CN104480381B - 一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，该方法是使用生铁经铁水制备、铁水球化、离心浇注、退火、整型以及涂覆工艺后获得铸铁管成品的制备过程，本发明适用于制备DN80～1000mm的优质水冷金属型离心球墨铸铁管，制备过程包括有铁水制备、铁水球化、离心浇筑、退火、整型以及涂覆工艺等一系列操作过程，制备工艺简单，制备获得的铸铁管具有外观质量高、材料组织细密、生产效率高以及使用寿命长等特性，且较现有的钢管和灰铁管而言，具有更好的耐腐蚀性能和抗拉性能。
Description
技术领域
本发明是一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，具体涉及水冷金属型离心球墨铸铁管的整个制备工艺，属于铸铁管制备技术领域。
背景技术
从20世纪90年代开始，我国已采用内喷涂料离心铸造法生产出DN2600mm、长度为8000mm的离心球墨铸铁管，实现了离心球墨铸铁管的批量生产，当然，由于离心球墨铸铁管优良的使用性能，很快就被供水系统采用，至今已成为供水管首选材料，并且像其他工业发达国家一样，在很短时间内就完成了从灰铸铁到球墨铸铁、从连续铸造工艺到离心铸造工艺的转变，可以说，进入90年代以来，我国的铸铁管生产已经进入了一个飞跃发展的时期。
国际标准ISO2531291对球墨铸铁管的力学性能有非常严格的要求，包括有：抗拉强度≥420MPa，屈服强度≥300MPa，伸长率≥10%(对于管径规格DN40～DN1000)，表面硬度≤230HB。近几年来，我国的铸铁管生产企业通过从国外引进和国内的不断研制，已建成了总生产能力达40万吨/年的水冷金属型离心铸造球铁管生产设备，但由于工艺措施不当，所生产的球铁管能符合国际标准ISO2531291要求的仅10余万吨，只占国内铸铁管总产量10%左右，而对于现有的球墨铸铁管生产工艺而言，还具有如下工艺难点：
（1）根据铸铁管管径的不同，合理控制铁液中的碳当量和微量元素，在实际生产工艺中，碳当量可以提高球墨铸铁的石墨化程度，但过高的碳当量又会引起石墨漂浮；微量元素硅是促进石墨化元素，微量元素硫会对球化元素进行消耗等。现有专利文献CN102000797A（一种以钒钛磁铁矿为原料生产球墨铸铁管件的方法）为例，该专利文献揭示了一种以以钒钛磁铁矿为原料的铸铁管生产工艺，半钢铁化水中碳含量控制在3.5～3.8%，球化剂中稀土镁硅铁的重量比例为1.6～2.0%，铸铁管铁液中含矾量不大于0.02%，含磷量不大于0.08%，含硫量不大于0.02%，实现了钒钛磁铁矿资源的合理利用，达到了节约资源的目的。
（2）在生产过程中，对铁液进行脱硫、球化和孕育的处理工艺不当，严重的影响了铁铸管的质量。现有专利文献CN101921945A（球墨铸铁管用铁水孕育工艺，2010.08.31）揭示了一种铁水孕育工艺，该孕育工艺包括：在原有的球化包孕育和随流孕育这两个步骤之间增加中间包孕育工艺，实现对铁水的长效孕育，能够有效降低球化铁水中残镁含量，提高抗拉强度和屈服强度，同时为降低高温退火温度，稳定球墨铸铁管成品的尺寸创造条件。
（3）在铁铸管整型和涂覆过程中操作不当，容易造成铁铸管使用寿命的缩短。现有专利CN102981492A（一种球墨铁铸管退火后的处理工艺，2012.12.13）揭示了适用于铁铸管的整型处理，能够实现管号的自动化管理，提高产品的质量控制水平和产品的可追溯性，提高效率，降低工人的劳动强度。
基于上述情况，结合目前我国对铸铁管需求的持续增长，在此基础上，对铸铁管生产工艺：从熔炼、铁水球化孕育处理、铸造、热处理、整型以及涂覆等进行全面改进，形成能稳定获得优质铸铁管的成套生产工艺，以满足当前铸铁管工业的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，本方法揭示了制备优质水冷金属型离心球墨铸铁管过程中从铁水制备、铁水球化、离心浇筑再到退火、整型以及涂覆工艺的一系列制备工艺，适用于DN80～1000mm的铸铁管的制备，不仅适用范围广，还具有外观质量高、材料组织细密、生产效率高以及使用寿命长等诸多优势。
本发明通过下述技术方案实现：一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，该方法是使用生铁经铁水制备、铁水球化、离心浇注、退火、整型以及涂覆工艺后获得铸铁管成品的制备过程，步骤如下：
（1）铁水制备：所述的铁水制备包括使用高炉或冲天炉对生铁进行高温冶炼，获得硫含量≤0.02%、碳当量波动值≤±0.1%的铁水，铁水成分稳定，在制备过程中，为控制硫的含量，通常加入脱硫剂，并用氮气通入铁水中通过连续多空塞进行脱硫保证，在本发明中，为提高铁液的流动相，铁水中的碳当量通常选择4.3～4.4%，不仅能有效的促进镁吸收率的提高，还能改善球化效果；
（2）铁水球化：所述的铁水球化包括使用球化剂对铁水进行球化处理，在加入球化剂的同时加入孕育剂，按重量百分比计，经球化、孕育后获得的铁水包含有：碳3.2～3.6%、硫＜0.01%，硅2.3～2.38%、磷＜0.075%、镁≥0.035%、锰＜0.3%、铼＜0.025%，由上述组份可知，经球化后获得的铁水微量元素含量较低，特别是硅、锰等微量元素的合理控制，不仅能有效的降低球化剂的消耗，还能降低成本，减少硅带进的酸性渣，提高打压合格率，同时，由于球化后的铁水的含硫量小于0.01%，更利于生产出质量稳定、合格率更高的铸铁管，各组份配比适当，通常情况下，对于DN80～1000mm的铸铁管，其球化温度为1460～1520℃，所述的球化剂为稀土镁硅球化剂，加入量为32～45m/T，按重量百分比计，在所述的稀土镁硅球化剂中包含有稀土18～20%、镁20～25%、硅46～50%，所述的孕育剂为硅铁或硅钙合金，加入量为1.5～2.5Kg/T，按重量百分比计，在所述的孕育剂中包含有硅46～50%、Ca1.2～1.5%，在本发明中，球化剂和孕育剂的加入能有效的提高铁铸管的力学性能，金相组织中石墨呈球状，与普通铁管的片状石墨相比，其基体的割裂破坏作用小很多，铁水经球化、离心浇筑、退火可使基体的铁素体大于85%，最终使其制备得到的铸铁管具有抗拉强度、屈服强度、延伸率等机械性能表现优异等诸多优势；
（3）离心浇筑：为适应较高的生产节奏，提高生产效率，温度较高（如：1460～1520℃）的铁水球化后其浇筑温度也较高（1310～1460℃），同时，浇筑温度的设定还应满足以下两点，避免浇筑温度过低（＜1310℃）会使插口厚度增加，反之（＞1460℃）会使承口部位壁厚增加，所述的离心浇筑具有以下步骤：
（3.a）用天车将步骤（2）制得的铁水分别对入中间包和扇形包，使用翻包机构将中间包和扇形包内的铁水等速翻入流槽，
（3.b）将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，在管模中旋转并通过主机冷却水成型后，获得铁铸管，
（3.c）用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出；
在上述离心浇筑步骤中，合理的安排浇筑时间以及浇筑速度等控制参数还能进一步的减少铸铁管的质量缺陷，避免出现承口浇不足或过厚，插口浇不足或插口端壁薄、壁厚，铸铁管轴向壁不均匀等情况，通常情况下，在离心浇注开始时，球化铁水充满承口型腔的过程中需要有一段主机（即：离心加速机）减速时间，时间控制在0.36～2s，如果这段时间控制过长，则在承口已充满的情况下与承口相连的直管部分浇注了过多的铁液。会造成这部分壁厚增大；反之，则有可能造成承口型腔不能充满，承口部分壁厚较薄，在浇注直管部分主机均匀行走，在浇注结束时，为使铸管插口充分成型，主机最后需要一段慢行距离，并与翻包（中间包和扇形包）回落时间相匹配，中间包和扇形包的翻转速度为1～2.5r/min，出铁量为60～80kg/s，在慢行距离一定的情况下，若翻包回落时间和主机插口减速时间过长，插口部分就会增厚，反之就会变薄。
（4）退火：所述的退火包括将步骤（3）制得的铸铁管送入退火炉，控制温度在920～950℃下进行退火处理；
（5）整型：所述的整型是依次使用压痕、标园和校园、切环、修磨、水压测试对铸铁管进行整型处理；
（6）涂覆工艺：所述的涂覆工艺包括依次通过喷锌、沥青喷涂对铸铁管外壁进行的外部防护和通过水泥涂衬对铸铁管进行的内壁防护，所述锌层的厚度为110～130g/m2，所述沥青层的厚度为50～70μm，所述水泥涂衬的厚度为3～8mm。
在所述的步骤（2）中，所述的球化处理为冲入球化法，该冲入球化法是将步骤（1）制备得到的铁水对准没有加入球化剂的堤坝一侧进行出铁，以25～35kg/s的出铁量至球化包高度的1/2～1/3处，停顿3～5s，然后以80～120kg/s的出铁量出铁至包满（球化包装满），获得球化铁水，所述的球化铁水包含有0.035%的镁，其碳当量波动值≤0.03%。
在所述的步骤（3.b）中，在管模的内表面上喷加管模粉后，再将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，所述的管模为耐热钢制作而成，所述的主机冷却水的温度＜100℃，在实际应用过程中，由于管模外表面的主机冷却水温度低于100℃，而管模内表面温度在浇注铁水后急剧上升，瞬时温度可达750℃左右，而后又逐渐下降，如此反复，产生的巨大循环热应力会对管模产生严重的破坏作用，热应力超过（屈服极限），管模内表面随即进入塑性变形范围，内表面产生的应力最初是压应力，随着时间的延续，温度梯度发生变化，压应力变为拉应力，高温下管模的拉应强度较低，这时拉应力很容易超过材料的抗拉强度而产生细微的裂纹，多次浇注产生的反复热循环使裂纹不断扩展，最后形成热裂（龟裂），在离心浇筑过程中，龟裂最严重的地方在最先接触铁液的管模承口处，龟裂超过某一特定的深度，就要进行修复或报废，为此，本发明涉及的管模应采用具备较高热强度、导热性好、热膨胀系数小等特性的耐热钢材料制作而成，如21CrMo10、20CrMo、30CrMo等耐热钢。
管模在拔管过程中承受着严重的磨损，在拔管过程中铸铁管的自重及表面麻点对管模产生较大的摩擦力，特别是当铸管表面出现白口层或当温度过低时，管模的磨损尤为严重，为此，在所述的步骤（3.c）中，用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出前，在管模的内表面喷加管模粉，不仅能有助于拔管，还能起到瞬时孕育作用（管模粉中的Si、Ba成分在能起到瞬时强化孕育作用）。
按重量百分比计，所述的管模粉包含有6～12%的钡、1～2%钙、60～65%的硅，其粒度≤0.3mm，管模粉除能起到瞬时孕育的作用外，还可以消除铸铁管外表面的气孔和孔，由于铸铁管冷却后在铸铁管与管模之间形成气隙以及拔管后气体在管模内壁的迅速附着会造成气体进入铸管外壁铁液而形成气孔，尤其是在管模龟裂时更为严重，加入管模粉不但可以填充裂纹驱赶气体，减少外界气体侵入管壁铁水，而且可以在铁水与管模内壁形成一个界层面，还原铁层中部分过饱和的氧，减少铁液氧化，减少了气孔的形成，实践证明，管模粉的加入量与管模内表面的龟裂程度和铸铁管外壁产生的麻坑、气孔呈正比，按所述管模的内表面积计算，所述管模粉的加入量为20～30g/m2。
在所述的步骤（5）中，所述的压痕是采用钢珠球在铁铸管的插口内壁20～40mm处的位置进行压痕，压力为4～6MPa，压痕后铁铸管不出现裂纹；所述的修磨是采用气动砂轮机对铸铁管承插口进行修磨，采用砂轮磨杆对铸铁管内壁进行修磨；所述的标园和校园是采用环规对铁铸管进行标园和校园；所述的切环是采用切环取样对同批次的铸铁管进行金相和性能检查。
进一步的，在所述的步骤（6）中，所述的喷锌是使用喷枪将锌加热到熔融状态并以微滴状喷射到铸铁管的外壁以形成锌涂层，所述锌涂层的喷涂量为120g/m2。
在所述的步骤（6）中，所述的沥青喷涂是采用喷涂、滚涂或刷涂将沥青涂料涂覆在铸铁管锌涂层外以形成沥青覆盖层，按重量百分比计，所述沥青涂料的固含量≤65%，在实际应用过程中，沥青覆盖层与锌涂层对铸铁管具有密不可分的防腐效果。
水泥内衬不但具有内防腐作用，而且具有清洁供水的作用，在所述的步骤（6）中，所述的水泥内衬是将细砂、水泥、801胶水按配比进行拌料后在铸铁管内壁进行涂覆以形成水泥内衬层，以重量比计，所述的细砂：水泥：801胶水=2：（1.2～1.5）：（0.12～0.15），进一步的，为适用于DN80～1000mm的铸铁管，所述的水泥内衬的厚度应满足3～6mm。
进一步的，在所述的步骤（6）中，所述的涂覆工艺还包括对铸铁管内外防护层进行的养生，步骤如下：
（6.a）将经喷锌、沥青喷涂、水泥内衬处理后的铸铁管自然养生5～15分钟后送入养生炉，采用蒸汽压力≥0.15MPa、养生温度＞30℃、湿度≥85%的条件下对铸铁管进行养生，养生时间＞8小时；
（6.b）对养生完成后的铸铁管内表面喷涂环氧陶瓷涂料，在其外表面喷涂环氧树脂或聚氨酯材料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明适用于制备DN80～1000mm的优质水冷金属型离心球墨铸铁管，制备过程包括有铁水制备、铁水球化、离心浇筑、退火、整型以及涂覆工艺等一系列操作过程，制备工艺简单，制备获得的铸铁管具有外观质量高、材料组织细密、生产效率高以及使用寿命长等特性，且较现有的钢管和灰铁管而言，具有更好的耐腐蚀性能和抗拉性能。
（2）本发明使用高炉或冲天炉对生铁进行高温冶炼，获得碳当量波动值≤±0.1%的铁水，铁水成分稳定，在制备过程中，为控制硫的含量，通常加入脱硫剂，并用氮气通入铁水中通过连续多空塞进行脱硫保证，铁水中硫含量≤0.02%，符合制备优质水冷金属型离心球墨铸铁管的前提。
（3）本发明方法设计合理，根据所制备铸铁管的口径大小，在满足较高生产节奏和铸铁管质量的前提下，选择球化温度和离心浇筑温度依次为1460～1520℃和1340～1460℃，其实际应用效果良好。
（4）本发明在铁水球化过程中，利用球化剂和孕育剂的加入能有效的提高铁铸管的力学性能，球化剂和孕育剂的各组分配比设计合理，金相组织中石墨呈球状，与普通铁管的片状石墨相比，其基体的割裂破坏作用小很多，铁水经球化、离心浇筑、退火可使基体的铁素体大于85%，最终使其制备得到的铸铁管具有抗拉强度、屈服强度、延伸率等机械性能表现优异等诸多优势。
（5）在本发明中，经球化后获得的铁水微量元素含量较低，特别是硅、锰等微量元素的合理控制，不仅能有效的降低球化剂的消耗，还能降低成本，减少硅带进的酸性渣，提高打压合格率，同时，由于球化后的铁水的含硫量小于0.01%，更利于生产出质量稳定、合格率更高的铸铁管，各组份配比适当。
（6）本发明可在浇筑前和/或拔管前向管模内表面喷加管模粉，管模粉包含有6～12%的钡、1～2%钙、60～65%的硅，不仅能有助于拔管，还能起到瞬时孕育作用，即：管模粉中的Si、Ba成分在能起到瞬时强化孕育作用。
（7）本发明涉及的管模粉还具有消除铸铁管外表面气孔、针孔的特点，实践证明，按管模内表面积计，管模粉加入量为20～30g/m2时，足以满足铸铁管外表面气孔、针孔的清除。
（8）本发明在离心浇筑过程中，采用的主机冷却水温度＜100℃，为适应DN80～1000mm铸铁管的制备，通常采用10～12组喷淋冷却管进行均匀冷却，在保证冷却效果的同时，还可提高铸铁管的冷却速度，提高铸铁管的生产效率，实用性强。
（9）在本发明中，经整型后的铸铁管经喷锌、沥青喷涂、水泥涂衬和养生后获得铸铁管成品，其中，锌层厚度为110～130g/m2，沥青层的厚度为50～70μm，水泥涂衬的厚度为3～8mm，经实践证明，锌层和沥青层可在铸铁管的外壁形成良好的防腐措施，水泥内衬则可在铸铁管的内壁起到防腐作用，且还具有清洁供水的作用。
附图说明
图1为本发明实施例2所述球化包的结构示意图。
图2为本发明实施例2所述球化包的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
现有涉及铸铁管制备的专利文献有CN102000797A、CN101921945A、CN102981492A等，其间包括有铸铁管制备工艺中涉及的铁液来源、铁液球化以及退火等工艺步骤，但针对铸铁管生产工艺而言，其完整的制备过程包括从熔炼、铁水球化孕育处理、铸造、热处理再到整型以及涂覆等一系列的制作步骤，结合目前我国对铸铁管需求持续增长的现状，为获得稳定的优质铸铁管成品以及满足当前铸铁管工业的迫切需求，本发明提出了一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，该方法是使用生铁经铁水制备、铁水球化、离心浇注、退火、整型以及涂覆工艺后获得铸铁管成品的制备过程。
在本实施例中，制备的水冷金属型离心球墨铸铁管的规格为DN200mm，其步骤如下：
（1）铁水制备：包括使用高炉或冲天炉对生铁进行高温冶炼，获得硫含量为0.02%、碳当量波动值为0.1%的铁水；
（2）铁水球化：包括使用球化剂对铁水进行球化处理，在加入球化剂的同时加入孕育剂，按重量百分比计，经球化、孕育后获得的铁水包含有：碳3.2%、硫＜0.01%，硅2.3%、磷0.07%、镁0.03%、锰0.25%、铼0.02%，其中，球化剂为稀土镁硅球化剂，按重量百分比计，在稀土镁硅球化剂中包含有稀土18%、镁20%、硅46%，孕育剂为硅铁或硅钙合金，按重量百分比计，在孕育剂中包含有硅46%、Ca1.2%；
（3）离心浇筑：
（3.a）用天车将步骤（2）制得的铁水分别对入中间包和扇形包，使用翻包机构将中间包和扇形包内的铁水等速翻入流槽，
（3.b）将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，在管模中旋转并通过主机冷却水成型后，获得铁铸管，
（3.c）用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出；
（4）退火：将步骤（3）制得的铸铁管送入退火炉，控制温度在920℃下进行退火处理；
（5）整型：依次使用压痕、标园和校园、切环、修磨、水压测试对铸铁管进行整型处理；
（6）涂覆工艺：依次通过喷锌、沥青喷涂对铸铁管外壁进行的外部防护和通过水泥涂衬对铸铁管进行的内壁防护，其中，锌层的厚度为110g/m2，沥青层的厚度为50μm，水泥涂衬的厚度为3mm。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：在步骤（2）中，本实施例涉及的球化处理为冲入球化法，图1为球化包的结构示意图，如图1所示，图1中右侧凹槽内由下至上依次为球化剂和孕育剂，图1中箭头符号的方向即为铁水的冲入方向，该冲入球化法是将步骤（1）制备得到的铁水对准没有加入球化剂的堤坝一侧进行出铁，以25kg/s的出铁量至球化包高度的1/2处，停顿3s，然后以80kg/s的出铁量出铁至包满，获得球化铁水，所述的球化铁水包含有0.035%的镁，其碳当量波动值0.03%。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别在于：在步骤（2）中，本实施例涉及的球化处理为冲入球化法，图2为球化包的结构示意图，如图2所示，图2中右侧凹槽内由下至上依次为球化剂和孕育剂，图2中箭头符号的方向即为铁水的冲入方向，该冲入球化法是将步骤（1）制备得到的铁水对准没有加入球化剂的堤坝一侧进行出铁，以35kg/s的出铁量至球化包高度的1/3处，停顿5s，然后以120kg/s的出铁量出铁至包满，获得球化铁水，所述的球化铁水包含有0.035%的镁，其碳当量波动值0.02%。
实施例4：
本实施例与实施例1的区别在于：在步骤（3.b）中，在管模的内表面上喷加管模粉后，再将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，管模为耐热钢制作而成，主机冷却水的温度为95℃。
按重量百分比计，本实施例涉及的管模粉包含有6%的钡、1%钙、60%的硅，其粒度为0.3mm，按管模的内表面积计算，该管模粉的加入量为20g/m2。
实施例5：
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例涉及DN150mm的水冷金属型离心球墨铸铁管的制备，在步骤（3.c）中，用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出前，在管模的内表面喷加管模粉。
按重量百分比计，本实施例涉及的管模粉包含有12%的钡、2%钙、65%的硅，其粒度为0.2mm，按管模的内表面积计算，该管模粉的加入量为30g/m2。
实施例6：
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例涉及DN180mm的水冷金属型离心球墨铸铁管的制备，在步骤（5）中，整型的步骤如下：
压痕：采用钢珠球在铁铸管的插口内壁20mm处的位置进行压痕，压力为4MPa，压痕后铁铸管不出现裂纹。
修磨：采用气动砂轮机对铸铁管承插口进行修磨，采用砂轮磨杆对铸铁管内壁进行修磨。
标园和校园：采用环规对铁铸管进行标园和校园。
切环：采用切环取样对同批次的铸铁管进行金相和性能检查。
实施例7：
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例涉及DN450mm的水冷金属型离心球墨铸铁管的制备，在步骤（6）中，喷锌是使用喷枪将锌加热到熔融状态并以微滴状喷射到铸铁管的外壁以形成锌涂层，其中，锌涂层的喷涂量为120g/m2；沥青喷涂是采用喷涂、滚涂或刷涂将沥青涂料涂覆在铸铁管锌涂层外以形成沥青覆盖层，按重量百分比计，沥青涂料的固含量为65%；水泥内衬是将细砂、水泥、801胶水按配比进行拌料后在铸铁管内壁进行涂覆以形成水泥内衬层，以重量比计，所述的细砂：水泥：801胶水=2：1.2：0.12。
实施例8：
本实施例与实施例7的区别在于：本实施例涉及DN600mm的水冷金属型离心球墨铸铁管的制备，在步骤（6）中，涂覆工艺还包括对铸铁管内外防护层进行的养生，步骤如下：
（6.a）将经喷锌、沥青喷涂、水泥内衬处理后的铸铁管自然养生5分钟后送入养生炉，采用蒸汽压力0.15MPa、养生温度32℃、湿度85%的条件下对铸铁管进行养生，养生时间8.5小时；
（6.b）对养生完成后的铸铁管内表面喷涂环氧陶瓷涂料，在其外表面喷涂环氧树脂或聚氨酯材料。
实施例9：
本实施例涉及DN1000mm的水冷金属型离心球墨铸铁管的制备步骤如下：
（1）铁水制备：使用高炉或冲天炉对生铁进行高温冶炼，获得硫含量0.01%、碳当量波动值0.05%的铁水。
（2）铁水球化：采用冲入球化法，首先，在步骤（1）制备得到的铁水中加入球化剂和孕育剂，然后将其对准没有加入球化剂的堤坝一侧进行出铁，以30kg/s的出铁量至球化包高度的1/2处，停顿3s，然后以100kg/s的出铁量出铁至包满，获得碳当量波动值0.03%的球化铁水，按重量百分比计，经球化、孕育后获得的铁水包含有：碳3.6%、硫0.008%，硅2.38%、磷0.06%、镁0.035%、锰0.2%、铼0.015%，其中，球化剂为稀土镁硅球化剂，按重量百分比计，在稀土镁硅球化剂中包含有稀土20%、镁25%、硅50%，孕育剂为硅铁或硅钙合金，按重量百分比计，在孕育剂中包含有硅50%、Ca1.5%。
（3）离心浇筑：
（3.a）用天车将步骤（2）制得的铁水分别对入中间包和扇形包，使用翻包机构将中间包和扇形包内的铁水等速翻入流槽；
（3.b）在管模的内表面上喷加管模粉后，再将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，并在管模中旋转并通过主机冷却水成型后，获得铁铸管，管模可采用耐热钢制作而成，主机冷却水的温度设定为85℃，按重量百分比计，本实施例涉及的管模粉包含有8%的钡、1.5%钙、62%的硅，其粒度0.3mm，按管模的内表面积计算，该管模粉的加入量为25g/m2；
（3.c）在管模的内表面喷加管模粉，然后用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出。
（4）退火：将步骤（3）制得的铸铁管送入退火炉，控制温度在950℃下进行退火处理；
（5）整型：依次使用压痕、标园和校园、切环、修磨、水压测试对铸铁管进行整型处理，过程如下：
压痕：采用钢珠球在铁铸管的插口内壁40mm处的位置进行压痕，压力为6MPa，压痕后铁铸管不出现裂纹；
修磨：采用气动砂轮机对铸铁管承插口进行修磨，采用砂轮磨杆对铸铁管内壁进行修磨；
标园和校园：采用环规对铁铸管进行标园和校园；
切环：采用切环取样对同批次的铸铁管进行金相和性能检查。
（6）涂覆工艺：依次通过喷锌、沥青喷涂对铸铁管外壁进行的外部防护和通过水泥涂衬对铸铁管进行的内壁防护，其中，喷锌是使用喷枪将锌加热到熔融状态并以微滴状喷射到铸铁管的外壁以形成锌涂层，其中，锌涂层的喷涂量为130g/m2；沥青喷涂是采用喷涂、滚涂或刷涂将沥青涂料涂覆在铸铁管锌涂层外以形成沥青覆盖层，沥青层的厚度为70μm，按重量百分比计，沥青涂料的固含量60%；水泥内衬是将细砂、水泥、801胶水按配比进行拌料后在铸铁管内壁进行涂覆以形成水泥内衬层，水泥涂衬的厚度为8mm，以重量比计，所述的细砂：水泥：801胶水=2：1.5：0.15。
喷涂完成后，对铸铁管的内外防护层进行的养生，步骤如下：
（6.a）将经喷锌、沥青喷涂、水泥内衬处理后的铸铁管自然养生15分钟后送入养生炉，采用蒸汽压力0.2MPa、养生温度40℃、湿度95%的条件下对铸铁管进行养生，养生时间10小时；
（6.b）对养生完成后的铸铁管内表面喷涂环氧陶瓷涂料，在其外表面喷涂环氧树脂或聚氨酯材料。
实施例10：
本实施例涉及DN80mm的水冷金属型离心球墨铸铁管的制备步骤如下：
（1）铁水制备：使用高炉或冲天炉对生铁进行高温冶炼，获得硫含量0.02%、碳当量波动值0.1%的铁水。
（2）铁水球化：采用冲入球化法，首先，在步骤（1）制备得到的铁水中加入球化剂和孕育剂，然后将其对准没有加入球化剂的堤坝一侧进行出铁，以32kg/s的出铁量至球化包高度的1/2处，停顿4s，然后以90kg/s的出铁量出铁至包满，获得碳当量波动值0.02%的球化铁水，按重量百分比计，经球化、孕育后获得的铁水包含有：碳3.5%、硫0.06%，硅2.35%、磷0.07%、镁0.035%、锰0.25%、铼0.022%，其中，球化剂为稀土镁硅球化剂，按重量百分比计，在稀土镁硅球化剂中包含有稀土19%、镁22%、硅48%，孕育剂为硅铁或硅钙合金，按重量百分比计，在孕育剂中包含有硅48%、Ca1.3%。
（3）离心浇筑：
（3.a）用天车将步骤（2）制得的铁水分别对入中间包和扇形包，使用翻包机构将中间包和扇形包内的铁水等速翻入流槽；
（3.b）在管模的内表面上喷加管模粉后，再将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，并在管模中旋转并通过主机冷却水成型后，获得铁铸管，管模可采用耐热钢制作而成，主机冷却水的温度设定为70℃，按重量百分比计，本实施例涉及的管模粉包含有10%的钡、1.6%钙、63%的硅，其粒度0.3mm，按管模的内表面积计算，该管模粉的加入量为24g/m2；
（3.c）在管模的内表面喷加管模粉，然后用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出。
（4）退火：将步骤（3）制得的铸铁管送入退火炉，控制温度在940℃下进行退火处理；
（5）整型：依次使用压痕、标园和校园、切环、修磨、水压测试对铸铁管进行整型处理，过程如下：
压痕：采用钢珠球在铁铸管的插口内壁26mm处的位置进行压痕，压力为4.3MPa，压痕后铁铸管不出现裂纹；
修磨：采用气动砂轮机对铸铁管承插口进行修磨，采用砂轮磨杆对铸铁管内壁进行修磨；
标园和校园：采用环规对铁铸管进行标园和校园；
切环：采用切环取样对同批次的铸铁管进行金相和性能检查。
（6）涂覆工艺：依次通过喷锌、沥青喷涂对铸铁管外壁进行的外部防护和通过水泥涂衬对铸铁管进行的内壁防护，其中，喷锌是使用喷枪将锌加热到熔融状态并以微滴状喷射到铸铁管的外壁以形成锌涂层，其中，锌涂层的喷涂量为120g/m2；沥青喷涂是采用喷涂、滚涂或刷涂将沥青涂料涂覆在铸铁管锌涂层外以形成沥青覆盖层，沥青层的厚度为60μm，按重量百分比计，沥青涂料的固含量60%；水泥内衬是将细砂、水泥、801胶水按配比进行拌料后在铸铁管内壁进行涂覆以形成水泥内衬层，水泥涂衬的厚度为7mm，以重量比计，所述的细砂：水泥：801胶水=2：1.3：0.14。
喷涂完成后，对铸铁管的内外防护层进行的养生，步骤如下：
（6.a）将经喷锌、沥青喷涂、水泥内衬处理后的铸铁管自然养生10分钟后送入养生炉，采用蒸汽压力0.35MPa、养生温度45℃、湿度85%的条件下对铸铁管进行养生，养生时间9.5小时；
（6.b）对养生完成后的铸铁管内表面喷涂环氧陶瓷涂料，在其外表面喷涂环氧树脂或聚氨酯材料。
实施例11：
本实施例涉及DN500mm的水冷金属型离心球墨铸铁管的制备步骤如下：
（1）铁水制备：使用高炉或冲天炉对生铁进行高温冶炼，获得硫含量0.02%、碳当量波动值0.03%的铁水。
（2）铁水球化：采用冲入球化法，首先，在步骤（1）制备得到的铁水中加入球化剂和孕育剂，然后将其对准没有加入球化剂的堤坝一侧进行出铁，以35kg/s的出铁量至球化包高度的1/3处，停顿5s，然后以110kg/s的出铁量出铁至包满，获得碳当量波动值0.03%的球化铁水，按重量百分比计，经球化、孕育后获得的铁水包含有：碳3.5%、硫＜0.01%，硅2.36%、磷0.07%、镁0.035%、锰0.25%、铼0.01%，其中，球化剂为稀土镁硅球化剂，按重量百分比计，在稀土镁硅球化剂中包含有稀土20%、镁24%、硅48%，孕育剂为硅铁或硅钙合金，按重量百分比计，在孕育剂中包含有硅48%、Ca1.5%。
（3）离心浇筑：
（3.a）用天车将步骤（2）制得的铁水分别对入中间包和扇形包，使用翻包机构将中间包和扇形包内的铁水等速翻入流槽；
（3.b）在管模的内表面上喷加管模粉后，再将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，并在管模中旋转并通过主机冷却水成型后，获得铁铸管，管模可采用耐热钢制作而成，主机冷却水的温度设定为85℃，按重量百分比计，本实施例涉及的管模粉包含有8%的钡、2%钙、65%的硅，其粒度0.3mm，按管模的内表面积计算，该管模粉的加入量为28g/m2；
（3.c）在管模的内表面喷加管模粉，然后用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出。
（4）退火：将步骤（3）制得的铸铁管送入退火炉，控制温度在940℃下进行退火处理；
（5）整型：依次使用压痕、标园和校园、切环、修磨、水压测试对铸铁管进行整型处理，过程如下：
压痕：采用钢珠球在铁铸管的插口内壁35mm处的位置进行压痕，压力为5.5MPa，压痕后铁铸管不出现裂纹；
修磨：采用气动砂轮机对铸铁管承插口进行修磨，采用砂轮磨杆对铸铁管内壁进行修磨；
标园和校园：采用环规对铁铸管进行标园和校园；
切环：采用切环取样对同批次的铸铁管进行金相和性能检查。
（6）涂覆工艺：依次通过喷锌、沥青喷涂对铸铁管外壁进行的外部防护和通过水泥涂衬对铸铁管进行的内壁防护，其中，喷锌是使用喷枪将锌加热到熔融状态并以微滴状喷射到铸铁管的外壁以形成锌涂层，其中，锌涂层的喷涂量为120g/m2；沥青喷涂是采用喷涂、滚涂或刷涂将沥青涂料涂覆在铸铁管锌涂层外以形成沥青覆盖层，沥青层的厚度为65μm，按重量百分比计，沥青涂料的固含量60%；水泥内衬是将细砂、水泥、801胶水按配比进行拌料后在铸铁管内壁进行涂覆以形成水泥内衬层，水泥涂衬的厚度为3～8mm，以重量比计，所述的细砂：水泥：801胶水=2：1.2：0.14。
喷涂完成后，对铸铁管的内外防护层进行的养生，步骤如下：
（6.a）将经喷锌、沥青喷涂、水泥内衬处理后的铸铁管自然养生10分钟后送入养生炉，采用蒸汽压力0.3MPa、养生温度40℃、湿度90%的条件下对铸铁管进行养生，养生时间8.5小时；
（6.b）对养生完成后的铸铁管内表面喷涂环氧陶瓷涂料，在其外表面喷涂环氧树脂或聚氨酯材料。
实施例12：
本实施例涉及DN800mm的水冷金属型离心球墨铸铁管的制备步骤如下：
（1）铁水制备：使用高炉或冲天炉对生铁进行高温冶炼，获得硫含量0.015%、碳当量波动值0.05%的铁水。
（2）铁水球化：采用冲入球化法，首先，在步骤（1）制备得到的铁水中加入球化剂和孕育剂，然后将其对准没有加入球化剂的堤坝一侧进行出铁，以25kg/s的出铁量至球化包高度的1/2处，停顿4s，然后以110kg/s的出铁量出铁至包满，获得碳当量波动值0.03%的球化铁水，按重量百分比计，经球化、孕育后获得的铁水包含有：碳3.3%、硫0.05%，硅2.38%、磷0.069%、镁0.035%、锰0.29%、铼0.022%，其中，球化剂为稀土镁硅球化剂，按重量百分比计，在稀土镁硅球化剂中包含有稀土19%、镁25%、硅50%，孕育剂为硅铁或硅钙合金，按重量百分比计，在孕育剂中包含有硅48%、Ca1.5%。
（3）离心浇筑：
（3.a）用天车将步骤（2）制得的铁水分别对入中间包和扇形包，使用翻包机构将中间包和扇形包内的铁水等速翻入流槽；
（3.b）在管模的内表面上喷加管模粉后，再将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，并在管模中旋转并通过主机冷却水成型后，获得铁铸管，管模可采用耐热钢制作而成，主机冷却水的温度设定为95℃，按重量百分比计，本实施例涉及的管模粉包含有10%的钡、2%钙、64%的硅，其粒度0.3mm，按管模的内表面积计算，该管模粉的加入量为26g/m2；
（3.c）在管模的内表面喷加管模粉，然后用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出。
（4）退火：将步骤（3）制得的铸铁管送入退火炉，控制温度在950℃下进行退火处理；
（5）整型：依次使用压痕、标园和校园、切环、修磨、水压测试对铸铁管进行整型处理，过程如下：
压痕：采用钢珠球在铁铸管的插口内壁40mm处的位置进行压痕，压力为6MPa，压痕后铁铸管不出现裂纹；
修磨：采用气动砂轮机对铸铁管承插口进行修磨，采用砂轮磨杆对铸铁管内壁进行修磨；
标园和校园：采用环规对铁铸管进行标园和校园；
切环：采用切环取样对同批次的铸铁管进行金相和性能检查。
（6）涂覆工艺：依次通过喷锌、沥青喷涂对铸铁管外壁进行的外部防护和通过水泥涂衬对铸铁管进行的内壁防护，其中，喷锌是使用喷枪将锌加热到熔融状态并以微滴状喷射到铸铁管的外壁以形成锌涂层，其中，锌涂层的喷涂量为110～130g/m2；沥青喷涂是采用喷涂、滚涂或刷涂将沥青涂料涂覆在铸铁管锌涂层外以形成沥青覆盖层，沥青层的厚度为58μm，按重量百分比计，沥青涂料的固含量65%；水泥内衬是将细砂、水泥、801胶水按配比进行拌料后在铸铁管内壁进行涂覆以形成水泥内衬层，水泥涂衬的厚度为5mm，以重量比计，所述的细砂：水泥：801胶水=2：1.4：0.125。
喷涂完成后，对铸铁管的内外防护层进行的养生，步骤如下：
（6.a）将经喷锌、沥青喷涂、水泥内衬处理后的铸铁管自然养生12分钟后送入养生炉，采用蒸汽压力0.5MPa、养生温度50℃、湿度95%的条件下对铸铁管进行养生，养生时间8.5小时；
（6.b）对养生完成后的铸铁管内表面喷涂环氧陶瓷涂料，在其外表面喷涂环氧树脂或聚氨酯材料。
对上述实施例1～12制备获得铸铁管进行检测，获得表1所示数据。
表1
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：该方法是使用生铁经铁水制备、铁水球化、离心浇注、退火、整型以及涂覆工艺后获得铸铁管成品的制备过程，步骤如下：
（1）铁水制备：所述的铁水制备包括使用高炉或冲天炉对生铁进行高温冶炼，获得硫含量≤0.02%、碳当量波动值≤±0.1%的铁水；
（2）铁水球化：所述的铁水球化包括使用球化剂对铁水进行球化处理，在加入球化剂的同时加入孕育剂，按重量百分比计，经球化、孕育后获得的铁水包含有：碳3.2～3.6%、硫＜0.01%，硅2.3～2.38%、磷＜0.075%、镁≥0.035%、锰＜0.3%、铼＜0.025%，所述的球化剂为稀土镁硅球化剂，按重量百分比计，在所述的稀土镁硅球化剂中包含有稀土18～20%、镁20～25%、硅46～50%，所述的孕育剂为硅铁或硅钙合金，按重量百分比计，在所述的孕育剂中包含有硅46～50%、Ca1.2～1.5%；
（3）离心浇筑：所述的离心浇筑具有以下步骤：
（3.a）用天车将步骤（2）制得的铁水分别对入中间包和扇形包，使用翻包机构将中间包和扇形包内的铁水等速翻入流槽，
（3.b）将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，在管模中旋转并通过主机冷却水成型后，获得铁铸管，
（3.c）用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出；
（4）退火：所述的退火包括将步骤（3）制得的铸铁管送入退火炉，控制温度在920～950℃下进行退火处理；
（5）整型：所述的整型是依次使用压痕、标园和校园、切环、修磨、水压测试对铸铁管进行整型处理；
（6）涂覆工艺：所述的涂覆工艺包括依次通过喷锌、沥青喷涂对铸铁管外壁进行的外部防护和通过水泥涂衬对铸铁管进行的内壁防护，所述锌层的厚度为110～130g/m2，所述沥青层的厚度为50～70μm，所述水泥涂衬的厚度为3～8mm，
在所述的步骤（2）中，所述的球化处理为冲入球化法，该冲入球化法是将步骤（1）制备得到的铁水对准没有加入球化剂的堤坝一侧进行出铁，以25～35kg/s的出铁量至球化包高度的1/2～1/3处，停顿3～5s，然后以80～120kg/s的出铁量出铁至包满，获得球化铁水，所述的球化铁水包含有0.035%的镁，其碳当量波动值≤0.03%。
2.根据权利要求1所述的一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：在所述的步骤（3.b）中，在管模的内表面上喷加管模粉后，再将步骤（3.a）中流入流槽的铁水送入管模，所述的管模为耐热钢制作而成，所述的主机冷却水的温度＜100℃。
3.根据权利要求1所述的一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：在所述的步骤（3.c）中，用拔管机将成型后的铁铸管从管模中拔出前，在管模的内表面喷加管模粉。
4.根据权利要求2或3所述的一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：按重量百分比计，所述的管模粉包含有6～12%的钡、1～2%钙、60～65%的硅，其粒度≤0.3mm，按所述管模的内表面积计算，所述管模粉的加入量为20～30g/m2。
5.根据权利要求1所述的一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：在所述的步骤（5）中，所述的压痕是采用钢珠球在铁铸管的插口内壁20～40mm处的位置进行压痕，压力为4～6MPa；所述的修磨是采用气动砂轮机对铸铁管承插口进行修磨，采用砂轮磨杆对铸铁管内壁进行修磨。
6.根据权利要求1所述的一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：在所述的步骤（6）中，所述的喷锌是使用喷枪将锌加热到熔融状态并以微滴状喷射到铸铁管的外壁以形成锌涂层，所述锌涂层的喷涂量为120g/m2。
7.根据权利要求6所述的一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：在所述的步骤（6）中，所述的沥青喷涂是采用喷涂、滚涂或刷涂将沥青涂料涂覆在铸铁管锌涂层外以形成沥青覆盖层，按重量百分比计，所述沥青涂料的固含量≤65%。
8.根据权利要求7所述的一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：在所述的步骤（6）中，所述的水泥内衬是将细砂、水泥、801胶水按配比进行拌料后在铸铁管内壁进行涂覆以形成水泥内衬层，以重量比计，所述的细砂：水泥：801胶水=2：（1.2～1.5）：（0.12～0.15）。
9.根据权利要求6～8任一项所述的一种水冷金属型离心球墨铸铁管的工业制备方法，其特征在于：在所述的步骤（6）中，所述的涂覆工艺还包括对铸铁管内外防护层进行的养生，步骤如下：
（6.a）将经喷锌、沥青喷涂、水泥内衬处理后的铸铁管自然养生5～15分钟后送入养生炉，采用蒸汽压力≥0.15MPa、养生温度＞30℃、湿度≥85%的条件下对铸铁管进行养生，养生时间＞8小时；
（6.b）对养生完成后的铸铁管内表面喷涂环氧陶瓷涂料，在其外表面喷涂环氧树脂或聚氨酯材料。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |