本发明属于耐火材料领域，尤其涉及一种钛碳基冷捣固料及其制备方法和应用。
背景技术：
近年来我国钛白粉和海绵钛行业发展迅速，由于高钛渣钛含量高，“三废”产生量少，资源和能源的利用率高，且能有助于提高产品的品质，我国高钛渣的需求量迅速增长。近几年，全球每年高钛渣交易额都在10亿美元以上。高钛渣是经过物理生产过程而形成的钛矿富集物俗称，通过电炉加热熔化钛矿，使钛矿中二氧化钛和铁熔化分离后得到的二氧化钛高含量的富集物。高钛渣既不是废渣，也不是副产物，而是生产四氯化钛、钛白粉和海绵钛产品的优质原料。
虽然，国内高钛渣的产量在不断扩大，但仍满足不了国内强大的需求，每年需要进口大量的高钛渣作缺口补充。我国大多数高钛渣生产厂家采用敞口式小型矿热炉冶炼，炉型一般为（1200-6300）KVA电炉，工艺采用蓬料冶炼，一次性下料，间断出炉。现在我国高钛渣生产企业为了降低成本，都采用散料直接入炉。由于采用蓬料冶炼，散料入炉后，透气性差，料面烧结不理想，经常产生塌料现象，塌料后造成敞口冶炼热损失大，冶炼时间长，耗电量高。并且散料中含有大量的粘结剂沥青，沥青含70%挥发物，在塌料后，会瞬间产生大量的黑色烟尘，冶炼区内的风机无法在瞬间将其排除，造成严重的环境污染；并且在捣炉过程也有大量的黑色烟尘产生，因为焦化沥青里含有大量的有毒有害物质，不仅污染环境，而且对操作工人的身体健康造成危害。因此，研制一种环保的冶炼高钛渣专用的材料显得尤为重要。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种钛碳基捣固料及其制备方法和应用。该钛碳基捣固料冶炼过程不会造成环境污染，并且成本低。
为了实现上述目的，本发明提供的钛碳基冷捣固料，其原料及其重量份数为高钛渣55%-60%、发泡型苯板颗粒5%-10%、石墨碎5%-10%、金红石2-5%、碳化钛2-5%、硼酸5%-8%、粘结剂15%-18%。
所述的钛碳基冷捣固料，其原料及其重量份数为高钛渣55%、发泡型苯板颗粒10%、石墨碎10%、金红石3%、碳化钛2%、硼酸5%、粘结剂15%；所述的高钛渣中颗粒的粒径为10-15mm，颗粒的粒径为5-10mm，颗粒的粒径为1-5mm和颗粒的粒径为200目以下的重量份数比为2:1:1:2；所述的发泡型苯板颗粒粒径为3-5mm；所述的石墨碎的粒径为15-25mm；所述的金红石的粒径为0.5-1mm；所述的碳化钛的粒径为0.5-1mm；所述的粘结剂为腐植酸钠、磷酸或环氧树脂中的一种。
为了实现上述目的，本发明还提供一种钛碳基冷捣固料的制备方法，具体步骤如下：将高钛渣、发泡型苯板、金红石、碳化钛和石墨碎破碎成所需要的不同粒度，混合后加入粘结剂和硼酸，置于强力搅拌锅里，搅拌30分钟，30转/分钟，使物料通过打结或捣固能粘在一起的状态最佳，出料即可。
所述的钛碳基冷捣固料可用于高钛渣冶炼电炉的炉盖、高钛渣冶炼电炉的炉底和高钛渣冶炼电炉的炉壁的保护层。
所述的高钛渣冶炼电炉优选为小型敞口电炉。
所述的炉盖保护层的制备方法，具体步骤如下：先将水冷炉盖翻过来，高温面向上，焊好挂渣钉，将钛碳基捣固料摊平在高温面上，厚度一般在（120-150）mm之间，用夯实机夯实，烘干，温度在500℃左右，时间为24h,即可得到带有捣固料保护层的炉盖。
本发明的有益效果。
本发明主要针对敞口电炉冶炼高钛渣传统工艺中存在的问题，进行了改进，实现了一次性加料，并将蓬料冶炼改成封闭式连续加料冶炼，在敞口电炉的炉口加装本发明捣固料制作的炉盖；然而，现有技术中在敞口电炉上加装炉盖是很难做到的，因为炉盖距离高温区很近，距离在1.5m以下，长期处于高温条件下，采用现有的任何材料制成的炉盖都会将其烧化，使用寿命很短；如果采用现有的耐火材料，现有的电炉用耐火材料主要有两大类：镁质和铝质，而高钛渣冶炼主要是将钛铁精矿里的铁还原出来，从而达到钛富集的目的。如果采用镁、铝质耐火材料捣固炉盖，熔化或氧化后镁、铝元素都进入到高钛渣里面，从而造成高钛渣里面的杂质含量过高，影响产品的纯度和质量。经过多年的反复实践和试验，发现本发明的钛碳基捣固料，可以有效地解决了这一难题；本发明的捣固料耐高温（1600℃以上）、抗氧化、并且熔化后或氧化后不会影响冶炼产品质量。而本发明的钛碳基捣料烧损后不仅不会影响产品质量，而且没有烧损部分破碎后还可重复使用，降低了运行成本，实践发现本发明捣固的炉盖可以经过500炉左右才能出现烧损，然后进行破碎，重复加工成捣固料，重新利用。
本发明的捣固料还适用于新建的电炉炉底保护层，即替代过去使用的底糊；同时本发明的捣固料还适用于制作炉壁的保护层，由于长期冶炼，炉壁出现氧化烧损而变薄，在膛内做个胎，将该物料加到胎与炉壁的中间，厚度可根据炉壁的烧损程度而定，起到保护炉壁，可以有效延长炉龄。
本发明中废苯板破碎成3-5mm，加到混合料中,主要起降低物料密度，使之烧结后产生一些蜂窝，达到隔热保温的效果。同时也可降低物料的热膨胀系数，防止龟裂和脱落；本发明中选用石墨碎做大颗粒骨料，石墨碎具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、受热后变形量小等特点；金红石和碳化钛都趋于稳定，不易被氧化，在物料里起稳定剂作用；在200℃以上，硼酸粘度较好，在的使用过程中，可以起到增强粘结效果的作用；本发明采用冷捣固工艺，主要是考虑到了环保的重要性，本发明所用的粘结剂为腐植酸钠、磷酸或环氧树脂中的一种，而不采用常规工艺中的沥青，一方面沥青在常温条件下没有粘结作用，另一方面沥青含70%挥发物，如果对其添加量控制失误，将对生产环境造成严重的影响，而本发明选用搞得三种粘结剂在常温下，即可发挥很强的粘结作用，具体选择哪种可根据实际生产中采购便利与否、采购市场价格高低而定。
本发明采用加盖封闭式冶炼方式，解决了环境污染问题，又实现了节能减排的效果；同时工人的劳动强度大大降低（不用捣炉），人工成本大幅下降，工人的工作环境也得到了改善；具体为，国内小型电炉冶炼钛渣的都是人工捣炉，一般是一个小班6人以上，操作一台1800KVA电炉；采用本发明材料制作的炉盖，冶炼炉加盖后由于不用捣炉，工人的劳动强度降低了一半以上，6个人可以操作两台1800KVA的电炉，人工成本降低一半；一般来说，每吨产品人工工资240元/吨，改造后每吨产品人工工资为120元/吨，每台电炉月产量为240吨，每月使用的炉盖生产成本约为2000元，由此可见即每月生产成本节省26800元，折算成每吨产品可节约26800/240=111.67元，大大降低了生产成本。另外，采用本发明做成的捣固料制成的炉盖，冶炼设备由敞口变封闭，热损失减少，从而达到了节电目的，改造前后相比，每吨产品可节电200度左右。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1。
钛碳基冷捣固料，其原料及其重量份数为高钛渣55%、发泡型苯板颗粒10%、石墨碎10%、金红石3%、碳化钛2%、硼酸5%、腐植酸钠15%；所述的高钛渣中颗粒的粒径为10-15mm，颗粒的粒径为5-10mm，颗粒的粒径为1-5mm和颗粒的粒径为200目以下的重量分数比为2:1:1:2；所述的石墨碎的粒径为15-25mm。
钛碳基冷捣固料的制备方法，具体步骤如下： 将高钛渣、发泡型苯板、金红石、碳化钛和石墨碎破碎成所需要的不同粒度，混合后加入粘结剂和硼酸，置于强力搅拌锅里，30转/分钟，搅拌30分钟，使物料通过打结或捣固能粘在一起的状态最佳，出料即可。
实施例2。
钛碳基冷捣固料，其原料及其重量份数为高钛渣56%、发泡型苯板颗粒8%、石墨碎9%、金红石2.5%、碳化钛2.5%、硼酸6%、磷酸16%。
实施例3。
钛碳基冷捣固料，其原料及其重量份数为高钛渣60%、发泡型苯板颗粒5%、石墨碎5%、金红石2%、碳化钛2%、硼酸8%、环氧树脂18%。
为了进一步研究本发明冷捣固料制备的炉盖使用寿命，同时采用现有的材料进行炉盖捣固，经过长期冶炼，对炉盖出现破损情况的炉次进行统计，结果见表1。
表1 5种材料冷捣固的炉盖使用炉次统计结果。
由此可见，采用本发明捣固料制作的炉盖保护层使用寿命较长。