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钢液钙处理喂丝技术的现状及中国的研究进展

武汉工业学院教授

气体旋流喂丝枪发明人

熊烈强

钢包喂丝技术，国外在1970年代开始使用，国内1990年代引进。其中喂钙线处理技术在世界上得到了广泛应用。

钢液中的氧分为溶解氧和全氧。溶解氧以气泡存在；全氧存在于非金属夹杂物中。降低溶解氧含量会改善钢坯的表面质量和消除气泡，降低全氧量会去除氧化物夹杂和提高钢的洁净度。钙是迄今为止用于炼钢上的最强脱氧剂，在钢液中，钙与溶解氧和非金属夹杂中的全氧具有独特的化学结合能力。经钙处理过的钢液，可以改善钢的晶粒度；对脱硫、脱氧、合金微调以及控制钢中夹杂物形态是非常有效的^[1]；改善钢的韧性，尤其在改善铝镇静钢钢液可浇性方面优势更加明显。如^[2]：

线材：处理前，在轧制后的产品中发现了成串排成5mm 或更长的MnO-SiO₂ 或Al₂O₃-SiO₂ 夹杂物；处理后，长条形夹杂物被细化到5-7 μm和球化，使线材具有更高的强度和韧性。

油田管线和套管：用来生产油田管线和套管的钢板中的非金属夹杂是制管厂的一个质量难题。钢在焊接和锻造时，在粗大的夹杂物处形成弯曲裂纹或放射裂纹。对钢管进行超声波探伤，处理前，检废率高于9%，处理后，检废率低于1%。

板材：处理后的冲击性能是处理前同一钢种性能的两倍，使冷轧板的毛刺缺陷从15% 降低到5% 以下。

钙属于一种较为活泼的元素。钙的熔点为843℃。液态钙的密度约为1550kg/m³，钢液的密度约为7000kg/m³。因此，钙珠在钢液中极易上浮；在汽态下，钙则以更快的速度上升。

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自第二代喂丝技术问世以来，钙的收得率似乎达到了峰值不能再提高。近来，国内外都提出或已经采用金属钙包芯线替代合金钙包芯线，以期进一步提高钙的收得率^[25，31]。这是喂丝早期（表面喂入阶段）采用的技术^[32]。更需要注意的是：金属钙包芯线与合金钙包芯线的价格差别，就目前市场看，国外进口无缝纯钙包芯线的国内售价为7万元/吨以上，国内普通纯钙线的国内售价为3万元/吨左右^[33]；合金钙包芯线的国内售价为1.2万元/吨左右。国内表面喂入合金钙包芯线，按钙收得率12％左右计算，钙喂入量为0.21 kg/t钢左右，按 CaSi线（Ø13mm，钢带厚0.34mm）Ca含量28％，芯粉质量≥220 g／m，折合CaSi线用量为3.4m／t钢^[15]（1.29 kg／t钢，16元／t钢左右）；16元购买使用国内普通纯钙线（Ø13mm，钢带厚0.4mm），钙质量为181.1g／m，钢带质量为186.7g／m，钙收得率达到9.5％即能满足要求；16元购买使用国外进口无缝纯钙包芯线（Ø9mm，钢带厚0.64mm），钙质量为72.5g／m，钢带质量为131g／m，钙收得率达到30.9％即能满足要求。钙收得率与包芯线中钙的质量分数并不是倍增关系^[1]。国外无缝纯钙包芯线是为了满足其活塞气缸密封需要而开发的，在不需要活塞气缸密封的喂丝系统中，其钙收得率与国内普通纯钙线的钙收得率不会有太大差别。

表1 2009-2010我国钢材进口结构

品种	2010年		2009年
	进口量	占比	进口量	占比
	万吨	%	万吨	%
长材	154.84	9.42	124.38	7.05
板带材	1392.17	84.73	1527.38	86.63
管材	47.95	2.92	62.78	3.56
铁道用钢	18.95	1.15	23.44	1.33
其它用钢	29.09	1.77	25.22	1.43
钢材	1643.01	100.00	1763.20	100.00

2009年，我国进口钢材1763.2万吨，其中86.63%是板带材。2010年，仍进口了1643.01万吨左右的高附加值产品，板带材仍是进口量最大的品种，占84.73%，如表1^[20]。

2010年，我国钢材进口额201.12亿美元；钢材出口368.20亿美元；进口钢材均价为1224.13美元/吨，同比上涨10.80%；出口钢材均价为865.21美元/吨，同比下降4.45%。进口钢材的均价高于出口钢材均价为358.92美元/吨，表明我国进口钢材的品种和质量总体水平高于出口钢材^[20]。

我国进口的板带材，主要集中在高附加值的冷轧、特厚板、高温合金板等品种，包括厚度小于1毫米规格的冷轧薄板带、厚度小于0.3毫米规格的冷轧普薄钢带等，取向硅钢的进口依存度更是高达51.4%。从钢材产品的进出口价差对比我们也可以看出，高附加值产品的进口价格远高于出口价格，正说明了在我国进口产品中高附加值产品占有相对稳定的份额，未来我国仍将是高端钢材的净进口国。2011年若国际钢材需求继续回升，对高端产品的需求将使进口趋于稳定，进口总量大体保持1500万吨的水平^[21]。

国家对钢铁行业政策以调结构和转变增长方式为导向，鼓励出口高附加值产品，发展精品战略，优化钢铁产品出口结构^[21]。

2010年中国粗钢产量达到了62665.4万吨，约50%合30000万吨左右的钢经过了喂丝钙处理，全年合金钙包芯线用量约38.7万吨, 计46.44亿元。将钙收得率12%提高到30%后，合金钙包芯线用量约15.48万吨,节省23.22万吨,计27.864亿元；预计纯钙包芯线用量约5.1万吨,计15.3亿元，节省31.14亿元，如表2.

表2钙收得率提高后的综合经济效益

	钙收得率12%			钙收得率30%			节省
	包芯线用量（万吨）	钙金属（万吨）	费用（亿元）	包芯线用量（万吨）	钙金属（万吨）	费用（亿元）	包芯线用量（万吨）	钙金属（万吨）	费用（亿元）
钙合金包芯线	38.7	6.3	46.44	15.48	2.52	18.576	23.22	3.78	27.864
纯钙包芯线	/	/	/	5.1	2.51	15.3	/	3.79	31.140

2010年中国粗钢产量继续蝉联全球第一，同时钢材进口量也是第一。国外高价纯钙包芯线也开始进入中国市场。以国产纯钙包芯线和合金钙包芯线为试验用丝，有望改变这种钢产量与钢材进口量不对称的现状，并保护制丝业。

参考文献

[1] 邢卫红，膝梅，张秉英等.钢包喂金属钙线对钢液质量影响的研究[J].钢铁研究学报，1995，7（6）：15-19.

[2] Mark J Enger等.采用先进的深枪喂钙线钢包处理法的改进工艺控制及提高钢质量[J].钢铁钒钛，1993， 14（1）：63-68.

[3] Kaiser，Joseph G.. Process for adding calcium to a bath of molten ferrous material[P]，United States Patent，4481032.

[4] Colavito， Dominick M., Damiano， John, Vermeulen， Yves. Rotary lance[P]，United States Patent，7736415.

[5] S.Basak,R.Kumar Dhal and G.G.Roy.Efficacy and recovery of calcium during Casi cored wire injection in steel melts[J],ironmaking and steelmaking, 2010，37[31]周海涛，周啸.一种用于炼钢脱氧的实心金属钙包芯线[P]，中国专利， CN 101921893A.

[32]陈辉进. 喂丝技术简介[J],特钢技术，1994,3:66-68.

[33]作者不详.国内纯钙线生产工艺的技术创新，中国钙业网，2011.