CN101956039B - 离心铸造球墨铸铁管用管模粉及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心铸造球墨铸铁管用管模粉及其制备工艺，按质量百分比计，管模粉成分含量为：Si：60%～65%；Ca：1.5%～2.0%；Ba：2.0%～3.0%；Mn：1.4%～1.6%；Mg：1.0%～1.5%；Zr：1.0%～2.0%；Al：0.7%～1.5%；余量为铁；按质量百分比计，管模粉粒度分布为：80目：＜1.5%；100目～120目：25%～30%；140目～180目：40%～50%；200目～300目：25%～30%；＞300目：＜2.5%；制备工艺包括：配料、熔炼、浇注、冷却、破碎、制粉、粒度配比和真空包装工序；该管模粉产品成分均匀，熔点一致，粒级分布合理，采用该管模粉，有利于延长球墨铸铁管管模使用寿命，减少球墨铸铁管皱皮、球化不良、表面裂纹等一系列铸造缺陷，改善球墨铸铁管产品质量，提高成品率，降低生产成本。

Description

离心铸造球墨铸铁管用管模粉及其制备工艺

技术领域

本发明涉及球铁管制造技术领域，尤其是涉及一种离心铸造球墨铸铁管用管模粉及其制备工艺。

背景技术

离心铸造球墨铸铁管兼有铸铁的良好抗腐蚀性能和钢材的良好综合力学性能，其综合经济费用低于钢管，因此，离心球墨铸铁管的发展很快，特别是在给水工程中，球铁管的应用已经相当广泛，基本上取代了其它管材。

由于水冷金属型离心铸造球墨铸铁管生产工艺与传统铸造工艺有着很大的不同，其冷却速度快，容易使铸件激冷，产生碳化物，影响球铁管的组织及力学性能，且球铁管对表面质量要求也较高；另外离心铸管管模一般每吨价格超过4～5万元，因此管模的使用寿命直接影响到铸管的生产成本，据统计，管模消耗占生产成本的5%～15%，因此努力提高管模的使用寿命可以大幅降低离心铸管的生产成本。

管模粉是生产离心球墨铸铁管的重要添加剂，具有保护管模、有利脱模、孕育、除气、球化等多种功效，是离心球墨铸铁管成形工艺中最后一道关键材料，技术含量高、制作难度大。管模粉质量的优良与否将会直接影响到产品的质量、合格率及生产效率。但是，自金属模水冷离心球墨铸铁管在我国投产以来近二十年的时间里，国内的管模粉生产厂家为了避开熔炼难度大，微粉回收难，加工成本高，产品成品率低的熔配工艺，大多采用几种原材料经机械破碎后，直接混合配粉的冷加工工艺来制作管模粉，产品成分不均匀，熔点不一致，粒度不合理，性能不稳定，在生产大口径球铁管（D>200mm）时尚能胜任，但是在用于小口径的球铁管（D<150mm）的生产时由于铁水量的大幅减少，致使球铁管铸造缺陷增多，必须使用进口管模粉才能生产出合格产品，因此，研发一种高效、优异的生产离心铸造球墨铸铁管用管模粉在当前球墨铸铁管应用越来越广泛的市场下是非常有必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种离心铸造球墨铸铁管用管模粉及其制备工艺，有利于延长球墨铸铁管管模使用寿命，减少球墨铸铁管皱皮、球化不良、表面裂纹等一系列铸造缺陷，改善球墨铸铁管产品质量，提高球墨铸铁管成品率，降低球墨铸铁管生产成本。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的离心铸造球墨铸铁管用管模粉，按质量百分比计，其成分含量为：Si：60%～65%；Ca：1.5%～2.0%；Ba：2.0%～3.0%；Mn：1.4%～1.6%；Mg：1.0%～1.5%；Zr：1.0%～2.0%；Al：0.7%～1.5%；余量为铁；按质量百分比计，其粒度分布为：80目：＜1.5%；100目～120目：25%～30%；140目～180目：40%～50%；200目～300目：25%～30%；＞300目：＜2.5%。

本发明的离心铸造球墨铸铁管用管模粉的制备工艺，包括如下步骤：

a.     配料，以废钢、硅铁、硅钙、硅钡、锰铁、纯镁锭及纯铝锭为原料，根据管模粉的成分含量并结合元素的烧损率称取原料待用；

b.     熔炼，使用中频感应电炉进行熔炼，加料时先加入废钢、硅铁、硅钙、硅钡进行熔炼，在浇注之前再加入锰铁、纯镁锭及纯铝锭，在所有原料完全熔化后再均匀化3～5min；

c.      浇注，浇注温度控制为1350～1450℃；

d.     冷却，将金属液浇入水冷金属型中进行冷却；

e.      破碎、制粉，

先把熔炼浇注好的合金进行锤破，制成40～80目粒度大小的粉料，过细的粒度收集于粉尘袋内，直接加入直线振动筛内进行振动筛分；随后把40～80目粒度大小的粉料投入对辊机中进行挤压，制成粒度150目以下的粉料；再将对辊机挤压后的粉料加入到直线振动筛进行振动筛分；收集粒度符合要求的的粉料待用；

f.       按配比混料，按权利要求1的粉料粒度分布要求，将e步骤中收集到的符合要求的不同粒度粉料倒入混料机中进行搅拌混合，混合均匀后出料进行真空包装。

本发明的有益效果是：

本发明产品成分设计合理，在加入Si的同时添加多种合金元素，强化孕育效果，加入Zr以防止因氮气而产生的气孔，并加入一定量的Mg以进行辅助球化；粒级分布合理，以保证管模粉具有良好的流动性能和抗氧化能力，且易熔化，使管模粉具有优良的脱模性能，并能减小管模微裂纹对铸管表面的影响，提高球墨铸铁管的表面质量。具体讲，发明人根据合金元素对铸铁管的影响规律，通过大量试验确定了管模粉的最佳化学成分，其中：

Si：管模粉的主要作用之一是孕育，硅可以降低过冷程度，石墨形核能力强，改变石墨的形态及细化程度，促进石墨化，降低白口倾向，但硅孕育衰退迅速，需要添加其他合金元素配合以发挥其最大功效，硅的含量为60%～65%；

Ca：钙是各种孕育剂中的重要添加元素，但它的含量是有一定范围的，钙明显促进石墨化，增加石墨球数，减小白口倾向，有脱硫、脱氧能力，钙量过高反而会增加白口倾向，另外钙的熔点较高，常用在高温铁液孕育剂中，但含量高时不易完全熔化，综合考虑，钙的含量为1.5%～2.0%；

Mg：石墨球化质量会直接影响球铁管的组织及力学性能，在管模粉中添加镁的主要作用是促进球化，可以避免球化衰退，并且由于铺展于管模之上，球化效果好，确定镁的含量为1.0%～1.5%；

Ba：钡有抑制硅原子和碳原子在铁水中扩散的作用，使石墨形核位置周围的高硅区浓度能保持较长时间，可以有效延长衰退时间，防止衰退，同时钡有很强的形核能力，可显著增加石墨球数，细化晶粒，改善石墨形态，含Ba孕育剂易被吸收，处理时浮渣少，而且Ba还可有效促进铁素体的形成，但加入量过多，组织中的铁素体含量反而减少，综合考虑，钡含量为2.0%～3.0%；

Zr：在铁液中常会溶入空气中的氮气，加入一定量的锆，可与N₂在高温条件下生成ZrN，能有效地阻止空气中氮气的混入，从而避免因N2而产生气孔，同时锆也具有抗衰退作用，能延长孕育效果，但此孕育剂不可使用过量，锆的化合物比重大，当铁水冷凝时，它将保留在铁水中，确定锆含量为1.0%～2.0%；

Mn：锰能降低粉末体系熔点，使管模粉便于加入，同时能细化晶粒，防止孕育衰退，但是它也抑制铁素体的生成，因此一定要控制含量，为1.4～1.5%；

Al：纯硅铁或纯硅的孕育作用很差，只在含有少量钙和铝时才能发挥孕育作用，铝是各种孕育剂中的重要添加元素，铝还具有脱氧、脱硫、除气的作用，增强孕育效果，同时也降低粉末体系熔点，铝含量为0.7%～1.5%。

此外，本发明产品采用熔配法制备，因此产品成分均匀，熔点一致，生产工艺简单，生产效率高，在生产离心铸造球墨铸铁管时具有优异的使用性能。总之，将本发明产品用于离心铸造球墨铸铁管的生产，大幅延长管模使用寿命，可减少球墨铸铁管皱皮、球化不良、表面裂纹等一系列铸造缺陷，显著改善产品质量，提高成品率，降低生产成本。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到启示。

附图说明

附图为本发明的管模粉制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如附图所示，本发明管模粉制备工艺采用熔配法，其具体步骤为：配料、熔炼、浇注、冷却、破碎、制粉、按粒度分布配比混合、真空包装。

进一步，配料步骤中采用废钢、硅铁、硅钙、硅钡、锰铁、纯镁锭及纯铝锭等为原料，参考烧损率按管模粉的成分含量设计进行配料；熔炼时使用中频感应电炉，加料时按废钢、硅铁、硅钙的顺序，在浇注之前加入锰铁、金属镁以及金属铝；浇注步骤中在合金元素添加完毕并融化后再均匀化3～5min，浇注温度控制为1350～1450℃，将金属液浇入管模粉成形水冷金属型中进行冷却；

进一步，破碎、制粉步骤中把熔炼浇注好的合金进行锤破，制成40～80目粒度大小的颗粒，过细的粒度收集于粉尘袋内，可直接加入直线振动筛内进行振动筛分；随后把40～80目粒度大小的粉料投入对辊机中进行挤压继续破碎，制成大部分为150目以下的粒度的粉料，将此粉料加入到直线振动筛的储料器内进行振动筛分。

通过振动筛分，将上述粉料按粒度分级，小于80目的是半成品，80目～300目之间的是成品，并按100目～120目、140目～180目、200目～300目三个粒度级别进行分级，大于300目的是微粉，属于废品。

将成品真空包装放在指定位置，将半成品重新填入对辊机内挤压，完毕后重新在振动筛上筛分。这个过程循环进行，至粉料加工完毕。

按照以下分布规律控制最终管模粉粒度：

80（目）：＜1.5%；

100（目）～120（目）：25%～30%；

140（目）～180（目）：40%～50%；

200（目）～300（目）：25%～30%；

＞300（目）：＜2.5%；

按照上述管模粉粒度分布要求，把经过直线振动筛制得的符合粒度要求的粉末分批倒入混料机中进行搅拌混合，均匀后放出，经称重后真空包装放入仓库。

本发明的离心铸造球墨铸铁管用管模粉，按质量百分比计，其成分含量为：Si：60%～65%；Ca：1.5%～2.0%；Ba：2.0%～3.0%；Mn：1.4%～1.6%；Mg：1.0%～1.5%；Zr：1.0%～2.0%；Al：0.7%～1.5%；余量为铁；经批量试验的结果表明，管模粉具有良好的性能，生产的150mm以下小直径球墨铸铁管综合性能安全达到了使用进口管模孕育剂生产的水平，表面质量高，孕育、球化、除气效果好，铸管表面光滑均匀，无皱皮和冷隔，拔管脱模容易，且用量小于进口管模粉，可全面替代进口管模粉。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.离心铸造球墨铸铁管用管模粉，其特征在于：

按质量百分比计，该管模粉的成分含量为：Si：60%～65%；Ca：1.5%～2.0%；Ba：2.0%～3.0%；Mn：1.4%～1.6%；Mg：1.0%～1.5%；Zr：1.0%～2.0%；Al：0.7%～1.5%；余量为铁；

按质量百分比计，该管模粉的粒度分布为：80目：＜1.5%；100目～120目：25%～30%；140目～180目：40%～50%；200目～300目：25%～30%；＞300目：＜2.5%。