专利名称：一种卫生安全的铸铁炊具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铸铁炊具，特别是一种卫生安全的铸铁炊具及其制造方法。
背景技术：
铸铁锅由于其强度高、能补铁、经济实用等优点，是中国使用最普 及的传统炒菜锅。但是，目前市场上销售的铸铁锅都是由生铁或回收钢铁铸造而成的。铸造用生铁的主要成分碳(C) =2. 0~4. 5%，硅(Si) =1. 0~ 3. Q %,虽然具有成本低、铸造性和切削加工性能好、表面硬度高 等优点，但是由于是从生铁或回收钢铁直接铸造而成的，其成分中，除 了有较高的硅和碳成分外，同时含有磷、硫、铅、镉、砷等对人体有害 的元素。以致在烹饪过程中，虽然铁锅能补铁，但在补铁的同时也容易 将这些有害的元素析出，尤其是铅、镉、砷这些重金属一旦超量析出， 与食物一起进入人体，日积月累，就会对人体产生严重的危害。例如， 中华人民共和国国家标准《不锈钢食具容器卫生标准》GB9684-88,对奥 氏体型不锈钢和马氏体型不锈钢的理化指标都作了定量的规定。而铁制 炊具的卫生指标因无国家或行业标准，再加上其制造方法的局限，各厂 家都没有对其卫生指标加以控制，经抽查，市场上的铁制炊具，尤其是 铸铁炊具的卫生大部分都不符合不锈钢的理化指标。市场上也有一些用钢板沖压而成的铁皮锅，虽然可以通过对钢板材 料的选择来限制有害重金属的含量，以达到不致对人体造成伤寒的目的。 但是钢板含碳量一般都小于1. 0%,以致表面硬度低，并容易生锈。申请号为90224166. 4的专利提出在普通铁锅外表面涂敷高强度搪资；申请号 为87100220、 89200759. 1的专利采用在铁锅外表面涂铝的方法来解决表 面生锈问题，但这些方法隔绝了铁成分直接与食物接触，失去了铁锅铁 分溶出的优点。另夕卜，用钢板沖压成型制成的铁制炊具，由于其材料的结构过于致密， 因此其储能特性和保温性均比铸铁炊具差；还由于表面无微孔，因此其 表面吸油储油性也比铸铁炊具差。最后，用钢板沖压成型制成的铁制炊 具，由于其断面难以做到厚底薄边的不等厚形状，而达不到铸铁炊具的 烹饪效果。发明内容本发明的目的是提供一种铁制炊具保持铸铁炊具所具有的各种优点 的同时，又要使其重金属含量及其析出量符合不锈钢的理化指标的卫生 安全的铸铁炊具及其制造方法，以克服传统铸铁炊具和钢板沖压成型炊具的缺点。为了实现上述目的，本发明的铸铁炊具由钢板或钢锭构成，其特点 是在钢板或钢4定中含有2 ~ 4. 5%碳和1 ~ 3%硅，使其还原为铸铁的功能。 上述铸铁炊具的制造方法是将选定钢板或钢锭使用加热炉融化并加温至1400 ~ 1550°C,然后加 入冶金用焦炭和硅铁，使其铁水中含有2 4. 5%碳和1~3°/。硅，完成了铸 造用铁水的制作，最后将其温度控制在1300 1500。C的范围内，铁水用 于浇模成铸铁炊具。本发明通过采用钢板或钢锭作为铸铁炊具的基材，使得本发明对铸 铁原材料的有害重金属含量控制，将铅、镉、砷等这些对人体有害的重金属析出量控制在规定的范围内，以符合国家标准《不锈钢食具容器卫生标准》GB9684-88,对马氏体不锈钢所规定的理化指标。即在4°/。乙酸溶 液中煮沸30分钟再室温浸泡24小时，其重金属析出量的理化指标为 铅(以Pb计)^ 1. Omg/L ，镍(以Ni计)S 1. Omg/L ，镉(以Cd计) ^0.0加g/L,砷(以As计)^0.04mg/L。本发明由于在铸造过程中产生 的均匀晶体和微细空隙，与使用钢板沖压成型的铁皮锅相比，还不失我 们中国传统铸铁炊具所具有的优良储能性、保温性和表面吸油储油性。 也可以根据使用的需要，将本发明的铸铁炊具制造成底厚边薄的渐变断 面，厚底断面可以使铸铁炊具在使用时受热均匀，具有更好的储能性和 保温性。本发明制造的卫生安全的铸铁炊具，可以是平底的，也可以是 圓底的。平底的铸铁炊具可以在电磁炉上使用。本发明制造的铸铁炊具，与现有的铸铁炊具相比，由于采用的是经 充分提纯的铸钢还原成铸铁材料，再进一步对其表面进行耐腐蚀的化合 物层处理而制成，因此使此铸铁炊具在烹饪时，能保留铁分溶出这一优 点的同时，又不会析出能对人体造成伤害的重金属。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。目前市场上销售的铸铁锅都是由生铁或回收钢铁铸造而成的，原材 料成本低。另外，通常使用的铸造用生铁材料中，硅和碳含量较高，碳 (C) =2. 0~ 4. 5%,硅(Si ) =1. 0~ 3. 0 %，如18#生4失，碳(C ) =3. 6 ~ 4.0%,硅(Si) =1.6~2.2 % (平均1.8 %)，因此，它具有熔炼温度低、 铸造性能好、易切削加工、表面硬度高等优点，但是生铁原材料中，含 有铅、镉、砷等重金属，这些重金属一旦超量析出，与食物一起进入人体，日积月累，就会对人体产生严重的危害。要使铸铁炊具在使用过程 中，能有效控制对人体产生危害的铅、镉、砷这些重金属的析出量，一 方面要控制铸铁炊具材料中这些重金属的含量，另 一方面又要提高铸铁 炊具表面的耐腐蚀性，以控制这些重金属的析出速度。
生铁中的重金属主要来自于铁矿石，从铁矿石到生铁的熔练过程中，
工艺简况、其最高温度通常不会超过1300°C，不能有效降低铁矿石中的 重金属含量。而从4失矿石到钢的熔练过程中，通过多次造渣、除渣，以 使铁矿渣的硫、磷含量控制到一定限度内；再在金属熔池内进行熔渣、 搅拌和底炊，使钢水成分和温度更均匀；然后经过氧化期和脱碳期，其 氧化期的主要目的是氧化钢液中的碳和磷，并去除气体及夹杂物，其脱 碳期是为了保证钢的纯净度；最后，进入精炼期，经化学反应进一步去 除钢中的杂质和其它有害成分。在以上的各种除渣精炼工艺中，还会经 历2000。C以上的高温过程，在高温时会更加有效地去除原材料中的重金 属元素。
目前市场上铸铁炊具的制造方法是铸铁锅都直接使用铸造用生铁 作为原材料，将原材料与焦煤(或焦炭)混合，利用沖天炉加热至1150~ 130(TC,融化后再经简单的除渣除气工艺，经泥模或金属模浇铸成形。 脱模后，经表面研磨处理，最后经检验确认表面无明显气孔等缺陷时， 就结束了全部的制造工艺。因传统工艺仅控制了铸铁炊具的铁、碳、硅 含量，也就是仅保证了铸铁锅的强度、易切削性、铸造流动性等一般机 械性能和表面处理性能，而对表面的耐腐蚀性以及炊具材料中有害成分 的含量没有加以任何控制，以致在使用传统铸铁锅时，得到补铁的同时， 也很容易析出超量的对人体有害的重金属元素，与食物一起进入人体，日积月累，导致对人体健康的伤害。
本发明所选用的原材料不是通常所使用的铸造用生铁，而是选用经 检测其化学成分及有害物质在国家规定范围内的钢板或铸造用钢锭，但
因其含碳、硅量低(其含碳量为0. 1 ~ 0. 6 %,含硅量为0. 1 ~ 1. 0 % )， 如果直接用它来铸造炊具，其强度及铸造性能(流动性、充满铸模能力、 收缩性、偏析-化学成分的不均勻性)均不能满足常规铸造的要求。为了 解决此问题，本发明先将所选定钢板或钢4t使用中频加热炉融解并加温 至1400 ~ 1550°C,然后加入适量冶金用优质焦炭(或石墨电极小块)和 硅铁(这些焦炭、石墨电极小块和硅铁也是经测试、其化学成分及有害 物质含量都在规定范围内)，在接近150(TC高温下，焦炭中的碳融入钢液， 而其中的灰分则融入熔渣，硅铁也在1410°C ~ 1500。C高温下，融入钢液， 以致纯净钢液的含碳量和含硅量恢复到铸造用铁的范围内(含碳量在2 ~ 4%、含硅量在1~3%)，碳和硅融入钢水后，吹入空气，使多余的碳变成 二氧化碳以控制和稳定钢水中的含碳量，最后加入适量除渣除气剂，完 成了铸造用铁水的制作。最后将其温度控制在1300 150(TC的范围内， 等待浇模。
本发明的具体制造方法是
第一步选用重金属含量符合要求的钢锭或钢板
先对选择的钢锭或钢板进行成分及有害物质检测，使所选用的原材 料的有害物质在规定范围内(经光谱仪检测，铅(Pb ) S 0. 003% ，磷(P ) S 0.05% 镍(Ni)互0.08%,镉(Cd) ^0. 02%,砷(As ) SO, 04%)。
第二步高温加碳加硅
将所选定的钢板或钢锭使用中频加热炉进行融化并加温至1400 ~1550°C,然后加入冶金用优质焦炭(或石墨电极小块)和硅铁(这些焦 炭、石墨电极小块和硅铁也是经测试、其化学成分及有害物质含量都在 规定范围内)，在接近150(TC高温下，焦炭中的碳融入钢液，而其中的灰 分则融入熔渣，硅铁也在1410°C ~ 1500。C高温下，融入钢液，以致纯净 钢液的含碳量和含硅量恢复到铸造用铁的范围内(含碳量在2~4%、含硅 量在1 ~ 3% )，碳和硅融入钢水后，使铁水含有2 ~ 4. 5%碳和1 ~ 3%硅，吹 入空气，使多余的碳变成二氧化碳以控制和稳定钢水中的含碳量，最后 加入除渣除气剂，完成了铸造用纯净铁水的制作。最后将其温度控制在 1300 1500。C的范围内，等待浇模。
也可以将以上的铸造用铁水浇铸成铸铁炊具用锭，再使用加热炉融 解并加温至1300~ 150(TC，浇模成铸铁炊具。
第三步，浇铸毛坯
在准备纯净铁水的同时，准备好浇铸用泥模、或砂模、或金属模， 铸件质量最能保证、铸造效果又较好的是带有水冷却装置的金属模。使 用金属模时，对模具表面作脱模膜层处理后，将铁水倒入铸模中，经快 速水冷却(冷却时间小于1分钟)将定量的纯净铁水倒入铸模中，经1分
钟以内快速水冷却使铁水均匀结晶，最后经脱模制成炊具的毛坯。 第四步，表面切削、检验、研磨
将制造好的铸铁炊具毛坯，用砂轮进行初切削，以检查其表面质量， 如果表面无明显气孔等缺陷，就根据产品设计要求进行进一步的精切削、 研磨或抛光处理。
第五步，表面耐腐蚀处理
将表面精切削、研磨或抛光好的铸铁炊具，通过渗氮处理，形成铁
9氮化合物层，其表面化合物化学稳定性高，耐腐蚀性强，表面硬度达420 ~ "0Hv,其厚度为5~10()微米，完成炊具制造过程。也可以做进一步的 氧化处理形成铁氮氧化合物层，其厚度为5~50微米，其铁氮氧表面化 合物层将使炊具在烹饪受热时不易变色，美观大方。
本发明除了有效控制铸铁炊具材料中这些重金属的含量外，又要解 决如何提高铸铁炊具表面的耐腐蚀性问题。 一方面，要保证铸铁炊具的 表面无明显气孔等缺陷，另一方面，再通过渗金属(镍、铬、4吕、锰等) 或渗气体(氮、碳、氧等)处理形成耐腐蚀的化合物层，常用方法是使 铸铁炊具的表面有一层铁和氮的化合物层，或者铁和氮氧的化合物层， 以致此铸铁炊具的表面具有较好的耐腐蚀性。本发明制造的卫生安全的 铸铁炊具，由于它的表面结构具有一层铁氮化合物层和铁氮氧化合物层， 此化合物层Y吏产品具有硬度高420 ~ 750Hv、耐磨、适用金属伊，同时此 表面的化合物层可以显著提高产品的耐腐蚀性和化学稳定性，使其能抵 抗水和各种食物的腐蚀。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现 有技术。
权利要求
1、一种卫生安全的铸铁炊具，其基材由钢板或钢锭构成，其特征在于在钢板或钢锭中含有2～4.5％碳和1～3％硅。
2、 如权利要求1所述的卫生安全的铸铁炊具，其制造方法是将选 定钢板或钢锭使用加热炉融化并加温至1400 155(TC,然后加入冶金用 焦炭和硅铁，使其铁水中含有2 ~ 4. 5%碳和1 ~ 3%硅，完成了铸造用铁水 的制作，最后将其温度控制在1300 150(TC的范围内，铁水用于浇模成 铸铁炊具。
3、 如权利要求2所述的卫生安全的铸铁炊具制造方法，其特征在于 具体方法为第一步选用重金属含量符合要求的钢板或钢锭； 先对选择的钢锭或钢板进行成分及有害物质检测，使所选用的原材料的成分和有害物质在国家规定范围内； 第二步高温加-友加硅将所选定的钢板或钢锭使用加热炉进行融解并加温至1400 - 1550 。C ,然后加入冶金用焦炭和硅铁，碳和硅融入钢水后，使铁水含有2 ~ 4. 5% 碳和1~3°/。硅，吹入空气，使多余的碳变成二氧化碳以控制和稳定钢水中 的含碳量，最后加入除渣除气剂，完成了铸造用铁水的制作，将其温度 控制在1300 ~ 150(TC的范围内，等待浇模；第三步浇铸毛坯在准备铁水的同时，准备好浇铸用模具，将铁水倒入铸模中，经脱 模制成炊具的毛坯；第四步，表面切削、检验、研磨将制造好的铸铁炊具毛坯，用砂轮进行初切削、精切削、研磨或抛 光，制成炊具。
4、 如权利要求3所述的卫生安全的铸铁炊具制造方法，其特征在于 所述第四步中制造好的铸铁炊具，再通过渗金属或渗气体处理，在铸铁炊 具表面形成耐腐蚀的化合物层，完成炊具制造过程。
5、 如权利要求3的卫生安全的铸铁炊具制造方法，其特征在于所 述第一步中钢板或钢《走的选定标准是铅(Pb)^ G. 003% ，磷(P)^ 0.05% 镍(Ni) S 0.08%，镉(Cd) SO. 02%，砷(As) SO. 04%。
6、 如权利要求3所述的卫生安全的铸铁炊具制造方法，其特征在于 所述第二步中焦炭采用石墨电极。
7、 如权利要求3所述的卫生安全的铸铁炊具制造方法，其特征在于 所述第三步中模具采用带有水冷却装置的金属模，使用金属模时，对模 具表面作脱模膜层处理后，将铁水倒入铸模中，经快速水冷却，使铁水 均匀结晶，最后经脱模制成炊具的毛胚。
8、 如权利要求4所述的卫生安全的铸铁炊具制造方法，其特征在于 将表面研磨或抛光好的铸铁炊具，通过渗氮处理，在铸铁炊具表面形成 铁氮化合物层，其铁氮化合物层的厚度为10 ~ 100微米。
9、 如权利要求8所述的卫生安全的铸铁炊具制造方法，其特征在于 在铸铁炊具表面形成铁氮化合物层后，再做氧化处理形成铁氮氧化合物 层。
10、 如权利要求9所述的卫生安全的铸铁炊具制造方法，其特征在 于铁氮氧化合物层的厚度为5 ~ 50微米。
全文摘要
本发明涉及一种卫生安全的铸铁炊具及其制造方法，铸铁炊具的基材由钢板或钢锭构成，其特点是在钢板或钢锭中含有2～4.5％碳和1～3％硅，使其还原为铸铁的功能。其制造方法是将选定钢板或钢锭使用加热炉融解并加温至1400～1550℃，然后加入冶金用焦炭和硅铁，使其铁水中含有2～4.5％碳和1～3％硅，完成了铸造用铁水的制作，最后将其温度控制在1300～1500℃的范围内，铁水用于浇模成铸铁炊具。本发明由于采用的是经充分提纯的铸钢还原成铸铁材料，再进一步对其表面进行耐腐蚀的化合物层处理而制成，因此使此铸铁炊具在烹饪时，能保留铁析出这一优点的同时，又不会析出对人体造成伤害的重金属。
文档编号C22C37/10GK101654756SQ20081004892
公开日2010年2月24日 申请日期2008年8月21日 优先权日2008年8月21日
发明者徐红春 申请人:徐红春