CN1664124A - 镁芯包芯线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种进行铁水球化、孕育处理及铁水的脱硫预处理使用的镁芯包芯线，它基本是由钢带和包裹在钢带中的粉料层构成，其特征是：在粉料层的中心位置或中心区域设有一根镁线。本发明用于铁水的喂线处理时，与现有镁粉或镁合金粉包制的包芯线相比，可有效地减少包芯线在插入铁水底部的过程中，由于高达1450～1550℃铁水对包芯线的强烈加热所造成其中的镁过早地达到汽化温度1080℃、而产生早期汽化现象，也可减少包芯线在包底与铁水发生反应时，由于其中含镁颗粒物质的表面积过大易于汽化的现象，从而有效地降低镁在与铁水反应时所形成的蒸汽压，提高镁在铁水中的有效率，降低铁水的处理成本，提高处理包的利用系数，并可实现采用喂线方法一次完成铁水的球化与孕育处理过程，减少喂线处理设备的投入。

Description

镁芯包芯线

                                技术领域

本发明涉及一种用于铁水处理的镁芯包芯线。

                                背景技术

目前，公知的含镁包芯线是由钢带和包裹在钢带中的粉料层构成，粉料层为镁合金粉或纯镁粉与其它硅基合金粉的混合物，见附图1。由于包芯线具体使用时，是从铁水的表面插入并穿过铁水到达其底部进行反应的，因镁的汽化点仅为1080℃，而穿过的铁水温度要高达1450～1550℃，远高于镁的汽化温度，因此，在穿过铁水的过程中，包芯线中外层的或近外层的镁粉或镁合金粉就会受高温金属液的强烈预热，瞬间将达到镁的汽化点，形成镁蒸汽。当钢带在铁水中“溶解”后，由于所包裹的镁粉或镁合金粉的表面积过大，同时参与铁水反应的镁量过大，造成镁的汽化量过大；这二个阶段所形成的镁蒸汽在铁水处理包底聚集，形成了较大的镁蒸汽压，造成了镁从铁水中的逃逸量过大、接触空气后则形成较大的烧损及烟气，因此而存在的问题是：

1)进行铁水的喂线球化时，铁水呈汹涌状态，处理包需留有足够的空间供铁水沸腾之用，一般在350～500mm的范围内，处理包的有效利用率较低；

2)在同时采用喂线技术对铁水进行球化与孕育处理时，与冲入法技术相比，喂线球化处理所降低的成本不足以弥补喂线孕育处理因钢带所占的比例所增加的孕育成本；

3)喂线技术必须采用专有设备才能实现，因此必须有设备投入。

由于上述三条原因，尽管喂线技术有诸多的技术优势，但无法从根本上实现对传统冲入法技术及其产品的替代。

目前的公开技术中，包头文鑫实业有限公司的高镁合金球化包芯线(公开号：02140811.4)是以含镁大于30％的高镁硅基合金粉为芯剂制成的球化包芯线，旨在提高包芯线中的镁在铁水中的利用率，降低喂线球化处理成本。高效高镁合金包芯线(公开号：03149641.5)是通过包芯线线径的调整、钢带厚度的调整、芯剂含镁量的调整和包芯线芯剂结构的调整，控制单位时间向铁水的加镁量，从而达到控制镁蒸汽压、提高包芯线中的镁在铁水中的利用率的目的。钝化高镁合金包芯线(公开号：021408130)是通过对包芯线钢带表面的钝化，延长钢带在铁水中的熔化时间，以降低喂线速度来控制单位时间对铁水的加镁量，同时，减少铁水对包芯线芯剂的预热作用，达到控制单位时间向铁水中的加镁量、降低镁蒸汽压、提高镁在铁水中的利用率的目的。

上述所有的技术都无法实现采用喂线技术同时对铁水进行球化与孕育处理的总成本低于冲入法球化与孕育处理的总成本。

在此，我们用其实际应用效果进行说明。

在铁水的球化、孕育处理工艺中，以目前的应用效果看，含镁70～90％的纯镁粉和硅基合金粉混合，由0.28mm厚钢带包制成的Φ9mm的包芯线，在1450℃处理温度下，处理含硫量为0.02～0.025％的原铁水，镁在铁水中的利用率仅为20～30％。而相同直径的含镁30％硅镁合金包芯线，在同样处理条件下，镁的利用率可达55％。

为有效地评价镁在铁水中的利用率与钢带重量之间的矛盾关系，我们用包芯线中镁在铁水中的利用系数和包芯线芯铁比进行评价。

包芯线芯铁比＝包芯线芯剂重量/包芯线钢带重量

镁的利用系数＝单位长度包芯线含镁量*镁在铁水中的利用率*包芯线芯铁比。

镁的利用系数越高，单位有效镁所占用钢带的比例越小。

包芯线的芯铁比越大，则钢带作为载体的无效成本越低。

不同包芯线参数及不同处理条件下的镁利用系数与包芯线芯铁比情况见下表：

应用实例	处理铁水条件			包芯线参数			评价指标
										铁水重量kg	处理温度℃	铁水含硫％	芯线直径mm	钢带厚度/钢带重量mm/(g/m)	芯剂含镁量g/m	镁利用率％	镁利用系数	芯线芯铁比
	1	300～500	1500	0.025	5.0	0.25/46	13.5	50	4.96										0.735
2										500～1500	1450	0.025	9.0	0.28/80	64	25	14.0	0.875
	3	500～1500	1450	0.025	10.0	0.36/125	36	40～48	13.8～16.6										0.96
4										500～1500	1450	0.025	10.0	0.41/140	30	53～57	13.2～14.2	0.83
	5	500～1500	1450	0.025	13.0	0.35/145	63	35～40	31.5～36.0										1.43
6										500～1500	1450	0.025	13.0	0.40/170	63	38～43	29.0～32.8	1.21
	7	500～1500	1450	0.025	13.0	0.35/(145+100)	63	65	34.8										0.85

注：实例1和2为纯镁粉混制芯剂的包芯线；实例3～6为硅镁合金包芯线；实例7为钢带表面钝化的硅镁合金包芯线(包芯线钢带重量为140g/m，钝化层重量为100g/m)

从表中可以看出，包芯线中的镁在铁水中的有效率越高、包芯线的芯铁比越大时，镁的利用系数也越高。而镁的利用率较高、但包芯线的芯铁比较小时，则不能取得较高的镁利用系数。

因此，如何同时提高镁的利用率和包芯线的芯铁比这二个因素，即提高包芯线中的镁在铁水中的利用系数，是采用喂线技术同时对铁水进行球化与孕育处理、并取得具有竞争性处理成本的关键。

                                发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种既能降低镁在穿过铁水过程中的汽化量、又能降低镁在包底与铁水进行反应时的汽化量，从而既能提高镁在铁水中的利用率、又能提高包芯线的芯铁比；既能实现一根包芯线完成铁水的球化与孕育处理过程、减少喂线设备投入，又能降低包芯线的制造成本、并可实现完全清洁化生产及高效应用的镁芯包芯线。

本发明的目的是由以下方式实现的：

本发明的镁芯包芯线基本是由钢带和包裹在钢带中的粉料层构成，其特征是：在粉料层的中心位置或中心区域设有一根镁线。

设在镁芯包芯线中部的镁线是由镁锭轧制或挤压制成的，其横截面形状不限，但最好为圆形，直径根据处理铁水的重量、温度、含硫量和处理目标值的要求，一般在直径2～13mm之间选择。

为了进一步强化隔热效果、镁线也可以先进行表面化学钝化形成表面钝化层，如采用化学反应法，使镁线表面的镁与钝化剂反应生成一层致密的反应物薄膜层，然后进行干燥。钝化液可采用氟化物如：NH₄F、HF、NaF或它们的混合物。

也可以在镁线表面采用物理涂层，如：采用硅藻土与酚醛树脂配制的涂料，以镁线在涂料里面连续浸涂，然后以红外线或热风吹干的方式进行干燥即可。

也可化学钝化与物理涂层一并使用，以提高隔热效果。

镁线周围的粉料层的厚度在1～8mm之间，粉料的粒度为：≤35mm。在包芯线插入液态铁水时，保护处于包芯线中心部的镁线不会因铁水的强烈预热而过早达到汽化温度而产生汽化现象。粉料层是由合金、金属、或非金属粉料填充后进行包裹构成的，其主要作用是在起到隔热作用的同时，又要起到对铁水的孕育、合金化、脱硫、脱氧及微调成份的作用。依据处理目的和处理铁水的要求选择性加入。如：加入硅铁、硅钡合金、硅钙合金或硅钡钙合金、稀土硅铁合金、硅锆合金、硅锶合金的其中一种或多种混合物可制成具有不同孕育功能的粉料层，粉料层中各组元的比例依据原铁水的条件、所需的孕育量大小、孕育强度、抗衰退时间要求决定；在粉料层中加入适量的钇基重稀土合金粉可制成具有长效孕育作用的粉料层；加入碳化硅或石墨，除具备孕育作用外，还具有调整铁水成份的功能；加入碳化钙及氧化钙等，适用于铁水的脱硫预处理和处理后铁水的二次球化(提高残镁量)但不影响铁水的成份；加入除渣剂或珍珠岩，利于提高铁水的纯净度、去除铁水中的夹杂物；加入硫化铁、氧化铁、稀土硅铁，可调整铁水的终硫量，并增加形核核心、增加石墨球数、细化石墨球；在粉料层中加入硅铋合金粉或硅锑合金粉，可起到细化晶粒、提高铁素体或珠光体含量的作用。上述粉料层中各组元的配比及所形成的孕育剂的成份均为行业的公开技术，可参照铸造手册所给出的成份和加入量进行配制。

构成粉料层的粉料粒度，依据粉料层的厚度和所要求的隔热作用的强弱确定，通常为≤3.5mm，粉料越细，填充性越好、隔热性越好，包芯线的芯铁比越大，但过大的芯铁比会使包芯线的抗弯性能降低，影响使用的可靠性，因此，芯铁比控制在1.05～2.4范围内较好。

粉料层的厚度，一方面取决于所需要的隔热效果，粉料层越厚、对中心镁线的隔热效果越好；但另一方面取决于所需要的孕育剂加入量，即铁水球化处理所需要的镁量与铁水孕育处理所需要构成粉料层的孕育剂重量相匹配；当处理铁水的含硫量较高时，吨铁水所需要的镁芯线加入量就要增加，要想保证孕育剂的加入量不变，就需减小粉料层厚度。这样就会造成粉料层的隔热能力下降，因此，就需要对镁线进行化学钝化或表面涂层以增强隔热效果。

根据镁芯包芯线所要解决的技术问题，即实现铁水中较高的镁利用系数和包芯线较大的芯铁比，包芯线直径范围为10～18mm，钢带厚度范围为0.3～0.6mm为好。

本发明的镁芯包芯线基于的基本原理如下：

1、由于镁线表面积要比相同含镁量的镁粉或硅镁合金粉的表面积小得多，当镁线在喂入铁水或钢水的底部反应时，需要一个熔化过程，因此，单位时间与铁水参与反应的镁量要少得多，利于形成较小的镁蒸汽压，获得较高的镁收率；

2、由合金粉料层将镁线包裹在其中间，由于粉料颗粒之间存在着空气间隙，因此，导热性不好，可有效地延缓铁水向中间镁线的传热效率，同时，由于实心镁线的热容量要比镁粉或镁合金粉的热容量大的多，因此，可减少镁在喂入过程中的气化量；

3、对镁线进行化学钝化或物理涂层，可进一步延长镁线到达汽化点的时间及在铁水中的反应时间，减少镁的汽化量；

4、在不同处理铁水重量和温度的条件下，以该处理条件下合理的反应时间和该条件下镁的利用率来设计镁线直径，以该条件下所要求的孕育剂加入量来设计粉料层、即孕育层厚度，从而设计镁芯包芯线的直径；

5、通过包芯线钢带厚度的调整控制包芯线喂入铁水处理包底的喂线速度，并结合镁芯包芯线的直径联合控制单位时间内向铁水的加镁量；

6、在粉料层中采用不同成份的合金粉，可针对不同条件的铁水起到孕育、合金化、脱硫、脱氧、除渣净化、增碳、增硅、增加形核核心等作用。

本发明的积极效果：

1)镁芯包芯线降低了镁在铁水中反应的汽化量，提高了镁在铁水中的利用率，降低了镁与铁水反应的汹涌程度，因此，可降低喂线球化处理成本、提高处理包的利用系数；

2)镁芯包芯线可实现喂线球化与孕育一次完成，加大了包芯线的芯铁比，减小了钢带作为载体加入对处理成本的负面影响，同时，减少了一条喂线机通道，减化了处理站结构，降低了设备投入；

3)用于制造纯镁包芯线的纯镁粉是经过专用机械进行切屑，然后再制成镁粒(球形)，经过表面钝化而成的，加工费用较高，约800元/吨左右；硅基高镁合金粉是经过特殊工艺冶炼及破碎制成的，镁的烧损成本及加工费用均较高，约1500元/吨左右。而纯镁芯是由镁棒轧制而成的，加工费用约300～500元/吨。因此，镁芯包芯线可有效地降低其制造成本，并可实现完全的清洁化生产；

4)由于上述镁芯包芯线同时实现了包芯线制造成本与铁水处理应用成本的降低，解决了喂线球化、孕育处理技术与冲入法球化、孕育处理技术相比在处理成本上的瓶颈，因此，可完全实现对传统冲入法技术及其产品的替代。镁芯包芯线的制造可完全杜绝高镁硅基合金及传统球化剂的冶炼过程，从而实现稀土添加剂全行业的清洁化生产。

                                附图说明

图1是现有包芯线的结构示意图；

图2是本发明的镁芯包芯线的结构示意图。

                                具体实施方式

参照附图，本发明的镁芯包芯线基本是由钢带4和包裹在钢带4中的粉料层3构成，在粉料层3的中心位置设有一根镁线2。粉料层3中的粉料是在镁线2周围均匀分布的，钢带4在将粉料层3包裹好后，其咬合部位会形成一个折边结构1。

下面以应用实例进行对比说明：

一、镁芯包芯线与纯镁粉、硅镁合金粉包芯线、钢带表面钝化包芯线在镁的利用系数及包芯线芯铁比方面的对比优势：

处理铁水条件如下：

处理铁水重量：1500kg/包，处理铁水温度：1450℃，原铁水含硫量：0.025％。

对比条件：在包芯线单位长度含镁量相同的条件下，对镁的利用率、镁的利用系数和包芯线的芯铁比进行对比。见下表(在表中镁芯包芯线简称镁芯线)：

应用实例对比	包芯线参数				评价指标				备注
										芯线直径mm	镁芯直径mm	钢带厚度/重量mm/(g/m)	粉层重量g/m	芯剂含镁量g/m	镁利用率％	镁利用系数	芯线芯铁比
	对比例1	5	0	0.25/46	33.8	13.5	50	4.96										0.735	镁粉混制包芯线
镁芯线1									10	3.1	0.35/125	130	13	65～68	9.63～10.08	1.14	光镁线
	对比例2	9.0	0	0.28/80	70	64	25	14.00										0.875	镁粉混制包芯线
镁芯线2									15	6.9	0.38/180	300	64	55	71.10	2.02	镁线表面涂层
	对比例3	10.0	0	0.36/125	120	36	40～48	13.8～16.6										0.96	镁合金粉包芯线
镁芯线3-1									14	5.1	0.36/160	280	36	60～65	42.8～46.3	1.98	镁线表面钝化
	镁芯线3-2	15	5.1	0.36/171	320	36	65～68	48.7～50.1										2.08	光镁线
对比例4									10.0	0	0.40/140	116	30	53～57	13.2～14.2	0.83	镁合金粉包芯线
	镁芯线4-1	13	4.8	0.35/140	215	30	60	31.50										1.75	镁线表面涂层
镁芯线4-2									14	4.8	0.36/160	280	30	65	38.03	1.95	镁线表面钝化
	对比例5	13.0	0	0.35/145	208	63	35～40	31.5～36.0										1.43	镁合金粉包芯线
对比例6									13.0	0	0.40/160	0205	63	38～43	30.6～35.7	1.28	镁合金粉包芯线
	对比例7	13.0	0	0.36/(145+100)	208	63	65	34.81										0.85	钢带表面钝化
镁芯线5									16	6.6	0.4/190	340	64	65	88.61	2.13	镁线表面钝化和表面涂层
	镁芯线6	18	7.3	0.4/215	430	84	60	120.46										2.39	镁线表面钝化和表面；涂层

就上表中的使用数据分析镁芯包芯线的积极效果：

1、与纯镁包芯线相比，见对比例1和镁芯线1。镁芯线与纯镁线相比，镁在铁水中的利用率由50％提高到65％，提高了10个百分点以上，镁的利用系数提高了近一倍。这说明，与对比例1相比，在达到对比例的球化效果前提下，包芯线的芯铁比由0.735增加至1.14，是原来的1.55倍，这就意味着在钢带加入量比例相同的前提条件下，芯剂的加入量是对比例的1.55倍，这部分可作为孕育剂在镁芯包芯线的粉层中加入，因此，镁芯包芯线可实现球化、孕育过程一条线处理完成，可节约喂线机的一个通道、并简化处理站结构，节省处理站投资。

2、同镁含量的镁粉混制包芯线与镁芯包芯线的对比，见对比例2。镁的利用率由25％提高至55％，利用系数由14提高至71，包芯线芯铁比由0.875提高至2.02，芯铁比的增加部分则保障了足够的粉层厚度，并可用于铁水的脱硫、孕育、合金化等功能。

3、与Φ10mm、0.35mm钢带包制的含镁30％的硅镁合金包芯线进行对比，见对比例3和镁芯线3-1和镁芯线3-2。镁的利用率提高了17个百分点以上，镁的利用系数提高了200％以上，包芯线芯铁比是对比例的2倍以上。目前公开技术的包芯线是通过线径和钢带厚度的调整来实现对单位时间、单位体积铁水的加镁量控制的，因此，要想获得较高的镁的利用率，在相同含镁量的前提下，线径越小、钢带越厚、镁在铁水中的利用率越高，要获得较高的镁利用率，就必须付出低芯铁比的代价。镁芯包芯线则有效地克服了这一缺陷，减少了钢带作为无效成本的加入。

4、对比例4采用的是Φ10mm、0.41mm钢带包制的含镁30％的硅镁合金包芯线，说明的问题与第三条相同。

5、对比例5与6都是Φ13mm的含镁30％的硅镁合金包芯线，唯一的区别是对比例4采用的是0.35mm钢带，对比例6采用的是0.40mm钢带，后者的镁利用率有所提高、镁的利用系数基本相同，但包芯线的芯铁比有所降低，这说明该方案虽然在镁利用率上取得了有益效果，但增加了钢带的无效成本。对比例7为钢带表面钝化包芯线，虽然获得了较高的镁利用率，但镁的利用系数基本相同，但包芯线芯剂与钢带及其表面钝化层之和的比值的降低幅度较大，与细线径的包芯线基本相同。镁芯线5及6可有效地解决上述问题，说明镁芯包芯线较钢带表面钝化包芯线相比，仍有较大的应用成本优势。

二、镁芯包芯线与高镁合金球化包芯线进行铁水的球化与孕育处理的应用成本对比：

在处理含硫量为0.02％，处理温度1450℃时，处理铁水重量为1000kg时，镁芯线中的镁在铁水中的有效率为60％。处理后铁水的残镁量为0.04％，终硫量为0.012％，孕育剂的加入量为铁水重量的0.5％。

选择镁线直径为5.0mm、包芯线直径为14mm、钢带厚度为0.40mm的镁芯包芯线，每吨铁水的镁芯包芯线加入量为22m，镁线的加入量为770g/t，孕育剂的加入量5060g/t。

所选包芯线的制造成本计算见下表：单位长度镁芯包芯线的制造成本为：

采用上述镁芯(稀土)包芯线在同样处理条件下与采用Φ10mm的稀土高镁合金包芯线进行喂线球化处理、采用Φ13mm的与镁芯包芯线粉层成份相同的孕育包芯线进行喂线处理和采用冲入法球化处理及等量孕育剂进行孕育处理的成本比较见下表：

喂线法处理与冲入法处理的成本比较表

项目	喂线法处理			冲入法处理
						Φ14mm镁芯包芯线	Φ10线球化线、Φ13线孕育线
	球化、孕育	球化	孕育						球化	孕育
				加入量kg/t	9.46	6.5	8.0	12			6
加入量m/t	22	26	18.07						#	#
				产品单价	4.5元/米	3.63元/米	4.55元/米	8.5元/kg
加入铁水的钢带重量(kg/t)	3.6	3.25	2.9							0	0
				钢带残值(元/kg)	10.4	9.4	8.4	0	0
成本合计(元/吨)	86.4	161.7								153

由上表可见，本发明产品与采用高镁合金包芯线和孕育线进行喂线球化与孕育处理相比，处理成本可降低75.3元/吨，降低幅度达46.6％；与冲入法进行球化、孕育相比，处理成本降低66.6元/吨，降低幅度达43.5％。因此，镁芯包芯线可有效地降低目前采用的双线球化与孕育处理技术的处理成本，并可实现对传统冲入法技术及产品的完全替代。

Claims (5)

1.一种镁芯包芯线，它基本是由钢带和包裹在钢带中的粉料层构成，其特征是：在粉料层的中心位置或中心区域设有一根镁线。

2.根据权利要求1所述的镁芯包芯线，其特征是：镁线横截面形状为圆形。

3.根据权利要求1或2所述的镁芯包芯线，其特征是：镁线是未经表面处理的光镁线。

4.根据权利要求1或2所述的镁芯包芯线，其特征是：镁线是经化学处理的表面钝化的镁线或是表面包有物理涂层的镁线。

5.根据权利要求1或2所述的镁芯包芯线，其特征是：镁线的表面是经化学钝化并包有物理涂层的。

Images