热模铸管生产工艺课件

热模铸管生产工艺课件2015.12.15新一钢第一部分球墨铸铁及其应用第二部分离心球墨铸铁管第三部分过程质量控制课件提纲新一钢第一部分球墨铸铁及其应用新一钢铸铁严格意义上讲有15种之多，球墨铸铁只是其中一种。之所以称球墨铸铁是因为在铁水中添加了球化剂，通过球化处理使铸铁中的片状石墨转变为球状，球状石墨对金属基体的割裂作用比其它形状石墨小，克服了片状石墨对铁基体连续性的阻止作用，使其具有了卓越的可延性、柔韧性和抗冲击性。球墨铸铁制造工艺自上世纪40年代被发现，之后迅速大规模工业化生产，在压力管道及配件和汽车、机床、农业等多个领域得到应用。一、球墨铸铁的特点新一钢灰铁与球铁在显微镜下的组织比对图例一、球墨铸铁的特点新一钢1、设备选择1.1熔炼设备的选用首先是在满足生产需要的前提下，遵循高效、低耗的原则。感应电炉加热速度快，炉子的热效率较高，氧化烧损较轻，吸收气体较少，可避免增硫、磷问题。1.2球化包的确定为了提高球化剂的吸收率，增加球化效果，球化包应比一般铁液包较深，球高度与直径比为≥2：1。二、球墨铸铁获得条件新一钢2、原材料选择2.1选择球铁球化剂的加入效果条件是：高碳、低硅、大孕育量。为了稳定化学成份和有效地控制白口化元素和反球化元素，保证熔炼铁水的质量，其化学成份为：C＞3.3％，Si1.25％～1.60％，Mn≤0.4%P≤0.06％，S≤0.04％。二、球墨铸铁获得条件新一钢2.2球化剂的选用应根据熔炼设备的不同及出铁温度和铁液的纯净度（含硫量、氧化程度等）而定，通常选用稀土镁合金和钝化镁粒两种球化剂。他们最大的差异是加入方式不同，钝化镁粒的球化过程反应较为剧烈，但吸收率相对较高。2.3孕育剂是球墨铸铁生产过程中必不可少的的一个因素，它不仅促进石墨化，防止自由渗碳体和白口出现，而且有助于球化，并使石墨变得更细小，更圆整，分布均匀，从而提高球墨铸铁的力学性能。孕育剂的材质主要是质量分数≥72%硅铁合金，必要时使用添加钙、钡的等元素的复合材料。二、球墨铸铁获得条件新一钢3、炉前控制3.1控制好硫的含量，是生产球墨铸铁的一个重要条件，原铁液应遵循高碳、低硅、低硫、低磷。3.2球化反应控制的关键是镁的吸收率，铁液温度高，反应激烈，时间短，镁烧损多，球化效果差；温度低，反应平稳，时间长，镁吸收率提高。因而球化处理时要根据工艺条件合理的控制出铁温度区间。二、球墨铸铁获得条件新一钢3.3炉前检验孕育、球化效果好坏，可做光谱分析，根据成分判良好与否。无光谱条件下，浇注三角试样冷至暗红色，淬水冷却，砸断后观察断口。断口银白色，尖端白口，中心有疏松，两侧凹缩，同时砸断时有电石气味，敲击声和钢相似，则球化良好。3.4球化完成后由于球化作用有衰退现象，因此必须在15分钟内将铁水处理完毕，否则可引起由衰退导致的球化不良。二、球墨铸铁获得条件新一钢1、球化率根据球状石墨个数所占石墨总数的百分比作为球化率，将球化率分为6个等级。三、球化分级评定（显微镜100倍观测）球化级别说明球化率1级石墨呈球状，少量团状，允许极少量团絮状≥95%2级石墨大部分呈球状，其余为团状和极少量团絮状90%3级石墨大部分呈团状，其余为团絮状，允许极少量蠕虫状80%4级石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团状、团絮状70%5级石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球状、团状、团絮状60%6级石墨呈聚集分布的片状、蠕虫状，极少量球状50%新一钢三、球化分级评定（显微镜100倍观测）新一钢2、石墨大小石墨球的大小对力学性能的影响很大，减小石墨球径，增加石墨球在单位面积的个数可以明显地提高球墨铸铁的强度、塑性和韧性。石墨球径的减小，使单位面积上球墨铸铁数量增多，可使抗疲劳强度提高，因此，细化石墨也是提高抗疲劳强度的一个要求。根据GB/T9441-2009可将石墨大小划分6个等级：三、球化分级评定（显微镜100倍观测）级别在100X下观察,石墨长度/mm实际石墨长度/mm3＞25～50＞0.25～0.54＞12～25＞0.12～0.255＞6～12＞0.06～0.126＞3～6＞0.03～0.067＞1.5～3＞0.015～0.038≤1.5≤0.015新一钢图117级图128级三、球化分级评定（显微镜100倍观测）新一钢第二部分离心球墨铸铁管新一钢1849年，英国人安德鲁·逊克（AndrawShank）制造出了第一台离心铸管机，生产了长为3600mm、直径为75mm的离心铸铁管。1947年，英国人烟的莫罗(Morrogh)发现了铸态下存在球状石墨的铸铁，1948年美国国际镍公司(INCO)加格奈宾(Gagnebin)等通过在铸铁中加Mg，并使其残留量保持在0．04%以上，获得了球墨铸铁，此后将此工艺应用到了铸管生产，制造出球墨铸铁管。球铁管自20世纪40年代发明至今仅70余年历史，以其强度高、韧性好、耐腐蚀、抗震性好、施工方便等多项优良特性，成为城镇供水和低压供气的首选管材，是供水管网中使用量最多的一种管材。20世纪80年代我国开始引进离心球墨铸铁管生产设备和工艺，90年代整个行业逐步发展壮大，目前已经成为供排水行业的主流产品。一、离心球管历史沿革新一钢1809年，第一个卧式和立式离心铸造法获专利（英国）1849年，第一台离心铸管机问世（英国）1914年，水冷金属型离心铸管法研究成功（巴西）1917年，砂型法铸管开始批量生产（美国）1947年，球墨铸铁被发现（英国)1948年，球墨铸铁生产技术发明（美国）1950年，耐热涂料离心铸造法应用（瑞典）一、离心球管历史沿革新一钢离心球管生产原理是将熔化的铁液通过流槽流入旋转的金属型筒（管模）内，在离心力的作用下布满金属型筒，最后凝固成铸铁管的一种特殊铸造方法。这种铸造方法首先要了解铁液的凝固特点，其次要知道铁液在摸具内的运动规律和离心力的选择。二、离心球管生产原理新一钢1、凝固特点铁液浇入管模后，受管模壁的激冷作用，在管模附近的铁液中开始结晶凝固。随着结晶潜热垂直于管模壁、连续地通过管模壁向外散发，使铸管由外向内顺序地结晶凝固—产生定向凝固，离心力的作用又使液态金属对流加剧，从而得到按径向生长的柱状晶组织。在铸管外表面结晶凝固成一层金属后，在其内层的结晶前沿存在着液固相共存区。结晶前沿的金属液仍按惯性运动，与已凝固的金属层产生相对流（滑）动，使离心铸管径向断面上出现倾斜柱状晶。柱状晶的旋转方向与铸管成形时的旋转方向一致，在外层的晶体倾斜度较大，越往内层，倾斜度越小，最后转变为径向柱状晶，这种相对滑动还阻碍了树枝状晶的发展，从而使晶粒细化。二、离心球管生产原理新一钢1、凝固特点浇入旋转管模中的球墨铸铁铁液中常夹有密度与铁液本身不一样的异相质点，如气泡、渣粒、析出的初生球状石墨和共晶团、不能互溶的金属组元液体等。密度较小的颗粒会向自由表面移动（内浮），密度较大的颗粒则往模壁移动（外沉）。又由于管模高速转动产生的离心力，帮助内层未凝固的铁液浸透入枝晶孔穴，对定向凝固金属的收缩进行补缩，从而获得致密的铸件。二、离心球管生产原理径向柱状晶倾斜柱状晶新一钢2、铁液运动规律铁液在卧式离心铸管管模内的流动过程（浇注成形过程）是一个较为复杂的运动过程，这一运动过程中同时伴随着铁液的凝固过程。铁液进入管模后受离心力的作用产生旋转运动，当旋转速度达到一定值时，便可以克服重力影响形成空腔。（此时必须严格控制管模的径跳和转速，否则极易使所形成的空腔上厚薄不均，产生偏心，随着偏心现象的出现加上铁液的径向流动使这种现象愈发严重，直至凝固成形。）空腔形成过程中不但产生了径向运动，同时出现轴向运动，即流平现象。二、离心球管生产原理新一钢2、铁液运动规律由于铁液进入管模后分布面扩宽，温降增大，凝固加快，因而必须控制好管模倾斜角度及铁水注入速度（浇注速度)，确保铁液运动协调，保证厚度均匀性。二、离心球管生产原理径向流动示意轴向流动示意新一钢3、离心力离心力是指铁液在金属型筒内所受的旋转力，与旋转半径成正比，与旋转速度的平方成正比。离心力的大小通常使用重力系数作为依据，与铁液的凝固、流动密等密不可分，直接决定着质量好坏。为了保证铁液在金属型筒内有足够的离心力不产生淋落现象，必须保证具有足够的离心力使铁液紧贴管模内壁，但同时要注意到离心力过大会产生两个问题直接影响产品质量！二、离心球管生产原理新一钢3、离心力一是管模产生跳动造成铸管壁厚不均匀，冷却过程中容易发生弯曲。二是造成管壁径向成份偏析严重，加上轴向流槽铁液流量的不稳定性产生环裂和纵裂。实践证明，离心球墨铸铁管重力系数通常为30～60，就可以保证得到致密的铸管。在前辈们的研究过程中提出了很多种计算公式，我们通常采用的计算公式有两个:二、离心球管生产原理新一钢3、离心力二、离心球管生产原理（1）以离心力为基础的经验公式式中ρ—金属液体的密度（N/cm3）；r—铸管内表面半径（cm）。（2）以重力系数为基础的经验公式式中G—重力系数；r—铸管内半径（cm）。新一钢随着国家对地下管网改造力度的不断加大和科学技术的飞速发展，各种材质管道云集市场，主要有金属类和非金属类两大产品。球墨铸铁管因能够较为完全的满足供水管网的功能要求（1封闭性能高2输送水质佳3水力条件好4设备控制灵5建设投资省）被广泛采用，当然，任何产品都不可能做到100%的完美，球墨铸铁管也不例外。三、离心球铁管的优缺点新一钢1、优点：离心球墨铸铁管一问世，就引起了人们的注目，并且发展极为迅速，其所以如此，主要因为它具有以下优点：（1）抗拉强度及耐压性能与钢管相当，耐腐性能优于钢管。实践应用证明，其使用寿命可达50～70年，是钢管寿命的3～5倍。与灰铸铁管相比其延伸率较高，具有一定的韧性，克服了灰铸铁管的脆性。三、离心球铁管的优缺点新一钢1、优点：金属管材力学性能比较三、离心球铁管的优缺点项目离心球墨铸铁管灰铸铁管钢管抗拉强度/Pa≥4.2×1081.3729×1084.0207×108水压试验/Pa≥3.9227×1061.9613×1063.9227×106延伸率（%）≥10024耐蚀性能好差较好新一钢1、优点：（2）节省金属球墨铸铁管较灰铁管平均重量轻40%，C级产品的推广使金属用量更少，每年可节约大量铸造生铁。三、离心球铁管的优缺点灰铁管新一钢1、优点：（3）施工简便、综合工程造价经济离心球墨铸铁管具有一定的强度和韧性，重量轻，因此在运输和按装过程中破损率极低，加上采用柔性接口，较之铝麻和焊接等刚性接口按装更为方便快捷，大大缩短施工周期，降低了施工费用，同时维护成本也相对较低。三、离心球铁管的优缺点新一钢1、优点：（4）管网运行可靠性高离心球墨铸铁管具有较高的承压能力和一定的延伸率，又采用柔性接口，因此，供水的安全可靠性得到保障。橡胶圈密封柔性接口的特点是轴向偏移角为3°～5°角（S型最大偏移角为7°），因此，整条管线具有柔性结构性能，具有较强的抗震和防基础下陷的能力。三、离心球铁管的优缺点新一钢1、优点：（5）耐腐蚀性能好，使用寿命长球墨铸铁管在金属管材中具有良好的耐腐蚀性能，根据试验资料显示，其寿命是钢管的2～3倍。三、离心球铁管的优缺点实验用管90天自来水中腐蚀（g/cm2）海水中腐蚀（mm/年）72小时5%盐酸溶液（g/cm2）100℃33%硫酸溶液中（mg/cm2/h）球铁管灰铁管钢管0.00900.01030.03960.0660.0730.1300.082100.6899—620470250新一钢2、缺点（1）产品由液态变成固态时对合金成份不能互熔或凝固初期析出物的密度与金属液体相差较大，易产生偏析现象，尤其是局部出现时不能及时发现，形成安全隐患。（2）产品表面较为粗糙，内孔精度不高。（3）制造成本相对较高，与当今市场出现的非金属管材没有绝对优势。三、离心球铁管的优缺点新一钢第三部分过程质量控制新一钢球墨铸铁管属压力管材，不同于普通铸造，产品一旦出现问题将造成巨大损失，甚至不可弥补。因而在大批量流水生产中必须加强对生产过程的质量控制，确保产品质量稳定可靠。新一钢1、铁液的化学成分范围及其稳定性铁液的化学成分控制在一个相当窄的范围内，要求生产中在