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 

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的国内外铸钢厂所认同。

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

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年底，德国只有一家铸造厂采用包芯线生产球铁，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插入法，压力加镁法等。在我国，从2000年至今，哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司为我国第一汽车制造厂、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。

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，实现这一夙愿最简单易行而又最高速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

●   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A12 03和Si02-Al20 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。

根据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Al203的数量有关。

●   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和塑性的，硅镇静钢就能展现出很好的可加工性。

●   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。

●  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。

●  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

●  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%。

●  不锈钢钢水加钛

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

●  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。

●  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。

●  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。

●  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课而降低饮有效率和回收率的危险。

● 往钢中加钢

用包芯线加钡既可提高回收率，又能增加加钒的稳定性。

④ 钢水的再硫化

● 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。

● 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 在铸造厂的钢水与铣水处理方面

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

● 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。

● 钢的晶粒

——用往钢水加入钡、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。

——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。

● 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

● 对灰铁铁水的处理

——铣水合金化处理

用合金民芯线进行铣水合金化的特点是：

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。

● 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业：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加收率高，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、最有效的方法。

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．包芯线成形机组方面

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；

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φ5，φ9，φ10，φ13，φ14，φ15和φ16mm、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

哈尔滨科威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,,，与自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。

3. 包芯线方面

除了不断地增多品种之外，据报道，Ordermath公司最近开发出了一种新型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养活铁水的搅动，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%。

4. 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75%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。

④ 新孕育剂的开发

    芬兰Elkem公司推出了一种名为Ultraseed（成分为Si7-76%，Ca0.75-1.25%，Ce 1.50-2.00%，Al0.75-1.25%S和0<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口的痕量有害元素中和掉。另外，它还含有小量、能在铁水中与钙和铈起反应的形态和硫和氧。据称它有如下优点：比常规孕育剂更有效；使石墨球数增多，白口减少；缩松倾向比其他孕育剂小；能提高铁素体球铁的抗拉强度和机加性能等。

5. 喂线工艺方面

① 中间包喂硅钙合金包芯带

    由于处理温度低，因而钙的回收率高；由于被处理的钢水很快就进入了结晶器，因而处理效果好。

② 结晶器喂铁线

    是用往结晶器喂入铁丝的方法来调整钢水的温度。

③ 铁水脱硫预处理

    许多科研工作者和炼钢厂，尤其是乌克兰和俄罗斯的科研工作者和炼钢厂，曾在铁水脱硫预处理方面进行过大量的研究与试验，但在经济效果方面，却得出了两个截然不同的结论：

● 喂线法的脱硫成本要远高于喷吹镁粒法。

● 在相同的脱硫条件下（初始及最终硫含量相同）镁粉包芯线脱硫法要比镁粒喷吹法经济得多。

④ 用镁合金包芯线进行脱硫预处理

用含镁15-30%的MgSiFe合金代替金属镁可以降低用包芯线进行铁水脱硫的成本。

⑤ 喂线工艺理论方面

哈尔滨科德威冶金新材料有限责任公司已经研制出一套“喂线技术基本理论”，并且总结出了一个用以计算喂线速度的经验公式，达到了不用进行试验，可直接用于生产的水平。

四、结论

    从狭义上讲，包芯线技术是目前往金属液中加入多种元素（尤其是难添加元素），合金与材料的最好方法。虽已成功用于黑色和有色冶金工业的许多方面，但也还存在着很大的开发利用空间。随着工业需求的不断发展，包芯线技术必将获得更广泛的运用与提高。

• [责任编辑：张德众]