发展战略-包芯线技术的应用现状与发展动向

1、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

2、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

3、（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1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

4、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

5、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。2二 . 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

6、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 15-2

7、0ppm。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

8、 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3生产低碳和中碳 钢时 ,碳的平均收得率

9、 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

10、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

11、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

12、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。4- 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

13、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%

14、 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。5- 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

15、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-

16、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

17、和向国外出口可以生 产 5， 9， 10， 13， 14， 15 和 16 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。2. 喂线机方面1） 多线喂线机的开发P C Campana 公司已 开发出 6 线喂线机；哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司研制生产的 4线喂线机已在许多炼钢厂得到应用。2） 与自动浇铸机联动的高精度计数 喂线机的开发哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司已为韩国某铸造厂 成功 开发出线长计数 误差 20 mm,与自6动浇铸机联动的喂线机。3） 自动计算与设定喂 线参数的喂线机的开发哈尔滨科德威冶金新

18、材料有限责任公司已经研制和生产出这种喂线机，并已成功用于 天津某台资铸造厂。4） 智能化自动喂线机的开发Ordermath， Affival公司以及哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司等国内外许 多公司，目 前生产和供应的喂线机都只是能与主控室进行数据通讯的喂线机。但是也都在研制能根据主控室发来的相关数据（钢水温度，成份，以及处理任 务与目标等参数）自动进行喂线参数调整与设定 的智能化自动喂线机。4. 包芯线方面除了不 断地增多品种 之外，据报道，Ordermath 公司最近推开发出了一种新型 Mg包芯线 专利产品，它可以 提高 Mg的吸收率 ，减少 处理 时间 。与 芯剂为粒状材料的 常规包芯

19、线 相比 ，由于 Mg的表面积 缩小了 很多， 因此减低了气化速度，增大了 Mg 被铁水 吸收的时间 。 气化速度 的降低又 可减少 铁水的 搅动，又使得可以 提高喂线速度 。 没进行过 佳化的初步试验 结果 表明： Mg的吸收率相 对提高 率为 12%。5. 铁合金方面1） 镁铝合金的 开发据报 道：用镁铝合金（含镁量为 16.55%）对夹杂物 进行变质处理，有 利于改善轴承 钢的 浇注和提高轴承钢疲劳寿命.2） 含镁碱土复合合金的 开发据报 道：主要原料为 7 5硅铁、白云石、石灰、重晶石、萤石的含镁碱土复合合金， 具有很强的深脱氧、深脱硫以及变质处理的 能力，可用于 超级清洁钢的生 产。3） 硅钙钡铝合金的开发据研制者称：硅钙钡铝是钡系合金中的最好的脱氧剂、脱硫剂，能使钢中的氧降到最低，所形成的含钙、钡、硅、铝的复杂氧化物易从钢液中上浮，从而纯净钢液，提高钢的耐冲击韧性和加工性能。3） 新孕育剂的开发芬兰 Elkem 公司推 出了一 种名为 Ultraseed （成份为 Si 70-76%，Ca 0.75-1.25% ，Ce 1.50-2.00% ， Al 0.75-1.25% S 和 O < 1% ）的铸铁孕育剂 。 据介绍 它含 有常规数量的钙 和铈 , 因此能将白口减至最小以及 将铁水中的痕量有害元素中和掉。另外，它还