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一、包芯線技術的應用現狀 

首現于20世紀70年代末、以對鋼進行加鈣處理為主要目標的包芯線技術，已經成功地走過了30多年的歷程，經歷了從不被人們認可到一致推崇、從小范圍應用到大面積推廣、從鋼水的精煉、微合金化、合金化及變質處理到鐵水的脫硫、球化、孕育處理及合金化……等一系列的變化。這一變化與發展的結果不僅使煉鋼生產發生了革命性的轉變，而且在球鐵、蠕鐵和灰鐵的鑄造方面亦正發揮著越來越大的作用：

在煉鋼生產方面，隨著包芯線技術的發展，電爐和轉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等精煉作業都被改在了熔煉爐外由包芯線技術來完成。從上世紀80年代以來，喂線機已成為下列定式被包括在了包括我國在內的世界主要產鋼國的設備流程中： 

電爐→精煉爐→喂線機→模鑄設備 

電爐→精煉爐→喂線機→連鑄機 

轉爐→精煉爐→喂線機→連鑄機 

在鑄鋼生產方面，用包芯線技術凈化鋼水（脫氧、脫硫和變質處理）、細化晶粒、提高鋼的可鑄性與可加工性已被越來越多的國內外鑄鋼廠所認同。

大多數鑄鋼廠都是采用下列設備流程：

電爐→喂線機→模鑄設備 

也有一些鑄鋼廠采用的是如下設備流程：

電爐→LF爐→喂線機→模鑄設備

在鑄鐵生產方面，用包芯線進行鐵水脫硫，球化和孕育的鑄造廠越來越多，擴展速度越來越快。以最先開發應用包芯線技術生產球鐵的德國為例，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任公司為我國第一汽車制造廠、東安發動機集團公司、震雄精密設備公司、內蒙一機集團公司等的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。

以最低的成本生產出最多最好的優質產品，是世界各國煉鋼廠與鑄造廠永遠追求的目標。包括我國在內的實踐證明：包芯線技術是當今世界各國，在鋼水和鐵水處理的許多方面，實現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、包芯線技術的典型用場

研制包芯線技術初衷，只是為了對鋼水進行“加鈣處理”。然而，隨著這一技術的不斷完善與發展，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

●   鋁鎮靜鋼的加鈣處理

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

根據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的數量有關。

●   硅鎮靜鋼的加鈣處理

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，硅鎮靜鋼就能展現出很好的可加工性。

●   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。在鋁鎮靜鋼的條件下，當鋼水的含鋁量超過0.01%時，就會很快引起水口堵塞。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點：

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；

鋁能與鋼中大多數元素兼容；

鋁能增加鈣在鋼水中的溶解度。

●  CaFe線生產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

●  爐后增碳

生產低碳和中碳鋼時，碳的平均收得率為68-71%；生產合金鋼時，碳的收得率達83%。

●  不銹鋼鋼水加鈦

生產諸如1Cr18Ni9Ti的不銹鋼時，是用鈦鐵線調整鋼水的含鈦量，不僅收得率高，而且能很精確地達到技術標準的要求。

③　微合金化

●  往20CrMnTi之類的鋼中加鈦

鋼水經脫氧后用鈦鐵锨加鈦，鈦的回收率可達80%以上。

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

    鋼水經脫氧及固氮處理后，再用硼鐵線加硼，硼的回收率可高達80%以上，結果穩定又精確。

●  稀土可以凈化鋼液，細化鋼的組織，控制夾雜物的形態。鋼水經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。

● 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，用以生產含硫易切削鋼；硫的回收率可達80%以上，且幾乎不會放出有毒的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在冶金工業中的普及和發展，為鑄鋼和鑄鐵生產依靠改善鋼水或鐵水的內在質量去提高鑄件的性能提供了一個很好的范例和簡單的途徑。

①     鋼水處理方面

● 強化鋼水終脫氧

一般是在頂吹或底吹氬地條件下，根據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再結晶，阻止其晶粒的長大，并通過它們的碳氮化合物的應變誘導析出，對鋼進行沉淀強化。

——用往鋼中加入一定數量鋁的辦法，使其與鋼中氮等元素生成細小的彌散型化合物，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生奧氏體晶粒長大。

——往鋼水中加入稀土，在凈化鋼水的同時，生成能阻礙晶粒繼續生長的膜，從而使晶粒細化。

● 對鋼水中的夾雜物進行變質處理

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

②     鐵水處理方面

● 對灰鐵鐵水的處理

——銑水合金化處理

用合金民芯線進行銑水合金化的特點是：

添加元素的收得率很高；

加量精確，并便于進行微調；

合金加入總量最少。

——孕育處理

用孕育劑包芯線技術進行灰鐵孕育處理的特點是：

合金的收得率高；

能精確地控制孕育劑的加入量；

能實現隨流孕育和瞬時孕育；

可消除孕育不足和出現過孕育的可能性；

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。

● 對球鐵鐵水的處理

——沖天爐熔煉的高硫鐵水的脫硫處理

生產實踐證明：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灑粒狀碳化鈣的方法脫硫，既可完全消除未起反應的碳化鈣對環境的影響；又可大大減少（約40%）碳化鈣的用量。

——沖天爐，或感應爐，或沖天爐+感應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

當前，用來進行鐵水加鎂處理的包芯線共有三業：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。擁包芯線進行加鎂處理具有合金加收率高，處理結果穩定，可以消除煙氣對作業環境的影響等優點。有數據證明：只要包芯線的合金含鎂量達到25%，就可在經濟上勝過傳統的沖入法。

——用沖天爐高硫鐵水生產大斷面球鐵

它是用含有適量輕稀土、鈣等元素的高鎂合金包芯線在1330℃的溫度條件下對鐵水進行脫硫與球化，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行孕育處理，扒渣后立即進行澆鑄。與沖入法相比，具有產品質量高而穩定；球化與孕育衰退作用小：生產成本低，好控制等優點。

——蠕鐵鐵生產中的應用

據報道：世界著名的奧迪、福特、克萊斯勒，現代等汽車生產廠，因為引進了瑞典SinterCast的SinterCast System 2000成功實現了蠕鐵缸體和缸蓋三包交替循環（即：第一包在澆鑄線上澆鑄：第二包則處于SinterCast的取樣、分析和校正作業中；第三包卻處于基本處理與爐子出鐵區中）式的批量生產。喂線裝置則是其保證蠕化率達到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    鋁的晶粒細化

用喂線技術往鋁液中加入晶粒細化劑（Al-Ti-B合金）已經成為國內外鋁加工業提高鋁的強度與加工性能的一個重要手段。

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、包芯線技術值得關注的開發成果與動向

1．包芯線成形機組方面

據介紹：英國已開發出成型速度達100米/分的包芯線的成型機組；

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

2． 喂線機方面

① 多線喂線機的開發

    P.C.Campana公司已開發出6線喂線機：哈爾濱科德威冶金新材料有限責任公司研制生產的4線喂線機已在許多煉鋼廠得到應用。

② 與自動澆鑄機聯動的高精度計數喂線機的開發

哈爾濱科威威冶金新材料有限責任公司已為韓國某鑄造廠成功開發出線長計數誤差≤20,,，與自動澆鑄機聯動的喂線機。

③　自動計算與設定喂線參數的喂線機的開發

哈爾濱科德威冶金新材料有限責任公司已經研制和生產出這種喂線機，并已成功用于天津某臺資鑄造廠。

④ 智能化自動喂線機的開發

Ordermath, Affival公司以及哈爾濱科德威冶金新材料有限責任公司等國內外許多公司，目前生產和供應的喂線機都只是能與主控室進行數據通訊的喂線機。但是也都在研制能根據主控室發來的相關數據（鋼水溫度，成份，以及處理任務與目標等參數）自動進行喂線參數調整與設定的智能化自動喂線機。

3. 包芯線方面

除了不斷地增多品種之外，據報道，Ordermath公司最近開發出了一種新型Mg包芯線專利產品，它可以提高Mg的吸收率，減少處理時間。與芯劑為粒狀材料的常規包芯線相比，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被鐵水吸收的時間。氣化速度的降低又可養活鐵水的攪動，又使得可以提高喂線速度。沒進行過佳化的初步試驗結果表明：Mg的吸收率相對提高率為12%。

4. 鐵合金方面

① 鎂鋁合金的開發

 據報道：用鎂鋁合金（含鎂量為16.55%）對夾雜物進行變質處理，有利于改善軸承鋼的澆注和提高軸承鋼疲勞壽命。

② 含鎂堿土復合合金的開發

    據報道：主要原料為75%硅鐵、白云石、石灰、重晶石、螢石的含鎂堿土復合合金，具有很強的深脫氧、深脫硫以及變質處理的能力，可用于超級清潔鋼的生產。

③ 硅鈣鋇鋁合金的開發

據研制者稱：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

    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。據介紹，它含有常規數量的鈣和鈰，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的形態和硫和氧。據稱它有如下優點：比常規孕育劑更有效；使石墨球數增多，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度和機加性能等。

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入了結晶器，因而處理效果好。

② 結晶器喂鐵線

    是用往結晶器喂入鐵絲的方法來調整鋼水的溫度。

③ 鐵水脫硫預處理

    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，曾在鐵水脫硫預處理方面進行過大量的研究與試驗，但在經濟效果方面，卻得出了兩個截然不同的結論：

● 喂線法的脫硫成本要遠高于噴吹鎂粒法。

● 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濟得多。

④ 用鎂合金包芯線進行脫硫預處理

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

⑤ 喂線工藝理論方面

哈爾濱科德威冶金新材料有限責任公司已經研制出一套“喂線技術基本理論”，并且總結出了一個用以計算喂線速度的經驗公式，達到了不用進行試驗，可直接用于生產的水平。

四、結論

    從狹義上講，包芯線技術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的許多方面，但也還存在著很大的開發利用空間。隨著工業需求的不斷發展，包芯線技術必將獲得更廣泛的運用與提高。

• [責任編輯：張德眾]