砂型离心铸造稀土灰铸铁管

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.1992.01.023 第14卷第1期 北京科技大学学报 Vol.14 No.1 1992年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.1992 砂型离心铸造稀土灰铸铁管 熊仲明·宋维锡·王明强·金静淑·朱文秀 摘要：用稀土硅铁处理的砂型离心灰铸铁管、管体抗拉强度可提高25,9%（冲入法）和 42.4%(暗吹法)，其平均管体抗拉强度达到214N/mm2(冲人法)、242N/mm2(喷吹法)， 都超过了国际(IS013-78)标准所规定的砂型离心，铁管的指标(180N/mm2),达到了 金属型离心灰每铁管的抗拉强度要求(200N/mm2),该铸铁答管壁厚度比国际标准规定的 薄2,2mm(14.1%)。 关键词：稀土，灰钱铁，离心铸铁管，砂型 The Sand Mold Centrifugal-Casting Gray Cast Iron Pipes Xiong Zhongmin'Song Weixi”形ang Minjiang' Jin Jingshu.Zhu Wenxiu. ABSTRACT:The body tensile strengh of the centrifugal-casting gray cast iron pipes treated with RE can be improved to 25.9%(pouring of ladle)or 42.4% (spraying process),while their average values are 214N/mm2,and 242N/mm2 respectively.Both surpass the (I5O13-78)specification (180N/mm2)and reach the requirement of metal mold centrifugal-casting gray cast iron pipes.The cast iron pipe thickness is 2,2mm(14.1%)thinner than the international standard. KEY WORDS:rare earth,gray cast iron,centrifugal-casting pipe,sand mold 1991-06-01收到初稿，1991-10-10牧到修改稿 ·北京科技大学(University of Science and Technology Bcijing) ··较山铜铁公司(Anshan Steel and Iron Corporation) 34

第 卷第 期 勺 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 了 。 遭 。 砂型离心铸造稀土灰铸铁管 熊仲明 ’ 宋维锡 ‘ 王 明强 ‘ 金 静淑 ’ ‘ 朱文秀” ，︸ 摘 要 用稀土硅铁处理的砂型离心灰铸铁管 、 管体抗拉强 度 可 提高 州 冲人法 和 。 喷吹法 ， 其平均管体抗泣强度达到 冲人法 、 喷吹法 ， 都超过了 国际 标准所规定 的砂型离心铸铁管的指标 垃 勺 ， 达到了 金属型离心 灰铸铁管的抗拉 强度要 求 。 该铸铁管管壁厚度比 国际标准规定 的 薄 。 。 。 关键词 稀土 ， 灰铸铁 ， 离心铸铁管 ， 砂型 一 ” 夕 杏 牙 了 二 “ 平 八 夕 ” 夕 ’ 牙 赵 二 一 。 写 。 ， “ ， 。 一 “ 往 一 。 ， ， 一 ， ，勺 一 一 收到初稿 ， 。 。 一 一 收到修改稿 北京科技大学 鞍 山钢铁公 司 笼 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．01．023

砂型离心铸造法生产的灰铸铁管与半连续灰铸铁管相比，其组织致密、强度高、铸造缺 陷少，与金属型离心铸造法相比，设备投资少、生产成本低。 用稀土硅铁处理的砂型离心铸管管体抗拉强度有较大的提高。 用减薄管的管体强度，计算管子在使用时的承载能力。结果表明：减薄稀土管比未减薄 的普通管的承载能力大，更安全可靠。 减薄管壁厚度14.1%以后，每年以生产4×104t铸铁管计算，可节约金属5640t,节约 184万元，经济效益是较大的。 1试验方法 1.1摸拟实验 用自制的悬臂离心机，浇注成尺寸为p100mm×13mm的砂型离心铸管，管壁厚度模拟 公称直径为500mm的砂型离心灰铸铁管的厚度，砂层厚度为80mm,所用型砂为糖浆砂。上 石墨粉涂料，经烘千后使用。铸型转速1300~1500r/min。 从管体上切取管环抗弯强度试样、拉伸试样和金相试样，管体强度试验按GB3421-83 和ISO13-78标准进行。从拉伸试验后的试样上切取金相试样，布氏硬度在试样壁厚中部检验， 化学分析试样从管体上钻取。 铁水在10kg的酸性感应电炉中熔炼。冲入法所用合金粒度为3~5mm,用快速热电偶测 温，处理温度为1500±20℃，浇注温度为1280~1300℃。 1.2生产实验 在鞍钢俦管厂用滚筒式离心铸造机，铸成公称直径为500mm的砂型离心铸管。砂层厚度 为50mm,型砂为普通粘土砂，内壁淋上石墨涂料，砂型烘千深度为7-15mm。铸型转速为 490r/min。 炉前分别用包底冲入法和喷吹法加人FeSiRE合金，以对铁水进行孕育处理。一次处理 铁水量为950kg。冲入法加入合金粒度为3~25mm,喷吹法为0.5mm以下，稀土硅铁粉用氮 气载入。合金加入量为(0.15~0.30)%。 用快速电热偶测温，处理温度为1330~1380℃，浇注温度为1210~1320℃。 管体抗弯强度、拉伸强度、布氏硬度、金相分析、化学分析等试验均按照GB3421-82和 IS013-78标谁进行。 2试验结果和讨论 2.1 FeSiRE加入量和残留量的关系 加入量和残留量的关系如图1所示。在本实验条件下，它们呈线性关系。因此，可直接 用加入量来研究稀土对铸铁性能和组织的影响，比之用残留量方便得多。 35

砂型离心铸造法 生 产的灰铸铁管与半连续灰铸铁管相 比 ， 其组织 致密 、 强 度高 、 铸造缺 陷少 与金属 型 离心铸造法 相 比 ， 设备投资少 、 生 产成本低 。 用 稀土硅铁处理的砂型离心铸管管体抗拉强度有较大 的提高 。 用 减薄管的管体强度 ， 计算管子在 使用 时的承载能力 。 结果表 明 减薄稀土管比未减薄 的普通管的承载能力大 ， 更安 全可靠 。 减薄管壁厚度 以后 ， 每年以生产 又 铸铁管计算 ， 可 节约金 属 如 ， 节约 万元 ， 经济效益是较大 的 。 试 验 方 法 模拟实脸 用 自制的悬臂离心机 ， 浇 注成尺寸 为拟 的 砂 型离心铸管 ， 管壁厚度模拟 公称直径为 的砂型 离心灰铸铁管的厚度 ， 砂层厚度 为 ， 所用型砂 为糖浆砂 。 上 石墨粉涂料 ， 经烘干后使用 。 铸型转速 。 一 。 从管体上切取管环抗 弯强度试样 、 拉伸试样和金 相试样 ， 管体强度 试 验 按 一 和 一 标准进行 。 从拉伸试验后的试 样上切取金 相试样 ， 布 氏硬度在试样壁厚 中部检验 ， 化学分 析试样从管体上钻取 。 铁 水在 的酸性感应电炉 中熔炼 。 冲人法所用合金粒度为 一 ， 用 快速热电偶测 温 ， 处理温 度为 士 ， 浇注温度为 一 ℃ 。 。 生 产实验 在 鞍钢铸管厂 用滚筒式离心 铸造机 ， 铸成公称直径为 的砂型离心铸管 。 砂层厚度 为 ， 型砂 为普通粘土 砂 ， 内壁淋上石墨涂料 ， 砂型烘千深度为 一 。 铸 型转 速 为 加 。 炉前分别用包底冲人法和喷吹法加人 合金 ， 以对铁水进行孕育处理 。 一次处理 铁水量为 掩 。 冲 入法 加人合 金 粒度 为 一 ， 喷 吹 法 为。 以下 ， 稀 土 硅 铁粉 用氮 气载 入 。 合 金加人量为 。 用快速电热 偶测温 ， 处 理温度为 一 ℃ ， 浇注温度为 一 ℃ 。 管体抗 弯强度 、 拉伸 强度 、 布 氏硬度 、 金 相 分析 、 化 学分析等试 验均按 照 一 和 一 标准进 行 。 试验结果和讨论 加入最和残 留蛋 的关 系 加人 量和 残 留量的关系如图 所示 。 在 本实验 条件下 ， 它们呈 线性关系 。 因此 ， 可 直接 用加人量来研 究稀土对铸铁性能和组织 的影响 ， 比之用残 留量方便得 多 。 万

C.C9 50n1 0.08 0.07 0.06 0 0.05 300 D.04 0.03 200 0.02 D.01 100 0.10.20.30.4 0.100.200.30U.400.500.60 FeSiRE,% Amount of feSiRE adding,% 图1加入量与我留量的关系 图2 FeSiRE加入量对管体强度的影响 Fig.1 The relatien of the amount of FeSi- 1.4S=0.04% RE added with the remanent amount 2.5S=0.08% 1.CE(4.1~4.3)%2.CB(4.7~4.9)% 3.6S=0.12% 3。CB(4.4~4.6)% Fig.2 The effect of the amount 线性回归方程1RB:=2.000×10-3+0.1343RE of FeSiRE added on the tenacity 2REr=9.8540×10-3+0,1273RB of the pipe 3REx=1.2143×103+0.1779RB 相关系数1R=0.9764,2R=0.0746,3R=0,9914 2.2 FeSiRE加入量对管体强度和硬度的影响 模拟试验中FeSiRE加入量为(0.1-0.4)%，碳当量为(4.0-4.4)%。FeSiRE加入量及含 硫量与管体抗拉强度（σ）及抗弯强度(p)的关 500 系见图2。 从图2可见，随着FeSiRE加入量的增 4C0 加，管体抗拉强度和管环抗弯强度都有增加的 趋势。其中当硫含量为0.08%时，管体强度最 30 高，而FeSiRE加人量则以(0.2~0.3)%较为 6 合适。 200 生产试验的稀土管管体强度与FeSiRE加 入量的关系见图3。 1001 0.1 0.20.30.4 0. 从图3可见，随着FeSiRE加入量的增加， feSiRE, 管体抗拉强度和管环抗弯强度值都是先增加 图3 FeSiRE加入量对管体强度的影响 而后下降。当FeSiRE加入量为(0.2~0.3)% Fig.3 The effect of the amount 时，管体抗拉强度和管环抗弯强度值都是较 of FeSiRE added on the tenacity of pipe 36

口 午气注于 。 习 比 。 匀 甲任已 · 。 ， ， 汀一 ， 卜 … ’ 。 。 … …弓 … 正 ， 八 厂 〔 。 ， 认 图 加入量与残 留量 的关系 。 五 名 。 。 凌 。 。 理 峨 ， 。 肠 线性回 归方程 一 。 。 一 二 。 一 相关系数 二 。 ， ， ， 二 图 加入量对管体强度 的影 响 。 。 。 。 。 。 五 加入 对 管体强 度和硬 度的影晌 模拟试验中 加人量为 一 肠 ， 硫 量与管体抗 拉 强 度 『， 及抗弯强 度 的 关 系 见 图 。 从图 可 见 ， 随 着 峪 加 人 量 的 增 加 ， 管体抗拉强度和管环抗 弯强度都有增加的 趋势 。 其中当硫含量为 时 ， 管体强 度最 高 ， 而 加人量则 以 一 写 较 为 合适 。 生产试验的稀土管管体强 度与 加 人量 的关系见图 。 从图 可 见 ， 随 着 加人量 的增加 ， 管体抗拉强度和管环抗弯强度值都 是 先 增 加 而后下降 。 当 加人量为 。 写 时 ， 管体抗拉强度和管环抗弯强度值 都 是 较 仔 碳 当量 为 一 。 。 加人量及 含 吓一几一 己 〕 土 〔〕 。 多一立 一 已， 日 斗 ， 爪 广 。 卜 ︺︺八 护 · 令月月， 之锣 图 加人量对管体强度 的影响 及 本

高的，说明这一加入量范围较合适。 用冲人法，FeSiRE加人量为(0.2-0.3)%时，管体抗拉强度比普通灰铸铁管提高25.9% (44N/mm2),管体抗弯强度提高7.3%((26N/mm2);用喷吹法，加入量为(0.15~0.3)% 时，管体抗拉强度提高42.4%(72N/mm2),管环抗弯强度提高5.9%(21N/mm2)。与冲入 法相比，喷吹法的FeSiRE加入量低于冲入法，但它的管体抗拉强度提高的幅度却大大高于 冲入法（高63%），原因是用喷吹法加人FeSiRE时，载体的氨气能使合金与铁水较快地充 分溶合，使稀土脱硫、脱氧作用增强。喷吹法处理后，铁水平均含硫量为0.077%，而冲入 法则为0.087%。稀土回收率，喷吹法平均为31.2%，而冲入法只有29.0%，可见喷吹法比 冲人法优越。但喷吹法需要一套装置，而冲入法却不用装置，是较简单的一种方法。 了稀土对砂型离心灰铸铁管金相组织的影响 金相分析表明，FeSiRE合金的加人量对砂型离心灰铸铁管金相组织的影响，主要表现 在下列几方面： (1)稀土对共晶团的影响图4是未加和加人FeSiRE0.3%的两种砂型离心灰铸铁管的 共品团组织照片。不难看出，FeSiRE的加入不但可以使共晶团的数显著增加，而且可以使 管壁内外层共品团数的差异明显缩小。 图4砂型离心灰铸铁管中的共品团斯氏溶剂浸蚀 a未加FeSiRE合金 b加FeSiRE合金0,30% Fig.4 The eutectic cells of sand mould centrifugal-casting gray cast iron pipes 图5是所测得的共晶团数与FeSiRE加入量之间的关系曲线，当FeSiRE的加入量增加， 共晶团数先是增加，而后又降低。碳当量不同，出现高共晶团数的FeSiRE加入量不同，碳 当量高，FeSiRE加入量也高。 (2)稀土对显微组织的影响未加FeSiRE的砂型离心灰铸铁管，其组织的不均匀性较 大。宏观组织的不均匀性已如图4a所示，显微组织的不均匀性可用图6A来说明。从图中可 见，内层的石墨较粗大，呈A型或C型分布；中层的石墨较细，呈B型分布，外层石墨不但更 细小，而且其不均匀性更显著。经浸蚀后，发现共品团的石墨及其基体也很不均匀。较细小 37

高的 ， 说 明这 一加人量范围较合 适 。 用冲人法 ， 加人量为 。 一 时 ， 管体抗拉强 度比普通灰铸铁管提高 ， 管体抗 弯强度提高 写 用喷 吹 法 ， 加人 量 为 一 写 时 ， 管体抗拉强度提高 加 ， 管环 抗 弯强度 提 高 加 。 与冲人 法 相比 ， 喷吹法 的 加人量低 于冲人法 ， 但它的管体抗 拉强 度提 高 的幅度却大大高 于 冲人法 高 ， 原 因是 用喷吹 法 加人 时 ， 载体 的氮气能使合金 与铁 水 较快地充 分溶合 ， 使稀土脱硫 、 脱氧作用增强 。 喷 吹 法处理后 ， 铁 水平均含硫 量 为。 ， 而冲人 法 则为 。 稀土 回收率 ， 喷吹 法平 均 为 ， 而冲人法 只有 ， 可 见 喷 吹法 比 冲人法优越 。 但喷吹法需要一套装置 ， 而 冲入 法 却不用装置 ， 是较 简单的一种 方法 。 稀土对砂型离心 灰铸铁管金相组织的影响 金 相分析表 明 ， 很 合 金 的加入量对 砂 型离心灰铸铁管金 相组织 的影响 ， 主 要表现 在 下 列几方 面 稀土 对 共晶 团的影响 图 是未加和加人 的两种 砂型离心灰铸铁管的 共晶 团组织 照片 。 不难 看 出 ， 的加入 不但可 以使共晶 团的数显著增加 ， 而 且 可 以使 管壁 内外层共晶 团数的差 异 明显缩小 。 馨 未加 图 砂型 合 离 金 心 灰铸 铁管 中的共 晶团 加 斯氏溶 浸 合 蚀 金 鬃 ， ， 一 图 是所测 得 的共晶 团数与 加人 量之 间的关系曲线 ， 当 的加人 量增加 ， 共晶 团数先是增 加 ， 而后 又降低 。 碳 当量不 同 ， 出现高共晶团数的 加 入量不 同 ， 碳 当量高 ， 加人 量也高 。 稀土对显微组织 的影响 未加 的砂型 离心灰铸铁管 ， 其组织的 不均 匀性较 大 。 宏观组织 的不均 匀性 已如图 所示 ， 显微组织的 不均 匀性可 用图 来说明 。 从 图 中可 见 ， 内层的石墨较粗大 ， 呈 型 或 型 分布 中层 的石墨 较细 ， 呈 型分布 ， 外层石墨 不但更 细小 ， 而且 其不均 匀性 更显著 。 经 浸蚀后 ， 发 现共晶团的石墨及其基体也很 不均 匀 。 较细小

的石墨间其基体多为铁素体，较粗大的石墨间 350 基体则易为珠光体，而且越靠近外表层珠光体 300 的数量越多。 加人FeSiRE后，上述组织的不均匀性可是 250 得到明显的改善。例如图6B是加入0.3%的 200 FeSiRE的砂型离心灰铸铁管的外、中、内三 150 层的显微组织。就石墨来说，无论其形状、大 小和分布都趋于均匀化了。石墨较短小，且端邑 100 0.10.0.1)0.400,50 部有所钝化，基本均匀为A型分布。经浸蚀 FoSiEE, 后，发现其基体组织也得到明显的均匀化，如 图5共品团随FeSiRE,加人最的变化曲线 图7所示，基本上全变为珠光体组织。 1.CB=3.5%2,CE=(3.7-3.8)% 稀土对灰铸铁管显微组织的上述作用，除 Fig.5 The change of the eutectic cell numbers vs the amount 与FeSiRE的加入量有关系外，还与铸铁中的 of FeSiRE added 外层 中层 内层 图6砂型离心灰铸铁管的显微组织未腐似 A米加FeSiRE CB=4.2% S=0.08% B加FeSiRE0.3%CE=4,2% S=0.08% Fig.6 The micro-structures of sand centrifugal-casting gray cast iron pipes 38

入 ， 丫 一 一 ’ ，一 飞 知兄 门乙乙月少勺，夕 ， 伟口 日 之一 弓门 〔 八 口 ， 卜自 厂。 王只 ‘ 男 的石 墨 间其基体多为铁素体 山钊沂口叫曰二闪。习。山巨习的自旬班 ， 较粗大的石墨 间 基 体则 易为珠 光体 ， 而且越靠近 外表 层珠光体 的数量越多 。 加人 后 ， 上述 组织的 不均 匀性可 得 到 明显 的改善 。 例 如图 是 加人 。 的 的砂型 离心灰铸铁管的外 、 中 、 内 三 层 的显微 组织 。 就石墨来说 ， 无论其形状 、 大 小和 分布都 趋于均匀化了 。 石墨较短小 ， 且端 部 有 所 钝 化 ， 基本均匀为 型 分布 。 经浸 蚀 后 ， 发 现其基体组织 也得到 明显 的均匀化 ， 如 图 所 示 ， 基本上全变为珠光体组织 。 稀土对灰铸铁管显微组织 的上述作 用 ， 除 与 的加人量有关 系外 ， 还与铸铁 中的 图 共晶团随 加 人量 的变化曲线 。 二 。 。 二 一 厂 外层 中层 内层 图 砂 型 离心 灰铸铁管的显 微组 织 未腐蚀 未 加 二 加 一 一

含硫量有密切关系。在本试验中发现，当硫含量在0.08%左右时，加入0.30%的FeSiRE其 效果最好。硫偏低时，上述的作用效果不显著；硫偏高时，则会使组织又趋于不均匀。这意 味着稀土对砂型离心灰铸铁管的细化和均匀化作用，主要是通过稀土与硫形成硫化物或硫氧 化物质点，促进非均匀形核和增大形核率而起作用的。因而FeSiRE的加入量应与铸铁中的 硫含量相匹配。当加入量超过一定量以后，溶入熔体中的稀土量逐步增多，稀土另一方面的 作用便开始显现出来，即稀土通过改变共品温度和共晶成分‘1以及影响凝固过程中石墨和 奥氏体的相对形成率和成长速率及其机理等方面来改变灰铸铁的组织。例如，增加白口倾向； 促进石墨由片状向过冷石墨、蠕墨及球墨转化。 400 300 200 10 10U 150 200 250 /N·mr-2 图7加入FcSiRE0.3%的的型离心灰铸铁管 图8外载荷与内水压的关系 的显微组织硝酸酒精， i,FeSiRE=0抛物线包围的面积 40347mm Fig.7 The micro-structure of FeSiRE 2,FeSiRE=(0,20-0.30)%冲入法抛物线包围 treated cast iron pipe 的面积54499mm2 3.FeSiRE=(0.15-0,30)%喷吹法抛物线包围 的面积G0823mm’ Fig.8 The relations of the adding loads with inner hydraulic pressurcs 4砂型离心稀土灰铸铁管的壁厚计算 (1)对铸铁管强度的要求设计部门要求铸铁管在使用时，既能承受管内水压力，又要 能承受复土等的外压力，用这两种组合载荷作用来对管线进行强度验算。 在内水压力和外载荷组合作用下的管壁强度基本公式一施里克(W.J.S)公式3)，公 式中外载荷和水压之间呈抛物线关系，即无论是增加管体抗拉强度σ6，还是增加管环抗弯强 度p,都可以使抛物线所包围的面积增加，即承受综合载荷的能力增大。图8是普通灰铸铁 管和稀土灰铸铁管的外荷和内水压力的关系。稀土灰铸铁管的管休抗拉强度和管环抗弯强度 都高于普通灰铸铁管，因而抛物线所包围的面积前者比后者要大。 由图8可见，稀土灰铸铁管的抛物线所包围的面积比普通灰铸铁管大35，%（冲入法） 和50,7%（喷吹法）。实验结果表明，稀土灰铸铁管承受综合载荷的能力比普通灰铸铁管要 39

含硫量有密切 关系 。 在本试验中发 现 ， 当硫含量在 左右时 ， 加人 的 其 效果最好 。 硫偏 低时 ， 上述 的作 用效果不显著 硫偏 高时 ， 则 会使组织 又趋 于不均 匀 。 这意 味 着稀土 对 砂型离心灰铸铁管的细化和 均 匀化作 用 ， 主要是通过稀土与 硫 形 成硫化物或硫氧 化物质点 ， 促 进非均 匀形核和 增大 形核率而起作 用的 。 因而 的加人量应与 铸铁 中的 硫含量相 匹配 。 当加入量超 过一定量以后 ， 溶入熔体中的 稀 土 量逐步增多 ， 稀土 另一方 面的 作 用便开始显 现 出来 ， 即 稀土通 过改变 共 晶温度和 共晶 成分 〔 ’ 〕 以 及影 响 凝固过程 中 石墨 和 奥 氏体的相对形成率和 成长速率及其机理等方面来改变 灰 铸铁 的组织 。 例 如 ， 增加 白 口倾 向 促进石墨 由片状 向过冷石墨 、 蠕墨 及球墨 转化 〔 “ 〕 。 刊， 一 ︷一万仁 沃 上 乡亡 了日口 守 多 内 冈 · 一 图 加入 写的砂 型 离心 灰铸铁管 的显微组 织 硝酸 酒精 ， 一 图 外载 荷与内水 压 的关系 二 抛物 线 包围 的面 积 “ “ 。 一 冲人 法 抛物线 包 围 的面 积 、 理 ， ， 二 一 喷吹 法 抛物线 包 围 的面 积 夕 王 呈 砂型离心 稀土 灰铸铁管的 壁厚计算 对 铸 铁管强度的要求 设 计部 门要 求铸铁管在 使用时 ， 既 能承 受管内水压力 ， 又要 能承 受复土等 的外 压力 ， 用这 两种组合载 荷作 用来对管线 进行强度验算 。 在 内水压 力和 外载 荷组合 作 用下 的管壁 强 度基本公 式－施里 克 公 式 〔 ’ ， 公 式中外载 荷和 水 压 之间呈抛 物线 关 系 ， 即 无论是 增加管体抗拉强度 。 ， 还是 增加管环抗 弯强 度 ， 都可 以使抛 物线 所包 围的 面积 增加 ， 即承 受综 合载 荷 的能 力增大 。 图 是普通 灰 铸 铁 管和稀土灰铸 铁管的外荷和 内水 压力的 关系 。 稀土灰铸 铁管的管体抗 拉 强度和管环抗 弯强度 都高于普通灰 铸 铁 管 ， 因而抛 物线 所包 围的 面积 前 者 比后 者要大 。 由图 可 见 ， 稀上 灰 铸铁管 的抛 物线 所 包 围的 面积 比普通 灰铸 铁管 大 冲人 法 和 ， 写 喷 吹法 。 实验结 果表 明 ， 稀土灰铸 铁管承 受综 合载荷的能 力 比普通灰 铸铁管 要

大得多。因此，在同样的承载条件下，减薄稀土灰铸铁管管壁是可能的。 (2)稀土灰铸铁管的壁厚计算以公称直径为500mm的砂型离心灰铸铁管为例，参照文 献〔4)的计算方法，计算出管壁厚度见表1，由表可见各类管的计算厚度还不到标谁厚度的 一半。稀土管壁厚度平均为13.4mm,减薄到标准厚度的85.9%，即减薄了14.1%。已减薄 的稀土灰铸铁管承受组合载荷的能力高于普通灰铸铁管（见图8），管体抗拉强度超过国际 表1各类铸铁管的计算厚度 Table 1 The calculated thickness of various gray cast iron pipes FeSiRE 管体强度/N/mmx (kg/m血2) 计算壁厚 计算壁厚为标 类 别 加入量/% 抗拉强度/db。 抗弯强度/Po /mm 淮壁厚的/% 1S013-78 0 180(1836) GB3421-882 0 274(2796) 鞍标339一88 0 180(1836)305(3110) 7,20 46.2 普通灰铸铁量 0 170(1730)356(3610) 6.77 43.4 稀士灰钱：管（冲入法） 0.20-0.30 214(2180)382(3900) 6.39 41.0 稀士灰铸铁管（喷吹法）0,15~0.30 242(2470)377(3850) 6,35 40.7 ·标准厚度选用A级，15.6mn 标谁(180N/mm2)，达到金属型离心灰铸铁管的国际标准(200N/mm2),这对于我国金 属型离心铸铁管型筒尚缺乏的情况下，用砂型离心法生产稀土灰铸铁管是有一定意义的，并 为树脂砂薄壳型法生产稀土高强度的灰铸铁管提供了参考数据。 5结 论 经用(0.15~0.30)%FeSiRE处理的冲天炉铁水，浇注公称直径为500mm的砂型离心铸 管得到如下的结果： (1)稀土灰铸铁管的管体抗拉强度可提高44~72N/mm2。 (2)减薄管壁厚度14,1%以后，管体抗拉强度达到242N/mm2(喷吹法)，214N/mm2 (冲入法)，皆超过了国际标准所规定的砂型离心铸管的指标(180N/mm2),并达到了金属 型离心铸管的抗拉强度指标(200N/mm2)。 (3)用减薄的管体强度，计算管子在使用时的承载能力。结果表明，减薄稀土管比未减 薄的普通管的承载能力大，更安全可靠。 (4)减薄管壁厚度14%以后，每年以生产4×10t铸铁管计算，可节约金属5640t,扣除 加人FeSiRE的费用，每年可节约183万元，经济效益是较大的。 (5)砂型离心灰铸铁管经FeSiRE孕育后，金相组织得到明显改善，共晶团数增加，石 墨有一定程度的细化和钝化，基体中珠光体量增加。尤其应当指出的是，管壁内外层组织， 无论宏观或微观方面都趋于均匀化。 (6)关于FeSiRE加入的方法，实验证明，喷吹法优于冲入法。 40

天得多 。 因此 ， 在 同样的承载条件下 ， 减薄稀土灰铸铁管管壁是可 能的 。 稀土灰铸铁管的壁厚计算 以公称直径为 的砂型离心灰铸铁管为例 ， 参照文 献 〔 〕的 计算方法 ， 计算出管壁厚度见表 ， 由表可见 各类管的计算厚度还不到标准厚 度 的 一半 。 稀土管壁厚度 平均为 。 二 ， 减薄到 标准厚度的 。 ， 即减薄了 。 。 已 减 薄 的稀土灰铸铁管承受组合载荷的能 力高于普通灰铸铁管 见图 ， 管体抗拉强度 超过国际 表 各类铸铁管的计算厚度 加人量 ，体强度 溜蕊 ， 类 别 抗拉强 度 口 。 抗弯强度 。 计算壁厚 计算壁厚为标 推 壁厚的 一 一 鞍标 一 普通灰铸铁量 稀土灰铸铁管 冲入法 稀土灰铸铁管 喷吹 法 。 。 。 。 一 一 。 。 。 。 。 。 标准厚度选用 级 ， 标准 ， 达到金属型离心灰铸铁管的国际标淮 。 。 加 “ ， 这对于我 国金 属型离心铸铁管型筒 尚缺乏 的情况下 ， 用砂型 离心法生产稀土灰铸铁管是 有一定意义 的 ， 并 为树脂砂薄壳型 法生 产稀土高强度的灰铸铁管提供了参考数据 。 结 论 经 用 。 一 。 处理的 冲天炉铁水 ， 浇注公 称直径为 。 的砂型 离心铸 管得到如下 的结果 稀土灰铸铁管的管体抗拉强度可 提高 。 “ 。 减薄管壁厚度 环以后 ， 管体抗拉强度达到 “ 喷 吹法 ， 二 冲人 法 ， 皆超过了 国际标准所规定的砂型离心铸管的指标 “ ， 并达 到 了 金属 型离心铸管 的抗拉强度指标 “ 。 用减薄的管体强度 ， 计算管子在 使用时 的承载 能力 。 结果表 明 ， 减薄 稀土管比未减 薄的普通管的承载能 力大 ， 更安 全可靠 。 减薄管壁厚度 以后 ， 每年 以生 产 。 毛 铸铁管计算 ， 可 节约 金属 ， 扣除 加人 的费用 ， 每年可节 约 万 元 ， 经济效益是较大 的 。 砂型离心灰铸铁管经 孕育后 ， 金相 组织 得到 明显 改善 ， 共晶团 数 增加 ， 石 墨有一定程度 的 细化和钝化 ， 基体中珠 光体量增加 。 尤其应 当指出的是 ， 管壁内外层组织 ， 无论宏观或微观方面都趋于均 匀化 。 关于 加人 的方法 ， 实验证 明 ， 喷吹法优于 冲入法

参考文献 1 XyaokopMon I H.JarenHos IIponsBoacrBo,1963,4 2杨平、宋维锡等。北京科技大学学报，1989,2 3给排水工程结构设计手册，北京：中国建筑工业出版社，1984 4熊仲明等。特种结构，1991,28~31 南钢15吨转炉复吹新工艺的研究 《转炉复合吹炼技术开发》为国家科委“七五”重点科技项目。南京钢铁厂和各兄弟单 位一起经过5年努力，在3座15t转炉上全部采用复吹新工艺，实现了正常生产的复吹化 采用了三级调气和氨氩切换的底部供气制度，并和顶枪基本恒枪位操作相配合，模素并制订 了适合南钢工艺条件下的15t转炉复合吹炼工艺操作规程，经过不断改进研制的小集管式供 气元件寿命达到与炉龄寿命同步，并稳定供气率超过400炉次，通过若干次现场较大规模的 工艺试验和两次吊桶取样，获得了数万个数据，对15t转炉的复吹工艺理论作出了一定深度 的研究。 我校参加了南京钢铁厂全部的试验工作，还在实验室进行了供气方案的水力学模型研 究，炉衬侵蚀的冷模拟研究及治金反应规律的热模型试验研究。在现场和实验室试验基础上 得到下列研究成果。 “供气方案的水力学模型研究”总结了底吹供气工艺参数对熔池混合特性的影响，提出 了供气方案。 “炉衬侵蚀的冷模拟研究”将炉料侵蚀的模拟试验结果和原先在有机玻璃模型中的试验 结果结合，得出推荐现场生产采用的最佳底枪布置。 “治金反应规律的热模型试验研究”、“热模型试验的数学解析”研究了应用南钢生 铁，在100kg复吹感应炉中进行的热模拟试验，得到了在复吹条件下的元素氧化规律。 “操作工艺及元素行为的分析报告”、“南钢顶吹与顶底复吹调查报告”、“元素氧化 规律研究之一”、“元素氧化规律的分析”、“成渣过程的研究之一”、“试验方案的确 定”、“元素氧化规律之二”、“成渣过程的研究之二”总结了各次工亚试验的情况，研究 了在各种底气元件及各种供气制度下的元素氧化规律及成渣规律，并提出了较为合理的工艺 操作制度。 41

参 考 文 被 八 盆 及 。 几皿 班 任 八 石 。 ， ， 杨 平 、 宋维锡 等 。 北京科技大学学报 ， ， 给排水工程结 构设 计手册 ， 北京 中国建 筑工业 出版社 ， 熊仲 明等 特种结构 ， ， 叨脚叭自阅阳加，日目卜白月叼目 电门洲卜，叨口卜山门阳 目团卜 南钢 吨转炉复吹新工艺的研究 《 转沪 复合吹炼 技术开 发 》 为 国家科 委 “ 七 五 ” 重 点科 技项 目 。 南京钢铁厂和 各兄 弟单 位一 起 经 过 年努力 ， 在 座 转炉上全 部采 用 复吹 新工艺 ， 实 现 了正 常生 产的复 吹 化， 采 用 了 三级调 气和 氮氢切 换 的底部 供气制度 ， 并和顶枪 基本恒 枪位操 作相配 合 ， 模索 并制订 了 适 合 南钢工艺条件下的 转炉复合 吹炼工 艺操作规程 ， 经过不断 改进研制的小集管 式 供 气元件寿命达到 与炉龄寿命 同步 ， 并稳定供气率超过 炉次 ， 通 过若干 次现场较大规 模 的 工艺试验和 两次 吊桶取样 ， 获得 了数万个数据 ， 对 转炉 的复吹工艺 理论作出了一 定 深 度 的研究 。 我校参加 了南京钢铁厂全部的试验工作 ， 还在实验室进行 了 供气方 案的水力学 模 型 研 究 ， 炉衬侵蚀的 冷模拟研究及冶 金反应 规律的热 模型试验研究 。 在 现场和实验室试验 基础上 得到下 列研究成果 。 “ 供气方案的水力学模型研究 ” 总结 了底吹供气工艺参 数对 熔池混合 特性的影响 ， 提出 了 供气方案 。 ， “ 炉衬侵蚀的冷模拟研究 ” 将炉 料侵蚀的模拟试验结果和原先在有机 玻璃模型 中的试验 结果结合 ， 得出推 荐现场生 产采用的 最佳底枪布置 。 “ 冶 金反应 规律 的热模型试验研究 ” 、 “ 热模型试验的数学解析 ” 研究了应 用 南 钢 生 铁 ， 在 复吹 感应炉 中进行的 热模拟试验 ， 得 到 了在复吹 条件下的元素氧化规律 。 “ 操作工艺及 元素行为的分析报告 ” 、 “ 南钢 顶吹与顶底复吹 调查报告 ” 、 “ 元素 氧化 规律研究之一 ” 、 “ 元素氧化规律的分析 ” 、 “ 成渣过程的研究 之一 ” 、 “ 试验 方 案 的 确 定 ” 、 “ 元素氧化规律之二 ” 、 “ 成渣过程 的研究之二 ” 总结 了各次工业试验 的情况 ， 研究 了在各种底气元件及 各种供气制度下的元素氧化规律及成渣规律 ， 并提出了较为合理 的工艺 操作制度