包芯线技术的应用现状与发展动向

包芯线技术的应用现状与发展动向哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司吴荷生一．包芯线技术的应用现状首现于20世纪70年代末、以对钢进行加钙处理为主要目标的包芯线技术，已经成功地走过了30多年的历程，经历了从不被人们认可到一致推崇、从小范围应用到大面积推广、从钢水的精炼、微合金化、合金化及变质处理到铁水的脱硫、球化、孕育处理及合金化……等一系列的变化。

这一变化与发展的结果不仅使炼钢生产发生了革命性的转变，而且在球铁、蠕铁和灰铁的铸造方面亦正发挥着越来越大的作用：在炼钢生产方面，随着包芯线技术的发展，电炉和转炉原本的许多功能已被废弃，变成了仅仅是为了脱磷（如果需要的话）或脱碳的“化钢”工具，而脱氧、脱硫、合金化、微合金化以及成分微调等精炼作业都被改在了熔炼炉外由包芯线技术来完成。

从上世纪80年代以来，喂线机已成为下列定式被包括在了包括我国在内的世界主要产钢国的设备流程中：电炉→精炼炉→喂线机→模铸设备电炉→精炼炉→喂线机→连铸机转炉→精炼炉→喂线机→连铸机照片1和照片2是哈尔滨科德威公司为我国某钢厂制造的喂线处理装置语运行情况。

照片1 安装在我国由意大利达涅利公司照片2 正进行喂线处理时的情形提供设计和主要设备的某钢铁厂中的喂线装置在铸钢生产方面，用包芯线技术净化钢水（脱氧、脱硫和变质处理）、细化晶粒、提高钢的可铸性与可加工性已被越来越多包括我国在内的铸钢厂所认同。

仅2006年一年，哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司就为我国铁路、冶金、船舶、机械、煤炭等系统所属10多家铸钢厂用上了包芯线技术。

大多数铸钢厂都是采用下列设备流程：电炉→喂线机→模铸设备也有一些铸钢厂采用的是如下设备流程：电炉→LF炉→喂线机→模铸设备照片3和照片4是用于铸钢厂的典型喂线处理装置。

照片3 安装在电动平车上的喂线装置照片4 安装在过跨处的喂线装置在铸铁生产方面，用包芯线进行铁水脱硫，球化和孕育的铸造厂越来越多，扩展速度越来越快。

以最先开发应用包芯线技术生产球铁的德国为例，1989年末该国只有一家铸造厂采用包芯线法生产球铁，而到了2002年，就有56家工厂（约占其球铁厂的32%）用包芯线工艺取代了原来的插入法，压力加镁法等。

在我国，从2000年到如今，哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司就为我国包括第一汽车制造厂、东安发动机集团公司、震雄精密设备公司、内蒙一机集团公司等的20多家铸造厂建造了球化处理站、球化-孕育处理站及脱硫-球化-孕育处理站。

照片5，6和7是用于我国铸铁厂的几种处理站。

照片 5 以吊车为处理包照片6 以叉车为处理包运输工具的照片7 以电动平车为处理包运输运输工具的铁水铁水球化处理站工具的球化-孕育处理站球化-孕育处理站以最低的成本生产出最多最好的优质产品，是世界各国炼钢厂与铸造厂永远追求的目标。

包括我国在内的实践证明：包芯线技术是当今世界各国，在钢水和铁水处理的许多方面，实现这一凤愿的最简单易行而又最快速高效的工艺手段与措施之一。

二. 包芯线技术的典型用场研制包芯线技术的初衷，只是为了对钢水进行“加钙处理”。

然而，随着这一技术的不断完善与发展，如今在钢水、铁水甚至铝水和铜水的处理方面，都能看到它的身影和独特作用：1 在炼钢厂的钢水处理方面1）钢水的加钙处理l铝镇静钢的加钙处理钙（主要呈CaSi合金形态)是用来使用铝脱氧时所生成的固体 Al2 O3 和 SiO2-Al2O 3 转变成在浇铸温度下是液体的铝酸钙。

在清洁钢中，这些铝酸盐会覆盖上一钙和锰的复合硫化物薄层。

依附于所处理的钢种的不同，每吨钢水的加Ca量为0.15-0.5kg。

加钙处理的成功与否在很大程度上与残留于钢水中的Al2O3的数量有关。

l硅镇静钢的加钙处理在含碳量为0.1%、含硅量为0.2%的钢中，其含氧量通常为75ppm左右。

用往钢水中喂入CaSi线0.8-1.7kg/t）的办法，可使其降到15-20ppm。

由于不存在耐磨的氧化铝夹杂，而且只要硅酸盐和硫化物夹杂在轧制温度下是非脆性的和塑性的，硅镇静钢就能展现出很好的可加工性。

l避免水口堵塞的加钙处理在浇铸温度下是固体的氧化铝、二氧化硅、铈的硫氧化物以及二氧化钛，都可能造成小直径水口的堵塞。

在铝镇静钢的条件下，当钢水的含铝量超过0.01%时，就会很快引起水口堵塞。

往钢水中加入含钙合金就能解决这一问题。

依附于处理之前钢水中固体夹杂物数量的不同，通常是往其中加入0.3-1.5kgCasi/t。

l往含钙易切削钢中加钙用包芯线加钙，较易使钢的含钙量达到 0.003-0.005%的技术要求。

l用CaAl线取代CaSi线的加钙处理对于深冲钢、薄带钢和汽车钢之类低硅钢来说，用CaAl合金包芯线取代CaSi合金包芯线具有如下优点：CaAl合金是无硅载体；因是合金，所以Ca的蒸汽压比单钙元素低；铝能与钢中大多数元素兼容；铝能增加钙在钢水中的溶解度。

l用CaFe线生产超低硅钢的加钙处理采用Ca30/Fe70或Ca70/Fe30的包芯线往钢水加钙, 可以不带入任何数量的硅, 因而特别适合于深拉钢,某些特殊钢（如含钙不锈钢，含钙齿轮钢）以及具有特定物理性能的钢。

2）合金成分微调l炉后增碳生产低碳和中碳钢时, 碳的平均收得率为 68-71%；生产合金钢时，碳的收得率达83%。

l不锈钢钢水加鈦生产诸如1Cr18Ni9Ti的不锈钢时, 是用钛铁线调整钢水的含钛量，不仅收得率高，而且能很精确地达到技术标准的要求。

3）微合金化l往20CrMnTi之类的钢中加钛钢水经脱氧后用钛铁锨加钛, 钛的回收率可达80%以上。

l往40MnB与40MnVB之类含硼钢和303,304和316之类不锈钢加硼钢水经脱氧及固氮处理后，再用硼铁线加硼，硼的回收率可高达80%以上，结果稳定又精确。

l往钢中加稀土稀土可以净化钢液，细化钢的组织，控制夹杂物的形态。

钢水经脱氧处理后再用稀土硅铁线或铈铁线加入稀土合金或铈,可以稳定地提高稀土或铈的回收率。

l往钢中加铌与冲入法相比, 用铌铁线加铌，不仅合金熔化快, 且不存在小块铌铁被渣包裹而降低铌有效率和回收率的危险。

l往钢中加钒用包芯线加钒既可提高回收率，又能增加加钒的稳定性。

4）钢水的再硫化l用硫磺线或硫化铁线往钢水加硫，用以生产含硫易切削钢；硫的回收率可达80%以上，且几乎不会放出有毒的SO2。

l用硫磺线或硫化铁线往不锈钢钢水中加硫，用以改变硫化夹杂物的形貌，提高机加工性。

2 在铸造厂的钢水与铁水处理方面属于钢包冶金范畴的包芯线技术在冶金工业中的普及和发展, 为铸钢和铸铁生产依靠改善钢水或铁水的内在质量去提高铸件的性能提供了一个很好的范例和简单的途径。

1）钢水处理方面l强化钢水终脱氧一般是在顶吹或底吹氩地条件下，根据钢种的不同而往钢水中加入0.4-0.6kg/t 的铝线，并使钢水的残余铝含量保持在0.025-0.04%水平上，从而消除因铸件气孔而造成的报废。

l细化钢的晶粒-- 用往钢水加入钒，钛，铌之类氮、碳化物生成元素，抑制奥氏体在热加工过程中的形变再结晶，阻止其晶粒的长大, 并通过它们的碳氮化合物的应变诱导析出, 对钢进行沉淀强化，从而-- 用往钢中加入一定数量铝的办法，使其与钢中氮等元素生成细小的弥散型化合物，并在奥氏体晶界出析出，从而防止铸件在随后的热加工过程中发生奥氏体晶粒长大。

-- 往钢水中加入稀土，在净化钢水的同时，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而使晶粒细化。

l对钢水中的夹杂物进行变质处理是用加入铝线和硅钙线（或硅-铝-钡-钙和金包芯线）的方法，改变夹杂物的数量、尺寸、形貌与分布，提高钢的强度与性能。

2）铁水处理方面l对灰铁铁水的处理-- 铁水合金化处理用合金包芯线进行铁水合金化的特点是：添加元素的收得率很高；加量精确，并便于进行微调；合金加入总量最少。

-- 孕育处理用孕育剂包芯线技术进行灰铁孕育处理的特点是：合金的收得率高；能精确地控制孕育剂的加入量；能实现随流孕育和瞬时孕育；可消除孕育不足和出现过孕育的可能性；从根本上消除了用人工方法添加合金或孕育剂的人为误差。

l对球铁铁水的处理-- 冲天炉熔炼的高硫铁水的脱硫处理生产实践证明：为使铁水的含硫量从0.15%减少到0.015%，用碳化钙包芯线法取代往铁水喷或洒粒状碳化钙的方法脱硫，既可完全消除未起反应的碳化钙对环境的影响；又可大大减少（约40%）碳化钙的用量。

-- 冲天炉，或感应炉，或冲天炉+感应炉熔炼的非高硫铁水的脱硫处理用纯镁包芯线，或纯镁+碳化钙的合金包芯线，以及用高镁合金包芯线进行脱硫，都可使铁水的含硫量由0.025-0.030%下降到0.005-0.009%的水平。

-- 铁水的加镁处理当前，用来进行铁水加镁处理的包芯线共有三类：即以纯镁为芯剂的包芯线，以金属镁+硅铁为芯剂的包芯线，以及以多元复合高镁合金为芯剂的包芯线。

用得最广的是高镁合金包芯线。

拥包芯线进行加镁处理具有合金回收率高，处理结果稳定，可以消除烟气对作业环境的影响等优点。

有数据证明：只要包芯线的合金含镁量达到25%，就可在经济上胜过传统的冲入法。

-- 用冲天炉高硫铁水生产大断面球铁它是用含有适量轻稀土、钙等元素的高镁合金包芯线在1330℃的温度条件下对铁水进行脱硫与球化，而后再用含有大量硅和适量镁、重稀土、钙、钡等元素的孕育剂包芯线进行孕育处理，扒渣后立即进行浇铸。

与冲入法相比，具有产品质量高而稳定；球化与孕育衰退作用小；生产成本低，好控制等优点。

-- 蠕铁铁生产中的应用据报道：世界著名的奥迪，福特，克莱斯勒，现代等汽车生产厂，因为引进了瑞典SinterCast的SinterCast System 2000，成功实现了蠕铁缸体和缸盖三包交替循环（即：第一包在浇铸线上浇铸；第二包则处于SinterCast 的取样、分析和校正作业中；第三包却处于基本处理与炉子出铁区中）式的批量生产。

喂线装置则是其保证蠕化率达到75-80%（球化率不大于20-25%）的蠕化剂加入手段。

3 有色金属熔体处理方面1）铝的晶粒细化用喂线技术往铝液中加入晶粒细化剂（Al-Ti-B合金）已经成为国内外铝加工业提高铝的强度与加工性能的一个重要手段。

2）往镍液和铜液中加镁用镁包芯线往镍液和铜液中加镁是生产镍镁合金和铜镁合金的最简单而又最优效的方法。

3）往铝、铜、镁、钛、钼、镍、钴、钽、铌及铂族金属液中加稀土加入0.5%以上的稀土元素有明显效果。

三. 包芯线技术值得关注的开发成果与动向1。

包芯线成型机组方面据介绍：英国已开发出成型速度达100米/分的包芯线的成型机组；我国哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司已批量生产和向国外出口可以生产ф5，ф9，ф10，ф13，ф14，ф15和ф16 mm、成型速度达60米/分的包芯线成型及微型生产工厂。

它们研制的速度达100米/分的成型机组也即将问世。