CN110394424A - 一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，在熔炼时适当减少硅的含量，在保证球墨铸铁的冲击韧度的同时，提高球墨铸铁的石墨化能力，从而形成珠光体球磨铸铁，提高井盖强度，减少铁液停留时间，避免孕育衰退；在球墨铸铁中加入Mo，提高球墨铸铁的强度和耐磨性，改善厚断面铸件的组织均匀性，Cr能够强烈促进形成碳化物，稳定珠光体，显著提高球墨铸铁的强度和硬度，Sb的添加提高了珠光体体积分数，Sb与RE元素中和使用，防止球化不良，改善井盖等大断面件的球化，进一步提高球墨铸铁检查井盖的强度；在传统的球墨铸铁检查井盖基础上熔覆打底层和合金化层，增加球墨铸铁检查井盖的厚度，提高承载力，实用性更佳。

Description

一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁检查井盖生产技术领域，具体为一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法。
背景技术
随着现代科技和社会经济的迅猛发展，城市建设逐步加快，城市规模在不断扩大，各种道路设施逐渐进入规范化、标准化管理，许多管线、网线逐步进入地下管网，因而井盖在城市规划和道路建设中的市场需求量增大，由于井盖是通往地下设施出入口顶部的封闭物，凡是城市道路、高速公路、自来水、排水、电信、电力、消火栓、阀门等公用设施都需要安装井盖，井盖所用材料以前大都为钢筋混凝土，但由于钢筋混凝土具有脆性大、易老化、易断裂等缺陷而被铸铁、球墨铸铁等材质所取代，球墨铸铁是铸铁的一种，球墨铸铁是经过墨化处理后的一种铸铁，球墨铸铁井盖与普通铸铁井盖相比，它的脆性、易生锈、荷载能力上均有所改善，因此使用量越来越大。
球墨铸铁井盖，在国内和国际市场上的需求量日益增大，市场的竞争也日趋激烈，这要求产品在品种和使用功能上要多样化，要求重量轻、强度高、表面质量好、使用寿命长，现有的球墨铸铁井盖生产过程中，硅的含量占比较高，导致韧脆转变温度升高，降低井盖的冲击韧度，使得球墨铸铁偏向铁素体球墨铸铁，铁素体球墨铸铁的韧度较好，但是强度不高，无法满足球墨铸铁检查井盖使用时的强度要求，实用性不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，通过在熔炼时适当减少硅的含量，在保证球墨铸铁的冲击韧度的同时，提高球墨铸铁的石墨化能力，从而形成珠光体球磨铸铁，提高井盖强度；本发明中初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理到浇包内最后的初始铁水浇注结束的全部时间间隔控制在8-15分钟，在保证铁液的球化、孕育处理过程完整的基础上，避免孕育衰退现象的发生；在球墨铸铁中加入微量干扰元素，Mo的添加可以提高球墨铸铁的强度和耐磨性，改善厚断面铸件的组织和均匀性，Cr能够强烈促进形成碳化物，稳定珠光体，Cr的加入显著提高球墨铸铁的强度和硬度，但加入量以不出现游离碳化物为限，Sb的添加对提高珠光体体积分数起到有效的作用，且Sb为反球化元素之一，与RE元素中和使用，防止引起球化不良，并改善井盖等大断面件的球化，进一步提高球墨铸铁检查井盖的强度；在传统的球墨铸铁检查井盖基础上熔覆打底层和合金化层，增加球墨铸铁检查井盖的厚度，提高承载力，实用性更佳，以解决上述背景技术中提出的球墨铸铁偏向铁素体球墨铸铁，铁素体球墨铸铁的韧度较好，但是强度不高，无法满足球墨铸铁检查井盖使用时的强度要求，实用性不佳的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，包括以下具体步骤：
步骤1)、将球磨机和真空感应电炉预热，控制预热温度为200-250摄氏度，将适量的铸造生铁、废钢、增碳剂和其他材料等加入到球磨机中进行球磨，得到球磨铸铁复合生成粉末，再将球磨后的复合粉末投入到真空感应电炉中加热至完全熔融，生成原铁水；
步骤2)、在原铁水中加入适量的超细碳化硅粉末，继续升温至1450-1520摄氏度，保温10分钟后出铁形成初始铁水；
步骤3)、将初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理，并控制球化处理温度为1450-1500摄氏度，形成二重铁水，再将二重铁水表面的浮渣进行去除后，进行浇注；
步骤4)、控制二重铁水的温度在1350-1400摄氏度，将二重铁水浇入井盖砂型中成型，再经过静置成型后脱砂空冷形成初始井盖；
步骤5)、将初始井盖送入箱式电阻炉中回火50-60分钟，箱式电阻炉的温度设置在550摄氏度，再取出冷却至室温，完成井盖成品；
步骤6)、在井盖成品表面依次熔覆打底层和合金化层，得到最终井盖成品。
优选的，所述步骤2)中原铁水中加入的超细碳化硅粉末含量控制在复合粉末材料的1.9％-2.3％。
优选的，所述步骤3)中初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理到浇包内最后的初始铁水浇注结束的全部时间间隔控制在8-15分钟，铁液包的深度与直径比值设置为1.5:1至2:1。
优选的，所述步骤3)中球化处理时采用稀土硅铁镁合金作为球化剂，并添加球铁铁屑或废钢碎料覆盖球化剂，采用锶硅铁作为孕育剂，使用凹坑式包底冲入法，控制凹坑深度为100-200mm。
优选的，所述步骤5)中得到的球墨铸铁井盖成品内部化学成分百分比为：w(C)：3.6％-3.9％、w(Si)：2.0％-2.3％、w(Mn)：0.4％-0.8％、w(P)：<0.06％、w(S)：0.015％-0.03％、w(Mg)：0.03％-0.05％、w(RE)：0.02％-0.04％、w(Mo)：0.2％-0.25％、w(Cr)：0.2％-0.3％、w(Sb)：0.006％-0.008％，余量为Fe。
优选的，所述步骤6)中打底层所用材料包括以下组分：w(C)：0.31％-0.35％、w(Cr)：5.21％-5.50％、w(Mn)：0.38％-0.42％、w(V)：0.93％-1.16％，余量为Fe。
优选的，所述步骤6)中合金化层所用材料包括以下组分：：w(C)：0.30％-0.35％、w(Si)：0.95％-1.05％、w(Cr)：5.05％-5.20％、w(Mo)：1.35％-1.50％，余量为Fe。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，在熔炼时适当减少硅的含量，在保证球墨铸铁的冲击韧度的同时，提高球墨铸铁的石墨化能力，从而形成珠光体球磨铸铁，提高井盖强度。
2、本发明提供的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理到浇包内最后的初始铁水浇注结束的全部时间间隔控制在8-15分钟，在保证铁液的球化、孕育处理过程完整的基础上，避免孕育衰退现象的发生。
3、本发明提供的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，在球墨铸铁中加入微量干扰元素，Mo的添加可以提高球墨铸铁的强度和耐磨性，改善厚断面铸件的组织和均匀性，Cr能够强烈促进形成碳化物，稳定珠光体，Cr的加入显著提高球墨铸铁的强度和硬度，但加入量以不出现游离碳化物为限，Sb的添加对提高珠光体体积分数起到有效的作用，且Sb为反球化元素之一，与RE元素中和使用，防止引起球化不良，并改善井盖等大断面件的球化，进一步提高球墨铸铁检查井盖的强度。
4、本发明提供的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，在传统的球墨铸铁检查井盖基础上熔覆打底层和合金化层，增加球墨铸铁检查井盖的厚度，提高承载力，实用性更佳。
附图说明
图1为本发明实施例一的生产过程示意图；
图2为本发明实施例二的生产过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，包括以下具体步骤：
步骤一、将球磨机和真空感应电炉预热，控制预热温度为200-250摄氏度，将适量的铸造生铁、废钢、增碳剂和其他材料等加入到球磨机中进行球磨，得到球磨铸铁复合生成粉末，再将球磨后的复合粉末投入到真空感应电炉中加热至完全熔融，生成原铁水；
步骤二、在原铁水中加入适量的超细碳化硅粉末，若硅的含量过低则会导致石墨化能力不足，使得C呈碳化铁形式析出，但是若硅的含量过高，会导致韧脆转变温度升高，降低井盖的冲击韧度，为了提高井盖强度，熔炼形成的球磨铸铁需为珠光体球磨铸铁，加入的超细碳化硅粉末含量控制在复合粉末的1.9％-2.3％，继续升温至1450-1520摄氏度，保温10分钟后出铁形成初始铁水；
步骤三、将初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理，随着铁液停留时间的延长，孕育效果减少，具体表现为单位面积上的石墨球数减少，石墨球尺寸变大、球化程度变差、渗碳体增多，导致铸件的硬度升高，韧度下降，成品井盖较脆，强度低，本发明中初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理到浇包内最后的初始铁水浇注结束的全部时间间隔控制在8-15分钟，在保证铁液的球化、孕育处理过程完整的同时，避免孕育衰退现象的发生，铁液包的深度与直径比值设置为1.5:1至2:1，此时镁的吸收率稳定，并控制球化处理温度为1450-1500摄氏度，球化处理时采用稀土硅铁镁合金作为球化剂，并添加球铁铁屑或废钢碎料覆盖球化剂马蹄糕镁的回收率，采用锶硅铁作为孕育剂，使用凹坑式包底冲入法，控制凹坑深度为100-200mm，形成二重铁水，再将二重铁水表面的浮渣进行去除后，进行浇注；
步骤四、控制二重铁水的温度在1350-1400摄氏度，将二重铁水浇入井盖砂型中成型，再经过静置成型后脱砂空冷形成初始井盖；
步骤五、将初始井盖送入箱式电阻炉中回火50-60分钟，箱式电阻炉的温度设置在550摄氏度，再取出冷却至室温，完成井盖成品，球墨铸铁井盖成品内部化学成分百分比为：w(C)：3.6％-3.9％、w(Si)：2.0％-2.3％、w(Mn)：0.4％-0.8％、w(P)：<0.06％、w(S)：0.015％-0.03％、w(Mg)：0.03％-0.05％、w(RE)：0.02％-0.04％、w(Mo)：0.2％-0.25％、w(Cr)：0.2％-0.3％、w(Sb)：0.006％-0.008％，余量为Fe；
步骤六、在井盖成品表面依次熔覆打底层和合金化层，得到最终井盖成品，打底层所用材料包括以下组分：w(C)：0.31％-0.35％、w(Cr)：5.21％-5.50％、w(Mn)：0.38％-0.42％、w(V)：0.93％-1.16％，余量为Fe；合金化层所用材料包括以下组分：：w(C)：0.30％-0.35％、w(Si)：0.95％-1.05％、w(Cr)：5.05％-5.20％、w(Mo)：1.35％-1.50％，余量为Fe，最终井盖成品的表面熔覆不开裂的打底层和合金化层，采用激光熔覆的方式减少井盖的热输入，减小井盖的热影响区，与传统的铸铁井盖相比，厚度更厚，表面强度更高。
实施例二：
请参阅图2，一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，包括以下具体步骤：
步骤一、将球磨机和真空感应电炉预热，控制预热温度为200-250摄氏度，将适量的铸造生铁、废钢、增碳剂和其他材料等加入到球磨机中进行球磨，得到球磨铸铁复合生成粉末，再将球磨后的复合粉末投入到真空感应电炉中加热至完全熔融，生成原铁水；
步骤二、在原铁水中加入适量的超细碳化硅粉末，若硅的含量过低则会导致石墨化能力不足，使得C呈碳化铁形式析出，但是若硅的含量过高，会导致韧脆转变温度升高，降低井盖的冲击韧度，为了提高井盖强度，熔炼形成的球磨铸铁需为珠光体球磨铸铁，加入的超细碳化硅粉末含量控制在复合粉末的1.9％-2.3％，继续升温至1450-1520摄氏度，保温10分钟后出铁形成初始铁水；
步骤三、将初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理，随着铁液停留时间的延长，孕育效果减少，具体表现为单位面积上的石墨球数减少，石墨球尺寸变大、球化程度变差、渗碳体增多，导致铸件的硬度升高，韧度下降，成品井盖较脆，强度低，本发明中初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理到浇包内最后的初始铁水浇注结束的全部时间间隔控制在8-15分钟，在保证铁液的球化、孕育处理过程完整的同时，避免孕育衰退现象的发生，铁液包的深度与直径比值设置为1.5:1至2:1，此时镁的吸收率稳定，并控制球化处理温度为1450-1500摄氏度，球化处理时采用稀土硅铁镁合金作为球化剂，并添加球铁铁屑或废钢碎料覆盖球化剂马蹄糕镁的回收率，采用锶硅铁作为孕育剂，使用凹坑式包底冲入法，控制凹坑深度为100-200mm，形成二重铁水，再将二重铁水表面的浮渣进行去除后，进行浇注；
步骤四、控制二重铁水的温度在1350-1400摄氏度，将二重铁水浇入井盖砂型中成型，再经过静置成型后脱砂空冷形成初始井盖；
步骤五、将初始井盖送入箱式电阻炉中回火50-60分钟，箱式电阻炉的温度设置在550摄氏度，再取出冷却至室温，完成井盖成品，球墨铸铁井盖成品内部化学成分百分比为：w(C)：3.6％-3.9％、w(Si)：2.0％-2.3％、w(Mn)：0.4％-0.8％、w(P)：<0.06％、w(S)：0.015％-0.03％、w(Mg)：0.03％-0.05％、w(RE)：0.02％-0.04％、w(Mo)：0.2％-0.25％、w(Cr)：0.2％-0.3％、w(Sb)：0.006％-0.008％，余量为Fe。
综上所述：本发明提供的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，与传统的球墨铸铁检查井盖生产过程相比，在熔炼时适当减少硅的含量，在保证球墨铸铁的冲击韧度的同时，提高球墨铸铁的石墨化能力，从而形成珠光体球磨铸铁，提高井盖强度；本发明中初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理到浇包内最后的初始铁水浇注结束的全部时间间隔控制在8-15分钟，在保证铁液的球化、孕育处理过程完整的基础上，避免孕育衰退现象的发生；在球墨铸铁中加入微量干扰元素，Mo的添加可以提高球墨铸铁的强度和耐磨性，改善厚断面铸件的组织和均匀性，Cr能够强烈促进形成碳化物，稳定珠光体，Cr的加入显著提高球墨铸铁的强度和硬度，但加入量以不出现游离碳化物为限，Sb的添加对提高珠光体体积分数起到有效的作用，且Sb为反球化元素之一，与RE元素中和使用，防止引起球化不良，并改善井盖等大断面件的球化，进一步提高球墨铸铁检查井盖的强度；在传统的球墨铸铁检查井盖基础上熔覆打底层和合金化层，增加球墨铸铁检查井盖的厚度，提高承载力，实用性更佳。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤1)、将球磨机和真空感应电炉预热，控制预热温度为200-250摄氏度，将适量的铸造生铁、废钢、增碳剂和其他材料等加入到球磨机中进行球磨，得到球磨铸铁复合生成粉末，再将球磨后的复合粉末投入到真空感应电炉中加热至完全熔融，生成原铁水；
步骤2)、在原铁水中加入适量的超细碳化硅粉末，继续升温至1450-1520摄氏度，保温10分钟后出铁形成初始铁水；
步骤3)、将初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理，并控制球化处理温度为1450-1500摄氏度，形成二重铁水，再将二重铁水表面的浮渣进行去除后，进行浇注；
步骤4)、控制二重铁水的温度在1350-1400摄氏度，将二重铁水浇入井盖砂型中成型，再经过静置成型后脱砂空冷形成初始井盖；
步骤5)、将初始井盖送入箱式电阻炉中回火50-60分钟，箱式电阻炉的温度设置在550摄氏度，再取出冷却至室温，完成井盖成品；
步骤6)、在井盖成品表面依次熔覆打底层和合金化层，得到最终井盖成品。
2.如权利要求1所述的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，其特征在于：所述步骤2)中原铁水中加入的超细碳化硅粉末含量控制在复合粉末材料的1.9％-2.3％。
3.如权利要求1所述的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，其特征在于：所述步骤3)中初始铁水放入浇包进行球化、孕育处理到浇包内最后的初始铁水浇注结束的全部时间间隔控制在8-15分钟，铁液包的深度与直径比值设置为1.5:1至2:1。
4.如权利要求1所述的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，其特征在于：所述步骤3)中球化处理时采用稀土硅铁镁合金作为球化剂，并添加球铁铁屑或废钢碎料覆盖球化剂，采用锶硅铁作为孕育剂，使用凹坑式包底冲入法，控制凹坑深度为100-200mm。
5.如权利要求1所述的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，其特征在于：所述步骤5)中得到的球墨铸铁井盖成品内部化学成分百分比为：w(C)：3.6％-3.9％、w(Si)：2.0％-2.3％、w(Mn)：0.4％-0.8％、w(P)：<0.06％、w(S)：0.015％-0.03％、w(Mg)：0.03％-0.05％、w(RE)：0.02％-0.04％、w(Mo)：0.2％-0.25％、w(Cr)：0.2％-0.3％、w(Sb)：0.006％-0.008％，余量为Fe。
6.如权利要求1所述的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，其特征在于：所述步骤6)中打底层所用材料包括以下组分：w(C)：0.31％-0.35％、w(Cr)：5.21％-5.50％、w(Mn)：0.38％-0.42％、w(V)：0.93％-1.16％，余量为Fe。
7.如权利要求1所述的一种利用生铁进行熔炼提高球墨铸铁检查井盖强度的方法，其特征在于：所述步骤6)中合金化层所用材料包括以下组分：：w(C)：0.30％-0.35％、w(Si)：0.95％-1.05％、w(Cr)：5.05％-5.20％、w(Mo)：1.35％-1.50％，余量为Fe。
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