專利名稱：離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及球鐵管制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉 及其制備工藝。
背景技術(shù)：
離心鑄造球墨鑄鐵管兼有鑄鐵的良好抗腐蝕性能和鋼材的良好綜合力學(xué)性能，其 綜合經(jīng)濟(jì)費(fèi)用低于鋼管，因此，離心球墨鑄鐵管的發(fā)展很快，特別是在給水工程中，球鐵管 的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，基本上取代了其它管材。由于水冷金屬型離心鑄造球墨鑄鐵管生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)鑄造工藝有著很大的不同， 其冷卻速度快，容易使鑄件激冷，產(chǎn)生碳化物，影響球鐵管的組織及力學(xué)性能，且球鐵管對(duì) 表面質(zhì)量要求也較高；另外離心鑄管管模一般每噸價(jià)格超過(guò)4 5萬(wàn)元，因此管模的使用壽 命直接影響到鑄管的生產(chǎn)成本，據(jù)統(tǒng)計(jì)，管模消耗占生產(chǎn)成本的5% 15%，因此努力提高管 模的使用壽命可以大幅降低離心鑄管的生產(chǎn)成本。管模粉是生產(chǎn)離心球墨鑄鐵管的重要添加劑，具有保護(hù)管模、有利脫模、孕育、除 氣、球化等多種功效，是離心球墨鑄鐵管成形工藝中最后一道關(guān)鍵材料，技術(shù)含量高、制作 難度大。管模粉質(zhì)量的優(yōu)良與否將會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、合格率及生產(chǎn)效率。但是，自 金屬模水冷離心球墨鑄鐵管在我國(guó)投產(chǎn)以來(lái)近二十年的時(shí)間里，國(guó)內(nèi)的管模粉生產(chǎn)廠家為 了避開(kāi)熔煉難度大，微粉回收難，加工成本高，產(chǎn)品成品率低的熔配工藝，大多采用幾種原 材料經(jīng)機(jī)械破碎后，直接混合配粉的冷加工工藝來(lái)制作管模粉，產(chǎn)品成分不均勻，熔點(diǎn)不一 致，粒度不合理，性能不穩(wěn)定，在生產(chǎn)大口徑球鐵管(D>200mm)時(shí)尚能勝任，但是在用于小口 徑的球鐵管(D<150mm)的生產(chǎn)時(shí)由于鐵水量的大幅減少，致使球鐵管鑄造缺陷增多，必須使 用進(jìn)口管模粉才能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，因此，研發(fā)一種高效、優(yōu)異的生產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管 用管模粉在當(dāng)前球墨鑄鐵管應(yīng)用越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)下是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉及其制備工 藝，有利于延長(zhǎng)球墨鑄鐵管管模使用壽命，減少球墨鑄鐵管皺皮、球化不良、表面裂紋等一 系列鑄造缺陷，改善球墨鑄鐵管產(chǎn)品質(zhì)量，提高球墨鑄鐵管成品率，降低球墨鑄鐵管生產(chǎn)成 本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
本發(fā)明的離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉，按質(zhì)量百分比計(jì)，其成分含量為Si :60% 65% ；Ca 1. 5% 2. 0% ；Ba 2. 0% 3. 0% ；Mn 1. 4% 1. 6% ；Mg 1. 0% 1. 5% ；Zr 1. 0% 2. 0% ；Al :0. 7% 1. 5% ；余量為鐵；按質(zhì)量百分比計(jì)，其粒度分布為80目< 1.5%;100 目 120 目25% 30% ； 140 目 180 目40% 50% ；200 目 300 目25% 30% ； > 300 目< 2. 5%ο本發(fā)明的離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉的制備工藝，包括如下步驟
3a.配料，以廢鋼、硅鐵、硅鈣、硅鋇、錳鐵、純鎂錠及純鋁錠為原料，根據(jù)管模粉的 成分含量并結(jié)合元素的燒損率稱取原料待用；
b.熔煉，使用中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，加料時(shí)先加入廢鋼、硅鐵、硅鈣、硅鋇進(jìn) 行熔煉，在澆注之前再加入錳鐵、純鎂錠及純鋁錠，在所有原料完全熔化后再均勻化3 5min ；
c.澆注，澆注溫度控制為1350 1450°C ；
d.冷卻，將金屬液澆入水冷金屬型中進(jìn)行冷卻；
e.破碎、制粉，
先把熔煉澆注好的合金進(jìn)行錘破，制成40 80目粒度大小的粉料，過(guò)細(xì)的粒度收集于 粉塵袋內(nèi)，直接加入直線振動(dòng)篩內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)篩分；隨后把40 80目粒度大小的粉料投入對(duì) 輥機(jī)中進(jìn)行擠壓，制成粒度150目以下的粉料；再將對(duì)輥機(jī)擠壓后的粉料加入到直線振動(dòng) 篩進(jìn)行振動(dòng)篩分；收集粒度符合要求的的粉料待用；
f.按配比混料，按權(quán)利要求1的粉料粒度分布要求，將e步驟中收集到的符合 要求的不同粒度粉料倒入混料機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，混合均勻后出料進(jìn)行真空包裝。 本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明產(chǎn)品成分設(shè)計(jì)合理，在加入Si的同時(shí)添加多種合金元素，強(qiáng)化孕育效果，加入 Zr以防止因氮?dú)舛a(chǎn)生的氣孔，并加入一定量的Mg以進(jìn)行輔助球化；粒級(jí)分布合理，以保 證管模粉具有良好的流動(dòng)性能和抗氧化能力，且易熔化，使管模粉具有優(yōu)良的脫模性能，并 能減小管模微裂紋對(duì)鑄管表面的影響，提高球墨鑄鐵管的表面質(zhì)量。具體講，發(fā)明人根據(jù)合 金元素對(duì)鑄鐵管的影響規(guī)律，通過(guò)大量試驗(yàn)確定了管模粉的最佳化學(xué)成分，其中
Si 管模粉的主要作用之一是孕育，硅可以降低過(guò)冷程度，石墨形核能力強(qiáng)，改變石墨 的形態(tài)及細(xì)化程度，促進(jìn)石墨化，降低白口傾向，但硅孕育衰退迅速，需要添加其他合金元 素配合以發(fā)揮其最大功效，硅的含量為60% 65% ；
Ca:鈣是各種孕育劑中的重要添加元素，但它的含量是有一定范圍的，鈣明顯促進(jìn)石墨 化，增加石墨球數(shù)，減小白口傾向，有脫硫、脫氧能力，鈣量過(guò)高反而會(huì)增加白口傾向，另外 鈣的熔點(diǎn)較高，常用在高溫鐵液孕育劑中，但含量高時(shí)不易完全熔化，綜合考慮，鈣的含量 為 1. 5% 2. 0% ；
Mg 石墨球化質(zhì)量會(huì)直接影響球鐵管的組織及力學(xué)性能，在管模粉中添加鎂的主要作 用是促進(jìn)球化，可以避免球化衰退，并且由于鋪展于管模之上，球化效果好，確定鎂的含量 為 1. 0% 1. 5% ；
Ba:鋇有抑制硅原子和碳原子在鐵水中擴(kuò)散的作用，使石墨形核位置周圍的高硅區(qū)濃 度能保持較長(zhǎng)時(shí)間，可以有效延長(zhǎng)衰退時(shí)間，防止衰退，同時(shí)鋇有很強(qiáng)的形核能力，可顯著 增加石墨球數(shù)，細(xì)化晶粒，改善石墨形態(tài)，含Ba孕育劑易被吸收，處理時(shí)浮渣少，而且Ba還 可有效促進(jìn)鐵素體的形成，但加入量過(guò)多，組織中的鐵素體含量反而減少，綜合考慮，鋇含 量為2. 0% 3. 0% ；
Zr 在鐵液中常會(huì)溶入空氣中的氮?dú)猓尤胍欢康匿?，可與N2在高溫條件下生成 &N，能有效地阻止空氣中氮?dú)獾幕烊耄瑥亩苊庖騈2而產(chǎn)生氣孔，同時(shí)鋯也具有抗衰退作 用，能延長(zhǎng)孕育效果，但此孕育劑不可使用過(guò)量，鋯的化合物比重大，當(dāng)鐵水冷凝時(shí)，它將保 留在鐵水中，確定鋯含量為1. 0% 2. 0% ；Mn 錳能降低粉末體系熔點(diǎn)，使管模粉便于加入，同時(shí)能細(xì)化晶粒，防止孕育衰退，但是 它也抑制鐵素體的生成，因此一定要控制含量，為1. 4 1. 5% ；
Al 純硅鐵或純硅的孕育作用很差，只在含有少量鈣和鋁時(shí)才能發(fā)揮孕育作用，鋁是各 種孕育劑中的重要添加元素，鋁還具有脫氧、脫硫、除氣的作用，增強(qiáng)孕育效果，同時(shí)也降低 粉末體系熔點(diǎn)，鋁含量為0. 7% 1. 5%。此外，本發(fā)明產(chǎn)品采用熔配法制備，因此產(chǎn)品成分均勻，熔點(diǎn)一致，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單， 生產(chǎn)效率高，在生產(chǎn)離心鑄造球墨鑄鐵管時(shí)具有優(yōu)異的使用性能?？傊?，將本發(fā)明產(chǎn)品用于 離心鑄造球墨鑄鐵管的生產(chǎn)，大幅延長(zhǎng)管模使用壽命，可減少球墨鑄鐵管皺皮、球化不良、 表面裂紋等一系列鑄造缺陷，顯著改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高成品率，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可 以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到啟示。


附圖為本發(fā)明的管模粉制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如附圖所示，本發(fā)明管模粉制備工藝采用熔配法，其具體步驟為配料、熔煉、澆 注、冷卻、破碎、制粉、按粒度分布配比混合、真空包裝。進(jìn)一步，配料步驟中采用廢鋼、硅鐵、硅鈣、硅鋇、錳鐵、純鎂錠及純鋁錠等為原料， 參考燒損率按管模粉的成分含量設(shè)計(jì)進(jìn)行配料；熔煉時(shí)使用中頻感應(yīng)電爐，加料時(shí)按廢鋼、 硅鐵、硅鈣的順序，在澆注之前加入錳鐵、金屬鎂以及金屬鋁；澆注步驟中在合金元素添加 完畢并融化后再均勻化3 5min，澆注溫度控制為1350 1450°C，將金屬液澆入管模粉成 形水冷金屬型中進(jìn)行冷卻；
進(jìn)一步，破碎、制粉步驟中把熔煉澆注好的合金進(jìn)行錘破，制成40 80目粒度大小的 顆粒，過(guò)細(xì)的粒度收集于粉塵袋內(nèi)，可直接加入直線振動(dòng)篩內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)篩分；隨后把40 80目粒度大小的粉料投入對(duì)輥機(jī)中進(jìn)行擠壓繼續(xù)破碎，制成大部分為150目以下的粒度的 粉料，將此粉料加入到直線振動(dòng)篩的儲(chǔ)料器內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)篩分。通過(guò)振動(dòng)篩分，將上述粉料按粒度分級(jí)，小于80目的是半成品，80目 300目之間 的是成品，并按100目 120目、140目 180目、200目 300目三個(gè)粒度級(jí)別進(jìn)行分級(jí)， 大于300目的是微粉，屬于廢品。將成品真空包裝放在指定位置，將半成品重新填入對(duì)輥機(jī)內(nèi)擠壓，完畢后重新在 振動(dòng)篩上篩分。這個(gè)過(guò)程循環(huán)進(jìn)行，至粉料加工完畢。按照以下分布規(guī)律控制最終管模粉粒度 80 (目)< 1. 5% ；
100 (目) 120 (目)25% 30%; 140 (目) 180 (目)40% 50% ； 200 (目) 300 (目)25% 30% ；> 300 (目)< 2. 5% ；
按照上述管模粉粒度分布要求，把經(jīng)過(guò)直線振動(dòng)篩制得的符合粒度要求的粉末分批倒 入混料機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，均勻后放出，經(jīng)稱重后真空包裝放入倉(cāng)庫(kù)。本發(fā)明的離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉，按質(zhì)量百分比計(jì)，其成分含量為Si 60% 65% ；Ca 1. 5% 2. 0% ；Ba 2. 0% 3. 0% ；Mn 1. 4% 1. 6% ；Mg 1. 0% 1. 5% ；Zr 1. 0% 2. 0% ；Al 0. 7% 1. 5% ；余量為鐵；經(jīng)批量試驗(yàn)的結(jié)果表明，管模粉具有良好的性 能，生產(chǎn)的150mm以下小直徑球墨鑄鐵管綜合性能安全達(dá)到了使用進(jìn)口管模孕育劑生產(chǎn)的 水平，表面質(zhì)量高，孕育、球化、除氣效果好，鑄管表面光滑均勻，無(wú)皺皮和冷隔，拔管脫模容 易，且用量小于進(jìn)口管模粉，可全面替代進(jìn)口管模粉。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉，其特征在于按質(zhì)量百分比計(jì)，該管模粉的成分含量為Si60%～65%；Ca1.5%～2.0%；Ba2.0%～3.0%；Mn1.4%～1.6%；Mg1.0%～1.5%；Zr1.0%～2.0%；Al0.7%～1.5%；余量為鐵；按質(zhì)量百分比計(jì)，該管模粉的粒度分布為80目＜1.5%；100目～120目25%～30%；140目～180目40%～50%；200目～300目25%～30%；＞300目＜2.5%。
2.權(quán)利要求1所述的離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉的制備工藝，其特征在于，包括如 下步驟a.配料，以廢鋼、硅鐵、硅鈣、硅鋇、錳鐵、純鎂錠及純鋁錠為原料，根據(jù)管模粉的 成分含量并結(jié)合元素的燒損率稱取原料待用；b.熔煉，使用中頻感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，加料時(shí)先加入廢鋼、硅鐵、硅鈣、硅鋇進(jìn)行 熔煉，在澆注之前再加入錳鐵、純鎂錠及純鋁錠，在所有原料完全熔化后均勻化3 5min ；c.澆注，澆注溫度控制為1350 1450°C ；d.冷卻，將金屬液澆入水冷金屬型中進(jìn)行冷卻；e.破碎、制粉，先把熔煉澆注好的合金進(jìn)行錘破，制成40 80目粒度大小的粉料，過(guò)細(xì)的粒度收集于 粉塵袋內(nèi)，直接加入直線振動(dòng)篩內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)篩分；隨后把40 80目粒度大小的粉料投入對(duì) 輥機(jī)中進(jìn)行擠壓，制成粒度150目以下的粉料；再將對(duì)輥機(jī)擠壓后的粉料加入到直線振動(dòng) 篩進(jìn)行振動(dòng)篩分；收集粒度符合要求的的粉料待用；f.按配比混料，按權(quán)利要求1的粉料粒度分布要求，將e步驟中收集到的符合要求 的不同粒度粉料倒入混料機(jī)中進(jìn)行攪拌混合，混合均勻后出料進(jìn)行真空包裝。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種離心鑄造球墨鑄鐵管用管模粉及其制備工藝，按質(zhì)量百分比計(jì)，管模粉成分含量為Si60%～65%；Ca1.5%～2.0%；Ba2.0%～3.0%；Mn1.4%～1.6%；Mg1.0%～1.5%；Zr1.0%～2.0%；Al0.7%～1.5%；余量為鐵；按質(zhì)量百分比計(jì)，管模粉粒度分布為80目＜1.5%；100目～120目25%～30%；140目～180目40%～50%；200目～300目25%～30%；＞300目＜2.5%；制備工藝包括配料、熔煉、澆注、冷卻、破碎、制粉、粒度配比和真空包裝工序；該管模粉產(chǎn)品成分均勻，熔點(diǎn)一致，粒級(jí)分布合理，采用該管模粉，有利于延長(zhǎng)球墨鑄鐵管管模使用壽命，減少球墨鑄鐵管皺皮、球化不良、表面裂紋等一系列鑄造缺陷，改善球墨鑄鐵管產(chǎn)品質(zhì)量，提高成品率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)B22D11/10GK101956039SQ20101050447
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者孫玉福, 方淑紅, 楊會(huì)龍 申請(qǐng)人:禹州市恒利來(lái)合金廠