【技术实现步骤摘要】
本申请涉及高炉冶炼，特别是涉及一种耐熔损的高炉风口小套及提高风口小套抗熔损能力的方法。
技术介绍
1、在炼铁行业中，高炉冶炼占据着世界生铁总产量的95%。高炉冶炼的过程是将铁矿石、焦炭和熔剂（如石灰石）从炉顶装入高炉，焦炭中的碳同鼓入空气中的氧发生燃烧反应，产生高温和还原性气体，这些气体在上升过程中加热缓慢下行的炉料，并将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。高炉的风口小套是高炉进风系统中的重要设备，其作用是将热风送进高炉内。风口小套作为热风和煤粉进入高炉的通道，同时也是热交换的冷却元件，其使用寿命直接影响到高炉的顺行、产量、生铁的质量和成本。高炉日常生产中，风口小套的工作环境最为恶劣，且无法在使用中检修更换，一旦损坏，就必须临时休风更换，严重影响生铁质量、产量和焦比，造成巨大的经济损失。我国因频繁更换风口休风导致每年少产近百万吨生铁，减少产值上亿元。如何有效地提高风口小套的使用寿命，已成为国内钢铁行业的研究重点。
2、高炉风口小套的失效分析数据表明，其失效形式包括熔损、磨损和龟裂。其中，熔损占比最大，高达80%以上，主要发生在风口小套的前端与外壁；其次是磨损，主要发生在风口小套的前端内腔，主要由于受到高速煤粉的撞击与冲刷而造成；龟裂占比约5%，主要发生在风口小套的前端内外面，由于风口前端长期受高炉炉腔热冲击，材料内部积累大量热应力最终而出现开裂现象。
3、需要说明的是，公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技
技术实现思路
1、申请人通过研究发现，高炉风口小套熔损形成的原因主要为：烧结原料中的锌在炉内循环积累，吸附在风口小套的材料表面凝固形成合金后严重降低了其热导率（铜的热导率为401 w/(m·k)、铜锌合金约为115 w/(m·k)），当铁液或渣皮掉落在风口小套的表面时，部件热导率下降导致冷却不及时，且合金的熔点较纯铜更低，最终造成风口小套熔损频发。现有技术中，罕有关于防护涂层对锌的扩散阻挡作用的研究，而这正是风口小套发生熔损的主要原因。
2、高熵合金是近年来快速发展的一类新型金属材料，以其优异的性能而备受关注。随着对其研究的展开，不仅制备了多种块体高熵合金材料，还有将高熵合金材料与表面涂层制备技术相结合制备不同性能的高熵合金涂层。这种由5种或5种以上元素以等摩尔比（或近等摩尔比）组成的涂层，各元素的原子无序随机地分布在晶格位置，以独特的晶体结构为涂层提供了独特的性能组合，包括高硬度、高耐磨性、抗腐蚀性以及高温下良好的稳定性等。因此，设计合适的高熵合金涂层或可作为提高风口小套材料使用寿命的突破口。
3、有鉴于此，本申请正是基于对高炉风口小套熔损失效原因的分析以及对高熵合金防护涂层性能的深入研究而提出的一种耐熔损的高炉风口小套和提高风口小套抗熔损能力的方法。
4、为实现上述目的，本申请采用以下技术方案：
5、第一方面，本申请提供一种耐熔损的高炉风口小套，所述风口小套的表面成形有一层高熵合金体系的防护涂层，所述防护涂层的材料组分为：tialmonbwsix，其中，0<x≤1；且所述防护涂层的材料中存在非晶相结构。在该防护涂层的材料体系中，通过调整非金属元素si的含量，可以进一步提高防护涂层的耐熔损能力，优选的，0.5≤x≤0.7。
6、进一步的，通过磁控溅射工艺在所述风口小套的表面成形所述防护涂层。
7、进一步的，所述的通过磁控溅射工艺在所述风口小套的表面成形所述防护涂层包括：先将ti、al、mo、nb、w合金元素制备成tialmonbw多元合金靶材，将si元素制备成单质靶材；再将所述tialmonbw多元合金靶材和si靶材通过双靶共溅射工艺沉积在所述风口小套的表面，形成所述的防护涂层。
8、进一步的，采用磁控溅射的方式成形所述防护涂层时，保持tialmonbw靶材的溅射功率和氩气压强不变，通过调整si靶材的溅射功率来控制涂层中si元素的含量，通过调整溅射时间来控制涂层的厚度。
9、进一步的，采用磁控溅射的方式成形所述所述防护涂层时，是在背景真空度小度或等于2.5×10-3 pa、基材温度150℃的条件下进行；所述tialmonbw靶材的溅射功率为800w，si靶功率在0~300 w之间变化。
10、进一步的，所述防护涂层的厚度为10-50 μm；优选为10-30 μm；更优选为20-30 μm。
11、进一步的，在所述风口小套的表面形成所述防护涂层之前，先对所述风口小套的表面进行预处理，所述预处理包括：对所述风口小套的表面进行不少于15 min的预溅射，以去除表面污染层和氧化层。
12、进一步的，所述风口小套包括风口本体，所述风口本体包括内套与外套，其中，所述防护涂层设置于所述外套的表面。
13、第二方面，本申请提供一种提高风口小套抗熔损能力的方法，该方法通过磁控溅射工艺在风口小套的表面成形一层高熵合金体系的防护涂层，该防护涂层的材料组分为：tialmonbwsix，其中，0<x≤1；且该防护涂层的材料中存在非晶相结构。该防护涂层通过组分设计及制备工艺在高温下对锌扩散有很好的阻挡作用，从而能够大大提高风口小套的抗熔损能力。
14、本申请的有益效果是：
15、通过在风口小套的表面成形高熵合金体系的防护涂层，涂层体系选择难熔元素mo、nb、w为基元素，这些元素的原子尺寸差异小，易于形成简单的固溶体结构，nb有弥散强化的作用，mo、w可在涂层表面形成润滑的氧化薄膜，使涂层的耐磨性优异；添加功能元素al和ti，al可稳定固溶体相结构并有优异的热稳定性，ti的比强度高且耐蚀性较好；进一步通过调整非金属元素si的含量，增大晶格基变并降低混合焓，使涂层由固溶体结构转变为非晶结构。非晶结构更能阻挡元素扩散，可以有效提高涂层的高温抗氧化性能及抗锌扩散性能，从而使涂覆了该防护涂层的风口小套具备很好的抗熔损能力。进一步通过提高风口小套的耐熔损能力，延长了其使用寿命，降低了其维护成本，进而可以有效提升高炉冶炼的生产效率。
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1.一种耐熔损的高炉风口小套，其特征在于，所述风口小套的表面成形有一层高熵合金体系的防护涂层，所述防护涂层的材料组分为：TiAlMoNbWSix，其中，0<x≤1；且所述防护涂层的材料中存在非晶相结构。
2.根据权利要求1所述的风口小套，其特征在于，其中0.5≤x≤0.7。
3.根据权利要求1所述的风口小套，其特征在于，通过磁控溅射工艺在所述风口小套的表面成形所述防护涂层。
4.根据权利要求3所述的风口小套，其特征在于，所述的通过磁控溅射工艺在所述风口本体的表面成形所述防护涂层包括：先将Ti、Al、Mo、Nb、W合金元素制备成TiAlMoNbW多元合金靶材，将Si元素制备成单质靶材；再将所述TiAlMoNbW多元合金靶材和Si靶材通过双靶共溅射工艺沉积在所述风口本体的表面，形成所述的防护涂层。
5.根据权利要求4所述的风口小套，其特征在于，采用磁控溅射的方式成形所述防护涂层时，保持TiAlMoNbW靶材的溅射功率和氩气压强不变，通过调整Si靶材的溅射功率来控制涂层中Si元素的含量，通过调整溅射时间来控制涂层的厚度。
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