专利名称：冲天炉生产高强度铸铁营养煎盘用的变质剂及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铸铁用的变质剂，尤其是涉及一种冲天炉生产高强度铸铁 营养煎盘用的营养变质剂及其制造方法。
背景技术：
人类营养学的研究结果已经表明，许多疾病的发生都与人体缺少微量元素 密切相关。人体所必需的微量元素基本上都是通过饮食获取，而制作食品的炊 具中的元素，将会一点点地渗透到食品中。随着人们对这一观点的认识，被专 家认为对人体有害的铝制炊具逐渐受到冷落，而铁制炊具则因其对人体有益无 害受到青睐，联合国科教文卫组织也倡导使用铁制炊具，以提高人们的健康水 平。营养保健型炊具更是人们渴望的理想炊具。现代医学和营养学的发展，已经证实人体中有50多种微量元素。到目前为止，已被确认与人体健康和生命有 关的必需的微量元素有16种，即铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、 钼、钒、锡、硅、锶、硼，每种微量元素都有其特殊的生理功能。尽管它们在 人体内含量极小，但它们对维持人体中的一些决定性的新陈代谢却是十分必要 的。 一旦缺少了这些必需的微量元素，人体就会出现疾病，甚至危及生命。中国专利94213349. 8公开了一种包边复底的铸铁营养保健锅，其专利文件 中提到在铁锅的材料中添加Zn (锌)、Ca (钙)、Mo (钼)、Mg (镁)、K (钾)、 Li (锂)等十多种营养元素，但其并没有提到如何将这些元素添加到铸铁中。中国专利CN1097295公开了一种含有微量元素的搪瓷铸铁锅及其制作工艺， 此发明的铁锅的合金元素中主要含有Cu (铜)、Mn (锰)、Zn (锌)、Se (硒)、 Mg (镁)、Ca (钙)、Mo (钼)等在日常烹饪中可微量地溶入食物的微量元素， 并在锅外侧上有搪瓷。本发明的制作工艺中，其营养元素的加入方式是将配制好的多元素中间合金、Mo—Fe合金或钼箔片一起置于浇包中，冲入合格铁水， 铸成铁锅。该中间合金的成分为Cu 55-60%， Zn 30-38%， Mg 0.1-0.4%， Se 0.2-0.7°/。， Ca2. 0-2. 6%，余为少量Si。由于这些中间合金中含有的硒、硅等仅 为5%左右，其它中间合金元素均为塑形很好的金属材料，因此这种中间合金破 碎时非常困难，使用很不方便。中国专利CN1152033公开了一种豪华型营养铁锅及其制造工艺，铁锅材料为含有多种微量元素的合金铸铁，该发明公开的铁锅包括以下成分铜 0. 06-0. 30%、锌0. 012-0. 063%、磷0. 012%、,丐0. 001-0. 16%、碘0. 。004-0. 00 2 50/0、 钾0.0001-0.0003%，其余为铁。其中的微量元素为铜、锌、磷、妈、碘、钾 以及稀土、镁、锰等，其营养元素的加入方式是先将易于烧损的碘化钾、黄铜、 磷铁放入已烤红的大铁水包内，不易烧损的钼铁、络铁、锰铁等放在冲天炉中 熔化。把硅钙合金粉、粉末分别放入小浇包和铸锅机的下模内。因此其制作过 程也很麻烦。铸铁中除含有基本元素Fe (铁)外还含有五大常规元素C (碳)、Si (硅)、 Mn (锰)、P (磷)、S (硫)。而对人体有益的许多元素由于其熔点与铁的熔点相 差很大，是不能在冲天炉熔炼过程中直接加入到铸铁中的，而变质剂是在铁水 熔炼完成后出炉时加在浇包中，以改变铁水的质量，提高铸铁件的机械性能。目前铸铁变质剂的作用一般都是为了提高铸铁件的强度、韧性等机械性能， 还没有一种配合铸铁炊具使用的、提高铸铁炊具营养成分的变质剂。因为从铸 铁冶金学角度出发，即能够提高铸铁件的机械性能又必须符合人类营养学的要 求的强化元素和变质元素，不是很容易找到的。发明内容本发明需要解决的技术问题是提供一种用于冲天炉生产高强度营养煎盘的 变质剂及其制造方法，它使煎盘中含有对人体具有营养作用、符合人类营养学 要求的微量化学元素，又能提高煎盘的强度等机械性能。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是铁冶金学的研究结果，选定Ca (钙)、Zn (锌)、 Mg (镁)、Cu (铜)、Sr (锶)、B (硼)、Si (硅)等作为营养变质元素，用于生 产高强度铸铁营养煎盘用的变质剂。本发明的营养变质剂成分的重量百分含量为-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%，余为Fe。生产上述营养变质剂所用的原材料的重量配比为硅钙合金(含Ca 28-30%、含Si50-55%) 7-17%，锌锭3-7%，镁锭2-5%， 电解铜2-10%,锶0. 2-1. 6%，硼铁(含B17-19%) 0. 8-4%，硅铁(含Si72-75%) 40-65%，余量为废钢。本发明的营养变质剂的制作工艺过程为把所用的除锶外的原材料根据配比要求分层装入感应电炉坩埚中，加热， 待熔化后将金属锶投入炉中。全部熔清后，经搅拌、浇铸、破碎、装袋，便得 到本发明产品。分层装炉的次序是废钢、硅铁、镁锭、锌锭、硼铁、电解铜、 硅钙合金、硅铁。其中硅铁分两次加入，第一次加入量约为总量的1/3，第二次 即最后一层的加入量约为总量的2/3。由于采用了上述技术方案和配比，本发明取得的技术进步是:1、 按最佳配比制成的含有Ca、 Zn、 Mg、 Cu、 Sr、 B 、 Si等元素的营养变 质剂，具有较大的脆性，非常容易地破碎成生产需要的粒度，使用起来极其方 便。2、 将其添加到铸铁中，既能增强珠光体化能力和保证足够的石墨化能力， 从而提高煎盘的机械性能，同时又使煎盘含有营养元素，具有营养保健功能。3、 由于Ca、 Zn、 Mg、 Cu、 Sr、 B大多是低熔点金属，且与氧的亲和力很大， 密度与铁也有较大悬殊，如将这些元素随炉料一起在炉后加入冲天炉中，很容 易造成有的元素化学成分不均，有的能溶入铸铁的收得率非常低，可操作性很 差。而将他们作成变质剂，在炉前变质处理的过程中加入，这些元素就会比较容易的添加到铸铁中。本发明的配方中的各种化学元素所起的作用为1、 从铸铁冶金学的角度分析钙(Ca)是最早被发现的强化孕育元素之一，是强石墨化形成元素，可显 著降低白口、增加共晶团数量和促进A型石墨的形成。镁(Mg)是众所周知的石墨变态元素，具有很强的脱氧脱硫除气能力，所形成的硫化物可成为石墨非均质形核的核心。当Mg、 Ca同时加入铁液中，可形 成混合硫化物(Mg、 Ca) S，其晶格常数依Mg、 Ca的相对比例居于5. 20a和5. 70 a之间，与石墨的晶格失配度是4. 1%和12. 1%，而晶格失配度小于6%的基底是 非常有效的非均质生核核心，6-12%失配度有适中的效果。锌(Zn)对灰铸铁组织有明显作用，能细化石墨，同时使化合碳量增加， 白口倾向也增大，因此，能显著地提高力学性能。 一般认为这和形成了复合碳 化物Fe3ZnC和增加氮含量有关。铜(Cu)是固溶元素，削弱Fe-C原子间的结合力，扩大稳定系和介稳定系 共晶温度间隔，促进共晶转变时的石墨化，但它却明显降低共析温度，每增加 W。Cu含量，共析温度降低l(TC。铜的这种对共晶、共析阶段的不同石墨化作用， 避免了铸件薄壁出现游离渗碳体而厚壁处出现铁素体。铜的固溶，即可增加和 细化珠光体，同时还强化珠光体中的铁素体，又减少白口倾向，还可细化石墨， 使铸铁获得满意的力学性能。在铸铁中锶(Sr)具有消除白口能力强、能改善石墨组织、收缩敏感性小 等作用。硼(B)在铸铁中可显著细化晶粒，提高高温持久寿命等作用。2、 从现代医学和营养学证实并取得共识的微量元素与人体健康的关系分 析，应用本发明生产的高强度铸铁营养煎盘中存在的元素具有如下作用钙是人体含量最多的元素之一，是骨骼和牙齿的主要成分，能促进骨、牙 齿的正常生长。钙又是血液凝固的必要因素，是许多酶的激活剂，钙能调节心 脏和神经的活动，维持肌肉的紧张力。人体缺乏钙会患佝偻病、心律不齐、神经肌肉应急增强，产生手足抽搐等。镁作为细胞中的阳离子，对很多酶系统、特别是对于氧化磷酸化有关的酶 系统的生物活性极为重要。镁离子是维持心肌正常功能和结构所必需的元素。 人体缺镁会产生慢性呼吸障碍征候群，急性腹泻，慢性肾功能障碍。锌参与多种酶合成，并是酶保持活性所必需的。锌也是蛋白质合成的一个 重要元素。锌缺乏的主要临床表现为，生长迟缓，少年期性器官发育幼稚化。 伤口愈合慢，味道异常等。铜在人体中含量很少，存在于各种组织和体液中，能促进铁组成血红蛋白。 同时也是许多氧化酶的辅助因子。人体缺铜会产生贫血，中性白细胞减少，生 长迟缓和情绪易于激动等症状。硅在人体中的含量较多，成人可达18g，现代的试验表明硅对骨质钙化生长 发育都有至关重要的作用。锶是人体骨骼及牙齿正常组合部分，它可以促进骨折愈合和防止老年骨质 疏松，还可预防高血压心脏病等。硼协助维生素、酶发挥作用，并参与肾上腺、甲状腺等腺体分泌功能。本发明的生产铸铁煎盘的变质剂中没有选用对人体有不利影响的元素，使 用这种变质剂生产的煎盘不但具有营养保健功能，而且铸铁产品的强度较高、 经久耐用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明 实施例1将准备好的原材料，按照分层装料的方法将原材料装入感应电炉的柑埚内，分层装料的次序是19.2%的废钢、18%的硅铁、3.5%的镁锭、4.5%的锌锭、2%的 硼铁、6%的电解铜、12%的硅钙合金、34%的硅铁。对上述原料进行加热，待烙 化后将占上述原料总量0.8%的金属锶投入炉内，全部熔清后，搅拌均匀，出炉 浇铸；待凝固冷却后，破碎成要求的粒度，并装袋入库。由此得到的本发明的产品，其大概的合金含量为Ca3. 5%， Zn3. 5%， Mg2. 5%， Cu60/。， SrO. 4%， B0. 3%，Si43%，余量为Fe。 实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于生产营养变质剂时原材料的装炉量 为20.8%的废钢、15%的硅铁、5%的镁锭、3%的锌锭、4%的硼铁，10%的电解铜、 17%的硅钙合金、25%的硅铁。待熔化后将占上述原料总量0.2%的金属锶投入炉 内。获得的营养变质剂的大概的合金含量为Ca 5%， Zn 2%， Mg 4%， Cu 10%, Sr 0.1%， B 0.5%， Si37%，余量为Fe。实施例3本实施例与实施例1的不同之处在于生产营养变质剂时原材料的装炉量 为14.6%的废钢、23%的硅铁、2%的镁锭、7%的锌锭、0.8%的硼铁，2%的电解 铜、7%的硅钙合金、42%的硅铁。待熔化后将为上述原料总量1.6%的金属锶投入 炉内。获得的营养变质剂的大概的合金含量为Ca 2%， Zn 5%， Mg 1%， Cu 2%， Sr 0.8%， B 0.1%， Si 50°/。，余量为Fe。实施例4本实施例说明的是本发明的营养变质剂在冲天炉条件下，生产高强度铸铁 营养煎盘的使用情况。由于煎盘的壁厚约为3.5mm，属超薄壁灰口铸铁件，铁液要有很好的流动性 和小的白口倾向，这就要求原铁液取较高的碳当量。当然，碳当量越高，提高 铸件材质越困难，综合考虑上述因素，经现场试验后，确定原铁液化学成分为 C3. 2-3. 8%， Sil.8-2. 4%， MnO. 3-0. 9%， P<0. 3%， S<0. 15%。采用3t/h冲天炉熔化铁液，按确定的上述铸铁的化学成分进行配料，出炉 时在浇包中加入单包铁水重量的0. 3 0. 4%的营养变质剂，采用冲入法浇包处理 工艺进行炉前变质处理。对试样和铸件本体分析检验的结果表明，材质稳定达 到了 HT250牌号要求，铸件无白口，石墨片细小，分布均匀。珠光体基体趋于 粒状分布，非常细小。各项性能指标及营养元素含量达到了设计要求。
权利要求
1、冲天炉生产高强度铸铁营养煎盘用的变质剂，其特征在于包括对人体具有营养作用的化学元素钙、锌、镁、铜、锶、硼、硅、铁；其中各化学成分的重量百分含量为钙2～5％，锌2～5％，镁1～4％，铜2～10％，锶0.1～0.8％，硼0.1～0.5％，硅37～50％，余量为铁。
2、 根据权利要求l所述的冲天炉生产高强度铸铁营养煎盘用的变质剂，其 特征在于所述变质剂配置时所用的原材料的重量配比为硅钙合金7-17%，锌锭3-7%，镁锭2-5%，电解铜2-10%，锶0. 2-1. 6%，硼 铁0.8-4%，硅铁40-65%，余量为废钢。
3、 根据权利要求1或2所述的冲天炉生产高强度铸铁营养煎盘用的变质剂 的制造方法，其特征在于该方法如下将原材料硅钙合金7-17%，锌锭3-7%，镁锭2-5%，电解铜2-10%，锶0. 2-1. 6%， 硼铁0.8-4%，硅铁40-65%，余量为废钢，按废钢、1/3约量的硅铁、镁锭、锌 锭、硼铁、电解铜、硅钙合金、2/3约量的硅铁的次序依次分层装入感应电炉坩 埚中；加热，待熔化后将金属锶放入坩埚中，直到全部熔清；经搅拌、浇铸、 破碎、装袋，便得到本发明产品。
全文摘要
本发明公开了一种冲天炉生产高强度铸铁营养煎盘用的变质剂及其制造方法，它应用于铸造铸铁营养煎盘时对铸铁液进行变质处理。本发明的变质剂包括对人体具有较大营养作用的元素Ca、Zn、Mg、Cu、Sr、B、Si。其中各化学成分的重量百分含量为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％，余量为Fe。利用本发明的变质剂生产的铁锅或者煎盘等炊事用具，不但能提高炊具的强度等机械性能、增强铸铁的珠光体化能力和保证足够的墨化能力，而且还使炊具具有营养保健功能，并且变质剂的脆性较大，容易破碎成生产所需要的粒度，使用方便。
文档编号C21C1/00GK101250604SQ20081005462
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者张忠诚, 王忠民 申请人:河北科技大学