專利名稱：一種衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄鐵炊具，特別是一種衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具及其制造方法。
背景技術(shù)：
鑄鐵鍋由于其強(qiáng)度高、能補(bǔ)鐵、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，是中國(guó)使用最普 及的傳統(tǒng)炒菜鍋。但是，目前市場(chǎng)上銷售的鑄鐵鍋都是由生鐵或回收鋼鐵鑄造而成的。鑄造用生鐵的主要成分碳(C) =2. 0~4. 5%，硅(Si) =1. 0~ 3. Q %,雖然具有成本低、鑄造性和切削加工性能好、表面硬度高 等優(yōu)點(diǎn)，但是由于是從生鐵或回收鋼鐵直接鑄造而成的，其成分中，除 了有較高的硅和碳成分外，同時(shí)含有磷、硫、鉛、鎘、砷等對(duì)人體有害 的元素。以致在烹飪過(guò)程中，雖然鐵鍋能補(bǔ)鐵，但在補(bǔ)鐵的同時(shí)也容易 將這些有害的元素析出，尤其是鉛、鎘、砷這些重金屬一旦超量析出， 與食物一起進(jìn)入人體，日積月累，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。例如， 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB9684-88,對(duì)奧 氏體型不銹鋼和馬氏體型不銹鋼的理化指標(biāo)都作了定量的規(guī)定。而鐵制 炊具的衛(wèi)生指標(biāo)因無(wú)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，再加上其制造方法的局限，各廠 家都沒(méi)有對(duì)其衛(wèi)生指標(biāo)加以控制，經(jīng)抽查，市場(chǎng)上的鐵制炊具，尤其是 鑄鐵炊具的衛(wèi)生大部分都不符合不銹鋼的理化指標(biāo)。市場(chǎng)上也有一些用鋼板沖壓而成的鐵皮鍋，雖然可以通過(guò)對(duì)鋼板材 料的選擇來(lái)限制有害重金屬的含量，以達(dá)到不致對(duì)人體造成傷寒的目的。 但是鋼板含碳量一般都小于1. 0%,以致表面硬度低，并容易生銹。申請(qǐng)?zhí)枮?0224166. 4的專利提出在普通鐵鍋外表面涂敷高強(qiáng)度搪資；申請(qǐng)?zhí)?為87100220、 89200759. 1的專利采用在鐵鍋外表面涂鋁的方法來(lái)解決表 面生銹問(wèn)題，但這些方法隔絕了鐵成分直接與食物接觸，失去了鐵鍋鐵 分溶出的優(yōu)點(diǎn)。另夕卜，用鋼板沖壓成型制成的鐵制炊具，由于其材料的結(jié)構(gòu)過(guò)于致密， 因此其儲(chǔ)能特性和保溫性均比鑄鐵炊具差；還由于表面無(wú)微孔，因此其 表面吸油儲(chǔ)油性也比鑄鐵炊具差。最后，用鋼板沖壓成型制成的鐵制炊 具，由于其斷面難以做到厚底薄邊的不等厚形狀，而達(dá)不到鑄鐵炊具的 烹飪效果。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種鐵制炊具保持鑄鐵炊具所具有的各種優(yōu)點(diǎn) 的同時(shí)，又要使其重金屬含量及其析出量符合不銹鋼的理化指標(biāo)的衛(wèi)生 安全的鑄鐵炊具及其制造方法，以克服傳統(tǒng)鑄鐵炊具和鋼板沖壓成型炊具的缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鑄鐵炊具由鋼板或鋼錠構(gòu)成，其特點(diǎn) 是在鋼板或鋼4定中含有2 ~ 4. 5%碳和1 ~ 3%硅，使其還原為鑄鐵的功能。 上述鑄鐵炊具的制造方法是將選定鋼板或鋼錠使用加熱爐融化并加溫至1400 ~ 1550°C,然后加 入冶金用焦炭和硅鐵，使其鐵水中含有2 4. 5%碳和1~3°/。硅，完成了鑄 造用鐵水的制作，最后將其溫度控制在1300 1500。C的范圍內(nèi)，鐵水用 于澆模成鑄鐵炊具。本發(fā)明通過(guò)采用鋼板或鋼錠作為鑄鐵炊具的基材，使得本發(fā)明對(duì)鑄 鐵原材料的有害重金屬含量控制，將鉛、鎘、砷等這些對(duì)人體有害的重金屬析出量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，以符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB9684-88,對(duì)馬氏體不銹鋼所規(guī)定的理化指標(biāo)。即在4°/。乙酸溶 液中煮沸30分鐘再室溫浸泡24小時(shí)，其重金屬析出量的理化指標(biāo)為 鉛(以Pb計(jì))^ 1. Omg/L ，鎳(以Ni計(jì))S 1. Omg/L ，鎘(以Cd計(jì)) ^0.0加g/L,砷(以As計(jì))^0.04mg/L。本發(fā)明由于在鑄造過(guò)程中產(chǎn)生 的均勻晶體和微細(xì)空隙，與使用鋼板沖壓成型的鐵皮鍋相比，還不失我 們中國(guó)傳統(tǒng)鑄鐵炊具所具有的優(yōu)良儲(chǔ)能性、保溫性和表面吸油儲(chǔ)油性。 也可以根據(jù)使用的需要，將本發(fā)明的鑄鐵炊具制造成底厚邊薄的漸變斷 面，厚底斷面可以使鑄鐵炊具在使用時(shí)受熱均勻，具有更好的儲(chǔ)能性和 保溫性。本發(fā)明制造的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具，可以是平底的，也可以是 圓底的。平底的鑄鐵炊具可以在電磁爐上使用。本發(fā)明制造的鑄鐵炊具，與現(xiàn)有的鑄鐵炊具相比，由于采用的是經(jīng) 充分提純的鑄鋼還原成鑄鐵材料，再進(jìn)一步對(duì)其表面進(jìn)行耐腐蝕的化合 物層處理而制成，因此使此鑄鐵炊具在烹飪時(shí)，能保留鐵分溶出這一優(yōu) 點(diǎn)的同時(shí)，又不會(huì)析出能對(duì)人體造成傷害的重金屬。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。目前市場(chǎng)上銷售的鑄鐵鍋都是由生鐵或回收鋼鐵鑄造而成的，原材 料成本低。另外，通常使用的鑄造用生鐵材料中，硅和碳含量較高，碳 (C) =2. 0~ 4. 5%,硅(Si ) =1. 0~ 3. 0 %，如18#生4失，碳(C ) =3. 6 ~ 4.0%,硅(Si) =1.6~2.2 % (平均1.8 %)，因此，它具有熔煉溫度低、 鑄造性能好、易切削加工、表面硬度高等優(yōu)點(diǎn)，但是生鐵原材料中，含 有鉛、鎘、砷等重金屬，這些重金屬一旦超量析出，與食物一起進(jìn)入人體，日積月累，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。要使鑄鐵炊具在使用過(guò)程 中，能有效控制對(duì)人體產(chǎn)生危害的鉛、鎘、砷這些重金屬的析出量，一 方面要控制鑄鐵炊具材料中這些重金屬的含量，另 一方面又要提高鑄鐵 炊具表面的耐腐蝕性，以控制這些重金屬的析出速度。
生鐵中的重金屬主要來(lái)自于鐵礦石，從鐵礦石到生鐵的熔練過(guò)程中，
工藝簡(jiǎn)況、其最高溫度通常不會(huì)超過(guò)1300°C，不能有效降低鐵礦石中的 重金屬含量。而從4失礦石到鋼的熔練過(guò)程中，通過(guò)多次造渣、除渣，以 使鐵礦渣的硫、磷含量控制到一定限度內(nèi)；再在金屬熔池內(nèi)進(jìn)行熔渣、 攪拌和底炊，使鋼水成分和溫度更均勻；然后經(jīng)過(guò)氧化期和脫碳期，其 氧化期的主要目的是氧化鋼液中的碳和磷，并去除氣體及夾雜物，其脫 碳期是為了保證鋼的純凈度；最后，進(jìn)入精煉期，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步去 除鋼中的雜質(zhì)和其它有害成分。在以上的各種除渣精煉工藝中，還會(huì)經(jīng) 歷2000。C以上的高溫過(guò)程，在高溫時(shí)會(huì)更加有效地去除原材料中的重金 屬元素。
目前市場(chǎng)上鑄鐵炊具的制造方法是鑄鐵鍋都直接使用鑄造用生鐵 作為原材料，將原材料與焦煤(或焦炭)混合，利用沖天爐加熱至1150~ 130(TC,融化后再經(jīng)簡(jiǎn)單的除渣除氣工藝，經(jīng)泥?；蚪饘倌茶T成形。 脫模后，經(jīng)表面研磨處理，最后經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)表面無(wú)明顯氣孔等缺陷時(shí)， 就結(jié)束了全部的制造工藝。因傳統(tǒng)工藝僅控制了鑄鐵炊具的鐵、碳、硅 含量，也就是僅保證了鑄鐵鍋的強(qiáng)度、易切削性、鑄造流動(dòng)性等一般機(jī) 械性能和表面處理性能，而對(duì)表面的耐腐蝕性以及炊具材料中有害成分 的含量沒(méi)有加以任何控制，以致在使用傳統(tǒng)鑄鐵鍋時(shí)，得到補(bǔ)鐵的同時(shí)， 也很容易析出超量的對(duì)人體有害的重金屬元素，與食物一起進(jìn)入人體，日積月累，導(dǎo)致對(duì)人體健康的傷害。
本發(fā)明所選用的原材料不是通常所使用的鑄造用生鐵，而是選用經(jīng) 檢測(cè)其化學(xué)成分及有害物質(zhì)在國(guó)家規(guī)定范圍內(nèi)的鋼板或鑄造用鋼錠，但
因其含碳、硅量低(其含碳量為0. 1 ~ 0. 6 %,含硅量為0. 1 ~ 1. 0 % )， 如果直接用它來(lái)鑄造炊具，其強(qiáng)度及鑄造性能(流動(dòng)性、充滿鑄模能力、 收縮性、偏析-化學(xué)成分的不均勻性)均不能滿足常規(guī)鑄造的要求。為了 解決此問(wèn)題，本發(fā)明先將所選定鋼板或鋼4t使用中頻加熱爐融解并加溫 至1400 ~ 1550°C,然后加入適量冶金用優(yōu)質(zhì)焦炭(或石墨電極小塊)和 硅鐵(這些焦炭、石墨電極小塊和硅鐵也是經(jīng)測(cè)試、其化學(xué)成分及有害 物質(zhì)含量都在規(guī)定范圍內(nèi))，在接近150(TC高溫下，焦炭中的碳融入鋼液， 而其中的灰分則融入熔渣，硅鐵也在1410°C ~ 1500。C高溫下，融入鋼液， 以致純凈鋼液的含碳量和含硅量恢復(fù)到鑄造用鐵的范圍內(nèi)(含碳量在2 ~ 4%、含硅量在1~3%)，碳和硅融入鋼水后，吹入空氣，使多余的碳變成 二氧化碳以控制和穩(wěn)定鋼水中的含碳量，最后加入適量除渣除氣劑，完 成了鑄造用鐵水的制作。最后將其溫度控制在1300 150(TC的范圍內(nèi)， 等待澆模。
本發(fā)明的具體制造方法是
第一步選用重金屬含量符合要求的鋼錠或鋼板
先對(duì)選擇的鋼錠或鋼板進(jìn)行成分及有害物質(zhì)檢測(cè)，使所選用的原材 料的有害物質(zhì)在規(guī)定范圍內(nèi)(經(jīng)光譜儀檢測(cè)，鉛(Pb ) S 0. 003% ，磷(P ) S 0.05% 鎳(Ni)互0.08%,鎘(Cd) ^0. 02%,砷(As ) SO, 04%)。
第二步高溫加碳加硅
將所選定的鋼板或鋼錠使用中頻加熱爐進(jìn)行融化并加溫至1400 ~1550°C,然后加入冶金用優(yōu)質(zhì)焦炭(或石墨電極小塊)和硅鐵(這些焦 炭、石墨電極小塊和硅鐵也是經(jīng)測(cè)試、其化學(xué)成分及有害物質(zhì)含量都在 規(guī)定范圍內(nèi))，在接近150(TC高溫下，焦炭中的碳融入鋼液，而其中的灰 分則融入熔渣，硅鐵也在1410°C ~ 1500。C高溫下，融入鋼液，以致純凈 鋼液的含碳量和含硅量恢復(fù)到鑄造用鐵的范圍內(nèi)(含碳量在2~4%、含硅 量在1 ~ 3% )，碳和硅融入鋼水后，使鐵水含有2 ~ 4. 5%碳和1 ~ 3%硅，吹 入空氣，使多余的碳變成二氧化碳以控制和穩(wěn)定鋼水中的含碳量，最后 加入除渣除氣劑，完成了鑄造用純凈鐵水的制作。最后將其溫度控制在 1300 1500。C的范圍內(nèi)，等待澆模。
也可以將以上的鑄造用鐵水澆鑄成鑄鐵炊具用錠，再使用加熱爐融 解并加溫至1300~ 150(TC，澆模成鑄鐵炊具。
第三步，澆鑄毛坯
在準(zhǔn)備純凈鐵水的同時(shí)，準(zhǔn)備好澆鑄用泥模、或砂模、或金屬模， 鑄件質(zhì)量最能保證、鑄造效果又較好的是帶有水冷卻裝置的金屬模。使 用金屬模時(shí)，對(duì)模具表面作脫模膜層處理后，將鐵水倒入鑄模中，經(jīng)快 速水冷卻(冷卻時(shí)間小于1分鐘)將定量的純凈鐵水倒入鑄模中，經(jīng)1分
鐘以內(nèi)快速水冷卻使鐵水均勻結(jié)晶，最后經(jīng)脫模制成炊具的毛坯。 第四步，表面切削、檢驗(yàn)、研磨
將制造好的鑄鐵炊具毛坯，用砂輪進(jìn)行初切削，以檢查其表面質(zhì)量， 如果表面無(wú)明顯氣孔等缺陷，就根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求進(jìn)行進(jìn)一步的精切削、 研磨或拋光處理。
第五步，表面耐腐蝕處理
將表面精切削、研磨或拋光好的鑄鐵炊具，通過(guò)滲氮處理，形成鐵
9氮化合物層，其表面化合物化學(xué)穩(wěn)定性高，耐腐蝕性強(qiáng)，表面硬度達(dá)420 ~ "0Hv,其厚度為5~10()微米，完成炊具制造過(guò)程。也可以做進(jìn)一步的 氧化處理形成鐵氮氧化合物層，其厚度為5~50微米，其鐵氮氧表面化 合物層將使炊具在烹飪受熱時(shí)不易變色，美觀大方。
本發(fā)明除了有效控制鑄鐵炊具材料中這些重金屬的含量外，又要解 決如何提高鑄鐵炊具表面的耐腐蝕性問(wèn)題。 一方面，要保證鑄鐵炊具的 表面無(wú)明顯氣孔等缺陷，另一方面，再通過(guò)滲金屬(鎳、鉻、4呂、錳等) 或滲氣體(氮、碳、氧等)處理形成耐腐蝕的化合物層，常用方法是使 鑄鐵炊具的表面有一層鐵和氮的化合物層，或者鐵和氮氧的化合物層， 以致此鑄鐵炊具的表面具有較好的耐腐蝕性。本發(fā)明制造的衛(wèi)生安全的 鑄鐵炊具，由于它的表面結(jié)構(gòu)具有一層鐵氮化合物層和鐵氮氧化合物層， 此化合物層Y吏產(chǎn)品具有硬度高420 ~ 750Hv、耐磨、適用金屬伊，同時(shí)此 表面的化合物層可以顯著提高產(chǎn)品的耐腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，使其能抵 抗水和各種食物的腐蝕。
本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn) 有技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具，其基材由鋼板或鋼錠構(gòu)成，其特征在于在鋼板或鋼錠中含有2～4.5％碳和1～3％硅。
2、 如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具，其制造方法是將選 定鋼板或鋼錠使用加熱爐融化并加溫至1400 155(TC,然后加入冶金用 焦炭和硅鐵，使其鐵水中含有2 ~ 4. 5%碳和1 ~ 3%硅，完成了鑄造用鐵水 的制作，最后將其溫度控制在1300 150(TC的范圍內(nèi)，鐵水用于澆模成 鑄鐵炊具。
3、 如權(quán)利要求2所述的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具制造方法，其特征在于 具體方法為第一步選用重金屬含量符合要求的鋼板或鋼錠； 先對(duì)選擇的鋼錠或鋼板進(jìn)行成分及有害物質(zhì)檢測(cè)，使所選用的原材料的成分和有害物質(zhì)在國(guó)家規(guī)定范圍內(nèi)； 第二步高溫加-友加硅將所選定的鋼板或鋼錠使用加熱爐進(jìn)行融解并加溫至1400 - 1550 。C ,然后加入冶金用焦炭和硅鐵，碳和硅融入鋼水后，使鐵水含有2 ~ 4. 5% 碳和1~3°/。硅，吹入空氣，使多余的碳變成二氧化碳以控制和穩(wěn)定鋼水中 的含碳量，最后加入除渣除氣劑，完成了鑄造用鐵水的制作，將其溫度 控制在1300 ~ 150(TC的范圍內(nèi)，等待澆模；第三步澆鑄毛坯在準(zhǔn)備鐵水的同時(shí)，準(zhǔn)備好澆鑄用模具，將鐵水倒入鑄模中，經(jīng)脫 模制成炊具的毛坯；第四步，表面切削、檢驗(yàn)、研磨將制造好的鑄鐵炊具毛坯，用砂輪進(jìn)行初切削、精切削、研磨或拋 光，制成炊具。
4、 如權(quán)利要求3所述的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具制造方法，其特征在于 所述第四步中制造好的鑄鐵炊具，再通過(guò)滲金屬或滲氣體處理，在鑄鐵炊 具表面形成耐腐蝕的化合物層，完成炊具制造過(guò)程。
5、 如權(quán)利要求3的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具制造方法，其特征在于所 述第一步中鋼板或鋼《走的選定標(biāo)準(zhǔn)是鉛(Pb)^ G. 003% ，磷(P)^ 0.05% 鎳(Ni) S 0.08%，鎘(Cd) SO. 02%，砷(As) SO. 04%。
6、 如權(quán)利要求3所述的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具制造方法，其特征在于 所述第二步中焦炭采用石墨電極。
7、 如權(quán)利要求3所述的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具制造方法，其特征在于 所述第三步中模具采用帶有水冷卻裝置的金屬模，使用金屬模時(shí)，對(duì)模 具表面作脫模膜層處理后，將鐵水倒入鑄模中，經(jīng)快速水冷卻，使鐵水 均勻結(jié)晶，最后經(jīng)脫模制成炊具的毛胚。
8、 如權(quán)利要求4所述的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具制造方法，其特征在于 將表面研磨或拋光好的鑄鐵炊具，通過(guò)滲氮處理，在鑄鐵炊具表面形成 鐵氮化合物層，其鐵氮化合物層的厚度為10 ~ 100微米。
9、 如權(quán)利要求8所述的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具制造方法，其特征在于 在鑄鐵炊具表面形成鐵氮化合物層后，再做氧化處理形成鐵氮氧化合物 層。
10、 如權(quán)利要求9所述的衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具制造方法，其特征在 于鐵氮氧化合物層的厚度為5 ~ 50微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)生安全的鑄鐵炊具及其制造方法，鑄鐵炊具的基材由鋼板或鋼錠構(gòu)成，其特點(diǎn)是在鋼板或鋼錠中含有2～4.5％碳和1～3％硅，使其還原為鑄鐵的功能。其制造方法是將選定鋼板或鋼錠使用加熱爐融解并加溫至1400～1550℃，然后加入冶金用焦炭和硅鐵，使其鐵水中含有2～4.5％碳和1～3％硅，完成了鑄造用鐵水的制作，最后將其溫度控制在1300～1500℃的范圍內(nèi)，鐵水用于澆模成鑄鐵炊具。本發(fā)明由于采用的是經(jīng)充分提純的鑄鋼還原成鑄鐵材料，再進(jìn)一步對(duì)其表面進(jìn)行耐腐蝕的化合物層處理而制成，因此使此鑄鐵炊具在烹飪時(shí)，能保留鐵析出這一優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又不會(huì)析出對(duì)人體造成傷害的重金屬。
文檔編號(hào)C22C37/10GK101654756SQ20081004892
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者徐紅春 申請(qǐng)人:徐紅春