CN117626104A - 一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮及其铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮及其铸造方法，属于金属铸造技术领域，所述离心泵叶轮为球墨铸铁材质，按质量比计，所述球墨铸铁包括如下成分：C3.6％～3.9％，Si2.8％～3.2％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，Mg残0.03％～0.06％，Ce残0.01％～0.03％，其余为Fe。本发明提供的铸造方法，通过球化处理、使用不同孕育剂进行三次孕育等手段，制得的球墨铸铁在酸性环境下具有良好的耐冲蚀磨损性能，尤其是在强酸性条件下相对于其它材质叶轮具有更优异的耐冲蚀磨损能力，由该材料制成的离心泵叶轮适用于酸性矿井水的输送，可解决现有的矿井水泵叶轮寿命短、更换频率过高的问题。
Description
技术领域
本发明属于金属铸造技术领域，具体涉及一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮及其铸造方法。
背景技术
煤矿排水设备是煤矿开采作业中不可或缺的一部分。据统计，煤矿每开采1吨煤，需要排放矿井水2～7吨，有的煤矿达到30～40吨。在排水需求居高不下的条件下，排水设备的效率决定了煤矿开采的工作效率，而水泵叶轮作为水泵的一个易损构件，其质量决定了排水设备的效率。因此，对水泵及其叶轮等部件的质量要求高。
常见的矿井水分为5大类：洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水、特殊污染型矿井水。酸性矿井水主要分布在我国南方，其pH值一般介于2～6之间。酸性矿井水中含SO4 2-、Fe2+、Fe3+、Mn2+及其他金属离子，其矿化度与硬度由于酸的作用而处于比较高的水平。例如，期刊《华北地质矿产杂志》1996年第2期论文“晋中地区矿井水质及其综合利用”，报道了晋中地区部分矿井水的分析结果，山西晋中矿区矿井水的pH值最小为3.26，SO4 2-浓度为1189.2mg/L，Fe浓度为1050mg/L；期刊《中国煤炭地质》2014年第5期论文“贵州煤矿区矿井水水质特点及处理工艺探讨”，贵州凤凰山煤矿的pH值为3.2，Fe浓度是126.87mg/L；期刊《煤矿设计》1998年第5期论文“金竹山矿井酸性水处理研究及设计简介”，湖南金竹山矿区的pH值为2.6，Fe浓度是287.83mg/L，SO4 2-浓度为1951.6mg/L。酸性矿井水对叶轮等过流部件的破坏表现为腐蚀与冲刷磨损的协同作用，有研究表明，煤矿矿井水酸性较强时，普通水泵的叶轮磨损非常快，连续工作10小时左右就需要更换一次叶轮，个别条件较为恶劣的煤矿中，甚至数小时就需要更换一次水泵叶轮。
研究表明，矿井水中不同离子及浓度、悬浮物种类及浓度、pH值对叶轮的冲刷磨损及腐蚀有较大的差异，需针对不同的矿井水特点，进行叶轮等过流部件材质的设计选择与优化，既要保证过流部件的耐冲蚀磨损性能，又要兼顾制造成本。然而，目前对于煤矿水泵的叶轮材料的相关研究比较少，在中国专利全文数据库中进行检索，查询不到煤矿用叶轮材料的相关专利，而在期刊全文数据库中的搜索结果如下：
期刊《煤矿机械》1986年第1期论文“Cr17Ni2耐酸不锈钢的铸造”，公开了为节省镍量，采用Cr17Ni2耐酸不锈钢替代1Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9，在pH值大于2的酸性矿井水中的应用。Cr17Ni2耐酸不锈钢的化学成分为：C0.11～0.17％，Si≤0.8％，Mn≤0.8％，Cr16～18％，Ni1.5～2.5％，S≤0.03％，P≤0.045％。经测试，该不锈钢具有良好的机械性能与耐酸性能，完全达到耐酸水泵的性能要求。但该不锈钢合金含量仍较高，且铸造生产难度较大，因而制造成本较高。
期刊《铸造技术》2000年第3期论文“奥-贝球铁的研制及其在水泵零件上的应用”，研制的奥-贝球铁的化学成分为C>3.3％，Si2.0～2.4％，Mn1.5～2.0％，P<0.08％，S<0.025％，Cr+Cu：0.8～1.2％，Mg残0.04～0.06％。由于采用后续高温奥氏体化和等温处理的热处理工艺，与铸态球墨铸铁相比，制造成本加大。
期刊《煤矿机械》1991年第1期论文“煤水泵耐磨材料的研制”，报道了高铬铸铁在煤水泵中的应用，并与其它常见材料进行试验对比。高铬铸铁的化学成分为：C1.6～2.6％，Cr15～18％，Mo2％，Cu1％，Mn1～1.2％，Si1.2～1.8％，Ti0.15～0.2％，V0.1～0.2％，Re0.5～1％。经测试，高铬铸铁与低碳钢、碳素工具钢、低合金工具钢等材料相比，有着优越的抗冲蚀磨损性能。但是由于高铬铸铁的补缩阻力大，凝固过程不发生膨胀现象，且在铸件的冷却过程中产生较大的残余应力。因此，这类铸件的工艺性不好，废品率较高，对铸造工艺的要求较高，还需后续热处理，工序复杂。
期刊《煤矿机械》1993年第3期论文“新型抗磨材料在煤矿的推广应用”，报道了钨铬合金白口铸铁在煤矿中的应用，其中包括了该铸铁用于杂质泵叶轮的铸造，钨铬合金白口铸铁是以钨、铬为主要元素，采用多元合金化、变质处理、复合铸造以及亚临界处理等先进工艺，使材料具有良好的综合机械性能。采用钨铬铸铁制造的PSV杂质泵叶轮，使用寿命达到2500h以上，比原叶轮使用寿命提高10倍。但其韧性相对较低，不适合高冲击、重负荷配件。
从以上文献报道及煤矿现有水泵的应用现状发现，叶轮材料选用有不锈钢、高铬铸铁、奥贝球铁等，这些材料成本昂贵和制造工序复杂。目前一些煤矿企业除首级叶轮仍采用不锈钢等材料，次级、末级等叶轮由原来不锈钢或灰铸铁改用球墨铸铁材料，由于不同煤矿矿井水的酸碱性不一样，如何根据不同工况环境设计选用和优化球墨铸铁材料非常必要。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮及其铸造方法，提供的离心泵叶轮能够良好地耐受酸性矿井水的冲蚀，使矿井水泵在处理酸性矿井水时的叶轮寿命大幅提高，减少叶轮更换频率，降低更换成本，以解决现有的矿井水泵叶轮寿命短、更换频率过高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮，所述离心泵叶轮为球墨铸铁材质，按质量比计，所述球墨铸铁包括如下成分：C3.6～3.9％，Si2.8～3.2％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，Mg残0.03～0.06％，Ce残0.01～0.03％，其余为Fe。
上述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，包括如下步骤：
S1、制芯造型，采用水玻璃砂方法进行制芯、造型，在制好的砂芯表面涂刷耐火涂料，下芯、合箱处理，等待熔炼铁水和浇注；
S2、熔炼：将生铁、球铁回炉料、碳素废钢加入感应电炉中熔炼铁液；
S3、球化处理：球化处理前在出铁槽中加入75SiFe孕育剂，随铁水流冲入球化包内进行一次孕育处理，采用FeSiRE3Mg8球化剂进行冲入法球化处理；
S4、孕育处理：球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，在球化处理包内加入钡硅孕育剂、含铋孕育剂和75SiFe孕育剂进行二次孕育处理；将处理过的铁水中的浮渣扒除干净后，在铁水表面撒覆盖剂；然后浇注，浇注时加入75SiFe孕育剂进行随流孕育；
S5、检测：孕育过的铁水浇注铸件的同时浇注基尔试块，进行组织性能检测。
优选的，步骤S2中，所述生铁为Q10或Q12生铁。
优选的，步骤S2中，所述感应电炉为工频或中频感应电炉，出炉温度为1500～1550℃。
优选的，步骤S2中，按质量比计，炉前化学成分控制为：C3.7～3.9％，Si1.4～1.6％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，余量为Fe。
优选的，步骤S3中，75SiFe孕育剂加入量为0.25％～0.30％，FeSiRE3Mg8球化剂加入量为1.1％～1.4％。
优选的，步骤S4中，二次孕育处理时，钡硅孕育剂加入量为0.25％～0.30％，含铋孕育剂加入量为0.25％～0.30％，使用75SiFe孕育剂补足铁水中的硅含量缺口。
优选的，步骤S4中，覆盖剂添加量为铁水质量比的0.6％～1.0％。
优选的，步骤S4中，随流孕育时75SiFe孕育剂加入量为0.08％～0.10％，浇注温度为1380～1400℃。
优选的，步骤S4中，所述钡硅孕育剂含Ba量5.0％，所述含铋孕育剂含Bi量1.0％。
有益效果：
(1)本发明采用水玻璃砂制芯造型，强化孕育处理等措施，生产的球墨铸铁与灰铁和合金白口铸铁相比，不仅强度高、塑性和韧性较好，可降低叶片处裂纹/开裂现象，而且在酸性条件下具有较好的冲蚀磨损性能，适用于煤矿等酸性工况条件下使用的料浆泵叶轮等过流部件。
(2)本发明采用水玻璃砂制芯造型，选用Q10或Q12生铁、碳素废钢及回炉料，在中频炉或工频炉中熔炼铁水，球化处理前在出铁槽中加入75SiFe孕育剂，随铁水流冲入球化包内进行一次孕育处理，采用含铋孕育剂和75SiFe孕育剂包内二次孕育处理、75SiFe孕育剂随流孕育，即为三次孕育处理，生产出高塑性和韧性较好的叶轮用球墨铸铁，且生产成本低于不锈钢、奥贝球铁、高铬铸铁等叶轮材料。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例1提供的球墨铸铁基尔试块的金相照片。
图2为本发明对比例1提供的球墨铸铁基尔试块的金相照片。
图3为实施例1、对比例1的冲蚀磨失重量曲线。
图4为本发明实施例1提供的球墨铸铁基尔试块在pH＝2环境下冲蚀2h后的显微照片。
图5为本发明对比例1提供的球墨铸铁基尔试块在pH＝2环境下冲蚀2h后的显微照片。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明针对目前离心泵叶轮不耐受酸性矿井水的冲蚀的问题，提供一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮，离心泵叶轮为球墨铸铁材质，按质量比计，球墨铸铁包括如下成分：C3.6～3.9％，Si2.8～3.2％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，Mg残0.03～0.06％，Ce残0.01～0.03％，其余为Fe。
上述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，包括如下步骤：
S1、制芯造型，采用水玻璃砂方法进行制芯、造型，在制好的砂芯表面涂刷耐火涂料，下芯、合箱处理，等待熔炼铁水和浇注；
S2、熔炼：将生铁、球铁回炉料、碳素废钢加入感应电炉中熔炼铁液；
S3、球化处理：球化处理前在出铁槽中加入75SiFe孕育剂，随铁水流冲入球化包内进行一次孕育处理，采用FeSiRE3Mg8球化剂进行冲入法球化处理；
S4、孕育处理：球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，在球化处理包内加入钡硅孕育剂、含铋孕育剂和75SiFe孕育剂进行二次孕育处理；将处理过的铁水中的浮渣扒除干净后，在铁水表面撒覆盖剂；然后浇注，浇注时加入75SiFe孕育剂进行随流孕育，即三次孕育处理；
S5、检测：孕育过的铁水浇注铸件的同时浇注基尔试块，进行组织性能检测。
本发明优选实施例中，步骤S2中，生铁为Q10或Q12生铁。
本发明优选实施例中，步骤S2中，感应电炉为工频或中频感应电炉，出炉温度为1500～1550℃。
本发明优选实施例中，步骤S2中，按质量比计，炉前化学成分控制为：C3.7～3.9％，Si1.4～1.6％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，余量为Fe。
本发明优选实施例中，步骤S3中，75SiFe孕育剂加入量为0.25％～0.30％，FeSiRE3Mg8球化剂加入量为1.1％～1.4％。
本发明优选实施例中，步骤S4中，二次孕育处理时，钡硅孕育剂加入量为0.25％～0.30％，含铋孕育剂加入量为0.25％～0.30％，使用75SiFe孕育剂补足铁水中的硅含量缺口。
本发明优选实施例中，步骤S4中，覆盖剂添加量为铁水质量比的0.6％～1.0％。
本发明优选实施例中，步骤S4中，随流孕育时75SiFe孕育剂加入量为0.08％～0.10％，浇注温度为1380～1400℃。
本发明优选实施例中，步骤S4中，钡硅孕育剂含Ba量5.0％，含铋孕育剂含Bi量1.0％。
下面通过具体实施例对本发明一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮及其铸造方法进行详细说明。
下面实施例中：
按质量比计，钡硅孕育剂中Ba含量为5.0％，含铋孕育剂中Bi含量为1.0％，球化剂FeSiRE3Mg8含Ca2.5％～3.5％、MgO≤0.7％、Si35％～44％，FeSiRE3Mg8为低稀土球化剂。
75SiFe孕育剂可促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨形态和分布状况，增加共晶团数量，细化基体组织；球墨铸铁生产中，由于过冷倾向比较大，所以孕育是一道必不可少的工序；运用75SiFe孕育剂进行孕育处理的主要作用是增加球铁中石墨球的数量、提高其圆整度、细化石墨球，防止球化衰退，降低白口倾向，以及防止在共晶团晶间形成游离的渗碳体和产生偏析；并能够增加球铁凝固过程中的石墨核心的数量，进而增加共晶团数来提高球铁的力学性能；在我国的球墨铸铁生产中普遍应用的孕育剂是75SiFe，这种75SiFe中对孕育起重要作用的Ca、Al的含量没有具体限定，从而使得其孕育效果很不稳定，使生产的球墨铸铁件经常形成各种组织上的缺陷。
钡硅孕育剂促进石墨化，减少白口倾向，改善石墨的形态和分布，石墨球细小圆整,增加共晶团数量，细化基体组织，同时硅钡孕育剂是一种长效孕育剂，抗衰退能力强，同时可防止伴随的球化衰退。含铋孕育剂可以提高石墨球圆整度，抑制Ce对石墨球形态碎块化的不利影响，细化石墨球，增加石墨球数，使石墨球分布更加均匀。
增碳剂为石墨型增碳剂，固定碳含量大于95％。
实施例1
本实施例提供一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮，该离心泵叶轮采用球墨铸铁材质，具体地，该球墨铸铁的化学成分设计如下：
按质量百分比计，C3.6％，Si2.96％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，Mg0.036％，Re0.018％，余量为Fe。
该耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法如下：
S1、制芯造型：采用水玻璃砂方法进行制芯、造型，在制好的砂芯表面涂刷耐火涂料，下芯、合箱处理，等待熔炼铁水和浇注；
S2、熔炼：按上述化学成分计算各个原料的用量，将称量好的Q10生铁、球铁回炉料、碳素废钢、增碳剂放入中频感应炉熔炼，熔炼温度为1500℃～1550℃，出炉前对铁水进行取样并分析元素含量；
S3、球化处理：球化处理前在出铁槽中加入75SiFe孕育剂，随铁水流冲入球化包内进行一次孕育处理，75SiFe孕育剂加入量为0.3％，采用FeSiRE3Mg8球化剂进行冲入法球化处理，FeSiRE3Mg8球化剂加入量为1.2％；
S4、孕育处理：球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，在球化处理包内加入0.25％钡硅孕育剂、0.3％含铋孕育剂，并使用75SiFe孕育剂补足铁水中的硅含量缺口，进行二次孕育处理；将处理过的铁水中的浮渣扒除干净后，在铁水表面撒覆盖剂，覆盖剂加入量为每100kg铁水添加0.8kg；然后浇注，浇注温度为1380～1400℃，浇注时加入0.08％75SiFe孕育剂进行随流孕育；
S5、检测：孕育过的铁水浇注铸件的同时浇注基尔试块，进行组织性能检测。
经检测，石墨球化级别1-2级，基体组织为铁素体和极少量珠光体(珠光体量＜5％)，抗拉强度456MPa，伸长率19.2％，硬度156HBS。
利用金相显微镜观察显微组织，腐蚀剂为4％的硝酸酒精溶液，如图1所示。
实施例2
本实施例提供一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮，该离心泵叶轮采用球墨铸铁材质，具体地，该球墨铸铁的化学成分设计如下：
按质量百分比计，C3.7％，Si2.85％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，Mg0.043％，Re0.026％，余量为Fe。
该耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法如下：
S1、制芯造型：采用水玻璃砂方法进行制芯、造型，在制好的砂芯表面涂刷耐火涂料，下芯、合箱处理，等待熔炼铁水和浇注；
S2、熔炼：按上述化学成分计算各个原料的用量，将称量好的Q10生铁、球铁回炉料、碳素废钢、增碳剂放入中频感应炉熔炼，熔炼温度为1500℃～1550℃，出炉前对铁水进行取样并分析元素含量；
S3、球化处理：球化处理前在出铁槽中加入75SiFe孕育剂，随铁水流冲入球化包内进行一次孕育处理，75SiFe孕育剂加入量为0.25％，采用FeSiRE3Mg8球化剂进行冲入法球化处理，FeSiRE3Mg8球化剂加入量为1.2％；
S4、孕育处理：球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，在球化处理包内加入0.3％钡硅孕育剂、0.3％含铋孕育剂，并使用75SiFe孕育剂补足铁水中的硅含量缺口，进行二次孕育处理；将处理过的铁水中的浮渣扒除干净后，在铁水表面撒覆盖剂，覆盖剂加入量为每100kg铁水添加0.8kg；然后浇注，浇注温度为1380～1400℃，浇注时加入0.1％75SiFe孕育剂进行随流孕育；
S5、检测：孕育过的铁水浇注铸件的同时浇注基尔试块，进行组织性能检测。
经检测，石墨球化级别1-2级，基体组织为铁素体和少量珠光体(珠光体量为10％)，抗拉强度476MPa，伸长率19.3％，硬度167HBS。
实施例3
本实施例提供一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮，该离心泵叶轮采用球墨铸铁材质，具体地，该球墨铸铁的化学成分设计如下：
按质量百分比计，C3.8％，Si3.05％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，Mg0.039％，Re0.024％，余量为Fe。
该耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法如下：
S1、制芯造型：采用水玻璃砂方法进行制芯、造型，在制好的砂芯表面涂刷耐火涂料，下芯、合箱处理，等待熔炼铁水和浇注；
S2、熔炼：按上述化学成分计算各个原料的用量，将称量好的Q10生铁、球铁回炉料、碳素废钢、增碳剂放入中频感应炉熔炼，熔炼温度为1500℃～1550℃，出炉前对铁水进行取样并分析元素含量；
S3、球化处理：球化处理前在出铁槽中加入75SiFe孕育剂，随铁水流冲入球化包内进行一次孕育，75SiFe孕育剂加入量为0.3％，采用FeSiRE3Mg8球化剂进行冲入法球化处理，FeSiRE3Mg8球化剂加入量为1.2％；
S4、孕育处理：球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，在球化处理包内加入0.3％钡硅孕育剂、0.25％含铋孕育剂，并使用75SiFe孕育剂补足铁水中的硅含量缺口，进行二次孕育处理；将处理过的铁水中的浮渣扒除干净后，在铁水表面撒覆盖剂，覆盖剂加入量为每100kg铁水添加0.8kg；然后浇注，浇注温度为1380～1400℃，浇注时加入0.1％75SiFe孕育剂进行随流孕育；
S5、检测：孕育过的铁水浇注铸件的同时浇注基尔试块，进行组织性能检测。
经检测，石墨球化级别1-2级，基体组织为铁素体和极少量珠光体(珠光体含量＜5％)，抗拉强度445MPa，伸长率21.0％，硬度163HBS。
对比例1
一种球墨铸铁离心泵叶轮，该球墨铸铁的化学成分设计如下：
按质量百分比计，C3.60％～3.80％，Si2.50％～2.80％，Mn0.30％～0.50％，P≤0.05％，S≤0.02％，Mg0.030％～0.050％，RE0.020％～0.040％，Cu0.50％～0.70％，余量为Fe。
该高强韧球墨铸铁，制备方法如下：
S1、制芯造型：采用水玻璃砂方法进行制芯、造型，在制好的砂芯表面涂刷耐火涂料，下芯、合箱处理，等待熔炼铁水和浇注；
S2、熔炼：按上述化学成分计算各个原料的用量，将称量好的生铁、球铁回炉料、碳素废钢、增碳剂放入中频感应炉熔炼，生铁、碳素废钢、球铁回炉料质量比为3:3:4，熔炼温度为1450℃～1480℃，出炉前对铁水进行取样并分析元素含量；
S3、球化处理：采用FeSiRE3Mg8球化剂，其中含2.5％～3.5％Ca，MgO≤0.7％；采用盖包球化处理，球化剂加入量按包铁液重量的1.0％；
S4、孕育处理：采用二次孕育方式：WL孕育剂和75SiFe孕育剂的一次孕育+75％SiFe孕育剂二次随流孕育，浇注温度为1340～1380℃；
S5、检测：孕育过的铁水浇注铸件的同时浇注基尔试块，用于组织性能检测。
利用金相显微镜观察显微组织，腐蚀剂为4％的硝酸酒精溶液，如图2所示。
冲蚀磨损试验：
选取实施例1中浇注的基尔试块，进行酸性环境下的冲蚀磨损试验，并与对比例1提供的球墨铸铁样品进行对比，试验方法如下：
①试样准备：
采用线切割将浇铸出的球墨铸铁基尔试块切割为10mm×10mm×20mm的试样块，并在120#砂纸上将试样表面打磨光滑；
选择一个10mm×10mm面作为冲蚀磨损面，然后依次用200#～1200#粒度的砂纸打磨，然后在抛光机上抛光：
将抛光后的试样浸没在酒精中，放入超声波清洗仪中清洗，清洗完取出，吹风机吹干，在测量精度为0.1mg的分析天平上测得试样重量，并记录；
②试验料浆液配制：
采用纯度≥98％的分析纯硫酸配制pH值分别为2、3、4、5、6的溶液，并加入质量分数为5％的石英砂，石英砂的目数为20～40目，混合均匀后得到料浆液；
③冲蚀磨损实验：
利用旋转式冲蚀磨损试验设备对上述实施例1制备的球墨铸铁进行冲蚀磨损实验，冲蚀磨损实验的实验条件为：料浆体积控制为8L，试验过程中料浆液温度控制为25±3℃；电机转速为1200r/min，冲蚀磨损试验时间为2h。
每组试样重复实验三次，每次实验结束后，取出试样，清洗完后再次称重，前后两次重量差为试样的失重量，取三次实验试样失重量的平均值，实验测得的冲蚀磨损失重量如表1、图3所示。
表1三种球墨铸铁在酸性条件下的冲蚀磨失重量(mg)
由表1中数据可知，实施例1制备的球墨铸铁在pH值为2～6之间的环境下均具有良好的耐冲蚀磨损能力，随着pH逐渐降低，该球墨铸铁的冲蚀磨失重量增加量不到1mg，而对比例1制备的球墨铸铁材料虽然在pH5～6时的冲蚀磨失重量低于实施例1，但pH降低到4以下后冲蚀磨失重量迅速增加，且在pH＝2的环境下冲蚀磨失重量超过实施例1的4倍。
利用扫描电镜分别对实施例1、对比例1制备的球墨铸铁在酸性条件下的冲蚀磨损形貌进行观察扫描，如图4、5所示。可以看出，pH值为2时，对比例1制备的球墨铸铁的冲蚀磨损形貌破坏程度明显，而实施例1制备的球墨铸铁在pH＝2的环境下冲蚀磨损程度相对于对比例1显著降低，在强酸性环境下具有优异的耐冲蚀磨损性能。
以上结果说明在pH值为2～4的酸性较强条件下，实施例1制备的球墨铸铁耐冲蚀磨损性能更好。
综上所述，本发明提供的耐冲蚀离心泵叶轮在pH＝2的强酸性环境下具有良好的耐冲蚀磨损能力，且优于一般的球墨铸铁叶轮，在酸性环境中工作时将具备更长的使用寿命，且塑性和韧性好，生产成本低，可解决现有的矿井水泵叶轮寿命短、更换频率过高的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，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 (10)
1.一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮，其特征在于，所述离心泵叶轮为球墨铸铁材质，按质量比计，所述球墨铸铁包括如下成分：C3.6～3.9％，Si2.8～3.2％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，Mg残0.03～0.06％，Ce残0.01～0.03％，其余为Fe。
2.如权利要求1所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制芯造型，采用水玻璃砂方法进行制芯、造型，在制好的砂芯表面涂刷耐火涂料，下芯、合箱处理，等待熔炼铁水和浇注；
S2、熔炼：将生铁、球铁回炉料、碳素废钢加入感应电炉中熔炼铁液；
S3、球化处理：球化处理前在出铁槽中加入75SiFe孕育剂，随铁水流冲入球化包内进行一次孕育处理，采用FeSiRE3Mg8球化剂进行冲入法球化处理；
S4、孕育处理：球化处理反应平稳后，补加剩余铁水前，在球化处理包内加入钡硅孕育剂、含铋孕育剂和75SiFe孕育剂进行二次孕育处理；将处理过的铁水中的浮渣扒除干净后，在铁水表面撒覆盖剂；然后浇注，浇注时加入75SiFe孕育剂进行随流孕育；
S5、检测：孕育过的铁水浇注铸件的同时浇注基尔试块，进行组织性能检测。
3.如权利要求2所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，步骤S2中，所述生铁为Q10或Q12生铁。
4.如权利要求2所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，步骤S2中，所述感应电炉为工频或中频感应电炉，出炉温度为1500～1550℃。
5.如权利要求2所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，步骤S2中，按质量比计，炉前化学成分控制为：C3.7％～3.9％，Si1.4％～1.6％，Mn<0.3％，S<0.03％，P<0.06％，余量为Fe。
6.如权利要求2所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，步骤S3中，75SiFe孕育剂加入量为0.25％～0.3％，FeSiRE3Mg8球化剂加入量为1.1％～1.4％。
7.如权利要求2所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，步骤S4中，二次孕育处理时，钡硅孕育剂加入量为0.25％～0.3％，含铋孕育剂加入量为0.25％～0.3％，使用75SiFe孕育剂补足铁水中的硅含量缺口。
8.如权利要求2所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，步骤S4中，覆盖剂添加量为铁水质量比的0.6％～1.0％。
9.如权利要求2所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，步骤S4中，随流孕育时75SiFe孕育剂加入量为0.08％～0.10％，浇注温度为1380～1400℃。
10.如权利要求2或7所述的一种适用于酸性矿井水的耐冲蚀离心泵叶轮的铸造方法，其特征在于，步骤S4中，所述钡硅孕育剂含Ba量5.0％，所述含铋孕育剂含Bi量1.0％。
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