CN1005257B - 玻璃模具材料及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于吹制成型制造玻璃瓶，缶的低合金灰铸铁模具材料。重量百分组成为：Ｃ３．３－３．８，Ｓｉ１．５－２．０，Ｍｎ０．５－０．９，Ｓ０．００５－０．０３，Ｐ０．０５－０．１，Ｃｒ０．２－０．７，Ｍｏ０．２－０．７，Ｃｕ０．７－１．５，Ｍｇ０．００３－０．０１余量为Ｆｅ。该材料采用有衬电渣炉熔炼，渣系为ＣａＯ－ＣａＦ₂－ＭｇＯ。在不加孕育剂条件下，模具金相组织为蠕虫状石墨到片状石墨过渡型分布。本模具有抗高温氧化，抗生长、抗磨损、导热性能好、强度和硬度适宜，易加工等性能，更适宜高温高速轻量化瓶缶生产工艺。

Description

玻璃模具及其生产工艺

本发明属于玻璃模具材料，特别是吹制成型制造玻璃瓶、缶的低合金灰铸铁模具材料。

目前用于吹制成型制造玻璃瓶、缶的模具材料多为灰铸铁。它是由冲天炉熔炼，经浇注成毛坯，再机加工成模具;它具有易铸造成型，易加工、导热性好，而且使玻璃瓶、缶易硬化成型，但灰口铸铁耐高温氧化性能差，在工作条件下，模具内腔表面易氧化起皮，影响产品质量，也缩短了模具的寿命。灰铸铁还具有在高温下不可逆长大的特性;还可能出现热疲劳裂纹。由于灰铸铁强度较低，模具内腔表面或合缝线经常受磨损，也可使模具报废，灰铸铁模具的寿命为10万次左右。

为提高模具的寿命，多采用两种措施：一是向铸铁中加入少量合金元素，提高材料的性能来延长寿命。但是在冲天炉铁水包中加合金，由于温度低，合金成分难以控制。因此多采用冲天炉熔炼的铸铁再经感应炉进行合金化熔炼，模具寿命可达35万次。但感应炉不能进行精炼，即铸铁中的有害物质不能除去或降低，特别是硫含量较高;二是改变铸铁中石墨的形态，使之由片状分布变为蠕虫状分布，改善模具的使用性能，提高寿命。现有技术采用在熔炼时向铁水中加入孕育剂，进行孕育处理，工艺较复杂，而且蠕墨铸铁的导热性不如灰铸铁，这将影响进一步提高机速。

本发明的目的是提供一种新型玻璃模具材料和生产该材料的新工艺。本材料具有灰铸铁的基本优点，而且提高了抗高温氧化性能，改善了高温下不可逆长大。本工艺在不加孕育剂的条件下，可以改变铸铁中石墨的形态，提高模具的综合性能，以适宜高温、高速、轻量化瓶、缶的生产。

本发明是这样实现的：为了提高铸铁的性能，采用合金化。即加入少量的Cr、Mo、Cu、Mg。铁中S是有害元素，需要降低，加入Cr、Mo可以提高铸铁的抗氧化性和提高强度。加入Cu可以改变铸铁的铸造性能和加工性能。加入Mg可以改变铸铁中石墨的形态。本发明材料的重量百分组成如下：C3.3-3.8，Si1.5-2.0，Mn0.5-0.9，S0.005-0.03，P0.05-0.1，Cr0.2-0.7，Mo0.2-0.7，Cu0.7-1.5，Mg0.003-0.01，余量为Fe。

在生产工艺上采用有衬电渣炉或冲天炉十有衬电渣炉双联生产工艺。即用有衬电渣炉来熔炼废模具及废钢等，也可用有衬电渣炉来精炼冲天炉的铁水。只需把自耗电极改为石墨电极即可。电渣熔炼具有过热金属和精炼两个作用。这样既可以达到合金化目的，又可以去除非金属夹杂物，降低气体总含量，特别是使铁水中的硫含量降得很低，炉渣内的某些元素可以少量进入铁水中，因此在不另加孕育剂的条件下，产生了孕育处理的效果。采用普通砂型，冷铁芯铸造模具毛坯。用本工艺生产的玻璃模具，具有蠕虫状石墨到片状石墨过渡型分布的低合金灰铸铁。其金相组织是特殊的，是一种分层的结构型式，靠近模具工作面（即铸造时的急冷面）是一层组织致密，石墨形态为分布均匀的蠕虫状石墨和少量球状石墨。中间是过渡层，石墨形态和分布与普通灰铸铁相似，为较粗大的片状石墨。外层也是片状石墨，但因冷却强度不同，石墨的尺寸大小与中间层有所不同。模具工作面激冷层的蠕化率和渣系的组成，生铁的成份，脱硫率以及铸件的冷却速度有关。采用高碱度，高活性渣系有利于脱硫，又有利于某些元素进入铁水，达到孕育处理的目的，采用冷铁芯强化冷却，也为石墨的蠕化或球化造成有利条件。铁水中含有能细化晶粒的合金元素如Mg、Mo也是取得具有蠕虫状石墨分布的重要条件。有衬电渣熔炼工艺对铸铁化学成份的均匀性、金相组织、合金化、变性处理及综合性能有着特殊的作用。

用本发明生产的玻璃模具具有抗高温氧化，抗生长、抗磨损，而且导热性好，易加工，有适宜的强度和塑性，材质纯净，有害元素硫含量低，非金属夹杂和气体总含量低。有衬电渣熔炼在金相组织上可得到更均匀的低倍组织和好的石墨尺寸，增加了珠光体的分散度，提高了铸铁的强度并保持了原有的塑性，使模具的寿命可达50万次，有衬电渣熔炼工艺设备简单，投资少，上马快，操作方便，易掌握。本发明对提高产品质量，降低成本，提高生产率都有很大作用。

下面通过生产过程对本发明做进一步的描述：

设备是150公斤有衬电渣炉，其炉衬材料为石墨。变压器功率为200KW。

原料是报废模具100公斤，用10公斤废钢焊接成自耗电极。用原生铁10公斤来调整碳含量，合金元素Cr、Mo、Si以铁合金形式加入，Cu以电解铜为原料，重量为：Fe-Cr0.76Kg、Fe-Mo0.76Kg，Fe-Si1.4Kg，电解铜1.2Kg。采用三元渣系（CaO-CaF₂-MgO）10-15Kg，渣系组成为：CaO60%，CaF₂30%，MgO10%。将焊接好的自耗电极安装在电极夹持器上，通电，下降自耗电极，用焦炭或石墨块引燃起弧。渣化后逐步加入全部渣料，使自耗电极埋在液态渣池中，随自耗电极的熔化，熔池不断升高，调整电极给进速度，以控制熔炼电流，达到控制熔速的目的。当电极熔化三分之一后，加入Fe-Cr、Fe-Mo。之后，少量勤加原生铁块。自耗电极接近熔化完毕时，加入Fe-Si块，尽量使其落入熔池。熔化完毕，提起假电极，将电解铜插入铁水中，进行搅拌和熔化，然后扒渣。熔炼时间为1.5小时。待铁水温度降至1370±20℃时，进行浇注成型。浇注需采用砂型并用冷铁芯。浇注后的毛坯，经退火后进行机加工，制成啤酒瓶模具。其金相组织具有从蠕虫状石墨向片状石墨过渡型分布。模具的工作面（内表面），石墨形态为蠕虫状加少量球状石墨分布层，厚度为13m/m。中间是过渡层，石墨形态和分布与普通灰铸铁相似，厚度为30m/m。外层是片状石墨，石墨的尺寸与中间层有所不同，厚度为7m/m。模具总厚度为50m/m，其化学成分为：C3.76，Si1.67，Mn0.82，P0.057，S0.005，Cr0.61，Mo0.36，Cu1.17，Mg0.003余量为Fe。

Claims (4)

1、一种用于吹制成型制造玻璃瓶、罐的低合金灰铸铁模具材料，其特征在于其重量百分组成如下：C3.3-3.8，Si1.5-2.0，Mr0.5-0.9，P0.05-0.1，S0.005-0.03，Cr0.2-0.7，Mo0.2-0.7，Cu0.7-1.5，Mg0.003-0.01，余量为Fe。

2、如权利要求1所述的低合金灰铸铁模具材料的生产工艺，其特征在于用有衬电渣炉进行熔炼，采用CaO-CaF₂-MgO渣系。

3、如权利要求2所述的生产工艺，其特征是渣系重量组成为CaO60%，CaF₂30%，MgO10%。

4、如权利要求2或3所述的低合金灰铸铁模具材料的生产工艺，其特征是不另加孕育剂，模具金相组织呈蠕虫状石墨到片状石墨过渡型分布。