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一、包芯線技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 

首現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末、以對(duì)鋼進(jìn)行加鈣處理為主要目標(biāo)的包芯線技術(shù)，已經(jīng)成功地走過了30多年的歷程，經(jīng)歷了從不被人們認(rèn)可到一致推崇、從小范圍應(yīng)用到大面積推廣、從鋼水的精煉、微合金化、合金化及變質(zhì)處理到鐵水的脫硫、球化、孕育處理及合金化……等一系列的變化。這一變化與發(fā)展的結(jié)果不僅使煉鋼生產(chǎn)發(fā)生了革命性的轉(zhuǎn)變，而且在球鐵、蠕鐵和灰鐵的鑄造方面亦正發(fā)揮著越來越大的作用：

在煉鋼生產(chǎn)方面，隨著包芯線技術(shù)的發(fā)展，電爐和轉(zhuǎn)爐原本的許多功能已被廢棄，變成了僅僅是為了脫磷（如果需要的話）或脫碳的“化鋼”工具，而脫氧、脫硫、合金化、微合金化以及成分微調(diào)等精煉作業(yè)都被改在了熔煉爐外由包芯線技術(shù)來完成。從上世紀(jì)80年代以來，喂線機(jī)已成為下列定式被包括在了包括我國在內(nèi)的世界主要產(chǎn)鋼國的設(shè)備流程中： 

電爐→精煉爐→喂線機(jī)→模鑄設(shè)備 

電爐→精煉爐→喂線機(jī)→連鑄機(jī) 

轉(zhuǎn)爐→精煉爐→喂線機(jī)→連鑄機(jī) 

在鑄鋼生產(chǎn)方面，用包芯線技術(shù)凈化鋼水（脫氧、脫硫和變質(zhì)處理）、細(xì)化晶粒、提高鋼的可鑄性與可加工性已被越來越多的國內(nèi)外鑄鋼廠所認(rèn)同。

大多數(shù)鑄鋼廠都是采用下列設(shè)備流程：

電爐→喂線機(jī)→模鑄設(shè)備 

也有一些鑄鋼廠采用的是如下設(shè)備流程：

電爐→LF爐→喂線機(jī)→模鑄設(shè)備

在鑄鐵生產(chǎn)方面，用包芯線進(jìn)行鐵水脫硫，球化和孕育的鑄造廠越來越多，擴(kuò)展速度越來越快。以最先開發(fā)應(yīng)用包芯線技術(shù)生產(chǎn)球鐵的德國為例，1989年底，德國只有一家鑄造廠采用包芯線生產(chǎn)球鐵，而到了2002年，就有56家工廠（約占其球鐵廠的32%）用包芯線工藝取代了原來插入法，壓力加鎂法等。在我國，從2000年至今，哈爾濱科德威冶金新材料有限責(zé)任公司為我國第一汽車制造廠、東安發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司、震雄精密設(shè)備公司、內(nèi)蒙一機(jī)集團(tuán)公司等的20多家鑄造廠建造了球化處理站、球化-孕育處理站及脫硫-球化孕育處理站。

以最低的成本生產(chǎn)出最多最好的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，是世界各國煉鋼廠與鑄造廠永遠(yuǎn)追求的目標(biāo)。包括我國在內(nèi)的實(shí)踐證明：包芯線技術(shù)是當(dāng)今世界各國，在鋼水和鐵水處理的許多方面，實(shí)現(xiàn)這一夙愿最簡單易行而又最高速的工藝手段與措施之一。

二、包芯線技術(shù)的典型用場

研制包芯線技術(shù)初衷，只是為了對(duì)鋼水進(jìn)行“加鈣處理”。然而，隨著這一技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，如今在鋼水、鐵水甚至鋁水和銅水的處理方面，都能看到它的身影和獨(dú)特作用：

1．  在煉鋼廠的鋼水處理方面

①      鋼水的加鈣處理

●   鋁鎮(zhèn)靜鋼的加鈣處理

鈣（主要呈CaSi合金形態(tài)）是用來使用鋁脫氧時(shí)所生成的固體A12 03和Si02-Al20 3轉(zhuǎn)變成在澆鑄溫度下是液體的鋁酸鈣。在清潔鋼中，這些鋁酸鹽會(huì)覆蓋上一鈣和錳的復(fù)合硫化物薄層。

根據(jù)所處理的鋼種的不同，每噸鋼水的加Ca量為0.15-0.5kg。

加鈣處理的成功與否在很大程度上與殘留于鋼水中的Al203的數(shù)量有關(guān)。

●   硅鎮(zhèn)靜鋼的加鈣處理

在含碳量為0.1%、含硅量為0.2%的鋼中，其含氧量通常為75ppm左右，用往鋼水中喂入CaSi線0.8-1.7kg/t的辦法，可使其降到15-20ppm。

由于不存在耐磨的氧化鋁夾雜，而且只要硅酸鹽和硫化物夾雜在軋制溫度下是非脆性和塑性的，硅鎮(zhèn)靜鋼就能展現(xiàn)出很好的可加工性。

●   避免水口堵塞的加鈣處理

在澆鑄溫度下是固體的氧化鋁、二氧化硅、鈰的硫氧化物以及二氧化鈦，都可能造成小直徑水口的堵塞。在鋁鎮(zhèn)靜鋼的條件下，當(dāng)鋼水的含鋁量超過0.01%時(shí)，就會(huì)很快引起水口堵塞。往鋼水中加入含鈣合金就能解決這一問題。

依附于處理之前鋼水中固體夾雜物數(shù)量的不同，通常是往其中加入0.3-1.5kgCaSi/t。

●  用CaAl線取代CaSi線的加鈣處理

對(duì)于深沖鋼、薄帶鋼和汽車鋼之類低硅鋼來說，用CaAl合金包芯線取代CaSi合金包芯線具有如下優(yōu)點(diǎn)：

CaAl合金是無硅載體；

因是合金，所以Ca的蒸汽壓比單鈣元素低；

鋁能與鋼中大多數(shù)元素兼容；

鋁能增加鈣在鋼水中的溶解度。

●  CaFe線生產(chǎn)超低硅鋼的加鈣處理

采用Ca30/Fe70或Ca70/Fe30的包芯線往鋼水加鈣，可以不帶入任何數(shù)量的硅，因而特別適合于深拉鋼，某些特殊鋼（如含鈣不銹鋼，含鈣齒輪鋼）以及具有特定物理性能的鋼。

②  合金成分微調(diào)

●  爐后增碳

生產(chǎn)低碳和中碳鋼時(shí)，碳的平均收得率為68-71%；生產(chǎn)合金鋼時(shí)，碳的收得率達(dá)83%。

●  不銹鋼鋼水加鈦

生產(chǎn)諸如1Cr18Ni9Ti的不銹鋼時(shí)，是用鈦鐵線調(diào)整鋼水的含鈦量，不僅收得率高，而且能很精確地達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

③　微合金化

●  往20CrMnTi之類的鋼中加鈦

鋼水經(jīng)脫氧后用鈦鐵锨加鈦，鈦的回收率可達(dá)80%以上。

●  往40MnB與40MnVB之類含硼鋼和303，304和316之類不銹鋼加硼

    鋼水經(jīng)脫氧及固氮處理后，再用硼鐵線加硼，硼的回收率可高達(dá)80%以上，結(jié)果穩(wěn)定又精確。

●  稀土可以凈化鋼液，細(xì)化鋼的組織，控制夾雜物的形態(tài)。鋼水經(jīng)脫氧處理后再用稀土硅鐵線或鈰鐵線加入稀土合金或鈰，可以穩(wěn)定地提高稀土或鈰的回收率。

●  往鋼中加鈮

與沖入法相比，用鈮鐵線加鈮，不僅合金熔化快，且不存在小塊鈮鐵被渣包課而降低飲有效率和回收率的危險(xiǎn)。

● 往鋼中加鋼

用包芯線加鋇既可提高回收率，又能增加加釩的穩(wěn)定性。

④ 鋼水的再硫化

● 用硫磺線或硫化鐵線往鋼水加硫，用以生產(chǎn)含硫易切削鋼；硫的回收率可達(dá)80%以上，且?guī)缀醪粫?huì)放出有毒的SO₂。

● 用硫磺線或硫化鐵線往不銹鋼鋼水中加硫，用以改變硫化夾雜物的形貌，提高機(jī)加工性。

2 在鑄造廠的鋼水與銑水處理方面

屬于鋼包冶金范疇的包芯線技術(shù)在冶金工業(yè)中的普及和發(fā)展，為鑄鋼和鑄鐵生產(chǎn)依靠改善鋼水或鐵水的內(nèi)在質(zhì)量去提高鑄件的性能提供了一個(gè)很好的范例和簡單的途徑。

①     鋼水處理方面

● 強(qiáng)化鋼水終脫氧

一般是在頂吹或底吹氬地條件下，根據(jù)鋼種的不同而往鋼水中加入0.4-0.6kg/t的鋁線，并使鋼水的殘余鋁含量保持在0.025-0.04%水平上，從而消除因鑄件氣孔而造成的報(bào)廢。

● 鋼的晶粒

——用往鋼水加入鋇、鈦、鈮之類氮、碳化物生成元素，抑制奧氏體在熱加工過程中的形變?cè)俳Y(jié)晶，阻止其晶粒的長大，并通過它們的碳氮化合物的應(yīng)變誘導(dǎo)析出，對(duì)鋼進(jìn)行沉淀強(qiáng)化。

——用往鋼中加入一定數(shù)量鋁的辦法，使其與鋼中氮等元素生成細(xì)小的彌散型化合物，并在奧氏體晶界出析出，從而防止鑄件在隨后的熱加工過程中發(fā)生奧氏體晶粒長大。

——往鋼水中加入稀土，在凈化鋼水的同時(shí)，生成能阻礙晶粒繼續(xù)生長的膜，從而使晶粒細(xì)化。

● 對(duì)鋼水中的夾雜物進(jìn)行變質(zhì)處理

    是用加入鋁線和硅鈣線（或硅-鋁-鋇-鈣和金包芯線）的方法，改變夾雜物的數(shù)量、尺寸、形貌與分布，提高鋼的強(qiáng)度與性能。

②     鐵水處理方面

● 對(duì)灰鐵鐵水的處理

——銑水合金化處理

用合金民芯線進(jìn)行銑水合金化的特點(diǎn)是：

添加元素的收得率很高；

加量精確，并便于進(jìn)行微調(diào)；

合金加入總量最少。

——孕育處理

用孕育劑包芯線技術(shù)進(jìn)行灰鐵孕育處理的特點(diǎn)是：

合金的收得率高；

能精確地控制孕育劑的加入量；

能實(shí)現(xiàn)隨流孕育和瞬時(shí)孕育；

可消除孕育不足和出現(xiàn)過孕育的可能性；

從根本上消除了用人工方法添加合金或孕育劑的人為誤差。

● 對(duì)球鐵鐵水的處理

——沖天爐熔煉的高硫鐵水的脫硫處理

生產(chǎn)實(shí)踐證明：為使鐵水的含硫量從0.15%減少到0.015%，用碳化鈣包芯線法取代往鐵水噴或?yàn)⒘钐蓟}的方法脫硫，既可完全消除未起反應(yīng)的碳化鈣對(duì)環(huán)境的影響；又可大大減少（約40%）碳化鈣的用量。

——沖天爐，或感應(yīng)爐，或沖天爐+感應(yīng)爐熔煉的非高硫鐵水的脫硫處理

用純鎂包芯線，或純鎂+碳化鈣的合金包芯線，以及用高鎂合金包芯線進(jìn)行脫硫，都可使鐵水的含硫量由0.025-0.030%下降到0.005-0.009%的水平。

——鐵水的加鎂處理

當(dāng)前，用來進(jìn)行鐵水加鎂處理的包芯線共有三業(yè)：即以純鎂為芯劑的包芯線，以金屬鎂+硅鐵為芯劑的包芯線，以及以多元復(fù)合高鎂合金為芯劑的包芯線。用得最廣的是高鎂合金包芯線。擁包芯線進(jìn)行加鎂處理具有合金加收率高，處理結(jié)果穩(wěn)定，可以消除煙氣對(duì)作業(yè)環(huán)境的影響等優(yōu)點(diǎn)。有數(shù)據(jù)證明：只要包芯線的合金含鎂量達(dá)到25%，就可在經(jīng)濟(jì)上勝過傳統(tǒng)的沖入法。

——用沖天爐高硫鐵水生產(chǎn)大斷面球鐵

它是用含有適量輕稀土、鈣等元素的高鎂合金包芯線在1330℃的溫度條件下對(duì)鐵水進(jìn)行脫硫與球化，而后再用含有大量硅和適量鎂、重稀土、鈣、鋇等元素的孕育劑包芯線進(jìn)行孕育處理，扒渣后立即進(jìn)行澆鑄。與沖入法相比，具有產(chǎn)品質(zhì)量高而穩(wěn)定；球化與孕育衰退作用�。荷a(chǎn)成本低，好控制等優(yōu)點(diǎn)。

——蠕鐵鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用

據(jù)報(bào)道：世界著名的奧迪、福特、克萊斯勒，現(xiàn)代等汽車生產(chǎn)廠，因?yàn)橐M(jìn)了瑞典SinterCast的SinterCast System 2000成功實(shí)現(xiàn)了蠕鐵缸體和缸蓋三包交替循環(huán)（即：第一包在澆鑄線上澆鑄：第二包則處于SinterCast的取樣、分析和校正作業(yè)中；第三包卻處于基本處理與爐子出鐵區(qū)中）式的批量生產(chǎn)。喂線裝置則是其保證蠕化率達(dá)到75-80%（球化率不大于20-25%）的蠕化劑加入手段。

3有色金屬熔體處理方面

①    鋁的晶粒細(xì)化

用喂線技術(shù)往鋁液中加入晶粒細(xì)化劑（Al-Ti-B合金）已經(jīng)成為國內(nèi)外鋁加工業(yè)提高鋁的強(qiáng)度與加工性能的一個(gè)重要手段。

②    往鎳液和銅液中加鎂

用鎂包芯線往鎳液和銅液中加鎂是生產(chǎn)鎳鎂合金和銅鎂合金的最簡單、最有效的方法。

③    往鋁、銅、鎂、鈦、鉬、鎳、鈷、鉭、鈮及鉑族金屬液中加稀土

加入0.5%以上的稀土元素有明顯效果。

三、包芯線技術(shù)值得關(guān)注的開發(fā)成果與動(dòng)向

1．包芯線成形機(jī)組方面

據(jù)介紹：英國已開發(fā)出成型速度達(dá)100米/分的包芯線的成型機(jī)組；

哈爾濱科德威冶金新材料有限責(zé)任公司已批量生產(chǎn)和向國外出口可以生產(chǎn)φ5，φ9，φ10，φ13，φ14，φ15和φ16mm、成型速度達(dá)60米/分的包芯線成型及微型生產(chǎn)工廠。它們研制的速度達(dá)100米/分的成型機(jī)組也即將問世。

2． 喂線機(jī)方面

① 多線喂線機(jī)的開發(fā)

    P.C.Campana公司已開發(fā)出6線喂線機(jī)：哈爾濱科德威冶金新材料有限責(zé)任公司研制生產(chǎn)的4線喂線機(jī)已在許多煉鋼廠得到應(yīng)用。

② 與自動(dòng)澆鑄機(jī)聯(lián)動(dòng)的高精度計(jì)數(shù)喂線機(jī)的開發(fā)

哈爾濱科威威冶金新材料有限責(zé)任公司已為韓國某鑄造廠成功開發(fā)出線長計(jì)數(shù)誤差≤20,,，與自動(dòng)澆鑄機(jī)聯(lián)動(dòng)的喂線機(jī)。

③　自動(dòng)計(jì)算與設(shè)定喂線參數(shù)的喂線機(jī)的開發(fā)

哈爾濱科德威冶金新材料有限責(zé)任公司已經(jīng)研制和生產(chǎn)出這種喂線機(jī)，并已成功用于天津某臺(tái)資鑄造廠。

④ 智能化自動(dòng)喂線機(jī)的開發(fā)

Ordermath, Affival公司以及哈爾濱科德威冶金新材料有限責(zé)任公司等國內(nèi)外許多公司，目前生產(chǎn)和供應(yīng)的喂線機(jī)都只是能與主控室進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的喂線機(jī)。但是也都在研制能根據(jù)主控室發(fā)來的相關(guān)數(shù)據(jù)（鋼水溫度，成份，以及處理任務(wù)與目標(biāo)等參數(shù)）自動(dòng)進(jìn)行喂線參數(shù)調(diào)整與設(shè)定的智能化自動(dòng)喂線機(jī)。

3. 包芯線方面

除了不斷地增多品種之外，據(jù)報(bào)道，Ordermath公司最近開發(fā)出了一種新型Mg包芯線專利產(chǎn)品，它可以提高M(jìn)g的吸收率，減少處理時(shí)間。與芯劑為粒狀材料的常規(guī)包芯線相比，由于Mg的表面積縮小了很多，因此減低了氣化速度，增大了Mg被鐵水吸收的時(shí)間。氣化速度的降低又可養(yǎng)活鐵水的攪動(dòng)，又使得可以提高喂線速度。沒進(jìn)行過佳化的初步試驗(yàn)結(jié)果表明：Mg的吸收率相對(duì)提高率為12%。

4. 鐵合金方面

① 鎂鋁合金的開發(fā)

 據(jù)報(bào)道：用鎂鋁合金（含鎂量為16.55%）對(duì)夾雜物進(jìn)行變質(zhì)處理，有利于改善軸承鋼的澆注和提高軸承鋼疲勞壽命。

② 含鎂堿土復(fù)合合金的開發(fā)

    據(jù)報(bào)道：主要原料為75%硅鐵、白云石、石灰、重晶石、螢石的含鎂堿土復(fù)合合金，具有很強(qiáng)的深脫氧、深脫硫以及變質(zhì)處理的能力，可用于超級(jí)清潔鋼的生產(chǎn)。

③ 硅鈣鋇鋁合金的開發(fā)

據(jù)研制者稱：硅鈣鋇鋁是鋇系合金中的最好的脫氧劑、脫硫劑，能使鋼中的氧降到最低，所形成的含鈣、鋇、硅、鋁的復(fù)雜氧化物易從鋼液中上浮，從而純凈鋼液，提高鋼的耐沖擊韌性和加工性能。

④ 新孕育劑的開發(fā)

    芬蘭Elkem公司推出了一種名為Ultraseed（成分為Si7-76%，Ca0.75-1.25%，Ce 1.50-2.00%，Al0.75-1.25%S和0<1%）的鑄鐵孕育劑。據(jù)介紹，它含有常規(guī)數(shù)量的鈣和鈰，因此能將白口減至最小以及將鐵水口的痕量有害元素中和掉。另外，它還含有小量、能在鐵水中與鈣和鈰起反應(yīng)的形態(tài)和硫和氧。據(jù)稱它有如下優(yōu)點(diǎn)：比常規(guī)孕育劑更有效；使石墨球數(shù)增多，白口減少；縮松傾向比其他孕育劑小；能提高鐵素體球鐵的抗拉強(qiáng)度和機(jī)加性能等。

5. 喂線工藝方面

① 中間包喂硅鈣合金包芯帶

    由于處理溫度低，因而鈣的回收率高；由于被處理的鋼水很快就進(jìn)入了結(jié)晶器，因而處理效果好。

② 結(jié)晶器喂鐵線

    是用往結(jié)晶器喂入鐵絲的方法來調(diào)整鋼水的溫度。

③ 鐵水脫硫預(yù)處理

    許多科研工作者和煉鋼廠，尤其是烏克蘭和俄羅斯的科研工作者和煉鋼廠，曾在鐵水脫硫預(yù)處理方面進(jìn)行過大量的研究與試驗(yàn)，但在經(jīng)濟(jì)效果方面，卻得出了兩個(gè)截然不同的結(jié)論：

● 喂線法的脫硫成本要遠(yuǎn)高于噴吹鎂粒法。

● 在相同的脫硫條件下（初始及最終硫含量相同）鎂粉包芯線脫硫法要比鎂粒噴吹法經(jīng)濟(jì)得多。

④ 用鎂合金包芯線進(jìn)行脫硫預(yù)處理

用含鎂15-30%的MgSiFe合金代替金屬鎂可以降低用包芯線進(jìn)行鐵水脫硫的成本。

⑤ 喂線工藝?yán)碚摲矫?/p>

哈爾濱科德威冶金新材料有限責(zé)任公司已經(jīng)研制出一套“喂線技術(shù)基本理論”，并且總結(jié)出了一個(gè)用以計(jì)算喂線速度的經(jīng)驗(yàn)公式，達(dá)到了不用進(jìn)行試驗(yàn)，可直接用于生產(chǎn)的水平。

四、結(jié)論

    從狹義上講，包芯線技術(shù)是目前往金屬液中加入多種元素（尤其是難添加元素），合金與材料的最好方法。雖已成功用于黑色和有色冶金工業(yè)的許多方面，但也還存在著很大的開發(fā)利用空間。隨著工業(yè)需求的不斷發(fā)展，包芯線技術(shù)必將獲得更廣泛的運(yùn)用與提高。

• [責(zé)任編輯：張德眾]