CN105671235B - 一种铸铁锅及其铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸铁锅及其铸造工艺，铸造工艺包括：将生铁破碎，加入钐、钕金属单质投入到熔炼炉中高温熔炼；使铁水温度冷却至1250℃～1350℃时，浇注到砂模中；配制成形核晶种剂；立即投入形核晶种剂，并搅拌使之在铁水中分散均匀，直至出现细小微结晶；对含有细小微结晶的铁水进行冷却降温，至凝固成型，脱模，得到粗品；对粗品进行回火处理，取出；将经回火处理的铸铁锅打磨至表面平整光滑，呈现金属光泽，得到铸铁锅成品，将成品装入密闭包装袋中，于干燥通风阴凉处贮存。本发明得到一种强度高、塑性好和耐用性强的铸铁锅，并且解决了铁锅铸造成型时间长、性状不稳定的问题，提高了铸铁锅的附加价值。

Description

一种铸铁锅及其铸造工艺

技术领域

本发明涉及铸造领域，具体涉及一种铸铁锅及其铸造工艺。

背景技术

烹饪食物是家庭生活中既重要又温馨的重要环节，而烹饪工具选择的优劣则极大的影响着食物中营养物质种类是否健全、含量是否丰富。目前厨房用品市场上各种新式锅具种类繁多、功能庞杂、层出不穷，各式各样的不锈钢锅、陶瓷锅、纳米锅、精钢锅、抗菌锅等众多商品琳琅满目。这些让人应接不暇的产品在很大层面上忽略了锅具最基本的烹饪功能。越来越多的人们逐渐回归到使用铁锅来烹煮食物，最大程度上保留了烹饪食物的乐趣和情节，也提高了健康生活的水平。

使用铁锅烹煮食物，具有很多优势。一方面，铁锅比热容低，导热效率高，烹调食物容易熟透，缩短加工时间，节约燃料成本；另一方面，铁锅富含铁元素，通过烹调过程可以使大量丰富的铁元素溶解到食物中，提高食物的营养价值，增强人体的生理机能。

家庭使用的烹饪铁锅大多通过金属铸造工艺加工制造。采用铸造工艺制作铁锅具有操作便捷、成本经济、产量可观等突出的优势。即便如此，铸造铁锅时也会暴露出一些不足和劣势之处。铁锅铸造过程需要耗费大量的能源燃料及人工劳动，并且铸件凝固成型过程时间长，维护保养难度高，冷却过程中产生的热应力易导致产品出现开裂、收缩、气孔等疵病，极大地影响了铁锅的产品质量和使用性能。

稀土元素由于具有较低的熔点和较活泼的化学性质，可以应用于合金制备的过程中，稀土元素易与合金中碳、氮、硫等杂质结合，形成球状的弥散分布，并能与合金中铅、锡、锑、铋等有害元素结合，并能强化晶界，减少出现铸铁锅的瑕疵。

铁锅铸造成型过程是一个结晶形核过程，通过在热溶液中添加不同尺度的晶种，能够促进铁锅铸件的发育长大过程，容易得到致密均匀的产品。而通过高温回火处理则能够消除铸件中残存的热应力，提高铁锅的负载能力，增强塑性和韧性，延长铁锅的使用寿命。

中国专利CN201410585603.2公开了一种铸铁锅的盐浴氮化处理工艺，包括盐浴氮化、氧化破氰、拉盐处理、二次氧化、煮盐处理等步骤，氮化出炉空冷后先进氧化炉使破氰处理。但是该专利处理工艺复杂，且容易产生毒害氰化物，不利于健康。

中国专利CN201310162223.3公开了一种稀土合金铁锅及其生产方法，包括下列步骤：使用中频炉熔炼铸铁，使铁水出炉温度为1400℃以上；将稀土硅铁合金破碎到2mm～6mm，并预热至 60℃；将上述稀土硅铁合金块放入铁水包后再冲入上述铁水，并进行搅拌与扒渣；稀土硅铁合金加入量为0.3～1.8%；铁水干净后即可浇铸，压铸模预热后将铁水注入凹模，再将上锅模压下加压成形制成铁锅；待模中铁锅已冷硬后取出铁锅，作机械精抛磨光清理；再将铁锅送入电炉中，加热到270～330℃，并喷涂以食用植物油，使其在锅体上形成油膜，使油分子渗入锅体；取出铁锅，检验。但是该专利添加了价格昂贵的稀土元素，易导致铁锅经济成本上升。

因此，采用添加稀土元素和形核晶种剂的铸造工艺来铸造铁锅，并对其进行高温回火处理的铸造工艺，不仅解决了铁锅铸造成型时间长、性状不稳定的问题，有利于消除铁锅内部应力，还提高了铸铁锅的强度和塑性，使铸铁锅的耐用性和附加价值得到提升。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种铸铁锅及其铸造工艺，得到一种强度高、塑性好和耐用性强的铸铁锅，并且解决了铁锅铸造成型时间长、性状不稳定的问题，提高了铸铁锅的附加价值。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种铸铁锅的铸造工艺，包括以下步骤：

步骤S1，熔炼铁水：将破碎成小块的铸造生铁，与金属单质钐和金属单质钕按照质量比为100：0.02~0.08：0.05~0.10的添加比例，投入到熔炼炉中，经持续加热升温至1450°C~1500°C，经高温熔炼成铁水，同时采用机械搅拌装置搅拌铁水，使铁水充分熔化均匀；

步骤S2，浇注：将熔炼炉上空通入循环空气，使其中熔化均匀的铁水温度缓慢冷却至1250°C~1350°C时，再以20L/s~50L/s的速率浇注到砂模中；

步骤S3，形核晶种剂的配制：定量称量原料，包括三氧化二铁、金红石、片状石墨、单质硅细粉，机械混合后过80目~100目筛，配制成形核晶种剂，备用；

步骤S4，投种：立即向砂模中的铁水中投入步骤S3配制的形核晶种剂，并使用搅拌装置使形核晶种剂在铁水中搅拌分散均匀，直至铁水中开始出现细小微结晶；

步骤S5，成型：对步骤S4得到的含有细小微结晶的铁水进行循环冷却水降温，至凝固成型，脱模，得到铸铁锅粗品；

步骤S6，回火：将步骤S5得到的铸铁锅粗品放入回火炉中，分阶段升温至550°C~600°C，保温2.5h~3h，对铸铁锅粗品进行回火处理，然后再分阶段降温至室温，取出，得到铸铁锅。

进一步地，步骤S1中，搅拌铁水的搅拌转速为100r/min~300r/min。

更进一步地，步骤S2中，循环空气的温度为：5°C~15°C。

进一步地，步骤S3中，形核晶种剂的配方组成及其重量份为：三氧化二铁50份~150份、金红石20份~80份、片状石墨10份~50份、单质硅细粉10份~50份。

进一步地，步骤S4中，搅拌分散的搅拌转速为：20r/min~60r/min。

进一步地，步骤S5中，循环冷却水的流速为：50L/min~200L/min。

进一步地，步骤S6中，分阶段升温具体为：以80°C/h~100°C/h的升温速率升温至300°C~350°C，保温2h~2.5h，再以100°C/h~120°C/h的升温速率升温至550°C~600°C，保温2.5h~3h。

进一步地，步骤S6中，分阶段降温具体为：以110°C/h~130°C/h的降温速率降温至350°C~400°C，保温1h~1.5h，再以150°C/h~180°C/h的降温速率降温至100°C~150°C，保温0.5h~1h，然后自然冷却至室温。

进一步地，还包括对铸铁锅进行后处理的步骤，具体为：将铸铁锅打磨至表面平整光滑，呈现金属光泽，得到铸铁锅成品，将成品装入密闭包装袋中，于干燥通风阴凉处贮存。

本发明的另一目的，在于提供一种铸铁锅，采用上述任一项所述的铸造工艺铸造而成。

本发明的优点是：

1.本发明在热熔液中加入大小不同的形核晶种剂，可以在铁水中构成形核中心，产生更多的晶核，降低形核位垒，提高结晶形核动力，促进铸铁锅的凝固及冷却成型，制得的铸件中结晶铁更多，铸铁的缺陷更少，性状更加均匀一致；

2.本发明在铸铁锅铸造的过程中，添加稀土元素钐和钕，有利于与铸铁合金中碳、氮、硫等杂质结合，形成球状的弥散分布，并能与合金中铅、锡、锑、铋等有害元素结合，并能强化晶界，减少出现铸铁锅的瑕疵与缺陷；

3.本发明对成型的铸铁锅铸件进行高温回火处理，有利于消除成型过程中由于温度差和组分不均匀而引起的内应力，有助于提高铸铁锅的强度、韧性和耐磨性等性质，改善铸铁锅的品质，方便消费者使用。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

一种铸铁锅的铸造工艺

包括以下步骤：

步骤S1，熔炼铁水：将破碎成小块的铸造生铁，与金属单质钐和金属单质钕按照质量比为100：0.02：0.05的添加比例，投入到熔炼炉中，经持续加热升温至1450°C，经高温熔炼成铁水，同时采用机械搅拌装置，在转速为100r/min的条件下搅拌铁水，使铁水充分熔化均匀。

步骤S2，浇注：将熔炼炉上空通入5°C的循环空气，使其中熔化均匀的铁水温度缓慢冷却至1250°C时，再以20L/s的速率浇注到砂模中。

步骤S3，形核晶种剂的配制：定量称量原料，包括三氧化二铁50份、金红石20份、片状石墨10份、单质硅细粉10份，机械混合后过80目筛，配制成形核晶种剂，备用；

步骤S4，投种：立即向砂模中的铁水中投入步骤S3配制的形核晶种剂，并使用搅拌装置，在转速为20r/min的条件下，使形核晶种剂在铁水中搅拌分散均匀，直至铁水中开始出现细小微结晶。

步骤S5，成型：对步骤S4得到的含有细小微结晶的铁水进行循环冷却水降温，至凝固成型，脱模，得到铸铁锅粗品；其中循环冷却水的流速为50L/min。

步骤S6，回火：将步骤S5得到的铸铁锅粗品放入回火炉中，以80°C/h的升温速率升温至300°C，保温2h，再以100°C/h的升温速率升温至550°C，保温2.5h，对铸铁锅粗品进行回火处理，以110°C/h的降温速率降温至350°C，保温1h，再以150°C/h的降温速率降温至100°C，保温0.5h，然后自然冷却至室温，取出，得到铸铁锅。

步骤S7，后处理：将铸铁锅打磨至表面平整光滑，呈现金属光泽，得到铸铁锅成品，将成品装入密闭包装袋中，于干燥通风阴凉处贮存。

实施例2

一种铸铁锅的铸造工艺

包括以下步骤：

步骤S1，熔炼铁水：将破碎成小块的铸造生铁，与金属单质钐和金属单质钕按照质量比为100：0.08：0.10的添加比例，投入到熔炼炉中，经持续加热升温至1500°C，经高温熔炼成铁水，同时采用机械搅拌装置，在转速为300r/min的条件下搅拌铁水，使铁水充分熔化均匀。

步骤S2，浇注：将熔炼炉上空通入15°C的循环空气，使其中熔化均匀的铁水温度缓慢冷却至1350°C时，再以50L/s的速率浇注到砂模中。

步骤S3，形核晶种剂的配制：定量称量原料，包括三氧化二铁150份、金红石80份、片状石墨50份、单质硅细粉50份，机械混合后过100目筛，配制成形核晶种剂，备用；

步骤S4，投种：立即向砂模中的铁水中投入步骤S3配制的形核晶种剂，并使用搅拌装置，在转速为：60r/min的条件下，使形核晶种剂在铁水中搅拌分散均匀，直至铁水中开始出现细小微结晶。

步骤S5，成型：对步骤S4得到的含有细小微结晶的铁水进行循环冷却水降温，至凝固成型，脱模，得到铸铁锅粗品；其中循环冷却水的流速为200L/min。

步骤S6，回火：将步骤S5得到的铸铁锅粗品放入回火炉中，以100°C/h的升温速率升温至350°C，保温2.5h，再以120°C/h的升温速率升温至600°C，保温3h，对铸铁锅粗品进行回火处理，以130°C/h的降温速率降温至400°C，保温1.5h，再以180°C/h的降温速率降温至150°C，保温1h，然后自然冷却至室温，取出，得到铸铁锅。

步骤S7，后处理：将铸铁锅打磨至表面平整光滑，呈现金属光泽，得到铸铁锅成品，将成品装入密闭包装袋中，于干燥通风阴凉处贮存。

实施例3

一种铸铁锅的铸造工艺

包括以下步骤：

步骤S1，熔炼铁水：将破碎成小块的铸造生铁，与金属单质钐和金属单质钕按照质量比为100：0.05：0.07的添加比例，投入到熔炼炉中，经持续加热升温至1475°C，经高温熔炼成铁水，同时采用机械搅拌装置，在转速为200r/min的条件下搅拌铁水，使铁水充分熔化均匀。

步骤S2，浇注：将熔炼炉上空通入10°C的循环空气，使其中熔化均匀的铁水温度缓慢冷却至1300°C时，再以35L/s的速率浇注到砂模中。

步骤S3，形核晶种剂的配制：定量称量原料，包括三氧化二铁100份、金红石50份、片状石墨30份、单质硅细粉30份，机械混合后过90目筛，配制成形核晶种剂，备用；

步骤S4，投种：立即向砂模中的铁水中投入步骤S3配制的形核晶种剂，并使用搅拌装置，在转速为：40r/min的条件下，使形核晶种剂在铁水中搅拌分散均匀，直至铁水中开始出现细小微结晶。

步骤S5，成型：对步骤S4得到的含有细小微结晶的铁水进行循环冷却水降温，至凝固成型，脱模，得到铸铁锅粗品；其中循环冷却水的流速为125L/min。

步骤S6，回火：将步骤S5得到的铸铁锅粗品放入回火炉中，以90°C/h的升温速率升温至325°C，保温2.25h，再以110°C/h的升温速率升温至575°C，保温2.75h，对铸铁锅粗品进行回火处理，以120°C/h的降温速率降温至375°C，保温1.25h，再以165°C/h的降温速率降温至125°C，保温0.75h，然后自然冷却至室温，取出，得到铸铁锅。

步骤S7，后处理：将铸铁锅打磨至表面平整光滑，呈现金属光泽，得到铸铁锅成品，将成品装入密闭包装袋中，于干燥通风阴凉处贮存。

实验例1

对实施例1~3所制的铸铁锅与普通市售铸铁锅的表面粗糙度、密度、抗盐雾性及耐用性进行测试，其中抗盐雾性指的5%NaCl溶液连续腐蚀开始出现氧化褪色的时间。测试结果如表1所示。

结果：本发明实施例1~3制备的铸铁锅表面光洁，密度均匀，强度高，抗腐蚀性及耐用性能良好。

结论：添加形核晶种剂和添加稀土元素钐和钕，所制备的铸铁锅具有十分优秀的理化性能和市场前景。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铸铁锅的铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，熔炼铁水：将破碎成小块的铸造生铁，与金属单质钐和金属单质钕按照质量比为100：0.02~0.08：0.05~0.10的添加比例，投入到熔炼炉中，经持续加热升温至1450°C~1500°C，经高温熔炼成铁水，同时采用机械搅拌装置搅拌铁水，使铁水充分熔化均匀；

步骤S2，浇注：将熔炼炉上空通入循环空气，使其中熔化均匀的铁水温度缓慢冷却至1250°C~1350°C时，再以20L/s~50L/s的速率浇注到砂模中；

步骤S3，形核晶种剂的配制：定量称量原料，包括三氧化二铁、金红石、片状石墨、单质硅细粉，机械混合后过80目~100目筛，配制成形核晶种剂，备用；

步骤S4，投种：立即向砂模中的铁水中投入步骤S3配制的形核晶种剂，并使用搅拌装置使形核晶种剂在铁水中搅拌分散均匀，直至铁水中开始出现细小微结晶；

步骤S5，成型：对步骤S4得到的含有细小微结晶的铁水进行循环冷却水降温，至凝固成型，脱模，得到铸铁锅粗品；

步骤S6，回火：将步骤S5得到的铸铁锅粗品放入回火炉中，分阶段升温至550°C~600°C，保温2.5h~3h，对铸铁锅粗品进行回火处理，然后再分阶段降温至室温，取出，得到铸铁锅；所述分阶段升温具体为：以80°C/h~100°C/h的升温速率升温至300°C~350°C，保温2h~2.5h，再以100°C/h~120°C/h的升温速率升温至550°C~600°C，保温2.5h~3h；所述分阶段降温具体为：以110°C/h~130°C/h的降温速率降温至350°C~400°C，保温1h~1.5h，再以150°C/h~180°C/h的降温速率降温至100°C~150°C，保温0.5h~1h，然后自然冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌铁水的搅拌转速为100r/min~300r/min。

3.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，步骤S2中，所述循环空气的温度为：5°C~15°C。

4.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，步骤S3中，所述形核晶种剂的配方组成及其重量份为：三氧化二铁50份~150份、金红石20份~80份、片状石墨10份~50份、单质硅细粉10份~50份。

5.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，步骤S4中，所述搅拌分散的搅拌转速为：20r/min~60r/min。

6.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，步骤S5中，所述循环冷却水的流速为：50L/min~200L/min。

7.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，还包括对铸铁锅进行后处理的步骤，具体为：将铸铁锅打磨至表面平整光滑，呈现金属光泽，得到铸铁锅成品，将成品装入密闭包装袋中，于干燥通风阴凉处贮存。

8.一种铸铁锅，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的铸造工艺铸造而成。