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钢液钙处理的发展历程及应把握的趋势武汉工业学院熊烈强1906年，瓦茨（Watts）把CaSi加入到钢液中，发现能改善钢的纯净度。1908年戈尔德史密特（Goldschmidt）指出CaSi是钢液的有效脱氧剂，此观点在1920年代被大量的试验证实。——硅钙线的起源1908年，盖伦基尔兴（Geilenkirchen）使用Al和Ca的混合物也得到了脱氧效果。由此，人们认识到：含有Ca的合金是钢液的有效脱氧剂，因为脱氧产物比较轻，容易上浮到钢液表面。1921年，安德生（Anderson）证实了纯钙金属的脱氧效果。——纯钙线的起源1932年，曼特尔（Manteil）和哈迪（Hardy）提出了加钙的方法：把钙混入海绵铁或钢屑中压成小球或方块，用气枪射入钢液中，如图1。——铁钙线的起源图1图21钙的加入方法1.1原始法在1950年前后，CaSi作为添加剂广泛用于炼钢中，常用的方法是把钙合金投入到炉内、出钢钢流、钢包或中间包，或在出钢前把钙合金放入钢包或中间包的底部，但出现CaSi处理效果不稳定，重现性差，钙收得率低。1961年，德昂（Dunn）提出把钙合金放入插在铁棒端部的钢制篮子中或把钙合金填入钢管内，再插入钢液深部的方法。——包芯线的起源1970年，列宾斯基等研究发现，为抑制Ca产生的高蒸汽压，需将钙合金加入到钢液表面以下的深度。——内部喂丝的依据1.2喷射法（TN法）1974年，TN公司开发了用氩气喷吹含钙粉的技术，陶瓷喷管插入钢液表面以下2m处，钙粉（CaSi或CaC2）混入氩气流经喷管进入熔池底部，如图2。喷射法的缺点：金属与空气接触，氮含量会增加，吸收氢气，粉末有爆炸的危险。1.3弹丸投射法（SCAT法）1975年，日本住友公司把CaSi粉装入铝壳制成弹丸射入钢液中，如图3。图3图41.4表面喂丝法（WF法）1968年，卡特尔（Carter）发明了带V形槽喂丝轮的丝焊机。1970年，这种丝焊机被移植到向钢液中喂铝线。——喂丝机的起源1971年，喂丝机用于喂钙线，如图4。由于受丝焊机的影响，包芯线的直径只有4.8mm和7mm两种规格，钢壳厚度为0.2mm，咬口式。芯材为纯Ca或Ca+Al或CaSi粉剂。——小直径包芯线的起源1979年，菲泽尔（Pfizer）公司发明了带错开齿V形槽喂丝轮的喂丝装置，可喂直径2～15mm的线，优选直径3～8mm。1988年，阿菲瓦尔（Affival）公司研制了咬口式双核包芯线，喂该线的喂丝轮为带纹路或非金属覆层的圆弧槽。圆弧槽主要是尽量保持包芯线的圆截面、减小内应力，以消除受热后内应力引起的包芯线在钢液表面的卷曲，保持包芯线的刚度。该公司还有矩形截面包芯线。——矩形截面包芯线的起源1990年代初，中国引进了喂丝技术。仿制了带圆柱面齿形喂丝轮的喂丝机，咬口式包芯线主要是直径13mm，也生产了矩形截面包芯线。直径13mm包芯线碾压后成11.5×16.5mm的扁平形，压痕深。2005年，印度塔塔（Tata）公司试验了咬口式直径13、16、18mm包芯线，推荐使用大直径包芯线。1.5内部喂丝法（WL法）1983年，菲泽尔（Pfizer）公司发明了带活塞气缸密封装置（如图5）的喂丝机，配星形喷嘴（如图6）喂丝枪可实现临界深度以下的内部喂丝。密封装置和星形喷嘴需要圆截面包芯线，但大直径包芯线会增加密封件与包芯线之间的阻力和氩气流量。图5图62005年，注射合金（InjectionAlloy）公司发明了焊接式高致密包芯线，如图7。常用的规格为直径9mm，钢壳厚0.64mm。国外应用实例如图8，钙收得率如图9。但在中国的喂丝设备中，收得率为19.73%。图82钙处理的发展趋势2.1包芯线芯材合金钙包芯线，如CaSi线，在工业化生产中能够低成本获得，并且发现Si的存在能够提高钙收得率；复合钙包芯线，如CaFe线，其中加入Fe是为了增加包芯线的密度，在相同条件下，使所喂入的钙更接近钢包底部；真正起脱氧作用的是金属钙元素。在检验合金/复合钙包芯线芯材中钙含量时，分辨CaO中的Ca有困难。还原钙和电解钙在钙处理中差别并不大。为保护钢铁企业的利益，维护包芯线行业的信誉，推荐生产、使用高致密还原钙芯材包芯线。2.2包芯线封口方式在表面喂丝中，咬口式和焊接式都可以使用。但咬口式在咬口处存在类三角空隙，会将空气带入钢液。虽然可以加顶沟消除空隙，但在包芯线中存在预应力，受热后容易卷曲。在内部喂丝中，焊接式效果更好。推荐生产、使用焊接式包芯线。2.3包芯线截面形状在表面喂丝中，对包芯线截面形状没有限制，圆、矩形甚至多边形均可。在内部喂丝中，由于密封和喷嘴需要圆截面形状包芯线，但之前可以是非圆。推荐生产、使用圆/类圆截面包芯线。2.4包芯线芯材外壳质量比钙处理起脱氧作用的是芯材钙，外壳只是其包装物。芯材外壳质量比越高，钢企钙处理的成本越低，考虑到钙密度（1.55g/mm3）和钢外壳密度（7.8g/mm3）以及外壳的必要厚度，推荐生产、使用芯材外壳质量比大于1的包芯线。2.5包芯线成形机、喂丝机和钢企的技术改造包芯线成形机应借鉴焊管成形机进行技术改造。国外某代理公司所指的普通喂丝机（约30万元/台）是没有活塞气缸密封装置的喂丝机，有活塞气缸密封装置的喂丝机（约500万元/台）专利从1983年开始生效，20年保护期已过。但国内已有专门为普通喂丝机研制的内部喂丝技术，没必要再效仿活塞气缸密封装置的喂丝机。国内应综合阿菲瓦尔（Affival）公司的喂丝轮，建议将圆柱面齿形喂丝轮改造成圆弧槽喂丝轮。钢铁企业应对活动导丝管升降台进行适当改造，以适应内部喂丝所需要的升程。喂丝技术是炼钢、铸造以及有色金属冶炼中的共性技术，喂钙丝只是其中的一种应用。研究、生产、使用者应了解其前因后果，合理把握其趋势。