铸锭的直径ф300~400mm；

4、将二次铸锭在950~1100℃开坯，开坯变形量在20~30%，获得锭料；将锭料锻造至截面直径ф210~320mm，然后在880~950℃进行一次镦拔，最后在820~880℃进行二次墩拔，制成截面直径ф40~50mm的钛铁合金棒材；

5、将钛铁合金棒材进行表面处理，去除杂质和氧化物，然后加热至900~1050 ℃，保温20~30 min，再进行多道次热轧，开轧温度900~1030 ℃，每道次压下量在20~25%，直至直径达到8~13mm，空冷至室温，制成无包芯线含钛护炉料。

上述方法中，钛金属原料为含钛废料或海绵钛，含钛废料按重量百分比含Ti+Fe+Al+V>99%；海绵钛按重量百分比含Ti+Fe>99%，含Cl<0.06%；铁金属原料为含碳量≤1wt%的半钢或钢，杂质含量≤2 wt %。

上述方法中，一次真空熔炼时的电压13~21V，电流5~10KA；二次真空熔炼时的电压16~24V，电流7~13KA。

上述方法中，一次墩拔时，交替进行2~4次墩粗和拔长，镦粗时高度与直径之比为2.5~3.0；沿轴向送进操作，即将锭料沿整个长度方向锻打一遍后，再翻转90º，然后进行下一次墩拔，每火次锻比为1.5~1.8，总锻比3~7，一次墩拔后的坯料直径ф100~120mm。

上述方法中，二次墩拔时，交替进行2~4次墩粗和拔长，镦粗时高度与直径之比为2.5~3.0；沿轴向送进操作，即将锭料沿整个长度方向锻打一遍后，再翻转90º，然后进行下一次墩拔，每火次锻比为1.5~1.8，总锻比3~7。

上述方法中，步骤5的热轧时，轧辊转速500~700 r/min。

本发明的无包芯线含钛护炉料的使用方法为：

在高炉炼铁时，采用风口喂线方式，向高炉缸中投入无包芯线含钛护炉料，喂线速度为0.6~3.5m/s。

上述的使用方法中，当无包芯线含钛护炉料重量百分比含Ti 50~75%时，无包芯线含钛护炉料的用量按每吨铁水喂入0.25~1.0kg；当无包芯线含钛护炉料重量百分比含Ti 8~25%时，无包芯线含钛护炉料的用量按每吨铁水投入0.9~3.8kg。

本发明所基于的原理是：大量实验研究表明，对护炉起主导作用的是TiC、TiN、Ti（CN）化合物；传统含钛炉料的护炉机理归纳起来大体有两种：

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

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

而使用本发明的Ti-Fe合金线作为护炉料，护炉机理可表述如下：

Ti→ [Ti] → TiC (3)

对比传统含钛炉料和Ti-Fe合金护炉机理，使用Ti-Fe合金可大大缩短反应周期，添加Ti-Fe合金中的Fe对生铁质量无影响且不会产生炉渣。

Ti-Fe合金的成分配比选择依据Ti-Fe二元合金相图（见图1）；单纯从熔点因素考虑，1450℃以下熔点的Ti-Fe合金均可，但既要考虑熔点，又要考虑产品质量、高效性、能耗、成本等多因素，Ti-Fe合金选取Ti 50~75%或Ti 8~25%为宜。

本项发明与传统包芯线技术相比，具有如下优点：

（1）本项发明产品为Ti-Fe合金，Ti以金属钛形态存在，缩短了护炉反应周期，护炉响应迅速高效；钛的利用率在94%以上；

（2）传统的喂线方式是将装有高钛物料的包芯线（ф10~13mm，0.3~0.4mm铁皮），虽然此方法可实现有效护炉效果，但包芯线加工繁琐，成本高；与之相比，直接喂入Ti-Fe合金线可降低护炉成本；

（3）Ti以金属钛形态存在加入，Ti-Fe中Fe对生铁质量不会产生副作用，且不会产生炉渣；

（4）该技术投资少、效益大。

附图说明

图1为Ti-Fe合金二元相图。

具体实施方式

本发明实施例中，钛金属原料为含钛废料或海绵钛，含钛废料按重量百分比含Ti+Fe+Al+V>99%；海绵钛按重量百分比含Ti+Fe>99%，含Cl<0.06%；铁金属原料为含碳量≤1wt%的半钢或钢，杂质含量≤2 wt %。

本发明实施例中，步骤5的热轧时，轧辊转速500~700 r/min。

本发明实施例中，一次真空熔炼时的电压13~21V，电流5~10kA；二次真空熔炼时的电压16~24V，电流7~13kA。

本发明实施例中，一次墩拔时，交替进行2~4次墩粗和拔长，镦粗时高度与直径之比为2.5~3.0；沿轴向送进操作，即将锭料沿整个长度方向锻打一遍后，再翻转90º，然后进行下一次墩拔，每火次锻比为1.5~1.8，总锻比3~7，一次墩拔后的坯料直径ф100~120mm。

本发明实施例中，二次墩拔时，交替进行2~4次墩粗和拔长，镦粗时高度与直径之比为2.5~3.0；沿轴向送进操作，即将锭料沿整个长度方向锻打一遍后，再翻转90º，然后进行下一次墩拔，每火次锻比为1.5~1.8，总锻比3~7。

实施例1

准备钛金属原料和铁金属原料，要求钛金属原料中的钛占全部原料总重量的50%；

将钛金属原料和铁金属原料制成自耗电极，采用真空感应炉进行一次真空熔炼，然后随炉冷却至炉温≤300℃，浇注成一次铸锭；一次熔炼的真空度≤8Pa；

将一次铸锭采用真空感应炉进行二次真空熔炼，然后随炉冷却至炉温≤300℃，浇注成二次铸锭；二次熔炼的真空度≤5Pa；二次铸锭的直径ф300mm；

将二次铸锭在950℃开坯，开坯变形量在20%，获得锭料；将锭料锻造至截面直径ф210mm，然后在880℃进行一次镦拔，最后在820℃进行二次墩拔，制成截面直径ф40mm的钛铁合金棒材；

将钛铁合金棒材进行表面处理，去除杂质和氧化物，然后加热至900℃，保温30min，再进行多道次热轧，开轧温度900℃，每道次压下量在20~25%，直至直径达到8mm，空冷至室温，制成无包芯线含钛护炉料；

使用方法为：在高炉炼铁时，采用风口喂线方式，向高炉缸中投入无包芯线含钛护炉料，喂线速度为0.6m/s；无包芯线含钛护炉料的用量按每吨铁水喂入1.0kg。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

（1）钛金属原料中的钛占全部原料总重量的65%；

（2）二次铸锭的直径ф350mm；

（3）将二次铸锭在1050℃开坯，开坯变形量在25%；将锭料锻造至截面直径ф260mm，然后在920℃进行一次镦拔，最后在850℃进行二次墩拔，制成截面直径ф45mm的钛铁合金棒材；

（4）将钛铁合金棒材进行表面处理，去除杂质和氧化物，然后加热至950 ℃，保温25 min，再进行多道次热轧，开轧温度980℃，每道次压下量在20~25%，直至直径达到10mm；

使用方法为：在高炉炼铁时，采用风口喂线方式，向高炉缸中投入无包芯线含钛护炉料，喂线速度为3.5m/s；无包芯线含钛护炉料的用量按每吨铁水喂入1.0kg。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

（1）钛金属原料中的钛占全部原料总重量的75%；

（2）二次铸锭的直径ф400mm；

（3）将二次铸锭在1100℃开坯，开坯变形量在30%；将锭料锻造至截面直径ф320mm，然后在950℃进行一次镦拔，最后在880℃进行二次墩拔，制成截面直径ф50mm的钛铁合金棒材；

（4）将钛铁合金棒材进行表面处理，去除杂质和氧化物，然后加热至1050 ℃，保温20min，再进行多道次热轧，开轧温度1030 ℃，每道次压下量在20~25%，直至直径达到13mm；

使用方法为：在高炉炼铁时，采用风口喂线方式，向高炉缸中投入无包芯线含钛护炉料，喂线速度为1.9m/s；无包芯线含钛护炉料的用量按每吨铁水喂入0.5kg。

实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

钛金属原料中的钛占全部原料总重量的8%；

使用方法为：在高炉炼铁时，采用风口喂线方式，向高炉缸中投入无包芯线含钛护炉料，喂线速度为0.9m/s；无包芯线含钛护炉料的用量按每吨铁水投入3.8kg。

实施例5

方法同实施例1，不同点在于：

（1）钛金属原料中的钛占全部原料总重量的15%；

（2）二次铸锭的直径ф350mm；

（3）将二次铸锭在1050℃开坯，开坯变形量在25%；将锭料锻造至截面直径ф260mm，然后在920℃进行一次镦拔，最后在850℃进行二次墩拔，制成截面直径ф45mm的钛铁合金棒材；

（4）将钛铁合金棒材进行表面处理，去除杂质和氧化物，然后加热至950 ℃，保温25min，再进行多道次热轧，开轧温度980 ℃，每道次压下量在20~25%，直至直径达到10mm；

使用方法为：在高炉炼铁时，采用风口喂线方式，向高炉缸中投入无包芯线含钛护炉料，喂线速度为2.2m/s；无包芯线含钛护炉料的用量按每吨铁水投入2.1kg。

实施例6

方法同实施例1，不同点在于：

（1）钛金属原料中的钛占全部原料总重量的25%；

（2）二次铸锭的直径ф400mm；

（3）将二次铸锭在1100℃开坯，开坯变形量在30%；将锭料锻造至截面直径ф320mm，然后在950℃进行一次镦拔，最后在880℃进行二次墩拔，制成截面直径ф50mm的钛铁合金棒材；

（4）将钛铁合金棒材进行表面处理，去除杂质和氧化物，然后加热至1050 ℃，保温20min，再进行多道次热轧，开轧温度1030 ℃，每道次压下量在20~25%，直至直径达到13mm；

使用方法为：在高炉炼铁时，采用风口喂线方式，向高炉缸中投入无包芯线含钛护炉料，喂线速度为3.5m/s；无包芯线含钛护炉料的用量按每吨铁水投入0.9kg。