CN102534351B - 合成铸铁的炉料及其制备深海石油管道的方法和浇注系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种合成铸铁的炉料，包括生铁40-60%，废钢20-45%，回炉料15-30%，增碳剂0.8-1.5%，球化剂1.0-1.2%，孕育剂0.4-0.7%；生铁按质量分数计包括：Ｃ3.8-4.3%，Ｓi0.6-1.2%，Ｍn0.05-0.1%，Ｐ＜0.04%，Ｓ＜0.02%，余量为Fe；废钢按质量分数计包括：Ｍn＜0.35%，Ｐ＜0.04%，Ｓ＜0.02%，余量为Fe。本发明还公开了采用该炉料制备深海石油管道的方法及采用的浇注系统，其能够全面提高管道的各项性能指标，产品经超声波和磁粉探伤对所有铸件的关键区域进行检测，合格率达到98.5%以上，有效提高了深海石油管道的质量。

Description

合成铸铁的炉料及其制备深海石油管道的方法和浇注系统
技术领域
本发明涉及一种铸铁，尤其涉及合成铸铁的炉料及其制备深海石油管道的方法和所采用的浇注系统。
背景技术
深海石油管道由于在深海环境下作业，既要承受海水的压力和腐蚀，又要有一定的低温冲击性能，现在行业内要求深海石油管道的抗拉强度≥390ＭＰa，屈服强度≥230ＭＰa，延伸率≥15%，布氏硬度ＨＢ130-180，低温冲击试验：（-20±2）℃，三次测试平均值不小于12Ｊ，单个冲击值最小不低于9Ｊ；球化率≥90%；铁素体含量≥90%，现有的深海石油管道超声波检测内部缺陷超标，在低温海水的冲击下会发生开裂，往往达不到这些要求。
深海石油管道传统的铸造工艺采用中间注入式，采用中间注入式时，高温慢浇，铁水进入型腔时会产生飞溅和冲砂；且未使用过滤网，浇注时金属液连带其中的熔渣，砂粒和砂团等一同注入型腔，并形成在铸件表面，或是包含在铸件内，导致铸件机械性能达不到设计要求，造成铸件磁粉和超声波检测超标，低温冲击值也达不到要求而报废；并且浇注时未进行随流孕育，只在球化时进行一次孕育，致使球化率偏低，石墨球粗大，铸件性能达不到要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种合成铸铁的炉料及其制备深海石油管道的方法，它能有效提高深海石油管道产品质量。
 本发明的技术方案如下：
一种合成铸铁的炉料，按质量分数计算，包括生铁40-60%，废钢20-45%，回炉料15-30%，增碳剂0.8-1.5%，球化剂1.0-1.2%，孕育剂0.4-0.7%；
所述生铁按质量分数计包括：Ｃ 3.8-4.3%，Ｓi 0.6-1.2%，Ｍn 0.05-0.1%，Ｐ＜0.04%，Ｓ＜0.02%，余量为Fe；
所述废钢按质量分数计包括：Ｍn＜0.35%，Ｐ＜0.04%，Ｓ＜0.02%，余量为Fe。
作为改进，所述回炉料由浇冒口和废料组成，其按质量分数计应满足：Ｃ 3.60-3.80%，ＳI 1.8-2.3%，Ｍn 0.05-0.3%，Ｐ ＜0.04%，Ｓ＜0.02%，余量为Fe。
作为改进，所述球化剂为稀土镁球化剂，其成分按质量百分比计算包括Ｍg 5.5-6.5%，稀土 1-3%。
作为改进，所述孕育剂为含硅量为75%的硅铁孕育剂。
作为改进，所述的增碳剂为含碳量≥98%的石墨增碳剂。
一种采用上述炉料制备深海石油管道的方法，包括如下步骤：
a） 将生铁、废钢、回炉料加入到中频炉内进行熔炼，熔炼后控制温度在1400-1420℃，取铁液进行成份检测，之后投入增碳剂对铁液的化学成分进行调整；
b）升温至1420-1460℃后加入按铸铁炉料的质量计为1.0-1.2%的球化剂进行球化处理；再加入按铸铁炉料的质量计为0.3-0.5%的孕育剂对铁液进行转包孕育处理； 
c）将转包孕育处理后的铁液浇注到砂模中，浇注温度为1320-1350℃，浇注时间为 25-35秒，浇注时加入余下的孕育剂进行随流孕育处理；
d）浇注完后保温至少16小时，开箱得到铸件； 
e）再对铸件进行抛丸打磨后得到深海石油管道。
作为改进，砂模中的铁液按质量分数计包括：Ｃ 3.6-3.75%，Ｓi  1.8-2.2%，Ｍn ≤0.2%，Ｐ ≤0.04%，Ｓ ≤0.01%，Ｍg  0.035-0.05%，余量为Fe。
    上述制备深海石油管道所采用的浇注系统，包括依次连通的直浇道、横浇道和至少两个内浇道，内浇道与型腔的底部连接，横浇道与内浇道之间设有集水槽，集水槽上设有过滤网。
本发明合成的深海石油管道能够全面提高管道的各项性能指标，球化率≥90%；铁素体含量≥90%，其抗拉强度、屈服强度、延伸率、布氏硬度和低温冲击性能均高于行业要求；产品经超声波和磁粉探伤对所有铸件的关键区域进行检测，合格率达到98.5%以上，有效提高深海石油管道的质量。     
深海石油管道的制备过程中，采用两次孕育，利用转包进行一次孕育，浇注时进行二次随流孕育，球化率达90%以上，石墨大小达到6级。
采用底注式浇注，浇注时铁水平稳的进入型腔，避免产生飞溅和冲砂；在横浇道与直浇道之间设置过滤网，以阻止熔渣、砂粒等杂物进入型腔，提高铸件的合格率。
附图说明
图1为发明采用的底注式浇注系统结构示意图；
图2为图1的后视图
图3为图1的右视图。
具体实施方式
本发明采用的生铁为低Ｍn，低Ｐ、Ｓ和微量元素少的本溪Ｑ10生铁；其按质量分数计包括Ｃ 3.8-4.3%，Ｓi 0.6-1.2%，Ｍn 0.05-0.1%，Ｐ＜0.04%，Ｓ＜0.02%，余量为Fe。
所述废钢为低Ｐ、Ｓ和微量元素少的矽钢片；其按质量分数计包括：Ｍn＜0.35%，Ｐ＜0.04%，Ｓ＜0.02%，余量为Fe，废钢里面的C、Si含量极少，忽略不计。
所述回炉料由浇冒口和废料组成，其按质量分数计应满足：Ｃ 3.60-3.80%，ＳI 1.8-2.3%，Ｍn 0.05-0.3%，Ｐ ＜0.04%，Ｓ＜0.02%，余量为Fe。
本发明的铁水浇注采用底注式浇注系统；参见图1、图2和图3，该系统包括连通的直浇道1、横浇道2和6个内浇道3，内浇道3与砂模5的底部连接，浇道面积∑Ｆ直：∑Ｆ横：∑Ｆ内＝1：1.5：2；横浇道2与内浇道3之间设有集水槽6，每个集水槽6连接两个内浇道，集水槽6上放置过滤网4，过滤网4的宽度大于横浇道2的宽度，横浇道2两侧的砂模压住过滤网4防止其上浮。
浇注时，铁液进入直浇道后，进入横浇道，从横浇道流过后经过集水槽上的过滤网进入内浇道，再从内浇道进入砂模中。
实施例1
本发明深海石油管道的制备方法，包括如下步骤：
a） 将40%生铁、42%废钢、15%回炉料，加入到中频炉内进行熔炼，熔炼后控制温度在1400-1420℃，取铁液进行成份检测，之后投入1.3%增碳剂对铁液的化学成分进行调整，所使用的增碳剂为含碳量≥98%的石墨增碳剂。
b）升温至1420-1460℃后加入按铸铁炉料的质量计为1.0%的球化剂进行球化处理，所述球化剂为按质量百分比计算包括Ｍg 5.5-6.5%，稀土1-3%的稀土镁球化剂；再加入按铸铁炉料的质量计为0.35%的含硅量为75%的硅铁孕育剂对铁液进行转包孕育处理； 
c） 将转包孕育处理后的铁液浇注到砂模中，浇注时加入按铸铁炉料的质量计为0.15%的含硅量为75%的硅铁孕育剂进行随流孕育处理，浇注温度为1320-1350℃，浇注时间为 25-35秒；砂模中铁液的化学成分质量百分比包括Ｃ 3.68%，Ｓi  1.98%，Ｍn 0.15%，Ｐ 0.026%，Ｓ 0.008%，Ｍg 0.042%，余量为Fe；
d）浇注完后保温16小时，开箱得到铸件； 
e） 再对铸件进行抛丸打磨后得到深海石油管道。
表1 本发明的几个实施例的主要成分和工艺参数
实施例2、3、4、5 的工艺过程同实施例1，不再赘述。
本发明产品毛坯重量1200ＫＧ，材质为ＥＮ-ＧＪＳ-400-18Ｕ-ＬＴ，最小壁厚30mm,最大壁厚100mm，平均壁厚45mm；将上述实施例中所得到的产品进行产品性能检测（40mm附铸试块），具体性能数据参见表2。
表2为实施例与对比例的力学性能比较

Claims (2)

1.一种制备深海石油管道的方法，其特征在于：其所采用的合成铸铁的炉料按质量分数计算，包括生铁40-60％，废钢20-45％，回炉料15-30％，增碳剂0.8-1.5％，球化剂1.0-1.2％，孕育剂0.4-0.7％； 
所述生铁按质量分数计包括：Ｃ3.8-4.3％，Ｓi0.6-1.2％，Ｍn0.05-0.1％，P＜0.04％，Ｓ＜0.02％，余量为Fe； 
所述废钢按质量分数计包括：Ｍn＜0.35％，Ｐ＜0.04％，Ｓ＜0.02％，余量为Fe； 
采用上述炉料制备深海石油管道的步骤如下： 
a)将生铁、废钢、回炉料加入到中频炉内进行熔炼，熔炼后控制温度在1400-1420℃，取铁液进行 成分检测，之后投入增碳剂对铁液的化学成分进行调整； 
b)升温至1420-1460℃后加入按铸铁炉料的质量计为1.0-1.2％的球化剂进行球化处理；再加入按铸铁炉料的质量计为0.3-0.5％的孕育剂对铁液进行转包孕育处理； 
c)将转包孕育处理后的铁液浇注到砂模中，浇注温度为1320-1350℃，浇注时间为25-35秒，浇注时加入余下的孕育剂进行随流孕育处理； 
d)浇注完后保温至少16小时，开箱得到铸件； 
e)再对铸件进行抛丸打磨后得到深海石油管道； 
所述球化剂为稀土镁球化剂，其成分按质量百分比计算包括Ｍg5.5-6.5％，稀土1-3％； 
所述孕育剂为含硅量为75％的硅铁孕育剂； 
所述回炉料由浇冒口和废料组成，其按质量分数计应满足：Ｃ3.60-3.80％，Ｓi1.8-2.3％，Ｍn0.05-0.3％，Ｐ＜0.04％，Ｓ＜0.02％，余量为Fe； 
所述的增碳剂为含碳量≥98％的石墨增碳剂； 
砂模中的铁液按质量分数计包括：Ｃ3.6-3.75％，Ｓi1.8-2.2％，Ｍn≤0.2％，Ｐ≤0.04％，Ｓ≤0.01％，Ｍg0.035-0.05％，余量为Fe。 
2.根据权利要求1所述制备深海石油管道的方法的浇注系统，其特征在于包括依次连通的直浇道、横浇道和至少两个内浇道，内浇道与型腔的底部连接，横浇道与内浇道之间设有集水槽，集水槽上设有过滤网。 
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