具有隔热耐磨镀层的结晶器产品制造技术

本发明专利技术属于冶金行业的连铸设备领域。特别适用于连铸设备中具有隔热耐磨镀层的结晶器产品。该结晶器产品的组成是在结晶器铜壁的外部套有水套，特征是结晶器内铜壁上部喷涂有隔热耐磨镀层，喷涂镀层的材料为金属陶瓷材料和金属材料中的任意一种材料，该结晶器产品内的等高镀层，其高度为≤１／３－１／２结晶器的总高度，镀层的厚度应≥０．２ｍｍ。与现有技术相比较，具有结晶器产品结构简单，使用效果好，寿命长和较低的制备成本，而且连铸坯的产品性能、质量均有明显改善。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金行业的连铸设备领域。特别适用于连铸设备中具有隔热耐磨镀层的结晶器产品。
技术介绍
众所周知，结晶器是连铸机的重要部件，其作用是形成具有确定形状、有一定强度的连铸坯壳。现有技术中的结晶器是由铜板或铜管与外面的钢结构组成，铜板或铜管的作用是将钢水的热量传递给冷却水。这种结晶器一般可分为两种类形(1)内表面没有镀层或涂层；(2)内表面被镀上一层厚度约为20-80微米、比铜耐磨的金属或合金，如镍或铬的合金，增加该镀层的目的在于提高结晶器使用寿命和减缓铜板磨损，但不能够改变结晶器原来的导热性能(见附图1)。目前在连铸生产中，结晶器的导热性能是显著影响着连铸坯的表面和内部质量的重要因素。尤其是在结晶器的上部或是靠近钢液面处，由于此时结晶器内部导热性好，散热过快，则会明显增强产生下述缺陷的倾向(1)初始形成的连铸坯壳厚度不均，容易产生裂纹等缺陷；在连铸生产线中，对生产裂纹敏感性较强的钢种时，这种形成裂纹缺陷的倾向则更容易发生。(2)由于结晶器内部导热过快，则会造成结晶器内连铸坯凝固的前沿温度梯度过大，使得在铸坯凝固组织中形成和长大柱状晶的倾向明显增加，因此不利于等轴晶的形成；而柱状晶比例的提高意味着连铸坯内部成份偏析的加剧和凝固组织缺陷的增加；对于在连铸生产线中，生产高碳钢和合金钢时，这种倾向是十分明显的。在上述内容中，由于在结晶器铜壁内层镀有或涂有散热性能好的镀层，所以采用这类方法，是无法消除在铸坯内产生柱状晶的现象，和解决提高连铸的铸坯件力学性能问题。另外为了减小结晶器上部，尤其是在结晶器内靠近钢液面处的导热问题，目前有专利(专利号98119193.2)介绍了一种方法，它是在结晶器铜板或铜管的外表面，即结晶器内与钢液接触的铜壁背面，与冷却水接触面镀上一层导热性差的材料7(见附图2)，这种方法的缺点是，当在实际中应用时容易产生结晶器内壁铜板表面的温度过高(由于隔热材料阻碍结晶器内壁铜板与冷却水之间的热交换)，和造成结晶器内壁铜板的烧蚀、磨损与变形等缺陷。因此在连铸设备中采用该种结晶器铸坯时，其使用的可靠性和使用寿命均不高。专利技术目的与
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种结构合理、使用效果好、而且能消除产品的内在缺陷、降低制备成本，提高连铸坯产品综合性能的，在连铸设备中使用并具有隔热耐磨镀层的结晶器产品。根据本专利技术的目的，我们所提出的解决方案是针对上述现有技术中的不足处进行设计的。例如在结晶器内部因导热过快，则会使得在铸坯凝固组织中容易形成柱状晶的倾向明显增加，因此在结晶器铜板内壁的铸钢液区设计镀有或涂有能隔热和耐磨的镀层，该镀层材料应为耐高温、耐磨蚀、导热系数比铜小的金属陶瓷材料和金属等材料所构成。镀层是采用热喷涂或电镀、化学镀的方法使涂镀层与基体牢固结合。根据本专利技术的目的和我们所提出的解决方案，下面可根据附图3、4进行详细描述。一种具有隔热耐磨镀层的结晶器产品，该结晶器产品的组成是在结晶器铜壁1的外部套有水套2，在它们之间通有冷却水3，其特征是沿结晶器铜壁1内侧上端口的钢液流入方向，在结晶器铜壁1内壁的2/3结晶器总高度范围内均有喷镀隔热耐磨镀层6，该结晶器产品的隔热耐磨镀层6的厚度应0.2-5mm。另外该结晶器产品的其他特征还有，隔热耐磨镀层6应是壁厚均匀的等高镀层6。该结晶器产品的隔热耐磨镀层6还应是上宽下窄的等高倒置楔型镀层6。该结晶器产品的隔热耐磨镀层6的高度为≤1/3-1/2结晶器的总高度。在上述本专利技术的具有隔热耐磨镀层6的结晶器产品中，该镀层6的材料应采用耐高温、耐磨蚀、导热系数比铜低的金属陶瓷材料和金属材料中的任意种材料所构成。因此在本专利技术的结晶器产品中，结晶器的冷却壁应采用铜或铜合金材料制成，在结晶器内壁1的内侧喷涂有隔热耐磨镀层6，其特征是在结晶器内壁1的内侧所喷涂的隔热耐磨镀层6为耐高温、耐磨蚀、导热系数比铜低的金属陶瓷材料中的任意一种，和金属材料中的任意一种材料，和金属陶瓷材料中的任意一种与金属材料中的任意一种材料组份所组成其中A、金属陶瓷材料包括Al2O3、SiO2、SiC、TiO2、BN、WC、ZrO2中的意任一种；B、其他材料包括有Ni、Cr、Ni-Cr、石墨碳和纯铁中的任意一种。在本专利技术结晶器产品中隔热耐磨镀层6的其他特征还有，隔热耐磨镀层6是由金属陶瓷材料中的任意两种和两种以上的组份所组成。隔热耐磨镀层6还可以由金属陶瓷材料中的任意两种和两种以上的组份与金属材料中的任意一种和两种组份所组成。隔热耐磨镀层6还可以是由金属材料中的任意两种或两种以上的合金组份所组成。表1为本专利技术材料与Cu材料的部分性能比较，由表1可看出，在选择本专利技术材料作为连铸结晶器产品内壁的隔热耐磨镀层6，是具有较宽的组份选择范围，最佳镀层材料应选择陶瓷与金属粉料的组合。本专利技术结晶器产品中的隔热耐磨镀层6是采用喷涂等方法制备而成，其喷涂工艺为1.喷涂工艺为超音速火焰喷涂利用乙炔气和氧气在配气室混合燃烧后，在不低于1500℃的火焰中将被喷涂粉末送入一截面积远远小于燃烧室的狭长通道，使被喷射粉末以大于340m/s的速度喷涂在工件表面。2.工艺为电弧喷涂将被喷涂金属丝作自耗电极，利用其端部产生的电弧作热源来熔化金属，用压缩气流将熔化的金属雾化后喷射到工件表面。3.工艺为电镀在电镀液中混入超细陶瓷粉末，采用被镀金属作为阳极，可将金属离子附着在基体上的同时，又将溶液中悬浮的超细陶瓷粉末带入到产品的电镀层中。根据本专利技术上述的内容可以了解到，在连铸设备中使用并具有隔热耐磨镀层的结晶器产品，主要是解决降低结晶器因上部靠近钢液浇铸口的钢液表面5区时，钢液初温高和降温快、易造成结晶器铜板的烧蚀、热变形损坏和铸坯内生成的枝状晶。由附图3可看出，本专利技术隔热耐磨镀层6的结晶器产品，是沿结晶器铜壁1内侧的钢液入口端的方向，在结晶器铜壁1内壁1/3的结晶器总高度，喷镀有金属陶瓷材料或金属材料中的任意一种材料作为隔热耐磨镀层6，喷镀隔热耐磨镀层6厚度应在0.2-5.0mm之间，镀层6应是喷镀壁厚均匀的等高镀层6。由附图4可看出，本专利技术隔热耐磨镀层6的结晶器产品，是沿结晶器铜壁1内侧的钢液入口端的方向，在结晶器铜壁1内壁1/2的结晶器总高度喷镀有金属陶瓷材料或金属材料中的任意一种材料作为隔热耐磨镀层6，喷镀隔热耐磨镀层6为上厚下薄的等高倒置楔型镀层6，在结晶器的钢液入口端，镀层6的上端厚度为3.5mm，镀层6下端厚度为0.2mm，该喷镀效果应是在等高的喷镀壁厚为均匀的镀层6。本专利技术隔热耐磨镀层6的结晶器产品，在实际生产的连铸设备中使用，应根据钢种的凝固特点和裂纹敏感性特点，(可在15％-90％的范围内合理调节金属陶瓷材料或金属材料的成份含量)可依据隔热耐磨镀层6的导热系数来选择镀层的厚度，使结晶器内铜壁1上部带有喷涂镀层6区域的热流，比图1所示结晶器的热流降低30-95％，因结晶器上部热流降低，初始凝固的连铸坯壳更加均匀，对裂纹敏感性较强的钢种可获得表面无裂纹等缺陷的连铸坯；同时可有效降低凝固前沿温度梯度，抑制柱状晶的生长，提高连铸坯的等轴晶率，使连铸坯的内部质量有大幅度提高；如果配合电磁搅拌，效果会更好。从降低钢种热裂纹敏感性的角度考虑，可以考虑涂镀层中较低的金属陶瓷材料或金属材料的含量，以便小幅度降低涂镀层的传热效率；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连铸设备用隔热耐磨镀层的结晶器产品，该结晶器产品的组成是在结晶器铜壁（１）的外部套有水套（２），在它们之间通有冷却水（３），其特征是沿结晶器铜壁（１）内侧的钢液入口端的方向，在结晶器铜壁（１）内壁的２／３结晶器总高度范围内均有喷镀隔热耐磨镀层（６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧，赵沛，胡坤太，岳尔斌，仇圣桃，席常锁，唐宏伟，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]