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銅業(yè)知識:結(jié)晶器銅板鍍層技術(shù)的發(fā)展歷史

2015年03月24日 9:44 6412次瀏覽 來源:   分類: 銅資訊

  結(jié)晶器銅板電鍍層就是在結(jié)晶器銅板上電鍍一層金屬或合金層,從而達(dá)到抗磨減磨的目的。
  結(jié)晶器是連鑄的核心部件,結(jié)晶器銅板作為連鑄從液態(tài)鋼水到凝固成固態(tài)坯殼的重要導(dǎo)熱部件,其質(zhì)量好壞直接影響到鑄坯的表面質(zhì)量、連鑄機(jī)拉速等指標(biāo)。熔融的鋼水流經(jīng)結(jié)晶器銅板,在外界冷卻水的作用下結(jié)晶成坯,并被引錠桿從結(jié)晶器中拉出。經(jīng)常拉坯使結(jié)晶器銅板磨損嚴(yán)重,更換頻繁,不僅降低生產(chǎn)效率,而且消耗大量的結(jié)晶器。為提高結(jié)晶器銅板的使用壽命,國內(nèi)外相關(guān)單位及專家對銅板材料及鍍層展開了長期的、深入地研究,取得了很大的成果。目前,國內(nèi)外開始應(yīng)用熱解析技術(shù)進(jìn)行結(jié)晶器設(shè)計最佳化及鍍層選擇的研究,熱解析技術(shù)在結(jié)晶器銅板上的應(yīng)用大大提高了提高結(jié)晶器銅板的壽命。
  結(jié)晶器銅板鍍層技術(shù)的發(fā)展如下:
  結(jié)晶器銅板鍍層參數(shù)一覽表

結(jié)晶器銅板鍍層參數(shù)一覽表

鍍層材料

硬度HV

熱膨脹系數(shù)【×10-6/°C】

熱導(dǎo)率【W(wǎng)/(m.K)

Cr

≥600

7

60~66

Ni

≥140

14~16.7

76~84

Ni-Fe

≥250

14

63~88

Ni-Co

≥280

14

75~84

Co-Ni

≥220

14

80~84

Ni- Co –Fe

≥650

14.5

65~75

Cu

≥85

17.7

43

Ni-B

500

14

75~86

   從硬度看Ni-Co–Fe鍍層接近硬格層,在300°時各項性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鍍鉻層,所以通鋼量是最好的。Ni-B鍍層脆性大,主要應(yīng)用在結(jié)晶器銅管上。
  盡管在銅板的材料方面作了很多努力,使高溫強度及硬度都有很大提高,但始終未能很好地解決高溫澆鑄時Cu離子的擴(kuò)散滲入、結(jié)晶器下部的耐摩損、開澆時噴濺等問題。解決這些問題的有效辦法是銅板表面的鍍層。結(jié)晶器鍍層所要求的功能可歸納為耐噴濺性、耐熱龜裂性、耐剝落性、高散熱性及結(jié)晶器下部的耐摩耗性和耐腐蝕性。圖2表示了電鍍層材料及其工藝發(fā)展和存在的問題。

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  1.鍍Cr層
  鍍層研究初期,從耐摩性和耐噴濺性出發(fā)采取了鍍Cr層。Cr表面形成的極薄一層氧化膜對開澆時產(chǎn)生的飛濺鋼水粒被凝固后的脫落是很有益的。但是鍍層較厚時容易剝落,可采用0.06~0.10mm左右厚的鍍層。
  2.Ni+Cr復(fù)合鍍層
  為了解決鍍層厚度采用了Ni+Cr復(fù)合鍍層。由于Ni的熱膨脹系數(shù)接近于Cu,剝離問題大大改善,厚度增加。Ni解決了附著力和厚度問題,Cr解決了噴濺性和表面硬度問題。為了解決Ni熱傳導(dǎo)率較差問題,引入了斜面層工藝,彎月面處的Ni層厚度可控制在0.2mm左右,出口處Ni層厚度控制在3mm左右。試用表明,Cr層極薄,較厚Ni層又很軟,未能圓滿解決結(jié)晶器下部耐摩耗問題。一方面由于澆鑄速度的提高,較薄的坯殼在鐵水靜壓力作用下緊貼于銅板表面,增加了機(jī)械摩擦負(fù)荷;另一方面,無缺陷鑄坯工藝對結(jié)晶器形狀精度的要求越來越嚴(yán)格,結(jié)晶器更換周期取決于下部摩耗量。
  3.Ni-Fe鍍層
  在Ni中加入Fe或加入W和Fe時,鍍層的硬度明顯提高。隨成分不同可控制不同硬度值,見圖3、圖4。Ni-Fe鍍層首先由日本野村鍍金株式會社開發(fā),取名為TAP鍍層,有如下特點:按Fe含量不同,可調(diào)節(jié)硬度在HV250~550范圍內(nèi)。高溫強度(400℃)是Ni的2.5倍;單層電鍍就可實現(xiàn)較厚鍍層,成本低。

3

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  低速板坯鑄機(jī)由于熱負(fù)荷較輕,彎月面處銅板發(fā)生熱龜裂的傾向少,結(jié)晶器下部的摩耗相對是主要的。因此低速板坯鑄機(jī)選用N-TAP鍍層,F(xiàn)e含量取8%~10%,電鍍時添加減少內(nèi)應(yīng)力劑。中速板坯鑄機(jī)和方坯鑄機(jī)由于速度較快,綜合考慮彎月面處熱龜裂傾向和結(jié)晶器下部的耐摩耗性,選用TAP鍍層,含F(xiàn)e4%~6%,不添加減少內(nèi)應(yīng)力劑。N-TAP和TAP鍍層具有良好的噴濺性能,可采用單層鍍層,降低結(jié)晶器的使用成本。濟(jì)鋼第一煉鋼廠目前應(yīng)用的就是這種鍍層,與原鍍Cr層相比,一次過鋼量由1.5萬t增加到12萬t,壽命提高7倍以上,設(shè)備作業(yè)時間由87h增至700h,每月減少7塊結(jié)晶器銅板的備件消耗,節(jié)資102.9萬元。更換結(jié)晶器銅板次數(shù)由每月8次減至1次,可節(jié)省更換時間3h,多生產(chǎn)板坯約400t,減輕了工人勞動強度,改善了作業(yè)環(huán)境,年增效益1234.8萬元。
  4.Ni-Co鍍層和Co-Ni鍍層
  為了進(jìn)一步提高鍍層的耐磨性,提高結(jié)晶器銅板的使用壽命,國外又發(fā)展了Ni-Co鍍層和Co-Ni鍍層。這其實是兩種不同基體的高溫合金,Ni-Co是含鈷的鎳基合金,Co-Ni是含鎳的鈷基合金。其性能較Ni-Fe鍍層又有了進(jìn)一步的提高,Co-Ni鍍層的性能更好一些,在國內(nèi)大板坯結(jié)晶器上使用,一次使用壽命可過鋼20萬t。
  5.Ni-Cr合金噴涂層
  在板坯結(jié)晶器使用中,窄邊銅板的磨耗比寬邊銅板更嚴(yán)重,為了提高窄邊銅板的使用壽命,日本開發(fā)了窄邊銅板超音速噴涂技術(shù),即在窄邊銅板表面用超音速噴涂一層Ni-Cr合金層,代替電鍍層,其使用壽命可與寬邊銅板的Co-Ni鍍層壽命相同,,,寶鋼板坯連鑄機(jī)寬邊銅板使用Co-Ni鍍層,窄邊銅板使用Ni-Cr噴涂層,一次過鋼量可達(dá)20萬t。

 

責(zé)任編輯:楊翼

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