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鋼液鈣處理喂絲技術的現狀及中國的研究進展

武漢工業學院  教授
氣體旋流喂絲槍  發明人
 
熊烈強
 
    鋼包喂絲技術,國外在1970年代開始使用,國內1990年代引進。其中喂鈣線處理技術在世界上得到了廣泛應用。
    鋼液中的氧分為溶解氧和全氧。溶解氧以氣泡存在;全氧存在于非金屬夾雜物中。降低溶解氧含量會改善鋼坯的表面質量和消除氣泡,降低全氧量會去除氧化物夾雜和提高鋼的潔凈度。鈣是迄今為止用于煉鋼上的最強脫氧劑,在鋼液中,鈣與溶解氧和非金屬夾雜中的全氧具有獨特的化學結合能力。經鈣處理過的鋼液,可以改善鋼的晶粒度;對脫硫、脫氧、合金微調以及控制鋼中夾雜物形態是非常有效的[1];改善鋼的韌性,尤其在改善鋁鎮靜鋼鋼液可澆性方面優勢更加明顯。如[2]
    線材:處理前,在軋制后的產品中發現了成串排成5mm 或更長的MnO-SiO2 或Al2O3-SiO2 夾雜物;處理后,長條形夾雜物被細化到5-7 μm和球化,使線材具有更高的強度和韌性。
    油田管線和套管:用來生產油田管線和套管的鋼板中的非金屬夾雜是制管廠的一個質量難題。鋼在焊接和鍛造時,在粗大的夾雜物處形成彎曲裂紋或放射裂紋。對鋼管進行超聲波探傷,處理前,檢廢率高于9%,處理后,檢廢率低于1%。
    板材:處理后的沖擊性能是處理前同一鋼種性能的兩倍,使冷軋板的毛刺缺陷從15% 降低到5% 以下。
    鈣屬于一種較為活潑的元素。鈣的熔點為843℃。液態鈣的密度約為1550kg/m3,鋼液的密度約為7000kg/m3。因此,鈣珠在鋼液中極易上浮;在汽態下,鈣則以更快的速度上升。
 
    中間部分省略,如有需要的廠家及專業人士,請聯系網站編輯部。
  
    自第二代喂絲技術問世以來,鈣的收得率似乎達到了峰值不能再提高。近來,國內外都提出或已經采用金屬鈣包芯線替代合金鈣包芯線,以期進一步提高鈣的收得率[25,31]。這是喂絲早期(表面喂入階段)采用的技術[32]。更需要注意的是:金屬鈣包芯線與合金鈣包芯線的價格差別,就目前市場看,國外進口無縫純鈣包芯線的國內售價為7萬元/噸以上,國內普通純鈣線的國內售價為3萬元/噸左右[33];合金鈣包芯線的國內售價為1.2萬元/噸左右。國內表面喂入合金鈣包芯線,按鈣收得率12%左右計算,鈣喂入量為0.21 kg/t鋼左右,按 CaSi線(Ø13mm,鋼帶厚0.34mm)Ca含量28%,芯粉質量≥220 g/m,折合CaSi線用量為3.4m/t鋼[15](1.29 kg/t鋼,16元/t鋼左右);16元購買使用國內普通純鈣線(Ø13mm,鋼帶厚0.4mm),鈣質量為181.1g/m,鋼帶質量為186.7g/m,鈣收得率達到9.5%即能滿足要求;16元購買使用國外進口無縫純鈣包芯線(Ø9mm,鋼帶厚0.64mm),鈣質量為72.5g/m,鋼帶質量為131g/m,鈣收得率達到30.9%即能滿足要求。鈣收得率與包芯線中鈣的質量分數并不是倍增關系 [1]。國外無縫純鈣包芯線是為了滿足其活塞氣缸密封需要而開發的,在不需要活塞氣缸密封的喂絲系統中,其鈣收得率與國內普通純鈣線的鈣收得率不會有太大差別。
表1 2009-2010我國鋼材進口結構
 
品種
2010年
2009年
進口量
占比
進口量
占比
萬噸
%
萬噸
%
長材
154.84
9.42
124.38
7.05
板帶材
1392.17
84.73
1527.38
86.63
管材
47.95
2.92
62.78
3.56
鐵道用鋼
18.95
1.15
23.44
1.33
其它用鋼
29.09
1.77
25.22
1.43
鋼材
1643.01
100.00
1763.20
100.00
2009年,我國進口鋼材1763.2萬噸,其中86.63%是板帶材。2010年,仍進口了1643.01萬噸左右的高附加值產品,板帶材仍是進口量最大的品種,占84.73%,如表1[20]
2010年,我國鋼材進口額201.12億美元;鋼材出口368.20億美元;進口鋼材均價為1224.13美元/噸,同比上漲10.80%;出口鋼材均價為865.21美元/噸,同比下降4.45%。進口鋼材的均價高于出口鋼材均價為358.92美元/噸,表明我國進口鋼材的品種和質量總體水平高于出口鋼材[20]
我國進口的板帶材,主要集中在高附加值的冷軋、特厚板、高溫合金板等品種,包括厚度小于1毫米規格的冷軋薄板帶、厚度小于0.3毫米規格的冷軋普薄鋼帶等,取向硅鋼的進口依存度更是高達51.4%。從鋼材產品的進出口價差對比我們也可以看出,高附加值產品的進口價格遠高于出口價格,正說明了在我國進口產品中高附加值產品占有相對穩定的份額,未來我國仍將是高端鋼材的凈進口國。2011年若國際鋼材需求繼續回升,對高端產品的需求將使進口趨于穩定,進口總量大體保持1500萬噸的水平[21]
國家對鋼鐵行業政策以調結構和轉變增長方式為導向,鼓勵出口高附加值產品,發展精品戰略,優化鋼鐵產品出口結構[21]
2010年中國粗鋼產量達到了62665.4萬噸,約50%合30000萬噸左右的鋼經過了喂絲鈣處理,全年合金鈣包芯線用量約38.7萬噸, 計46.44億元。將鈣收得率12%提高到30%后,合金鈣包芯線用量約15.48萬噸,節省23.22萬噸,計27.864億元;預計純鈣包芯線用量約5.1萬噸,計15.3億元,節省31.14億元,如表2.
表2鈣收得率提高后的綜合經濟效益
 
鈣收得率12%
鈣收得率30%
節省
 
包芯線用量
(萬噸)
鈣金屬
 
(萬噸)
費用
 
(億元)
包芯線用量
(萬噸)
鈣金屬
 
(萬噸)
費用
 
(億元)
包芯線用量
(萬噸)
鈣金屬
 
(萬噸)
費用
 
(億元)
鈣合金
包芯線
38.7
6.3
46.44
15.48
2.52
18.576
23.22
3.78
27.864
純  鈣
包芯線
/
/
/
5.1
2.51
15.3
/
3.79
31.140
2010年中國粗鋼產量繼續蟬聯全球第一,同時鋼材進口量也是第一。國外高價純鈣包芯線也開始進入中國市場。以國產純鈣包芯線和合金鈣包芯線為試驗用絲,有望改變這種鋼產量與鋼材進口量不對稱的現狀,并保護制絲業。
參考文獻
[1] 邢衛紅, 膝梅, 張秉英等.鋼包喂金屬鈣線對鋼液質量影響的研究[J].鋼鐵研究學報,1995,7(6):15-19.
[2]  Mark J Enger等.采用先進的深槍喂鈣線鋼包處理法的改進工藝控制及提高鋼質量[J].鋼鐵釩鈦,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]周海濤,周嘯.一種用于煉鋼脫氧的實心金屬鈣包芯線[P],中國專利, CN 101921893A.
[32]陳輝進. 喂絲技術簡介[J],特鋼技術,1994,3:66-68.
[33]作者不詳.國內純鈣線生產工藝的技術創新,中國鈣業網,2011.

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