（材料加工工程专业论文）离心铸造大口径球墨铸铁管的组织及其影响因素分析.pdf

摘要 离- t b 球铁管具有强度高，塑性好，使用寿命长，施工费用低等优点，广泛应用于城市和 工业供排水。热模法离心球铁管因其直径大、管子重等因素，其球化衰退现象比较严重，导 致了大口径球铁管质量不稳定。本文根据从生产线上取得的不同管径的金相试样，对影响热 模法离心铸造大口径球铁管质量的因素进行了分析。并在生产现场进行试验，对球化剂、孕 育剂、球化孕育工艺、热处理工艺等进行了优化设计，确定了适合热模法离心铸造球铁管生 产使用的球化剂、孕育剂成分，并生产出合格的d n l 8 0 0 的球铁管。 研究表明，管径从d n 8 0 0 增加到d n l 6 0 0 ，随着管径的增大，球化质量呈现下降趋势： 石墨球数量减少，直径变大，基体中铁索体量减少，珠光体量增加。对相同管径的球铁管， 从管子的外壁到内壁，球化质量呈下降趋势：沿径向向内壁石墨球数量减少。直径变火，球 化率减小，铁素体含量也逐渐减少。 选用稀土硅铁镁合金作为球化剂，并对球化剂中的c a 、b a 含量进行了优化设计。结果 表明：成分为c a 3 6 b a 2 5 和c a 2 0 b a 3 5 的两种球化剂抗衰退能力比较强，能比较明显地提 高石墨球数量减小石墨球直径，基本不出现严重畸变的石墨球。使用这两种成分球化剂的 试样的力学性能也有明显的提高。 选用硅铁作为孕育剂，并在孕育剂中添加z r 元素。对z r 元素对球墨铸铁组织的影响进 行了研究分析。结果表明：当z 加入量在0 1 - - 0 3 时，对球化质量有比较好的影响。当 z r 含量增加到o 8 时，基体组织几乎全部是珠光体。 在前面实验分析的基础上，进行了生产性试验，确定了适台球铁管生产的球化剂、孕育 剂。 根据改进生产后球铁管的组织情况对热处理工艺进行了改进。对渗碳体含量不同的球铁 管采用不同的退火工艺，退火时间有了很大程度的降低，使得球铁管成本有了比较大的下降。 关键词：热模法，球铁管。离心铸造，球化剂，孕育剂。钙，钡，锆 a b s t r a c t t h ec e n t r i f u g a lc a s t i n gp i p eo f d u c t i l ei r o nh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g hs t r e n g t h ，g o o d p l a s t i c i t ya n dl o n g e v i t y i t i s w i d e l yu s e da sp i p e so fw a t e rs u p p l ya n dg a ss u p p l yf o rc i t i e s b e c a u s et h en o d u l a r i z a t i o nd e g r a d a t i o no fd u c t i l ec a s tp i p e o c c u r sw h e nu s i n gh o tm o l d c e n t r i f u g a lc a s t i n gp r o c e s s ，t h eq u a l i t yo fp i p e sw i t hag r e a td i a m e t e ri s n o ts t a b l e t h i sa r t i c l e a n a l y z e dt h ef a c t o r so f n o d u l a r i z a t i o nd e g r a d a t i o no fd u c t i l ec a s tp i p e ，b a s e do nt h es a m p l e sg o t f r o mm a s sp r o d u c t i o nl i n e w ed i de x p e r i m e n t si nt h ef a c t o r yt oo p t i m i z et h ec o m p o n e n to f s p h e r o i d i z e r ，i n o c u l a n t sa n ds o m eo t h e rt e c h n i c a lp a r a m e t e r s w ef o u n dp r o p e rc o m p o n e n to f s p h e r o i d i z e ra n di n o c u l a n tf o rc e n t r i f u g a lc a s t i n gp i p eo f d u c t i l ei r o na n dp r o d u c e dd n l8 0 0 m m d u c t i l ep i p e ，w h o s e p r o p e r t i e s f u l l y m e t t h es t a n d a r do f i s 0 2 5 3 1 - 9 8 ( e ) w h e nt h ed i a m e t e ri n c r e a s e sf r o md n s 0 0 m mt od n l 6 0 0 m m ，t h e q u a i l t yo fs p h e r o i d i z a t i o n d e c r e a s e st h en u m b e ro fg r a p h i t es p h e r u l i t e sd e c r e a s e sa n dt h ed i a m e t e r so fg r a p h i t es p h e r u l i t e s e n l a r g e t h ep r o p o r t i o no f f e r r i t ei n c r e a s e sw h i l e t h ep r o p o r t i o no f p e a r l i t ed e c r e a s e s t ot h es a m ed i a m e t e rp i p e ，t h eq u a l i t yo fs p h e r o i d i z a t i o nd e c r e a s e sf r o mt h ee k t e x i n et ot h e i n n e rw a l l t h en u m b e r o f g r a p h i t es p h e m l i t e sd e c r e a s e sa n d t h ed i a m e t e r so f g r a p h i t es p h e r u l i t e s e n l a r g ea n d t h es h a p eo ft h eg r a p h i t es p h e r u l i t eb e c o m e sb a d l yg a d u a l l y a tt h ei n n e rw a l l ，t h e g r a p h i t es p h e r u l i t e sb e c o m el a r g ea n dm a n yc h u n ka n dv e r m i c u l a r - l i k eg r a p h i t ep a r t i c l e sa n d c e m e n f i t ep h a s ea p p e a r e d w ec h o s e dm g s i _ f e - r ea l l o ya ss p h e r o i d i z e ra n do p t i m i z e dt h ec o m p o n e n to f b a 、c ai nt h e s p h e r o i d i z e r w ef o u n dt h a tt w ok i n d so f s p h e r o i d i z e r sw h i c h i n c l u d ec a 3 6 b a 2 5a n dc a 2 b a 3 5 h a v eg o o d a b i l i t yt od e c e a s et h en o d u l a r i z a t i o nd e g r a d a t i o n s a m p l e su s e ds u c ht w os p h e r o i d i z e r s h a v eab i gn u m b e ra n ds m a l ld i a m e t e ro fg r a p h i t e s p h e r u l i t e s t h e r e i sa l m o s tn dd e g r a d e d g r a p h i t e a n d t h es a m p l e sh a v eg o o dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s w ec h o s e7 5 s i f ea l l o ya si n o c u l a n ta n da d d e dz i r c o n i u mi n t oi t w es t u d i e dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ec o n t e n to fz i r c o n i u ma n dt h eq u a i l t yo fs p h e r o i d i z a t i o n w ef o u n dm a tw h e nt h e c o n t e n to fz i r c o n i u mi s0 1 加3 t h eq u a i l t yo fs p h e r o i d i z a t i o ni s g o o d i t c a l li n c r e a s et h e n u m b e ro f g r a p h i t es p h e m l i t e sa n dt h ep r o p o r t i o no f f e r r i t e a st h ei n c r e a s eo ft h ec o n t e n to f z r ， t h es h a p eo fg r a p h i t eb e c o m eb a dg r a d u a l l ya n dt h ed i a m e t e ro f g r a p h i t en o d u l e sb e c o m el a r g e r g r a d u a l l ya n dt h ep r o p o r t i o no f f e r r i t ee n l a r g e s w h e nt h ec o n t e n to fz rr e a c h e s0 8 t h eb a s i c s t r u c t u r ei sa l m o s tp e a r l i t e b a s e do nt h ee x p e r i m e n t sw ed i d ，w eu s e dt h es p e r o i d i z e ra n dj n o c u l a n ti nt h em a s s p r o d u c t i o nl i n ea n dw ef o u n d p r o p e rc o m p o n e n t o f s p h e r o i d i z e ra n di n o e u l a n tf o rc e n t r i f u g a lc a s t i n gp i p e o f d u c t i l ei r o nt h ec o m p o n e n t o f s p h e r o i d i z e ri s ：m g7 1 0 ， r e2 , - 4 ，c a2 0 - 3 5 b a 2 5 - - 40 t h ep e r c e n t a g eo fs p h e r o i d i z e ra d d e di n t ot h el i q u i di r o ni s 0 8 4 1 5 ( w t ) w eu s e 7 5 s i f ea l l o y a s i n o c u l a n t a n da d dz i r c o n i u m ( z r0 ，0 5 - 4 ) 3 ) i n t o i t t h ep e r c e n t a g eo f i n o c u l a n t a d d e di n t ot h el i q u i di r o ni s0 8 1 o w eu s el a t ei n o c u l a t i o nm e t h o dt op r e v e n ti n o c u l a t i o n d e g r a d a t i o n b a s e do nt h em i c r o s t r u c t u r eo fd u c t i l ep i p e w ec h o s ed i f f e r e n th e a tt r e a t m e n tm e t h o dt o t r e a td i f f e r e n tc o n t e n to fc e m e n t i t e b e c a u s eo ft h ee n h a n c e dq u a l i t yo fs p h e r o i d i z a t i o n ，t h et i m e n e e d e di t ah e a tt r e a t m e n td e d u c e d s u c hi m p r o v e m e n tr e s u l t e dt h ed e c r e a s eo f t h ep r o d u c tc o s t k e yw o r d s ：h o tm o l dm e t h o d ，d u c t i l e i r o n p i p e ，c e n t r i f u g a lc a s t i n gp r o c e s s ，s p h e r o i d i z e r i n o c u l a n t ，c a l c i u m ，b a r i u m ，z i r c o n i u m i i 气蕾奄奄_ 毛i 奄奄奄镶遗镶稳遍奄霜奄奄瑶蔼霜疆氇每蔼镏铝遗强 亩 宙 雷 宙 亩 霄东南大学学位论文 独创性声明及使用授权的说明 一、学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：菘生二日期：至q 垒三：q 兰 二、关于学位论文使用授权的申明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许 论文被查阅和借阅，可以公开( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布 ( 包括刊登) 授权东南大学研究生 签名：导 日期t2 旦壁3 1 q 3 亩 雷 宙 宙圣舀宙臂青育寸宙市霄宙宙宙宙奄雷宙亩口宙宙亩右有亩省宙胄宙亩宙胃省亩口 雷宙智订宙智盘口宙宙宙宙宙宙宙骨宙宙宙宙订宙霄青青贲订青静青雷宙甫宙宙口胃雷宙 宙青胄寄雷雷宙宙哲胄智宙宙宙宙青宙宙口 第一章绪论 1 1 引宙 离心铸造球墨铸铁管具有强度黼( 0b 一 4 2 0 m p a ) ，塑性好( d n l 2 0 0 要求8 7 ) ，抗 囊蚀蛙盎子，经瘸寿翕长( 国讣铸铁譬幢翔鳎限已超j 窭1 0 0 年，戈钢管的扣3 供) 、施工费矮 低等德赢，广泛痰精于骧南稿z 簸供捧承及煞气静输送。敬美、基本等发达蜜零主义国家瓣 离心球爨铸铁管产量约占铸管总产量的9 5 9 8 。 2 0 世纪8 0 年代以来，我阑陆续从国外引进了离心铸造球墨铸铁管生产技术和设各。又 在1 9 9 1 年1 2 月制订和颁布了g b l 3 2 9 5 - - 9 1 离心铸造球墨铸铁管国家标准，并于1 9 9 2 年l o 月1 日开始实施。虽然遮种铸铁管已在我国有了初步发展，但与经济发选国家离心铸 造球婴铸铁管占铸铁管9 5 一9 8 和占有欧溯管材市场7 0 份额相比差距甚迓，这与量内建 设帮壅瓣翻汇嚣要极不适应。嚣戴，大力发爰离心铸造簿墨铸铁警，擒速我烫铸铁譬豹更薮 挟代实蔑当务之急。 1 2 离心锴管发展简史( 3 1 8 4 9 年由英国人安德罗碱党( a n d r e w s h a n k s ) 进出了世界上第一台离心铸管机( 图 1 - 1 ) ，此艏铸管工艺发生了巨大的变革，逐渐淘汰了馋统的以手工操作为主粒 浇、立浇砂 型铸管z 慧。1 8 7 0 年生产出盛经兔7 5 m m 长选3 6 0 0 m m 魏离心薅警。 1 9 1 0 笨，德国工程簿奥携勃里萑( o t t ob r i e d e ) 竣诗窭可移魂菠糖瓣壤心铸蓉辊( 盈 l 一2 ) 。该离心机的浇注包位于浇注槽鲍上面，浇注樽融液压缸带动。浇注前，浇注槽全部伸 入铸型，先使铸型旋转，金属液幽浇注包流出后，浇波槽逐渐向右移动，金属流均匀地分布 在铸型的内表面上。 蹦1 - 1s h a n k s ( t 8 4 9 ) 躲离心铸管扭 圈1 - 2o b r i e d e 离心铸铃辘 1 9 1 4 筚巴嚣工程师德控沃( d e l a v a u d ) 在奥托勃燕笛离心机的基础上将移动浇注稽 改成移动铸型，并采用水冷金耩型和拔管机构，使金脯烈离心铸管机的结构和生产工艺更为 合理，谯铸管生产方面获得了成功，因此人们把这种水冷金属型离心铸管法称为德拉沃( d e l a v a u d ) 铸管法，即现在各国仍在使用的水冷金属猁离心铸管法。1 9 2 2 年甍圜开始生产砂 型离心铸管，1 9 3 3 年开始生产水冷金属型离心铸管。拥牵大、法国、日本、德弱分别于1 9 2 3 年、1 9 2 8 华、1 9 4 0 年、1 9 4 5 年燕产离心铸营。我国簸攀的离心铸警车间是残强本侵占东j 压交蠢搴久保霭公司在赣由嚣飧建立起来的。鞋至今程。离心铸管己或为毽器上最主要酶铸 管工芑。 离心铸造球墨铸铁管是6 0 年代开始发展起来的，到了7 0 年代发展速度加快。1 9 6 0 年 以前全1 缱界的球铁管生产量泌不足5 0 万吨，7 0 年代束期猛增到6 0 0 万吨旋右。日本1 9 6 2 第1 页 东南大学硕士学键埝文 年球铁管生产量仅有1 2 万魄，其占全部铸铁警产嚣的4 0 ，到1 9 8 3 年球铁管的生产量增 加到9 0 万吨。8 0 年代， ；j 、法、德、英、美等缀济发达国家，基本上都以球铁管代替了普 通铸铁管的生产。 1 3 圈爽外离心球爨铸铁管应用概况 1 3 1嚣努离心臻墨铸铁管戆痤躅 弱前世界铸管年产量麴7 0 0 8 0 0 万吨，为铸铁件总产量的1 0 一1 5 ，其中球墨铸铁管 产懿约6 0 0 万吨，占铸管产量的8 0 以上。日本铸管比例变化情况见裁l - 1 。 丧1 - 1 日本铸铁管产鼹变化情况【4 l 年份 1 9 6 51 9 7 01 9 51 9 8 0 l 获铸锾嚣( 万吨)1 9 + 3 5 2 6 ，0 l0 ，7 7 l3 7 i 球铰簿( 万吨) 2 9 95 0 2 45 2 1 57 5 2 7 l 球铁铸比例( ) 1 3 , 46 5 9 9 8 59 8 2 锌地区球铁管的年产鼹分布是：欧洲1 6 0 万吨北美1 5 0 万吨，南夔2 5 万吨，澳洲1 0 万吨，娅洲2 3 0 万吨。世界上球墨铸铁管年生产自& 力大于l o 万吨的公司霄1 4 家，见表1 1 2 。 袭l t 瞧赛+ 嚣大公黉瓣心球铁警年产量糯 序号 公司名称产量( 万吨年)工厂数 产品觌格d n ( m m ) 法国莫松桥公饲 l1 2 988 0 - 2 0 0 0 p o n ta m o l , t s s o n 日本久保田公谭 27 52 8 0 一2 6 0 0 k y n o t a 美莺铸管公司 35 0 毒珀0 1 6 0 0 u 。s p i p ea n df o u n d r y c o 。 美国麦壳瓦纳锋镑凳霹 44 7 55巅 圆0 0 m cw a n ec a s ti r o nc o 印度钢铁公司 s3 028 0 - 1 0 0 0 l n d i ai r o n s t e o lc o l t d 美国格利菲管道论闭 62 7 531 0 0 缶0 0 g r i f f i np i p ep r o d u c tc o 荧亘铸铁公镯 72 5l1 0 0 1 6 0 0 a m e r i c a nc a s ti r o n 孛蓬耘兴耱管集鬻公霭 82 438 0 0 2 0 0 日本粟本公司 92 0 528 0 2 6 0 0 k u r i m t o 巴西巴巴拉公蕾司 1 01 5l8 0 - 1 2 0 0 b a r b a r a 印度电钢铸件公司 n1 529 0 1 0 0 0 e l e c t r os t e e lc a s t i n g sl t d 德嚣毒特鲁馨 1 2l gll 疆卜 0 0 0 b u d r u s 巴西铁台金罚 1 31 0l8 0 - - 9 0 0 f e r r ob r a s i l i e r o 澳大利亚制管公司 1 4 1 0 l8 0 - 8 0 0 t o b e m a k e r sw a t e r 东南大学硕士学位论文 世界1 4 犬公司3 6 家生产厂，年产离心球墨铸铁管4 8 8 5 万吨，占世界球铁管产量的 6 0 7 0 。平均每个厂的产量1 3 6 万吨，最大的生产厂是法国莫松桥的南希( n a n c y ) 厂， 年产5 0 万吨其次是日本久保田的武库川厂( f u n a b a s h i ) ，年产4 2 万吨。 1 3 2 国内离心球墨铸铁管的应用一5 1 我国铸管生产在1 9 5 8 年从原苏联引进拉管法，由于其设备、工艺简单，投资少，迅速 推广为铸铁管的主要生产方法，目前拉管法生产的铸管产量仍占整个铸管产量的5 0 左右。 我国球铁管生产起步较晚。1 9 8 4 年侯马风雷机械厂及邢台钢铁厂分别引进水冷及热模 离心铸管机并同时采用球墨铸铁，从而开g j l t 国内用离心法生产球墨铸铁管的历史。 全国现有铸管厂约3 0 0 多家，年产铸管为1 4 0 - - + 1 6 0 万吨，占全国铸铁件年总产量的 1 8 1 7 。其中大部分( 占7 5 0 o - - 8 0 ) 仍是采用比较落后的半连续铸造( 拉管法) 和砂型铸 造的灰口铸铁管。这种工艺只适用于生产管壁较厚的灰铁管，即使能够生产出直径较大的薄 壁球铁管，产品的性能也较离心铸造球铁管低。 国内现有2 0 多家公司可生产离心球墨铸铁管，共有离一1 1 , 机5 4 台( 三种机型) ，生产能 力已达1 3 0 万吨年以上。 1 4离心球墨铸铁管生产技术 1 4 1 产品规格及特点【2 ，4 5 1 铸铁管按材质可分为：灰口铸铁管和球墨铸铁管。 按铸造工艺可分为：半连续铸管和离心铸造铸管。 目前，我国采用半连续铸造工艺生产灰i z ：l 铸铁管和铸态球墨铸铁管，采用离心铸造工艺 生产灰口铸铁污水管和球墨铸铁管。 灰口铸铁管的管径为0 4 0 1 0 0 0 m m ，长度为1 8 3 - - 6 m 。离心球墨铸铁管径为 中8 0 - - - 2 6 0 0 m m ，长度为和8 m 。接口形式有m 、x 、s 、t 和k 型等多种。管材的防腐有水 泥砂浆内衬喷锌、喷涂沥青和环氧陶瓷。 半连续铸管和离心铸造的排水管的一半材质为灰铸铁。近几年采用半连续铸造方法生产 球墨铸铁管，管径巾4 0 0 1 6 0 0m i t l 。抗拉强度4 0 0 - - 5 5 0 m p a ，伸长率为2 3 。 离一i i , 球墨铸铁管及球铁管件均按i s 0 2 5 3 1 标准生产，其标准要求见表1 - 3 。在实际生产 中为获得上述力学性能，一股金相组织控制为：球化率扣3 级，石墨大小6 7 级，珠光体 量1 0 - + 2 0 ，铁素体量8 0 - - 9 0 。对于大管径铸管为控制椭圆度，宜将珠光体量控制在上 限附近。 表1 - 3i s 0 2 5 3 1 - 1 9 9 8 ( e ) 对力学性能的要求 抗拉强度屈服强度 伸长率( ) 项目 o b ( m p a ) o0 2 ( m p a ) d n 8 6 0 0d n 8 0 2 6 0 0d n 8 0 - - 1 0 0 0d n l 2 0 0 2 6 0 0 离心铸管4 2 03 0 01 0 7 非离心铸管 4 2 03 0 055 管件和附件 铸铁管的材质和铸造工艺决定了铸铁管性能好坏和品质的优劣，表1 4 是公称直径为 4 0 0 r a m ，有效长度为6 m 的不同铸铁管性能的比较。 第3 页 表1 4 铸铁管比较2 l 抗拉强艨伸长率管体硬度壁厚质量实验压力 管材名称标准 o b ( m p a ) ( )h b( m m ) ( k g ) ( m p a ) 谶嫉铸造 1 4 0o2 1 01 3 ，88 1 32 0g b 8 7 1 4 堪8 灰铁替 连搂铸造 3 5 01q 2 3 01 0 05 9 33 ，5 |薄锾管 |离心铸造 f球铁管 4 2 01 02 3 08 l4 8 2401 s 0 2 5 31 - 9 8 ( e ) 袭l 一4 说明，连续铸戆灰口铸铁管性能较差，离心铸造球墨铸铁管性能优瞧。连续铸造 铸态球墨铸铁管毙灰日踌铁簿虽然在性能、壁联、矮鬣上有了突破性提蒜，伍与离心铸造球 墨铸铁繁捐魄，在鑫囊、赫会效益、经济效益等方瓣仍然差距较大。袋髑褰心铸造工艺铸造 球擞铸铁管班球墨铸铁为材葳，它兼有铸铁静怠辩抗瘸馁性能和钢材的藏好综合扭械性能， 其综台费用低于钢管，使用寿命则为钢管的3 - 5 倍。与连续铸造灰口铸铁管相比，连续铸造 铸鸯球墨铸铁管，因管壁减薄，质量减轻达2 0 之多，而离心铸造球擞铸铁管因管壁更薄 质墩减轻达3 5 4 0 以上。这不但在制造时节省了大量铸造生铁等原j 琦料和能源，又因为 单位质量铸铁管在施工对镝设管道距离相对较长，对其制造成本偏离也傲了补偿：还由于管 壁羹游，承受压力和输送麓力褥以挺毫。使用中霹鞋良较小墨径管捉替较大霜径灰墨铸铁聱， 筑瓣海燕了工程造徐，恣绦话了捷用翁安全洼。冀塑式多撵懿橡茨嚣柔瞧搂头。甄寿裁于安 装和缭修，也具有较强酌抗震能力。1 9 8 8 1 9 9 0 罐3 0 个城市的营材使粥申发生事故情况对 比，她表1 5 。 液1 - 5 各种管材使用事故比较2 i 总长度 发生事故次 平均事故率 赣幸葶名称 来势项 k i n 慧凌数矮警搬镣日潺箕 氇适：盘m 统计 离心球铁管1 6 3 1 42 4 ， ，1 9 5，0 i 4 灰蹦铸铁管2 2 0 5 44 71 2 2 0 91 1 5 72 2 3 44 6 8 93 3 1 98 1 005 5 铡管7 7 5 5 04 5 72 35 78 l2 1 28 40 5 9 颓麻力砼管2 5 8 7 3 21 3 5 41 0 85 99 0 91 1 42 0 40 5 4 蠢榴承泥营9 8 7 01 7 02 89 81 92 5，l ，7 2 餐辩营3 l 爱7 l1 4 9 48 4 92 1 03 l l1 91 0 54 蓐8 寝l - 5 数据说明，离心铸造球墨铸铁管平均事故率远远低于其他管材，使用的安全性较 高。离心铸造球墨铸铁管特有的诸多优点，使其在众多领域广泛应用。宦可作为大型供水工 程的输水管和配水管，且可输送冷却用的海水或用于闭路循环管路系统 也可用于间歇运行 蛉农用水管，或用于输送浠水、压送污泥等管路，避可以作为城市煤气朝必然气输送管道以 及特撩耀途静电缆傺护警、麓魑鼹警帮瞧嚣警路笛。据基本专家奔绍，蠲予供隶营绞占6 0 ， 弼 ：王渡求警、袤瘸窳警翁占t 8 ，爝予漾气管约占1 5 ，其缝写途钨占。这种铸铁警 适用予地面管、埋没管、或两者结合铺设。且在逡输和施工中损坏率低、作业简单、安装便 捷、窳全可靠，利于各种条件下安装和维修生产 ：= 艺特点。 薰4 餮 东南大学硕士学位论文 1 4 2 球墨铸铁管离心铸造工艺 2 - 4 】 目前国内外离心铸造方法主要有：水冷法( 即d e l a v a u d 法) 、喷涂料热模法( 即 w h e a t - s p r a y 法) 和衬树脂砂热模法三种。这三种离心铸造方法比较见表1 - 6 。 表1 - 6 离心铸造方法的优缺点与选用范围 离心铸造方法优点缺点适用范围 生产效率高离心主机结构复杂 d n l 0 0 0 m m 水冷金属型铸管内外表面质量好管模使用寿命较低 材质组织细密制造和维修费用高 中小管径铸管 铸管内外表面质量好 离心主机结构简单d n l 0 0 m q 2 0 0 0 喷涂料热模法喷涂工艺和装置较复杂 生产效率高各种管径铸管 只需低温退火 离心主机结构简单 生产效率较低 d n l 0 0 0 衬树脂砂热模法管模寿命长 铸管内外表面质量较低大管径铸管 只需低温退火 水冷法( 冷模法即d e l a v a u d 法) 该方法适用于大批量生产中小管径的球墨铸铁管( d n 8 0 d n l 0 0 0 m m ) 。它是当今世界 上应用最广泛，也是我国主要引进技术和设备( 3 0 多台离心主机) 的离心铸造方法。由于 铸型冷却速度大，浇注后为白口组织，经连续退火( 高温+ 低温) 获得以铁素体基体为主的 球墨铸铁。它具有生产效率高( 不同管径的生产效率达1 0 - 一1 5 根，h ) ，铸管材质致密，力学 性能好等优点，但也存在着离心主机结构复杂，金属型( 管模) 寿命较低( 一般为1 0 0 0 3 0 0 0 次根) 等缺点。冷模法中管模费用占生产总成本的1 0 一1 5 。 衬树脂砂热模法 此方法是将管模加热到1 6 0 2 2 0 ( 2 ，在管模内壁衬上一层覆膜树脂砂( 3 - 5 r a m 厚) ，管 模上钻有排气孔，以利于浇注铁液时覆膜砂产生的气体逸出。由于树脂砂衬的保护，使管模 承受热载荷的程度大大减少，有效地延长了管模的使用寿命( 1 万次以上，根) ，铸管的冷却 速度较慢，铸态组织中没有或有少量共晶渗碳体，只需经过低温退火即可获得理想的金相组 织和力学性能。 衬树脂砂热模法工艺于5 0 年代首先在日本久保田公司获得成功。目前，国内石家庄新 兴铸管公司、青岛北钢铸管公司和江苏靖江永益铸管公司采用此工艺生产d n l 0 0 0 m m 以上 大管径铸管，最大管径为d n 2 6 0 0 m m 。 喷涂料热模法( 即w h e a t - s p r a y 法) 此方法是将管模加热到一定温度( 2 2 0 2 6 0 ( 2 ) 在管模内壁涂上一层隔热性能较好的涂 料( 一般采用硅藻+ 膨润土) 。由于涂料的隔热作用，铸管的铸态组织中也没有共晶渗碳体， 经低温退火即可。喷涂料热模法的铸型冷却速度介于冷模法和衬树脂砂热模法之间，铸管表 面光洁且组织较细，离心主机结构简单，管模寿命较高，是一种较为先进的离心铸造方法。 法国莫松桥铸管公司，以及英国、美国的一些铸管厂生产管径在d n 8 0 0 m m 以上的大管径铸 管中采用喷涂料的热模法工艺。 第5 页 东南大学硕士学位论文 1 5 离心球铁管生产工艺 1 5 1 熔炼工艺和设备4 】 离心球铁管生产批量大，并要求连续生产，对铁液化学成分和温度要求严格，因此要采 用双联熔炼工艺。一般有以下几种熔炼方式： 高炉熔炼铁液专混铁炉保温专无芯电炉调整成分和升温 一些具备有高炉提供铁液条件的企业均采用此方法。它可以节约大量能源和降低生产成 本。法国莫松桥铸管公司采用将3 座高炉铁液装入2 座混铁炉( 容量分别为1 2 5 0 t 和2 5 0 t ， 保温温度1 3 8 0 1 4 0 0 。c ) 内，然后将铁液转入各车间的电炉内，加入废钢降低碳量并保温。 热风水冷无炉衬冲天炉专炉外脱硫有芯工频电炉保温 它利用冲天炉熔化效率高、生产成本低的特点，以及有芯工频电炉容量大，铁液调节作 用好，耗电量小等优点，在没有高炉铁液条件时，各企业优先采用这种熔炼方式。年产3 - 5 万吨球铁管的厂家宜采用8 1 2 t h 热风水冷冲天炉，每天连续熔化1 6 - - - 1 8 h ，每天提供1 0 0 1 5 0 t 铁液。 无芯工频电炉直接熔炼 这种方法具有熔化速度快，铁液温度和成分控制容易，生产较灵活等特点。但存在着耗 电量大，铁液成本高，生产量受限制等问题。一般用于两种熔炼方式的补充，或在生产 批量不大的单位使用。 1 5 2 铁液成分的选择和控制 由于水冷法、喷涂料热模法和衬树脂砂热模法等不同工艺方法在铸管的冷却速度和随后 的退火处理方面存在较大差异，因此对原铁液成分和铸管成分的要求和控制存在着一定的差 异。国内外各厂成分见表l - 7 。 表1 7离，i i , 球铁管的化学成分( ) 4 1 生产公司( 厂) cs im nps m g 备注 德国l o u i t p o l d 厂 34 3 62 3 - 2 60 40 ，0 l00 3 加0 5 英国c l a yc l o s s 公司 33 5 362 4 5 - 2 6 505 50 0 20 0 2 5 - 4 ) 0 4 意大利t u b i 铸管厂 36 7 38 21 8 3 一1 8 80 3 加3 l0 0 60o l0 0 3 4 00 3 6 实际分析值 大连企荣铸管公司3 扣3623 之60 40 0 80 0 200 3 卸0 5 河北新兴铸管公司3 4 37 5 18 也30 40 0 70 们0 0 3 - 0 0 5 冷模法 青岛北钢铸管厂3o 3422 卫50 40 0 80 0 1 50 0 3 加0 6衬树脂砂热模法 日本久保田公司 33 42 1 500 90 0 4 30 0 0 400 4 d n 2 6 0 0 实际分析值 1 5 3 球化和孕育处理 球化处理：国内一般采用稀土镁冲入法，球化剂采用8 3 型，即7 0 一9 m g ，2 4 r e ， 3 5 - 4 4 s i ，球化剂的加入量为1 4 - - 1 6 0 o ( 按原铁液含硫量调整) 。由于稀土渣与铁液的 密度相近，渣难以从铁液中分离，影响铸管质量，因此应降低球化剂中的稀土含量( 可降至 1 o 1 5 ) 或采用无稀土球化剂( 如铁液中的杂质干扰元素较多，还应保留一定稀土量， 以抗干扰) 。国外较多采用纯镁或m g o s i f e 做球化剂，“g f ”转包或喂丝法、纯镁压力法球 化处理工艺。 孕育处理：为了减少初生渗碳体，增加石墨球数和圆整度，应采用包括铁液流瞬时孕育 第6 页 东南大学硕士学位论文 在内的多次孕育，随流孕育的s i f e 粒度应为0 2 - 15 m m ，加入量为10 o 3 。 1 5 4 离心铸造工艺 不同的铸造方法的具体工艺不同，但是也有共同的地方： 管模：管模材料国内外均采用2 1 c r m o l 0 锻压成型，经热处理后使用。对冷模法管模内 壁必须打点，一是为了提高内表面耐疲劳强度，提高其使用寿命：二是可增加铁液与管 模内壁的摩擦力以利于成型。衬树脂砂管模必须钻排气孔，以利于树脂砂受热时排气。 管模转速按公式计算，根据不同工艺方法和管径大小，g 取3 0 - 8 0 。 为使铸管壁厚均匀，必须使用扇形包进行等流量浇注。 铁液浇入管模后，离心机必须高速旋转5 8 m i n 保证铸管在高离心力作用下凝固，完整 成型，组织致密。 为防j l 球化衰退，球化至浇注凝固时间不应超过1 5 m i n 。 1 5 5 热处理 冷模法由于冷却速度大，铸态组织中有较多的初生或共晶渗碳体，必须进行高温石墨化 退火。喷涂料和衬树腊砂热模法，由于冷却速度小，只要严格控制铁液成分，采用合适的球 化和孕育工艺，在铸态组织中不会产生初生或共晶渗碳体，故可以采用低温退火工艺，将 4 0 0 h 5 0 的珠光体分解至1 5 - 2 0 珠光体( 铁素体含量为：8 0 - - 8 5 ) ，以保证良好的力 学性能。 1 5 6 精整加工及水压试验 热处理后经初检，尺寸符合要求，进入下道工序，进行外表抛丸清理校圆专承插口打 磨专水压试验喷沥青。 清理外表面 采用室式多头抛丸机清理铸管外表面的涂料或树腊砂，以及浇注、热处理过程中产生的 氧化皮，提高铸管外表面的光洁度。 校圆处理 铸管承插口尺寸进入下道工序前逐件检查，进行校圆处理。 承插口打磨 承口内表面和插口外表面、端面的飞边、毛刺、粘砂等用砂轮人工打磨以保证铸管承插口 与橡胶圈光滑紧密吻合，防止漏水。 水压试验 按i s 0 2 5 3 1 标准，试验压力要求见表1 - 8 。水压试验保压时间应在l o s 以上。 袭1 - 8i s 0 2 5 3 1 1 9 9 8 ( e ) 标准对水压试验压力的要求f 4 公称直径( r a m )试验压力( m p a )公称直径( m m )试验压力( m p a ) 4 0 - 3 0 0 50 1 1 0 0 2 0 0 02 5 3 5 0 - 6 0 0 402 2 0 0 2 6 0 018 7 0 0 一1 0 0 03 2 水泥涂衬 按1 s 0 4 1 7 9 标准，水泥内衬厚度要求见表1 9 。涂上水泥后必须通蒸汽进行养生，最后 第7 页 经内磨以使内壁光滑。 表1 - 9i s 0 4 1 7 9 标准对水泥衬层厚度的要求4 衬层厚度( m m ) 公称直径( n m ) 最小平均值一个点最小值 4 0 - 3 0 025l5 3 5 0 - - 6 0 04525 7 0 0 - 1 0 0 05 53 0 1 1 0 0 - 2 0 0 08 04 0 2 2 0 0 2 6 0 01 0 050 喷涂沥青 要求能完全覆盖住铸管外表面。厚度在7 0 p m l 以上。 1 6 我国离心铸管发展现状及与园外的主要差距 随着离心球墨铸铁管生产装备和技术的引进，现在我国铸铁管生产也与国外工业发达国 家铸管业走过的道路一样，开始了两个明显的转变1 2 j ：连铸拉管法转变为离心铸造法； 材质从灰铸铁转变为球墨铸铁。近几年在产品规格和生产工艺技术等方面取得了很大进步， 铸管生产技术也由进口国转变为出口国，每年出口离心球墨铸铁管5 - 6 万吨。铸管生产技术 也由引进国转变为出口国，近期向印度和马拉西亚等国出口大管径铸管技术与装备。 虽然我国的离心球墨铸铁管生产技术水平、产量和质量在近1 0 年得到了迅速发展，但 与国外相比，还有不少差距，主要表现在： ( 1 ) 离心球铁管的优越性未被用户( 城市供水单位) 所认识，在城乡的使用比例还比较 低。不少城市输水管道仍大量使用强度和韧性、耐压均较低，然而价格低廉的灰铸 铁管。而在法国、e t 本等工业发达国家，球铁管的使用量已占铸管总使用量的 9 5 , 一9 8 。 ( 2 ) 离心球铁管的质量水平还不大稳定。虽然各厂按照i s 0 2 5 3 1 标准组织生产，但由于 装备水平、工艺技术、原辅材料质量、控制手段和管理水平等方面存在差距，影响 了铸管质量的稳定性。特别是随着球铁管管径的增大，球化质量呈衰退的趋势，对 于大口径球铁管如何控制工艺使得球化质量稳定不随管径变化而产生恶化，成为 广大球铁管厂家面临的问题。 ( 3 ) 铸管生产的接体装备水平不高。虽然各厂都引进了离心主机，但许多辅机和各种精 整设备均国内设计制造，设备制造和安装精度低，加上工人操作水平所限影响了 铸管的内在 u # l - 观质量。 ( 4 ) 大中管径铸管的管模还需要进口。国产管模由于熔炼手段落后，钢液中杂质和气体 含量，铸钢件的晶粒度，化学成分精度和热处理规范，锻造和机加工能力及精度等 均达不到国外水平，致使使用寿命远低于国外进口的管模。 ( 5 ) 劳动生产率低，经济效益差。德国蒂森( t h y s s e n ) 公司铸管厂职工8 5 0 人，年产铸 管1 0 万吨和管件1 5 万吨，全员劳动生产率为1 3 5 3 吨从年；法国莫松桥公司的南 希( n a n c y ) 铸管厂职工1 6 0 0 人，年生产铸管4 5 万吨。管件和井盖8 万吨，全员劳 动生产率为3 3 1 3 吨人年；国内铸管厂的全员劳动生产率一般为3 0 - 6 0 吨，人年，仅 为国外的1 3 1 1 0 。 第8 页 东南大学硕士学位论文 我国铸管行业今后的发展趋势 我国从总体上讲是一个缺水的国家，6 0 0 多个大中城市，8 0 的城市缺水，城市的供 水、供气的基础设施较差，几亿人口没有使用自来水，因此对球墨铸铁管的需求在 较长的时间内会快速增加。 在今后的5 l o 年内，