沖天爐生產高強度鑄鐵營養煎盤用的變質劑及其製造方法
2023-06-17 15:24:26
專利名稱：沖天爐生產高強度鑄鐵營養煎盤用的變質劑及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種鑄鐵用的變質劑，尤其是涉及一種沖天爐生產高強度鑄鐵 營養煎盤用的營養變質劑及其製造方法。
背景技術：
人類營養學的研究結果已經表明，許多疾病的發生都與人體缺少微量元素 密切相關。人體所必需的微量元素基本上都是通過飲食獲取，而製作食品的炊 具中的元素，將會一點點地滲透到食品中。隨著人們對這一觀點的認識，被專 家認為對人體有害的鋁製炊具逐漸受到冷落，而鐵製炊具則因其對人體有益無 害受到青睞，聯合國科教文衛組織也倡導使用鐵製炊具，以提高人們的健康水 平。營養保健型炊具更是人們渴望的理想炊具。現代醫學和營養學的發展，已經證實人體中有50多種微量元素。到目前為止，已被確認與人體健康和生命有 關的必需的微量元素有16種，即鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘、鎳、氟、 鉬、釩、錫、矽、鍶、硼，每種微量元素都有其特殊的生理功能。儘管它們在 人體內含量極小，但它們對維持人體中的一些決定性的新陳代謝卻是十分必要 的。 一旦缺少了這些必需的微量元素，人體就會出現疾病，甚至危及生命。中國專利94213349. 8公開了一種包邊復底的鑄鐵營養保健鍋，其專利文件 中提到在鐵鍋的材料中添加Zn (鋅)、Ca (鈣)、Mo (鉬)、Mg (鎂)、K (鉀)、 Li (鋰)等十多種營養元素，但其並沒有提到如何將這些元素添加到鑄鐵中。中國專利CN1097295公開了一種含有微量元素的搪瓷鑄鐵鍋及其製作工藝， 此發明的鐵鍋的合金元素中主要含有Cu (銅)、Mn (錳)、Zn (鋅)、Se (硒)、 Mg (鎂)、Ca (鈣)、Mo (鉬)等在日常烹飪中可微量地溶入食物的微量元素， 並在鍋外側上有搪瓷。本發明的製作工藝中，其營養元素的加入方式是將配製好的多元素中間合金、Mo—Fe合金或鉬箔片一起置於澆包中，衝入合格鐵水， 鑄成鐵鍋。該中間合金的成分為Cu 55-60%， Zn 30-38%， Mg 0.1-0.4%， Se 0.2-0.7°/。， Ca2. 0-2. 6%，餘為少量Si。由於這些中間合金中含有的硒、矽等僅 為5%左右，其它中間合金元素均為塑形很好的金屬材料，因此這種中間合金破 碎時非常困難，使用很不方便。中國專利CN1152033公開了一種豪華型營養鐵鍋及其製造工藝，鐵鍋材料為含有多種微量元素的合金鑄鐵，該發明公開的鐵鍋包括以下成分銅 0. 06-0. 30%、鋅0. 012-0. 063%、磷0. 012%、,丐0. 001-0. 16%、碘0. 。004-0. 00 2 50/0、 鉀0.0001-0.0003%，其餘為鐵。其中的微量元素為銅、鋅、磷、媽、碘、鉀 以及稀土、鎂、錳等，其營養元素的加入方式是先將易於燒損的碘化鉀、黃銅、 磷鐵放入已烤紅的大鐵水包內，不易燒損的鉬鐵、絡鐵、錳鐵等放在沖天爐中 熔化。把矽鈣合金粉、粉末分別放入小澆包和鑄鍋機的下模內。因此其製作過 程也很麻煩。鑄鐵中除含有基本元素Fe (鐵)外還含有五大常規元素C (碳)、Si (矽)、 Mn (錳)、P (磷)、S (硫)。而對人體有益的許多元素由於其熔點與鐵的熔點相 差很大，是不能在沖天爐熔煉過程中直接加入到鑄鐵中的，而變質劑是在鐵水 熔煉完成後出爐時加在澆包中，以改變鐵水的質量，提高鑄鐵件的機械性能。目前鑄鐵變質劑的作用一般都是為了提高鑄鐵件的強度、韌性等機械性能， 還沒有一種配合鑄鐵炊具使用的、提高鑄鐵炊具營養成分的變質劑。因為從鑄 鐵冶金學角度出發，即能夠提高鑄鐵件的機械性能又必須符合人類營養學的要 求的強化元素和變質元素，不是很容易找到的。發明內容本發明需要解決的技術問題是提供一種用於沖天爐生產高強度營養煎盤的 變質劑及其製造方法，它使煎盤中含有對人體具有營養作用、符合人類營養學 要求的微量化學元素，又能提高煎盤的強度等機械性能。為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是鐵冶金學的研究結果，選定Ca (鈣)、Zn (鋅)、 Mg (鎂)、Cu (銅)、Sr (鍶)、B (硼)、Si (矽)等作為營養變質元素，用於生 產高強度鑄鐵營養煎盤用的變質劑。本發明的營養變質劑成分的重量百分含量為-Ca 2-5%， Zn 2-5%, Mg 1—4%， Cu 2-10%， Sr 0. 1-0. 8%， B 0. 1—0. 5%， Si 37—50%，餘為Fe。生產上述營養變質劑所用的原材料的重量配比為矽鈣合金(含Ca 28-30%、含Si50-55%) 7-17%，鋅錠3-7%，鎂錠2-5%， 電解銅2-10%,鍶0. 2-1. 6%，硼鐵(含B17-19%) 0. 8-4%，矽鐵(含Si72-75%) 40-65%，餘量為廢鋼。本發明的營養變質劑的製作工藝過程為把所用的除鍶外的原材料根據配比要求分層裝入感應電爐坩堝中，加熱， 待熔化後將金屬鍶投入爐中。全部熔清後，經攪拌、澆鑄、破碎、裝袋，便得 到本發明產品。分層裝爐的次序是廢鋼、矽鐵、鎂錠、鋅錠、硼鐵、電解銅、 矽鈣合金、矽鐵。其中矽鐵分兩次加入，第一次加入量約為總量的1/3，第二次 即最後一層的加入量約為總量的2/3。由於採用了上述技術方案和配比，本發明取得的技術進步是:1、 按最佳配比製成的含有Ca、 Zn、 Mg、 Cu、 Sr、 B 、 Si等元素的營養變 質劑，具有較大的脆性，非常容易地破碎成生產需要的粒度，使用起來極其方 便。2、 將其添加到鑄鐵中，既能增強珠光體化能力和保證足夠的石墨化能力， 從而提高煎盤的機械性能，同時又使煎盤含有營養元素，具有營養保健功能。3、 由於Ca、 Zn、 Mg、 Cu、 Sr、 B大多是低熔點金屬，且與氧的親和力很大， 密度與鐵也有較大懸殊，如將這些元素隨爐料一起在爐後加入沖天爐中，很容 易造成有的元素化學成分不均，有的能溶入鑄鐵的收得率非常低，可操作性很 差。而將他們作成變質劑，在爐前變質處理的過程中加入，這些元素就會比較容易的添加到鑄鐵中。本發明的配方中的各種化學元素所起的作用為1、 從鑄鐵冶金學的角度分析鈣(Ca)是最早被發現的強化孕育元素之一，是強石墨化形成元素，可顯 著降低白口、增加共晶團數量和促進A型石墨的形成。鎂(Mg)是眾所周知的石墨變態元素，具有很強的脫氧脫硫除氣能力，所形成的硫化物可成為石墨非均質形核的核心。當Mg、 Ca同時加入鐵液中，可形 成混合硫化物(Mg、 Ca) S，其晶格常數依Mg、 Ca的相對比例居於5. 20a和5. 70 a之間，與石墨的晶格失配度是4. 1%和12. 1%，而晶格失配度小於6%的基底是 非常有效的非均質生核核心，6-12%失配度有適中的效果。鋅(Zn)對灰鑄鐵組織有明顯作用，能細化石墨，同時使化合碳量增加， 白口傾向也增大，因此，能顯著地提高力學性能。 一般認為這和形成了複合碳 化物Fe3ZnC和增加氮含量有關。銅(Cu)是固溶元素，削弱Fe-C原子間的結合力，擴大穩定系和介穩定系 共晶溫度間隔，促進共晶轉變時的石墨化，但它卻明顯降低共析溫度，每增加 W。Cu含量，共析溫度降低l(TC。銅的這種對共晶、共析階段的不同石墨化作用， 避免了鑄件薄壁出現游離滲碳體而厚壁處出現鐵素體。銅的固溶，即可增加和 細化珠光體，同時還強化珠光體中的鐵素體，又減少白口傾向，還可細化石墨， 使鑄鐵獲得滿意的力學性能。在鑄鐵中鍶(Sr)具有消除白口能力強、能改善石墨組織、收縮敏感性小 等作用。硼(B)在鑄鐵中可顯著細化晶粒，提高高溫持久壽命等作用。2、 從現代醫學和營養學證實並取得共識的微量元素與人體健康的關係分 析，應用本發明生產的高強度鑄鐵營養煎盤中存在的元素具有如下作用鈣是人體含量最多的元素之一，是骨骼和牙齒的主要成分，能促進骨、牙 齒的正常生長。鈣又是血液凝固的必要因素，是許多酶的激活劑，鈣能調節心 髒和神經的活動，維持肌肉的緊張力。人體缺乏鈣會患佝僂病、心律不齊、神經肌肉應急增強，產生手足抽搐等。鎂作為細胞中的陽離子，對很多酶系統、特別是對於氧化磷酸化有關的酶 系統的生物活性極為重要。鎂離子是維持心肌正常功能和結構所必需的元素。 人體缺鎂會產生慢性呼吸障礙徵候群，急性腹瀉，慢性腎功能障礙。鋅參與多種酶合成，並是酶保持活性所必需的。鋅也是蛋白質合成的一個 重要元素。鋅缺乏的主要臨床表現為，生長遲緩，少年期性器官發育幼稚化。 傷口癒合慢，味道異常等。銅在人體中含量很少，存在於各種組織和體液中，能促進鐵組成血紅蛋白。 同時也是許多氧化酶的輔助因子。人體缺銅會產生貧血，中性白細胞減少，生 長遲緩和情緒易於激動等症狀。矽在人體中的含量較多，成人可達18g，現代的試驗表明矽對骨質鈣化生長 發育都有至關重要的作用。鍶是人體骨骼及牙齒正常組合部分，它可以促進骨折癒合和防止老年骨質 疏鬆，還可預防高血壓心臟病等。硼協助維生素、酶發揮作用，並參與腎上腺、甲狀腺等腺體分泌功能。本發明的生產鑄鐵煎盤的變質劑中沒有選用對人體有不利影響的元素，使 用這種變質劑生產的煎盤不但具有營養保健功能，而且鑄鐵產品的強度較高、 經久耐用。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明 實施例1將準備好的原材料，按照分層裝料的方法將原材料裝入感應電爐的柑堝內，分層裝料的次序是19.2%的廢鋼、18%的矽鐵、3.5%的鎂錠、4.5%的鋅錠、2%的 硼鐵、6%的電解銅、12%的矽鈣合金、34%的矽鐵。對上述原料進行加熱，待烙 化後將佔上述原料總量0.8%的金屬鍶投入爐內，全部熔清後，攪拌均勻，出爐 澆鑄；待凝固冷卻後，破碎成要求的粒度，並裝袋入庫。由此得到的本發明的產品，其大概的合金含量為Ca3. 5%， Zn3. 5%， Mg2. 5%， Cu60/。， SrO. 4%， B0. 3%，Si43%，餘量為Fe。 實施例2本實施例與實施例1的不同之處在於生產營養變質劑時原材料的裝爐量 為20.8%的廢鋼、15%的矽鐵、5%的鎂錠、3%的鋅錠、4%的硼鐵，10%的電解銅、 17%的矽鈣合金、25%的矽鐵。待熔化後將佔上述原料總量0.2%的金屬鍶投入爐 內。獲得的營養變質劑的大概的合金含量為Ca 5%， Zn 2%， Mg 4%， Cu 10%, Sr 0.1%， B 0.5%， Si37%，餘量為Fe。實施例3本實施例與實施例1的不同之處在於生產營養變質劑時原材料的裝爐量 為14.6%的廢鋼、23%的矽鐵、2%的鎂錠、7%的鋅錠、0.8%的硼鐵，2%的電解 銅、7%的矽鈣合金、42%的矽鐵。待熔化後將為上述原料總量1.6%的金屬鍶投入 爐內。獲得的營養變質劑的大概的合金含量為Ca 2%， Zn 5%， Mg 1%， Cu 2%， Sr 0.8%， B 0.1%， Si 50°/。，餘量為Fe。實施例4本實施例說明的是本發明的營養變質劑在沖天爐條件下，生產高強度鑄鐵 營養煎盤的使用情況。由於煎盤的壁厚約為3.5mm，屬超薄壁灰口鑄鐵件，鐵液要有很好的流動性 和小的白口傾向，這就要求原鐵液取較高的碳當量。當然，碳當量越高，提高 鑄件材質越困難，綜合考慮上述因素，經現場試驗後，確定原鐵液化學成分為 C3. 2-3. 8%， Sil.8-2. 4%， MnO. 3-0. 9%， P<0. 3%， S<0. 15%。採用3t/h沖天爐熔化鐵液，按確定的上述鑄鐵的化學成分進行配料，出爐 時在澆包中加入單包鐵水重量的0. 3 0. 4%的營養變質劑，採用衝入法澆包處理 工藝進行爐前變質處理。對試樣和鑄件本體分析檢驗的結果表明，材質穩定達 到了 HT250牌號要求，鑄件無白口，石墨片細小，分布均勻。珠光體基體趨於 粒狀分布，非常細小。各項性能指標及營養元素含量達到了設計要求。
權利要求
1、沖天爐生產高強度鑄鐵營養煎盤用的變質劑，其特徵在於包括對人體具有營養作用的化學元素鈣、鋅、鎂、銅、鍶、硼、矽、鐵；其中各化學成分的重量百分含量為鈣2～5％，鋅2～5％，鎂1～4％，銅2～10％，鍶0.1～0.8％，硼0.1～0.5％，矽37～50％，餘量為鐵。
2、 根據權利要求l所述的沖天爐生產高強度鑄鐵營養煎盤用的變質劑，其 特徵在於所述變質劑配置時所用的原材料的重量配比為矽鈣合金7-17%，鋅錠3-7%，鎂錠2-5%，電解銅2-10%，鍶0. 2-1. 6%，硼 鐵0.8-4%，矽鐵40-65%，餘量為廢鋼。
3、 根據權利要求1或2所述的沖天爐生產高強度鑄鐵營養煎盤用的變質劑 的製造方法，其特徵在於該方法如下將原材料矽鈣合金7-17%，鋅錠3-7%，鎂錠2-5%，電解銅2-10%，鍶0. 2-1. 6%， 硼鐵0.8-4%，矽鐵40-65%，餘量為廢鋼，按廢鋼、1/3約量的矽鐵、鎂錠、鋅 錠、硼鐵、電解銅、矽鈣合金、2/3約量的矽鐵的次序依次分層裝入感應電爐坩 堝中；加熱，待熔化後將金屬鍶放入坩堝中，直到全部熔清；經攪拌、澆鑄、 破碎、裝袋，便得到本發明產品。
全文摘要
本發明公開了一種沖天爐生產高強度鑄鐵營養煎盤用的變質劑及其製造方法，它應用於鑄造鑄鐵營養煎盤時對鑄鐵液進行變質處理。本發明的變質劑包括對人體具有較大營養作用的元素Ca、Zn、Mg、Cu、Sr、B、Si。其中各化學成分的重量百分含量為Ca 2～5％，Zn 2～5％，Mg 1～4％，Cu 2～10％，Sr 0.1～0.8％，B 0.1～0.5％，Si 37～50％，餘量為Fe。利用本發明的變質劑生產的鐵鍋或者煎盤等炊事用具，不但能提高炊具的強度等機械性能、增強鑄鐵的珠光體化能力和保證足夠的墨化能力，而且還使炊具具有營養保健功能，並且變質劑的脆性較大，容易破碎成生產所需要的粒度，使用方便。
文檔編號C21C1/00GK101250604SQ20081005462
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月14日 優先權日2008年3月14日
發明者張忠誠, 王忠民 申請人:河北科技大學