我國(guó)高爐自20世紀(jì)80年代初開(kāi)始應(yīng)用含鈦物料護(hù)爐技術(shù)，至今該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并在理論及實(shí)踐上都有很大的發(fā)展。目前使用含鈦物料護(hù)爐技術(shù)已經(jīng)成為維護(hù)高爐爐底、解決高爐爐缸危機(jī)的主要技術(shù)措施，對(duì)延長(zhǎng)高爐爐缸壽命起到了重要作用。

　　鈦化物(TiC、TiN) 護(hù)爐機(jī)理

　　用含鈦物料進(jìn)行護(hù)爐作為高爐常用的護(hù)爐方法，其公認(rèn)的護(hù)爐機(jī)理如下：爐料中的TiO2在爐內(nèi)產(chǎn)生還原及過(guò)還原反應(yīng)，過(guò)還原反應(yīng)產(chǎn)生的化合物TiN、TiC的熔點(diǎn)分別高達(dá)2950℃、3140℃，在爐渣和鐵水中以彌散固體顆粒形式存在，隨著爐內(nèi)溫度降低而沉積下來(lái)，形成一層致密的沉積層而起到護(hù)爐作用。

　　TiC、TiN 的形成及溶解。TiO2爐料加入高爐后，在軟熔帶中形成含TiO2的初渣，并且按照從高價(jià)到低價(jià)的規(guī)律進(jìn)行還原，溫度越高形成的TiC（或TiN）越多。從高爐解剖分析已知，TiC、TiN沿高爐高度變化，爐身下部軟熔物中有少量的TiC、TiN生成。隨著爐料的下降，其含量不斷增加，到風(fēng)口區(qū)達(dá)到最高值。當(dāng)爐渣通過(guò)風(fēng)口區(qū)到達(dá)爐缸時(shí)，TiC、TiN大量氧化，其含量又迅速降低。

　　在一定的溫度下，鈦在鐵水中的溶解度是有限的。當(dāng)鈦的濃度低于鐵水中鈦的飽和溶解度時(shí)，大部分的TiC、TiN將溶于鐵水。但是當(dāng)含鈦鐵水在爐缸下部周邊的低溫區(qū)時(shí)，鐵水中的含鈦量高于鈦的飽和溶解度，TiC(或TiN)將以固態(tài)的結(jié)晶析出并沉積于爐缸壁上。維持合適的沉積厚度，就能起到護(hù)爐效果，沉積越多，護(hù)爐效果越好。

　　影響TiC(或TiN) 生成與溶解的因素。溫度對(duì)Ti(C，N)生成量影響顯著。隨著溫度升高，Ti(C，N)的量逐漸增多，在1475℃時(shí)達(dá)到最大；之后隨著溫度繼續(xù)升高，Ti(C，N)的量逐漸減少。風(fēng)口區(qū)的溫度最高，TiC(或TiN)含量也最多。氣氛中的氧位對(duì)TiC、TiN的形成有非常敏感的影響，氧位越高則[Ti]含量越少。體系中N2分壓的影響也是明顯的，N2分壓越高越有利于TiN的形成。爐渣中TiO2濃度的提高有利于鈦的還原與還原量的增加，有利于TiC與TiN的形成，對(duì)護(hù)爐有利。而且測(cè)試表明，以護(hù)爐為目的向高爐添加含鈦物料導(dǎo)致的爐渣TiO2含量上升，不會(huì)對(duì)爐渣黏度產(chǎn)生較大的影響。爐渣堿度高一些有利于鐵水中[Si]含量的降低，對(duì)鐵水中[Ti]含量的升高有益，故適當(dāng)提高爐渣的堿度有利于TiC與TiN形成。

　　鈦沉積層厚度與部位。爐襯被侵蝕最嚴(yán)重的部位得到的沉積物最多。爐缸內(nèi)部侵蝕部位形狀凹陷，冷卻強(qiáng)度大，而溫度低，鐵水流動(dòng)平緩，因此就會(huì)有Ti(C，N)晶粒析出，并且造成Ti(C，N)連續(xù)在該處沉積、長(zhǎng)大，從而形成以Ti(C，N)為主的高熔點(diǎn)鈦積物層。而爐缸壁的部位由于處在風(fēng)口區(qū)，氧位高，沉積物最薄。因此，含鈦礦石的護(hù)爐作用只對(duì)爐底和爐缸下部才有良好效果，對(duì)爐缸上部，尤其是爐缸各開(kāi)口部位、具有氧化氣氛部位的作用是比較弱的。

　　含鈦物料護(hù)爐時(shí)的高爐操作制度

　　根據(jù)高爐生產(chǎn)實(shí)踐，含鈦物料護(hù)爐時(shí)的高爐操作制度主要涉及熱制度和造渣制度。

　　爐缸溫度。在應(yīng)用含鈦物料護(hù)爐時(shí)，提高爐溫有兩重作用，一是有利于TiO2的還原，二是有利于鈦在鐵水中的溶解，形成TiN、TiC進(jìn)入鐵水，因而有利于鈦化物的沉積，可提高護(hù)爐的效果。同時(shí)護(hù)爐過(guò)程的生產(chǎn)實(shí)踐說(shuō)明，在爐渣二元堿度相同的條件下，如果TiO2的加入量也相同，則隨著鐵水中[Si]含量的提高，鐵水中含Ti量也提高。但是再提高鐵水中含[Si]的化學(xué)熱，由于物理熱沒(méi)有提高，[Ti]含量變化不大，護(hù)爐效果也不一定更好。

　　提高爐缸中心溫度。在一定條件下，鐵水含[Si]高，含鈦物料護(hù)爐效果好。但是根據(jù)解剖與計(jì)算，爐渣中TiO2被焦炭中碳還原生成TiN、TiC后，在風(fēng)口平面處達(dá)到最大值，而當(dāng)TiN、TiC通過(guò)風(fēng)口區(qū)時(shí)又被氧化并大量溶于鐵水中，最后在爐缸爐底的交界處從鐵水中析出成為沉積物。因此，生成的鈦積物大多數(shù)從爐缸中心遷移到鐵水中，又由鐵水帶到爐底爐缸交界處沉積，這一機(jī)理可由冶煉釩鈦磁鐵礦的高爐易發(fā)生爐缸堆集現(xiàn)象得到證實(shí)。因此，如何使?fàn)t缸中心活躍，提高爐缸中心溫度，促進(jìn)TiO2的還原，又使中心鐵水溫度提高到易于彌散更多TiN、TiC的水平就變得更為重要。這樣即使在鐵水含[Si]量不高，但物理熱高、爐缸中心活躍，爐缸水平方向溫度梯度小時(shí)，也可以獲得很好的護(hù)爐效果。

　　造渣制度。加入含鈦物料護(hù)爐的高爐操作，TiO2含量小于5%，屬于低鈦渣冶煉范圍。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，這種操作與普通礦相比，爐渣堿度可不必調(diào)整。通過(guò)降低爐渣堿度、提高鐵水含[Si]來(lái)達(dá)到護(hù)爐效果的做法不可取，因?yàn)榻档蛪A度后不利于TiO2的還原和鐵水脫硫。維持原有爐渣堿度較為合適，當(dāng)然提高堿度也沒(méi)有必要。

　　因地制宜選擇加入含鈦物料

　　為了使含鈦物料達(dá)到更好的護(hù)爐效果，必須對(duì)含鈦物料的工藝操作問(wèn)題進(jìn)行研究分析。

　　含鈦物料的合理選擇。我國(guó)高爐護(hù)爐料主要來(lái)自攀枝花鋼鐵公司、攀枝花礦山公司與承德鋼鐵公司，其中包括釩鈦磁鐵礦、塊礦，以及含鈦鐵精粉、鈦精粉和高爐渣。在選擇含鈦物料時(shí)，應(yīng)根據(jù)技術(shù)上可行與經(jīng)濟(jì)上合算兩個(gè)方面，從護(hù)爐效果、經(jīng)濟(jì)效益、高爐操作運(yùn)輸方便靈活等方面考慮，因地制宜地選擇護(hù)爐料。

　　首先考慮護(hù)爐的效果。首鋼護(hù)爐經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，雖然使用不同的含鈦物料護(hù)爐，但鈦的回收率，即鈦在高爐內(nèi)的沉積量沒(méi)有明顯的差別。應(yīng)用何種含鈦物料都可以達(dá)到護(hù)爐的目的，取得類似的延長(zhǎng)爐齡的效果。

　　其次考慮對(duì)高爐操作的影響。含鈦塊礦加入量以及S、P負(fù)荷都是較多的，當(dāng)然帶來(lái)的渣量大，塊礦直接入爐后又難還原，一般情況下不宜采用。鈦精粉和高鈦?zhàn)o(hù)爐球團(tuán)對(duì)高爐操作影響很小，附加的渣量以及S負(fù)荷量都很小。應(yīng)用攀枝花鐵精粉護(hù)爐時(shí)，帶入的硫負(fù)荷較高，渣量較少。使用攀鋼高爐爐渣護(hù)爐時(shí)，帶入的渣量及S負(fù)荷不少，而渣量也大。不過(guò)使用爐渣時(shí)，P負(fù)荷要小得多，高磷操作的高爐宜選用鈦渣護(hù)爐。

　　再其次考慮經(jīng)濟(jì)因素。因?yàn)楹亯K礦護(hù)爐時(shí)對(duì)高爐影響大，價(jià)格又比較高，所以從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩方面考慮時(shí)都不宜采用。鈦精粉護(hù)爐時(shí)，對(duì)高爐的影響雖然很小，但價(jià)格偏高且難以獲得，一般企業(yè)不便采用。鐵精粉與鈦渣對(duì)高爐操作影響雖然相同，但鐵精粉要配入燒結(jié)礦混合料，生產(chǎn)含鈦燒結(jié)礦，一般強(qiáng)度受到影響（RDI指標(biāo)變壞），調(diào)劑量不靈活。含鈦高爐渣是高爐副產(chǎn)品，屬于廢物料利用，價(jià)格便宜，運(yùn)輸又方便。高鈦型護(hù)爐球團(tuán)含鐵含鈦均較高，高爐加入量少，運(yùn)輸也較方便，但價(jià)格較爐渣護(hù)爐時(shí)高。

　　含鈦物料加入的合適量。護(hù)爐效果從根本上講主要取決于鐵水中[Ti]的濃度，而鐵水中[Ti]的濃度又取決于渣中TiO2還原生成TiN或TiC的數(shù)量。在高爐護(hù)爐時(shí)，用生鐵中含鈦的濃度[Ti]來(lái)控制護(hù)爐效果是科學(xué)的。生產(chǎn)中使用含鈦物料護(hù)爐時(shí)，鐵水中[Ti]含量下限應(yīng)控制在0.06%~0.08%。隨著鈦積物的形成，鈦化物表面溫度升高，若要使鈦化物進(jìn)一步再沉積，必須再提高鐵水中的[Ti]含量。生產(chǎn)實(shí)踐表明，其上限不應(yīng)超過(guò)0.20%。

　　含鈦爐料加入的時(shí)機(jī)與加入方式。應(yīng)該選擇鈦積物能夠在爐缸沉積的時(shí)候開(kāi)始加入含鈦物料進(jìn)行護(hù)爐。這個(gè)時(shí)間對(duì)于不同的高爐是不同的，并可由鈦平衡計(jì)算的結(jié)果來(lái)確定。由計(jì)算得出有相當(dāng)量的鈦能夠沉積在高爐內(nèi)時(shí)，可以加入含鈦物科護(hù)爐；或者當(dāng)Ⅱ、Ⅲ段冷卻壁水溫差升高或高爐爐缸已到末期時(shí)，也應(yīng)該考慮加鈦物料護(hù)爐。一般高爐開(kāi)爐一年左右就開(kāi)始護(hù)爐其效果不一定明顯。但對(duì)于冶煉強(qiáng)度大、利用系數(shù)高、爐缸侵蝕快的高爐，早一些時(shí)間加入含鈦物料進(jìn)行護(hù)爐操作也是合理的。

　　目前，含鈦礦護(hù)爐方式分為局部和整體兩大類。局部護(hù)爐主要有3種：一是從風(fēng)口噴入含鈦物料，使其在爐缸高溫區(qū)直接進(jìn)行還原，主要針對(duì)風(fēng)口與爐壁損壞部位角度40°～90°，風(fēng)口與鐵口角度在80°～160°的區(qū)域，缺點(diǎn)是易磨損風(fēng)口，同時(shí)護(hù)爐料利用率低。二是從炮泥中加入含鈦物料,使其在鐵口區(qū)域生成Ti(C，N)， 有效保護(hù)鐵口區(qū)域的爐缸側(cè)壁。三是風(fēng)口喂入包芯法，主要針對(duì)爐缸的局部侵蝕有較大的優(yōu)勢(shì)。整體護(hù)爐法主要是從上部加入高釩鈦物料，尋求較優(yōu)的物料配比方案、高爐操作制度和參數(shù)，進(jìn)行低鈦渣冶煉，實(shí)現(xiàn)維護(hù)爐缸、爐底和高溫區(qū)冷卻壁的效果，同時(shí)又能取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

　　關(guān)于護(hù)爐料的加入方式，大多數(shù)高爐實(shí)踐說(shuō)明，連續(xù)隨入爐礦石加入方式比較好。細(xì)水常流可以做到既護(hù)爐又補(bǔ)爐，而且量小，對(duì)高爐操作的影響較小。