本發明屬于耐火材料領域，尤其涉及一種鈦碳基熱搗固料及其制備方法和應用。
背景技術：
近年來我國鈦白粉和海綿鈦行業發展迅速，由于高鈦渣鈦含量高，“三廢”產生量少，資源和能源的利用率高，且能有助于提高產品的品質，我國高鈦渣的需求量迅速增長。近幾年，全球每年高鈦渣交易額都在10億美元以上。高鈦渣是經過物理生產過程而形成的鈦礦富集物俗稱，通過電爐加熱熔化鈦礦，使鈦礦中二氧化鈦和鐵熔化分離后，得到的二氧化鈦高含量的富集物。高鈦渣既不是廢渣，也不是副產物，而是生產四氯化鈦、鈦白粉和海綿鈦產品的優質原料。
雖然，國內高鈦渣的產量在不斷擴大，但仍滿足不了國內強大的需求，每年需要進口大量的高鈦渣作缺口補充。我國大多數高鈦渣生產廠家采用敞口式小型礦熱爐冶煉，爐型一般為（1200-6300）KVA電爐，工藝采用蓬料冶煉，一次性下料，間斷出爐。現在我國高鈦渣生產企業為了降低成本，都采用散料直接入爐。由于采用蓬料冶煉，散料入爐后，透氣性差，料面燒結不理想，經常產生塌料現象，塌料后造成敞口冶煉熱損失大，冶煉時間長，耗電量高。并且散料中含有20%粘結劑瀝青，瀝青含70%揮發物，在塌料后，會瞬間產生大量的黑色煙塵，冶煉區內的風機無法在瞬間將其排除，造成嚴重的環境污染；并且在搗爐過程也有大量的黑色煙塵產生，因為焦化瀝青里含有大量的有毒有害物質，不僅污染環境，而且對操作工人的身體健康造成危害。因此，研制一種環保的冶煉高鈦渣專用的材料顯得尤為重要。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提供一種鈦碳基熱搗固料及其制備方法和應用。該鈦碳基搗固料冶煉過程不會造成環境污染，并且成本低。
為了實現上述目的，本發明提供的鈦碳基熱搗固料，其原料及其重量份數為高鈦渣50%-55%、發泡型苯板顆粒10%-12%、石墨碎10%-15%、金紅石1%-3%、碳化鈦1%-3%、瀝青12%-18%、蒽油3%-4%。
所述的鈦碳基熱搗固料，其原料及其重量份數為高鈦渣50%、發泡型苯板顆粒10%、金紅石2.5%、碳化鈦2.5%、石墨碎15%、瀝青17%、蒽油3%；所述的高鈦渣中顆粒的粒徑為10-20mm，顆粒的粒徑為3-10mm和顆粒的粒徑為200目以下的重量分數各占三分之一；所述的發泡型苯板顆粒粒徑為3-5mm；所述的金紅石的粒徑為0.5-1mm；所述的碳化鈦的粒徑為0.5-1mm；所述的石墨碎的粒徑為20-25mm。
為了實現上述目的，本發明還提供一種鈦碳基熱搗固料的制備方法，具體步驟如下：將原料破碎成所需要的不同粒度；再將不同粒度的高鈦渣與金紅石、碳化鈦、石墨碎、發泡型苯板投入混捏鍋里，加熱攪拌，30轉/分鐘；當混合料溫度達到140℃±5℃時，再加入經過處理的瀝青（瀝青的處理方法是在加熱釜中加熱至140℃±5℃后加入蒽油），在混捏鍋里強力攪拌30分鐘，30轉/分鐘，出料，定型，冷卻至室溫，即可。
所述的鈦碳基熱搗固料可用于高鈦渣冶煉電爐的爐蓋、高鈦渣冶煉電爐的爐底和高鈦渣冶煉電爐的爐壁的保護層。
所述的高鈦渣冶煉電爐優選為小型敞口電爐。
所述的爐蓋保護層的制備方法，具體步驟如下：先將水冷爐蓋翻過來，高溫面向上，焊好掛渣釘，將鈦碳基熱搗固料攤平在高溫面上，厚度一般在（120-150）mm之間，即可得到帶有搗固料保護層的爐蓋。
本發明的有益效果。
本發明主要針對敞口電爐冶煉高鈦渣傳統工藝中存在的問題，進行了改進，實現了一次性加料，并將蓬料冶煉改成封閉式連續加料冶煉，在敞口電爐的爐口加裝本發明搗固料制作的爐蓋；然而，現有技術中在敞口電爐上加裝爐蓋是很難做到的，因為爐蓋距離高溫區很近，距離在1.5m以下，長期處于高溫條件下，采用現有的任何材料制成的爐蓋都會將其燒化，使用壽命很短；而現有的電爐用耐火材料主要有兩大類：鎂質和鋁質，而高鈦渣冶煉主要是將鈦鐵精礦里的鐵還原出來，從而達到鈦富集的目的，如果采用鎂、鋁質耐火材料搗固爐蓋，熔化或氧化后鎂、鋁元素都進入到高鈦渣里面，從而造成高鈦渣里面的雜質含量過高，影響產品的純度和質量。經過多年的反復實踐和試驗，發現本發明的鈦碳基搗固料耐高溫（1600℃以上）、抗氧化、并且熔化后或氧化后不會影響冶煉產品的質量。本發明的鈦碳基搗料有效的解決了這一生產難題，搗固料燒損后不僅不會影響產品質量，而且沒有燒損部分破碎后還可重復使用，降低了運行成本，實踐發現本發明搗固的爐蓋可以經過500爐左右才能出現燒損，出現嚴重燒損后可進行破碎，重復加工成搗固料，重新利用。
本發明的搗固料還適用于新建的電爐爐底保護層，即替代過去使用的底糊；同時本發明的搗固料還適用于制作爐壁的保護層，由于長期冶煉，爐壁出現氧化燒損而變薄，在膛內做個胎（用鋼板卷一個圓筒，圓筒直徑要小于爐膛內徑，即圓筒外壁距離爐膛內壁之間要留有空隙），將該物料加到胎與爐壁的中間，厚度可根據爐壁的燒損程度而定，起到保護爐壁，可以有效延長爐齡。
本發明中廢苯板破碎成3-5mm，加到混合料中,主要起降低物料密度，使之燒結后產生一些蜂窩，達到隔熱保溫的效果；同時也可降低物料的熱膨脹系數，防止龜裂和脫落；選用石墨碎做大顆粒骨料，石墨碎具有強度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、受熱后變形量小等特點；金紅石和碳化鈦都趨于穩定，不易被氧化，在物料里起穩定劑作用；焦化瀝青是最好的高溫粘結劑，因為瀝青70%多都是揮發物，剩余大部分是碳，對產品質量無影響。瀝青的粘結效果要好于其它粘結劑，缺點是瀝青屬于有毒有害物質，但本發明中嚴格控制其用量，與傳統的蓬料冶煉工藝相比，只是其用量的1/500左右；因此嚴格控制瀝青的含量，對環境的負面影響相比傳統工藝明顯降低；另外加入蒽油可以稀釋瀝青，這樣可減少粘結劑的用量，同時物料在燒結過程中硬化速度明顯加快。
本發明采用加蓋封閉式冶煉方式，解決了環境污染問題，又實現了節能減排的效果；同時工人的勞動強度大大降低（不用搗爐），人工成本大幅下降，工人的工作環境也得到了改善；具體為，國內小型電爐冶煉鈦渣的都是人工搗爐，一般是一個小班6人以上，可操作一臺1800KVA電爐；采用本發明材料制作的爐蓋，冶煉爐加蓋后由于不用搗爐，工人的勞動強度降低了一半以上，6個人可以操作兩臺1800KVA的電爐，人工成本降低一半；一般來說，每噸產品人工工資240元/噸，改造后每噸產品人工工資為120元/噸，每臺電爐月產量為240噸，每月使用的爐蓋生產成本約為2000元，由此可見即每月生產成本節省26800元，折算成每噸產品可節約26800/240=111.67元，大大降低了生產成本。另外，采用本發明做成的搗固料制成的爐蓋，冶煉設備由敞口變封閉，熱損失減少，從而達到了節電目的，改造前后相比，每噸產品可節電200度左右。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。
實施例1。
鈦碳基熱搗固料，其原料及其重量份數為高鈦渣50%、發泡型苯板顆粒10%、金紅石2.5%、碳化鈦2.5%、石墨碎15%、瀝青17%、蒽油3%；所述的高鈦渣中顆粒的粒徑為10-20mm，顆粒的粒徑為3-10mm和顆粒的粒徑為200目以下的重量分數各占三分之一；所述的金紅石的粒徑為0.5-1mm；所述的碳化鈦的粒徑為0.5-1mm；所述的石墨碎的粒徑為20-25mm。
一種鈦碳基熱搗固料的制備方法，具體步驟如下：將原料破碎成所需要的不同粒度；再將不同粒度的高鈦渣與金紅石、碳化鈦、石墨碎、發泡型苯板投入混捏鍋里，加熱攪拌，當混合料溫度達到140℃±5℃時，再加入在瀝青加熱釜中加熱至140℃±5℃的瀝青和蒽油，在混捏鍋里強力攪拌30分鐘，出料，定型，冷卻至室溫，即可。
實施例2。
鈦碳基熱搗固料，其原料及其重量份數為高鈦渣53%、發泡型苯板顆粒11%、石墨碎10%、金紅石3%、碳化鈦1%、瀝青18%、蒽油4%。
實施例3。
鈦碳基熱搗固料，其原料及其重量份數為高鈦渣55%、發泡型苯板顆粒12%、石墨碎12%、金紅石3%、碳化鈦3%、瀝青12%、蒽油3%。
為了進一步研究本發明搗固料制備的爐蓋使用壽命，同時采用現有的材料進行爐蓋搗固，經過長期冶煉，對爐蓋出現破損情況的爐次進行統計，結果見表1。
表1 5種材料搗固的爐蓋使用爐次統計結果。
由此可見，采用本發明熱搗固料制作的爐蓋保護層使用壽命較長。