一体式连铸结晶器部件及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种一体式连铸结晶器部件及制备方法，本结晶器部件的钢基板与铜基板之间冶金结合，铜基板与工作涂层之间冶金结合或机械结合，钢基板与铜基板冶金结合构成的整体结构内设有若干冷却水道。本方法钢基板和/或铜基板通过金属增材打印构建实体，并且打印过程在钢基板和/或铜基板内预留若干冷却水道，钢基板与铜基板之间通过金属熔融沉积构成冶金结合，工作涂层通过金属增材打印、电镀或喷涂于铜基板表面，整体机械加工至产品要求尺寸，最终形成一体式结晶器部件。本结晶器部件为异种材料复合的一体式结构，确保了结晶器的应用性能，提高了使用寿命；本方法采用增材制造工艺，避免材料浪费，并使异种材料冶金结合，有效提高制备效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种一体式连铸结晶器部件及制备方法。
技术介绍
结晶器是连铸机非常重要的部件，是一个强制水冷的无底钢锭模，以使钢水快速冷凝成形，称之为连铸设备的“心脏”。大型连铸机，特别是板坯连铸机广泛采用装配式结晶器，如图1和图2所示，通常装配式结晶器是由四块复合壁板的部件11构成，每块部件11又由铜板12和背板13(水箱)组成，两部分由多个双头螺栓14连接，中间增加密封圈15保证冷却水密闭性，冷却水道4分布在铜板12上，钢液16经结晶器部件围成的腔体冷凝成形。目前大多结晶器的铜板原材料一般选用真空熔炼后锻造的铜合金板坯，为保证铜板的强度其熔炼锻造的工艺复杂且要求很高，国内生产的锻铜坯性能普遍达不到要求，目前大部分结晶器铜板锻坯均依赖进口，价格高且周期长。锻铜坯后续再按技术要求机械加工成结晶器铜板，在冷却水道加工和基面加工过程均采用减料加工方法，即通过刨削或铣削毛坯形成冷却水道及螺纹孔等，大量的铜材需被加工掉；结晶器背板的加工与结晶器铜板的加工工序相似，均为减料加工方法，导致大量材料的浪费。从连铸结晶器应用的失效形式来看，由于目前的背板与铜板采用双头螺栓和密封圈连接组装的方式，如果铜板在使用过程中有一个螺纹孔偏移或变形即会造成整块铜板失效报废；同时连铸结晶器在浇铸过程密封圈失效也是造成结晶器下线的一个原因。因此从整体来看，采用目前的结晶器制造工艺存在材料浪费、工艺复杂、使用过程中易失效等诸多缺点，迫切需要研发新的产品及制造工艺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种一体式连铸结晶器部件及制备方法，本结晶器部件克服传统铜板与背板结晶器的缺陷，本结晶器部件为异种材料复合的一体式结构，确保了结晶器的应用性能，提高了使用寿命；本方法采用增材制造工艺，避免材料浪费，并使异种材料冶金结合，有效提高制备效率。为解决上述技术问题，本专利技术一体式连铸结晶器部件包括钢基板、铜基板和工作涂层，所述钢基板与铜基板之间冶金结合，所述铜基板与工作涂层之间冶金结合或机械结合，所述钢基板与铜基板冶金结合构成的整体结构内设有若干冷却水道。进一步，所述若干冷却水道设于所述钢基板内并且贴近所述铜基板、铜基板内、铜基板内并且贴近所述钢基板或钢基板与铜基板的结合面之间。进一步，所述钢基板为不锈钢板或碳素结构钢板，所述铜基板为紫铜板或铜合金板，所述工作涂层为镍基合金涂层、钴基合金涂层、镍基金属陶瓷复合涂层或钴基金属陶瓷复合涂层。进一步，所述钢基板的厚度为70～90mm，所述铜基板的厚度为15～25mm，所述工作涂层的厚度为0.3～2mm。进一步，所述冷却水道的截面形状为圆形或长腰形，所述长腰形冷却水道的长度为10～15mm、宽度为4～8mm、弧顶直径为4～8mm，所述若干冷却水道间距为15～30mm。一体式连铸结晶器部件的制备方法，钢基板和/或铜基板通过金属增材打印构建实体，并且打印过程在钢基板和/或铜基板内预留若干冷却水道，钢基板与铜基板之间通过金属熔融沉积构成冶金结合，工作涂层通过金属增材打印、电镀或喷涂于铜基板表面，整体机械加工至产品要求尺寸，最终形成一体式结晶器部件。进一步，在打印床上预制钢基板和铜基板的一体式三维结构模型并且进行二维切片，根据钢基板的二维切片熔融沉积钢基材料，增材打印创建钢基板实体，更换打印材料，根据铜基板的二维切片在钢基板实体上继续熔融沉积铜基材料，增材打印创建铜基板实体，钢基板与铜基板之间形成冶金结合。进一步，采用钢板按工艺要求机加工成钢基板，钢基板设于打印床上，预制铜基板的三维结构模型并且进行二维切片，根据铜基板的二维切片在钢基板上熔融沉积铜基材料，增材打印创建铜基板实体，钢基板与铜基板之间形成冶金结合。进一步，按工艺要求锻造或轧制铜基板，铜基板设于打印床上，预制钢基板的三维结构模型并且进行二维切片，根据钢基板的二维切片在铜基板上熔融沉积钢基材料，增材打印创建钢基板实体，钢基板与铜基板之间形成冶金结合。进一步，熔融沉积采用激光或电子高能束作为扫描热源，将金属粉末材料或金属丝材根据二维切片逐层熔融打印叠加而形成钢基板和/或铜基板实体。由于本专利技术一体式连铸结晶器部件及制备方法采用了上述技术方案，即本结晶器部件的钢基板与铜基板之间冶金结合，铜基板与工作涂层之间冶金结合或机械结合，钢基板与铜基板冶金结合构成的整体结构内设有若干冷却水道。本方法钢基板和/或铜基板通过金属增材打印构建实体，并且打印过程在钢基板和/或铜基板内预留若干冷却水道，钢基板与铜基板之间通过金属熔融沉积构成冶金结合，工作涂层通过金属增材打印、电镀或喷涂于铜基板表面，整体机械加工至产品要求尺寸，最终形成一体式结晶器部件。本结晶器部件为异种材料复合的一体式结构，确保了结晶器的应用性能，提高了使用寿命；本方法采用增材制造工艺，避免材料浪费，并使异种材料冶金结合，有效提高制备效率。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明：图1为传统组合式连铸结晶器结构示意图；图2为传统组合式连铸结晶器部件中铜板与背板的连接示意图；图3为本专利技术一体式连铸结晶器部件的结构示意图；图4为本结晶器部件中冷却水道设于钢基板内并贴近铜基板的结构示意图；图5为本结晶器部件中冷却水道设于铜基板内并贴近钢基板的结构示意图；图6为本结晶器部件中冷却水道设于铜基板内的结构示意图；图7为本结晶器部件中冷却水道设于钢基板与铜基板之间的结构示意图。具体实施方式实施例如图3所示，本专利技术一体式连铸结晶器部件包括钢基板1、铜基板2和工作涂层3，所述钢基板1与铜基板2之间冶金结合，所述铜基板2与工作涂层3之间冶金结合或机械结合，所述钢基板1与铜基板2冶金结合构成的整体结构内设有若干冷却水道。如图4、图5和图6所示，优选的，所述若干冷却水道4设于所述钢基板1内并且贴近所述铜基板2、铜基板2内、铜基板2内并且贴近所述钢基板1或钢基板1与铜基板2的结合面之间。优选的，所述钢基板1为不锈钢板或碳素结构钢板，所述铜基板2为紫铜板或铜合金板，所述工作涂层3为镍基合金涂层、钴基合金涂层、镍基金属陶瓷复合涂层或钴基金属陶瓷复合涂层。优选的，所述钢基板1的厚度为70～90mm，所述铜基板2的厚度为15～25mm，所述工作涂层3的厚度为0.3～2mm。优选的，所述冷却水道4的截面形状为圆形或长腰形，所述长腰形冷却水道的长度为10～15mm、宽度为4～8mm、弧顶直径为4～8mm，所述若干冷却水道4均布并且间距为15～30mm。一体式连铸结晶器部件的制备方法，钢基板和/或铜基板通过金属增材打印构建实体，并且打印过程在钢基板和/或铜基板内预留若干冷却水道，钢基板与铜基板之间通过金属熔融沉积构成冶金结合，工作涂层通过金属增材打印、电镀或喷涂于铜基板表面，整体机械加工至产品要求尺寸，最终形成一体式结晶器部件。优选的，在打印床上预制钢基板和铜基板的一体式三维结构模型并且进行二维切片，根据钢基板的二维切片熔融沉积钢基材料，增材打印创建钢基板实体，更换打印材料，根据铜基板的二维切片在钢基板实体上继续熔融沉积铜基材料，增材打印创建铜基板实体，钢基板与铜基板之间形成冶金结合。优选的，采用钢板按工艺要求机加工成钢基板，钢基板设于打印床上，预制铜基板的三维结构模型并且进行二维切片，根据铜基板的二维切片在钢基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体式连铸结晶器部件，其特征在于：本结晶器部件包括钢基板、铜基板和工作涂层，所述钢基板与铜基板之间冶金结合，所述铜基板与工作涂层之间冶金结合或机械结合，所述钢基板与铜基板冶金结合构成的整体结构内设有若干冷却水道。

【技术特征摘要】
1.一种一体式连铸结晶器部件，其特征在于：本结晶器部件包括钢基板、铜基板和工作涂层，所述钢基板与铜基板之间冶金结合，所述铜基板与工作涂层之间冶金结合或机械结合，所述钢基板与铜基板冶金结合构成的整体结构内设有若干冷却水道。2.根据权利要求1所述的一体式连铸结晶器部件，其特征在于：所述若干冷却水道设于所述钢基板内并且贴近所述铜基板、铜基板内、铜基板内并且贴近所述钢基板或钢基板与铜基板的结合面之间。3.根据权利要求1或2所述的一体式连铸结晶器部件，其特征在于：所述钢基板为不锈钢板或碳素结构钢板，所述铜基板为紫铜板或铜合金板，所述工作涂层为镍基合金涂层、钴基合金涂层、镍基金属陶瓷复合涂层或钴基金属陶瓷复合涂层。4.根据权利要求3所述的一体式连铸结晶器部件，其特征在于：所述钢基板的厚度为70～90mm，所述铜基板的厚度为15～25mm，所述工作涂层的厚度为0.3～2mm。5.根据权利要求2所述的一体式连铸结晶器部件，其特征在于：所述冷却水道的截面形状为圆形或长腰形，所述长腰形冷却水道的长度为10～15mm、宽度为4～8mm、弧顶直径为4～8mm，所述若干冷却水道间距为15～30mm。6.一种权利要求1至5所述一体式连铸结晶器部件的制备方法，其特征在于：钢基板和/或铜基板通过金属增材打印构建实体，并且打印过程在钢基板和/或铜基板内预留若干冷却水道，钢基板与铜基板之间通过金...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅卫，陈国喜，吕春雷，季鹏，
申请(专利权)人：上海宝钢工业技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31