何 維 華

　　摘 要：本文扼要介紹了國內外球墨鑄鐵管的發(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量的控制數(shù)據(jù)及控制點；提出了消失模負壓實型鑄造技術是當前提高球墨鑄鐵管管件質量的有效途徑，敘述了它的工藝流程、相關設備及質量控制要點；概述了柔性接口防滑脫的一些措施；呼吁有關部門關注柔性接口膠圈質量問題，落實相關措施。

　　球墨鑄鐵是一種鐵、碳合金，它是用低硫、低磷的優(yōu)質鑄鐵熔煉后，經球化處理，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，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)的認同。目前國外球墨鑄鐵管鑄造技術發(fā)展方面，主要是采用的水冷金屬型離心鑄管技術。但日本對大口徑管用樹脂砂襯離心鑄造技術；獨聯(lián)體地區(qū)對大口徑管卻用半連續(xù)鑄造技術（帶熱處理退火工序）。世界上最大的球墨鑄鐵管生產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、美國等引進了水冷金屬型離心鑄管技術及設備；國內也自行研制開發(fā)了水冷金屬型、熱模法及樹脂砂襯離心球管工藝生產線。現(xiàn)國內球墨鑄鐵管的生產能力達100萬噸/年，口徑從DN100～DN2200mm，使我國球墨鑄鐵管鑄造技術，已趕上及達到國際較好水平，管材、管件除滿足國內需求外，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，必須內襯材料符合衛(wèi)生要求。
　　球墨鑄鐵管內襯了水泥砂漿，管內輸水符合衛(wèi)生要求；若輸送水的水質不穩(wěn)定，則砂漿內表面應刷涂衛(wèi)生級樹脂保護，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，必須管道有承內壓的功能。
　　　球墨鑄鐵管可承受內水壓力超過2.0Mpa以上，它比非金屬管材強。
　　· 城市供水管道是敷設在道路下面，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。當然若覆土過淺、過深時，也應通過結構計算確定相關措施。
　　· 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，能適應新安裝需要，也能適應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性強、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有少量余水的狀況下維修容易，它比化學管材維修難度小。
　　· 城市道路下面的雨、污水管道容易滲漏，土壤腐蝕性強，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，這方面比非金屬管材弱，但比鋼管強。
　　· 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，比化學管材及鋼管使用壽命長。
1.2 當前城市供水管網(wǎng)組成狀況，預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，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品，在國內DN100～2200mm之間也有球墨鑄鐵管的產品，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。 通常在地下管道交錯密布地段，管件復雜，大、中口徑管道宜采用鋼管敷設。
2.4 通常長距離輸水管道，口徑大、管件少，宜采用鋼筒預應力管 （PCCP）或一、三階段預應力管敷設；源水及工業(yè)用水管道也有使用玻璃鋼管敷設。
2.5 在非道路地段敷設長距離配水管道，中、小口徑管道有使用高密度聚乙烯（HDPE100）管敷設。
2.6 在庭院小區(qū)內，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。
2.7 對于DN≤100mm進戶支管，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。
　　綜上所述，在國內各城市供水管網(wǎng)中，球墨鑄鐵管目前宜適用于DN300～1200mm之內。

3 當前推廣球墨鑄鐵管時應注意的幾個問題

3.1 搞好管材質量控制是關鍵
　　· 球墨鑄鐵管不同于灰鑄鐵管的鑄造，它是鑄管行業(yè)的高科技產品，它從原料選擇及每道工序的質量控制都有嚴格的要求。
　　· 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以光譜儀快速檢驗鐵水中主要化學元素的含量及金相分析。
　　若主要化學元素含量符合要求（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標準進行金相檢驗，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)。
　　· 上述快速檢驗合格后，則鐵水在10-15分鐘內倒入鋼模中離心鑄造成管坯。
　　· 這種管坯必須經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≥10％；大口徑的管材延伸率應≥7％）。
　　· 根據(jù)ISO2531-91國際標準的要求，這種球墨鑄鐵管的力學性能指標為：抗拉強度≥420MPa；抗彎強度≥590MPa；屈服點強度≥300MPa；布氏硬度≤230。
　　· 根據(jù)ISO8179-1995標準，外涂層應為鋅+瀝青，噴涂應在管材表面潔凈、予熱的條件下進行，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合為一體時，再噴涂瀝青后才能對管材提供有效的保護。
　　· 根據(jù)ISO4179-1985標準，管內表面均應水泥砂漿襯里，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，承口端應加內支撐。
3.2 管件問題
　　管件的問題包括管件質量及規(guī)格品種配套的問題。
　　· 管件質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）負壓實型鑄造球墨鑄鐵管件在國內得到可喜的成功，使管件質量趕上了管材的質量。
　　這種鑄造法的工藝流程如下：

　　消失模法負壓實型鑄造的主要設備有：制模設備（予發(fā)機、成型機）；
　　模型粘結組合設備（簡易或自動粘結機）；涂料及涂層制備設備（涂料研磨機、涂料箱）；造型設備（振動臺、加砂裝置）；落砂設備（翻箱機、底泄砂裝置）；砂處理設備（篩分設備、冷卻裝置、水平及垂直輸送設備）；負壓澆注設備（真空系統(tǒng)）；拋丸除銹設備；環(huán)保設備（除塵系統(tǒng)、澆注尾氣凈化裝置）。
　　消失模法負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）；模型粘結膠；模型粘結膠帶紙；模型表面修補劑、修補膏；型砂等。
　　利用消失模法負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、小口徑管件上應用，各個工序上質量控制較嚴，泡塑模型原材料的質量、模型粘結膠的質量、模型成型的質量、涂層的質量、造型工藝、澆注工藝等對鑄件的質量影響是不可忽視的，只有嚴把質量關才能使鑄件質量穩(wěn)定。鑄件外觀質量好了，還不能說明鑄件質量的全面情況，法蘭盤的平整度及尺寸、柔性接口工作面尺寸，都應核查，特別是產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、免機械加工，工程造價基本持平，它應是當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，質量較好。
　　近年國內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使用，再方面使管件表面質量提高，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)點己經得到公認，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械式接口，承口較長，承插口間用座圈卡固，其抗剪強度大，抗滑脫性能好，適用于較大口徑管道上。
　　· 復合接口----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向用戶說明以下內容：
　　· 膠圈由那個橡膠廠供貨，該廠的相關證件；
　　· 膠圈是選用什么材料制作，執(zhí)行的什么標準，該批膠圈化學、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，當前膠圈重視的程度是不夠的，產品標準中對此規(guī)定得亦不細，建議相關部門應指定專業(yè)科研單位作進一步工作，用管單位在訂貨時應有明確要求，在大批量訂貨時，應委托省、市質檢部門作化學、物理抽驗。

　　當然，用好一種管材與設計、施工、管理部門也有一定關系，因時間關系沒有述及，以上意見僅供參考，不當之處望指正。

2002年5月27日