銅業(yè)知識:結(jié)晶器銅板鍍層技術的發(fā)展歷史
2015年03月24日 9:44 5741次瀏覽 來源: 銅天下 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、連鑄機拉速等指標。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)外開始應用熱解析技術進行結(jié)晶器設計最佳化及鍍層選擇的研究,熱解析技術在結(jié)晶器銅板上的應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°時各項性能遠遠超過鍍鉻層,所以通鋼量是最好的。Ni-B鍍層脆性大,主要應用在結(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。
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復合鍍層
為了解決鍍層厚度采用了Ni+Cr復合鍍層。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,增加了機械摩擦負荷;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。
低速板坯鑄機由于熱負荷較輕,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。因此低速板坯鑄機選用N-TAP鍍層,F(xiàn)e含量取8%~10%,電鍍時添加減少內(nèi)應力劑。中速板坯鑄機和方坯鑄機由于速度較快,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。濟鋼第一煉鋼廠目前應用的就是這種鍍層,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,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20萬t。
責任編輯:楊翼
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