何 維 華

　　摘 要：本文扼要介紹了國內(nèi)外球墨鑄鐵管的發(fā)展概況；論述了球墨鑄鐵管是城市供水管網(wǎng)的主要管材，但城市供水管網(wǎng)也不一定選用單一管材；闡述了球墨鑄鐵管鑄造質(zhì)量的控制數(shù)據(jù)及控制點；提出了消失模負(fù)壓實型鑄造技術(shù)是當(dāng)前提高球墨鑄鐵管管件質(zhì)量的有效途徑，敘述了它的工藝流程、相關(guān)設(shè)備及質(zhì)量控制要點；概述了柔性接口防滑脫的一些措施；呼吁有關(guān)部門關(guān)注柔性接口膠圈質(zhì)量問題，落實相關(guān)措施。

　　球墨鑄鐵是一種鐵、碳合金，它是用低硫、低磷的優(yōu)質(zhì)鑄鐵熔煉后，經(jīng)球化處理，使其中的碳以球狀游離石墨存在，從而消除由片狀石墨所引起金屬晶體連續(xù)性被割斷的缺陷，它具有鐵的本質(zhì)，鋼的性能。使它不僅沒有失去鑄鐵的鑄造性、耐腐蝕性，還增加了抗拉性、延伸性、彎曲性和耐沖擊性，也就是具備了鋼的高強(qiáng)度及高韌性。
　　城市供水管網(wǎng)主要選用球墨鑄鐵鑄造的管材、管件，得到各國城市供水行業(yè)的認(rèn)同。目前國外球墨鑄鐵管鑄造技術(shù)發(fā)展方面，主要是采用的水冷金屬型離心鑄管技術(shù)。但日本對大口徑管用樹脂砂襯離心鑄造技術(shù)；獨聯(lián)體地區(qū)對大口徑管卻用半連續(xù)鑄造技術(shù)（帶熱處理退火工序）。世界上最大的球墨鑄鐵管生產(chǎn)基地是法國的莫松橋鑄管公司和日本玖保田鑄管公司。
　　我國1985年開始從德國、美國等引進(jìn)了水冷金屬型離心鑄管技術(shù)及設(shè)備；國內(nèi)也自行研制開發(fā)了水冷金屬型、熱模法及樹脂砂襯離心球管工藝生產(chǎn)線?，F(xiàn)國內(nèi)球墨鑄鐵管的生產(chǎn)能力達(dá)100萬噸/年，口徑從DN100～DN2200mm，使我國球墨鑄鐵管鑄造技術(shù)，已趕上及達(dá)到國際較好水平，管材、管件除滿足國內(nèi)需求外，還有一定量的出口。

　　下面討論三個問題：

1 球墨鑄鐵管是供水管網(wǎng)的主要管材

1.1 城市供水管網(wǎng)的功能需要球墨鑄鐵管
　　· 城市供水管道是輸送飲用水的，必須內(nèi)襯材料符合衛(wèi)生要求。
　　球墨鑄鐵管內(nèi)襯了水泥砂漿，管內(nèi)輸水符合衛(wèi)生要求；若輸送水的水質(zhì)不穩(wěn)定，則砂漿內(nèi)表面應(yīng)刷涂衛(wèi)生級樹脂保護(hù)，從而并不比非金屬管材差。
　　· 城市供水管道是輸送有壓力的水，必須管道有承內(nèi)壓的功能。
　　　球墨鑄鐵管可承受內(nèi)水壓力超過2.0Mpa以上，它比非金屬管材強(qiáng)。
　　· 城市供水管道是敷設(shè)在道路下面，必須管道有承受土壤靜荷載及地面動荷載的功能。
　　　球墨鑄鐵管系延伸率、剛度、抗拉強(qiáng)度均較大的金屬管道，承受土壤靜荷載及地面動荷載的能力通常比其它管材強(qiáng)。當(dāng)然若覆土過淺、過深時，也應(yīng)通過結(jié)構(gòu)計算確定相關(guān)措施。
　　· 城市供水管道的分支管件規(guī)格多、數(shù)量大。
　　　球墨鑄鐵管的管件規(guī)格齊全，能適應(yīng)新安裝需要，也能適應(yīng)運行管道上不仃水引接分支的需要，它比非金屬管材解決起來方便。
　　· 城市道路下面管線種類多、布置緊湊、立面交錯、更改頻繁，這些都要求管材的適應(yīng)性強(qiáng)、折裝方便。
　　　球墨鑄鐵管系柔性接口，折裝方便、承受局部沉陷的能力好，特別在有地下水或管內(nèi)有少量余水的狀況下維修容易，它比化學(xué)管材維修難度小。
　　· 城市道路下面的雨、污水管道容易滲漏，土壤腐蝕性強(qiáng)，要求管道耐腐蝕性好。
　　　球墨鑄鐵管通常外表面首先噴涂鋅層，再噴涂瀝青保護(hù)，這方面比非金屬管材弱，但比鋼管強(qiáng)。
　　· 在城市道路已按規(guī)劃定型的條件下，要求道路下面的管道能長期不維修。
　　　球墨鑄鐵管通常有50～100年的使用壽命，比化學(xué)管材及鋼管使用壽命長。
1.2 當(dāng)前城市供水管網(wǎng)組成狀況，預(yù)示著球墨鑄鐵管的發(fā)展前景
　　· 我國城市供水管網(wǎng)中，鑄鐵管占80％以上，近幾年逐漸淘汰了灰鑄鐵管，大量使用球墨鑄鐵管。
　　· 我國臺北市在1996年敷設(shè)3412km管道中，球墨鑄鐵管占84.82％。
　　· 日本東京市城市供水管網(wǎng)中，球墨鑄鐵管約占90％。
　　· 美國近幾年內(nèi)，年安裝供水管道23萬km，球墨鑄鐵管占47.7％。

2. 城市供水管網(wǎng)不可能使用單一管材

　　以上所述，球墨鑄鐵管是城市供水管網(wǎng)的主要管材，在國外DN50～2900mm之間均有球墨鑄鐵管的產(chǎn)品，在國內(nèi)DN100～2200mm之間也有球墨鑄鐵管的產(chǎn)品，但并不說明城市供水管網(wǎng)要使用單一管材，其理由如下：
2.1 DN≥1400mm及DN≤200mm的球墨鑄鐵管，鑄造難度大、相對價格高。
2.2 大口徑球墨鑄鐵管的管件，鑄造難度大、相對價格高。
2.3 大口徑球墨鑄鐵管管壁簿，承、插口端容易變形，影響管道敷設(shè)。 通常在地下管道交錯密布地段，管件復(fù)雜，大、中口徑管道宜采用鋼管敷設(shè)。
2.4 通常長距離輸水管道，口徑大、管件少，宜采用鋼筒預(yù)應(yīng)力管 （PCCP）或一、三階段預(yù)應(yīng)力管敷設(shè)；源水及工業(yè)用水管道也有使用玻璃鋼管敷設(shè)。
2.5 在非道路地段敷設(shè)長距離配水管道，中、小口徑管道有使用高密度聚乙烯（HDPE100）管敷設(shè)。
2.6 在庭院小區(qū)內(nèi)，DN≤300mm的配水支管道，可使用柔性接口的高密度聚乙烯（HDPE100）管或硬聚氯乙烯（PVC-U）管敷設(shè)。
2.7 對于DN≤100mm進(jìn)戶支管，宜采用柔性接口的不銹鋼管、柔性接口的高密度聚乙烯（HDPE100）管或硬聚氯乙烯（PVC-U）管敷設(shè)。
　　綜上所述，在國內(nèi)各城市供水管網(wǎng)中，球墨鑄鐵管目前宜適用于DN300～1200mm之內(nèi)。

3 當(dāng)前推廣球墨鑄鐵管時應(yīng)注意的幾個問題

3.1 搞好管材質(zhì)量控制是關(guān)鍵
　　· 球墨鑄鐵管不同于灰鑄鐵管的鑄造，它是鑄管行業(yè)的高科技產(chǎn)品，它從原料選擇及每道工序的質(zhì)量控制都有嚴(yán)格的要求。
　　· 球墨鑄鐵的原材料要求含磷≤0.1％、含硫≤0.015％，否則有脫磷、 脫硫措施。
　　· 熔煉的鑄鐵鐵水，再以電爐提高鐵水溫度達(dá)1550℃左右。
　　· 隨之添加鎂、鈣、鈰等堿土金屬或稀土金屬的球化劑，使含在鑄鐵中的石墨組織從片狀變成球狀；
　　· 添加球化劑后的鐵水應(yīng)以光譜儀快速檢驗鐵水中主要化學(xué)元素的含量及金相分析。
　　若主要化學(xué)元素含量符合要求（碳3.6～3.75%；硅1.8～2.1%；錳≤0.4%；磷≤0.05%；硫≤0.02%；鎂0.03～0.05%；稀土元素0.01～0.03%）。
　　按GB9441-88標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行金相檢驗，要求球化等級以二級為主；球化率大于80%；石墨大小為6～7級(在400倍視場下，球徑為1.5～4mm)，石墨球數(shù)達(dá)600～800個/mm2；滲碳體≤1%；小口徑管鐵素體≥90%，大口徑管為85%左右(球光體控制在8～12%內(nèi))。
　　· 上述快速檢驗合格后，則鐵水在10-15分鐘內(nèi)倒入鋼模中離心鑄造成管坯。
　　· 這種管坯必須經(jīng)熱處理后成可延性的球墨鑄鐵管（中、小口徑的管材延伸率應(yīng)≥10％；大口徑的管材延伸率應(yīng)≥7％）。
　　· 根據(jù)ISO2531-91國際標(biāo)準(zhǔn)的要求，這種球墨鑄鐵管的力學(xué)性能指標(biāo)為：抗拉強(qiáng)度≥420MPa；抗彎強(qiáng)度≥590MPa；屈服點強(qiáng)度≥300MPa；布氏硬度≤230。
　　· 根據(jù)ISO8179-1995標(biāo)準(zhǔn)，外涂層應(yīng)為鋅+瀝青，噴涂應(yīng)在管材表面潔凈、予熱的條件下進(jìn)行，規(guī)定噴鋅量≥130g/m2，焦油瀝青噴涂層厚度約0.08mm?，F(xiàn)不少用戶忽略了噴鋅這一要求，國外明確提出只有鋅層與管表面結(jié)合為一體時，再噴涂瀝青后才能對管材提供有效的保護(hù)。
　　· 根據(jù)ISO4179-1985標(biāo)準(zhǔn)，管內(nèi)表面均應(yīng)水泥砂漿襯里，日本還在砂漿表面噴涂衛(wèi)生級不飽和樹脂。
　　· 管材出廠前逐根試壓檢驗、承口內(nèi)清除鐵瘤、拋光處理、刷涂衛(wèi)生級的環(huán)氧樹脂，口徑≥400mm時建議管材運輸與堆放期間，承口端應(yīng)加內(nèi)支撐。
3.2 管件問題
　　管件的問題包括管件質(zhì)量及規(guī)格品種配套的問題。
　　· 管件質(zhì)量長期影響著球墨鑄鐵管的發(fā)展，近五年運用消失模法（EPS）負(fù)壓實型鑄造球墨鑄鐵管件在國內(nèi)得到可喜的成功，使管件質(zhì)量趕上了管材的質(zhì)量。
　　這種鑄造法的工藝流程如下：

　　消失模法負(fù)壓實型鑄造的主要設(shè)備有：制模設(shè)備（予發(fā)機(jī)、成型機(jī)）；
　　模型粘結(jié)組合設(shè)備（簡易或自動粘結(jié)機(jī)）；涂料及涂層制備設(shè)備（涂料研磨機(jī)、涂料箱）；造型設(shè)備（振動臺、加砂裝置）；落砂設(shè)備（翻箱機(jī)、底泄砂裝置）；砂處理設(shè)備（篩分設(shè)備、冷卻裝置、水平及垂直輸送設(shè)備）；負(fù)壓澆注設(shè)備（真空系統(tǒng)）；拋丸除銹設(shè)備；環(huán)保設(shè)備（除塵系統(tǒng)、澆注尾氣凈化裝置）。
　　消失模法負(fù)壓實型鑄造的主要原輔材料有：泡塑模型原材料（可發(fā)性聚苯乙烯珠粒EPS）；模型粘結(jié)膠；模型粘結(jié)膠帶紙；模型表面修補(bǔ)劑、修補(bǔ)膏；型砂等。
　　利用消失模法負(fù)壓實型鑄造球墨鑄鐵管件，表面平整，可使管件厚度減少1/4，法蘭盤端面及法蘭盤孔不另行加工，承、插口工作面可不加工或少加工。
　　消失模法負(fù)壓實型鑄造屬精密鑄造工藝，目前主要在中、小口徑管件上應(yīng)用，各個工序上質(zhì)量控制較嚴(yán)，泡塑模型原材料的質(zhì)量、模型粘結(jié)膠的質(zhì)量、模型成型的質(zhì)量、涂層的質(zhì)量、造型工藝、澆注工藝等對鑄件的質(zhì)量影響是不可忽視的，只有嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)才能使鑄件質(zhì)量穩(wěn)定。鑄件外觀質(zhì)量好了，還不能說明鑄件質(zhì)量的全面情況，法蘭盤的平整度及尺寸、柔性接口工作面尺寸，都應(yīng)核查，特別是產(chǎn)品的水壓檢驗不可免除。
　　消失模法鑄造的管件售價較高，但管件重量輕、免機(jī)械加工，工程造價基本持平，它應(yīng)是當(dāng)前球墨鑄鐵管件的較理想的鑄造工藝。
　　大口徑管件目前較好的鑄造是采用樹脂砂成型，質(zhì)量較好。
　　近年國內(nèi)有廠家試用金屬模上高壓噴射樹脂砂，一方面使金屬模重復(fù)使用，再方面使管件表面質(zhì)量提高，也是很有前途的鑄造工藝。
　　· 管件的規(guī)格品種一定要與管材的口徑配套，一定要與異形管件柔性接口防滑脫的措施銜接好。
3.3 柔性接口防滑脫問題
　　柔性接口的優(yōu)點己經(jīng)得到公認(rèn)，但在異形管處支礅尺寸較大，有時在道路下面無法實施，因此研究柔性接口防滑脫問題十分迫切，歸納起來有以下幾種方式：
　　· 承插接口處加拉箍------利用拉箍與管表面的摩擦力來減少柔性接口滑脫力，從而減小支礅尺寸。如若管道口徑不大，多個承插接口處又加拉箍，甚至免砌筑支礅。
　　· 帶止退槽的螺旋式接口------管承口端有內(nèi)螺扣，螺紋壓蘭壓緊擋環(huán)，使密封膠圈限位，若插口端加工有止退槽，則具有防滑脫功能。
　　· 自錨式接口-----它是一種特殊的機(jī)械式接口，它由焊接于管插口端的擋環(huán)、外形帶曲率的鎖緊環(huán)、特殊的壓蘭及螺栓組成，它通過壓蘭、鎖緊環(huán)實行自錨，較好地結(jié)合了柔性接口的密封性與防滑脫性。
　　· 座圈卡固接口----它也是一種特殊的機(jī)械式接口，承口較長，承插口間用座圈卡固，其抗剪強(qiáng)度大，抗滑脫性能好，適用于較大口徑管道上。
　　· 復(fù)合接口----它是承口端用傳統(tǒng)的T型接口外增加了防滑脫接口，因此承口較長，防滑脫接口系防滑脫膠圈與錐形鋼環(huán)組成。
　　· 防滑脫膠圈-----它是不改變管承插口T型接口的形式，僅是傳統(tǒng)的T型膠圈的內(nèi)斜面均勻分布了數(shù)個防滑脫鋼釘，從而具有8-9倍傳統(tǒng)的T型膠圈的防滑脫力。
　　除以上列舉的方式外，尚還有一些方式，這些方式均有待在研制、實踐中去鑒別與完善。
3.4 膠圈問題
　　球墨鑄鐵管可使用50-100年的問題可以理解，橡膠圈能否達(dá)到這樣的壽命？沒有把握，這也是所有柔性接口存在的同一疑問。因此廠方提供配套膠圈時應(yīng)向用戶說明以下內(nèi)容：
　　· 膠圈由那個橡膠廠供貨，該廠的相關(guān)證件；
　　· 膠圈是選用什么材料制作，執(zhí)行的什么標(biāo)準(zhǔn)，該批膠圈化學(xué)、物理檢驗數(shù)據(jù)，用于供水管網(wǎng)的膠圈通常選用三元乙丙及丁晴橡膠，切勿摻和再生膠；
　　總的而言，當(dāng)前膠圈重視的程度是不夠的，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對此規(guī)定得亦不細(xì)，建議相關(guān)部門應(yīng)指定專業(yè)科研單位作進(jìn)一步工作，用管單位在訂貨時應(yīng)有明確要求，在大批量訂貨時，應(yīng)委托省、市質(zhì)檢部門作化學(xué)、物理抽驗。

　　當(dāng)然，用好一種管材與設(shè)計、施工、管理部門也有一定關(guān)系，因時間關(guān)系沒有述及，以上意見僅供參考，不當(dāng)之處望指正。

2002年5月27日