结晶器铜板修复方法技术

结晶器铜板修复方法，采用气动力喷涂的方法，用高压压缩气体驱动微小金属颗粒以足够高的速度撞击结晶器需要修复的表面，微小颗粒发生足够的塑性变形而粘结在结晶器的表面上形成新的表面，填充裂缝或磨损凹槽等。本发明专利技术具有如下优点：在结晶器的表面沉积新的表面层，并按照结晶器的表面形状要求进行一次性修复；不会因热输入导致基体材料和涂层自身材料的氧化而引起化学成分的改变；也不会因热输入导致基体材料和涂层自身材料组织发生转变；同时也不会因热输入导致基体发生热胀变形，保证结晶辊的结构特性，可实现不同的涂层厚度，修复层内部均匀致密。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及炼钢连铸技术，特别是涉及金属连铸结晶器铜板修复技术，也特别涉及金属冷喷涂粘附技术。
技术介绍
结晶器是金属连铸连轧机械设备中的关键部件之一，特别是金属薄带、薄板的连铸，其主要作用是将融熔金属快速冷却、凝固成具有一定凝固厚度的板带坯。结晶器关键部件为与融熔金属接触的铜板，大都采用铜合金材料制造。结晶器的工作要求是在很短的时间内将高温液态金属凝固，自身同时承受液态金属的浸蚀和板、带的磨损。结晶器铜板一面与融熔金属接触，另一面为水冷面。铜合金的软化点在600℃左右，同时硬度相对较低，在生产中出现异常情况时，容易发生局部软化、变形、裂纹甚至损坏，影响铸板、带板型和表面质量。为此，需要对结晶器进行修复后再使用。结晶器铜板在正常使用过程中发生磨损或变形，当磨损达到一定程度不能满足使用要求时，也要对结晶器进行修复。目前连铸结晶器铜板的修复方法主要有堆焊和热喷涂。堆焊修补过程中往往造成铜合金的局部氧化，在修复区域与基体之间形成高含氧界面，影响结晶器的导热性能；另外，修复过程中输入大量的热，使修复区域产生较大的热应力，影响结晶器的使用性能。再者，堆焊技术不适用于修复结晶器表面均匀磨损。热喷涂修复是采用高温高速氧焰或高温等离子束将修补材料喷涂沉积在待修补区域。这些技术使被修复的表面暴露在非常高的温度下，易产生较大的热应力；并且由于热喷涂过程中形成新的热处理制度而使组织不均匀，并且易于造成热变形。热喷涂过程中金属的融化和再凝固容易发生氧化，氧含量的增加会大大降低材料的热导率，而且这些氧元素在以后的加工过程中也非常难以除去。真空喷涂可以在一定程度上缓解氧化程度，但真空喷涂成本高，并且难以控制。结晶器在使用过程中为了提高铜板与融熔金属接触面的软化温度和表面硬度，一般在结晶器表面镀一层耐磨的Ni、Cr、Co金属或其合金。表面镀层的存在使修复工作更加困难，传统的方法是将镀层全部车掉或磨掉，然后重新制备镀层。修复工作程序复杂，工作量大，成本高。现用的许多结晶器为了提高导热效果，与融熔金属接触的铜板表面需要制备成特殊的波纹或曲面。增加了修复工作的难度。
技术实现思路
鉴于现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于连铸结晶器铜板修复技术，以修复结晶器铜板表面的磨损，再生生成结晶器铜板与融熔金属接触的表面，恢复结晶器表面状态和尺寸，延长了结晶器的使用寿命。保证结晶器的材质，化学成分、结构和表面状态与结晶器的原始设计相同，修复区无氧化，基体材料及修复材料都不发生再结晶。为达到上述目的，本专利技术采用气动力喷涂，喷枪即高压压缩气体驱动微小金属颗粒以足够高的速度撞击结晶器需要修复的表面，微小颗粒发生足够的塑性变形而粘结在结晶器的表面上形成新的表面，填充裂缝或磨损凹槽等。气体压力大于1.0MPa；优选为1.0MPa至4.0Mpa。所述的金属微粒与结晶器铜板的材料可以完全一致，也可以不同。进一步，喷枪根据结晶器铜板曲面形状进行三维空间移动，始终保持喷枪轴线与结晶器铜板的修复面相垂直，既喷枪轴线为喷涂点的法线方向，保证修复层的粘接强度和修复后结晶器铜板的曲面形状。喷涂采用的金属微粒成分可以为铜(包括纯Cu、AgCu合金、CrZrCu合金、BeNiZrCu合金等)和镍(包括镍合金)等结晶器铜板合金。金属微粒的直径范围为1μm至100μm。驱动气体可以为氮气、空气、氦气或其混合气体；气体流量15～30g/s；气体温度在喷枪内为室温至800℃。金属微粒通过喷嘴加速达到足够高的速度，可以在撞击中发生足够的塑性变形而牢固粘结在结晶器铜板表面上。另外，本专利技术喷涂初期在基体表面形成类似喷砂的效果，清理基体表面。本专利技术修复后可进行热处理，也可以不进行热处理。在远远低于金属熔点的温度下沉积修复层。本专利技术是基于气体动力喷涂技术，其原理是利用高压气体携带粉末颗粒从轴向进入高速气流，通过缩放管(超音速喷嘴)产生超音速流，粉末颗粒经超音速喷嘴加速后在完全固态下撞击基体，通过产生足够大的塑性变形而沉积于基体表面形成粘附。局部的磨损可以采用定点修复，结晶器铜板与融熔金属接触的表面在使用中发生全部磨损的，可以在全部结晶器与融熔金属接触的表面进行修复，使结晶器恢复到设计尺寸。本专利技术使用的材料与连铸结晶器铜板的材料可以完全一致，也可以不同。还可以利用修复形成成分梯度区，保证基体材料与表面材料的成分均匀过渡，提高基体与表面特殊镀层之间的结合力。完全满足不同结构结晶器磨损修复的要求，保证结晶器的导热性能。修复的具体步骤为(1)根据结晶器表面磨损情况和结晶器表面设计形状，确定表面上各部分的喷涂厚度；(2)冷喷涂修复选择粉末种类，确定工艺参数，用冷喷涂对结晶器进行修复；(3)机械加工使用中产生较大变形的结晶器在喷涂后需要机械加工，较小的变形和磨损喷涂后不需要机械加工。对于使用中产生较大变形的结晶器，喷涂修复凹陷处后，要对凸起处进行车削处理；(4)修复检查，确定喷涂后的结晶器的尺寸与原设计相同。本专利技术具有如下优点1.生成再生新表面，本专利技术是在结晶器的表面沉积新的表面层，并按照结晶器的表面形状要求进行一次性修复，修复后的结晶器的尺寸与原设计相同。2.对薄带连铸结晶辊的化学成分和组织特征无影响，本专利技术是在远远低于金属熔点的温度下沉积修复层，对基体无热影响，不会因热输入导致基体材料和涂层自身材料的氧化而引起化学成分的改变；也不会因热输入导致基体材料和涂层自身材料组织发生转变；同时也不会因热输入导致基体发生热胀变形，保证结晶辊的结构特性。3.涂层的厚度可调节。本专利技术通过调节喷涂时间可实现不同的涂层厚度。4.修复层致密。本专利技术是超音速颗粒撞击基体表面形成的修复层，修复层内部均匀致密。5.本专利技术可以在远远低于金属熔点的温度下沉积修复层，使还原性金属或合金有效地沉积于基体表面，可以消除基体表面的吸附氧层，提高修复层与基体之间的结合力。附图说明图1为本专利技术实施例1涂层微观组织SEM形貌图；图2为本专利技术实施例1涂层内部SEM形貌图；图3为本专利技术实施例2涂层断面SEM形貌图；图4为本专利技术实施例2涂层微观SEM形貌图；图5为本专利技术实施例3涂层断面SEM形貌图；图6为本专利技术实施例4多涂层断面SEM形貌图。具体实施例方式实施例1修复平板结晶器铜板。采用冷气动力喷涂的方法，利用压缩氮气携带铜粉以超音速喷涂于钢水结晶器表面，修复结晶器磨损凹槽。微粒直径为40-60μm。喷涂AgCu修复工艺喷涂距离20mm，气体压力4MPa，气体温度200℃，气体流量15g/s，金属颗粒速度400m/s；图1所示实施例1AgCu涂层SEM形貌，可以看出在原结晶器铜板表面粘附了一层0.3mm厚的AgCu合金涂层。可以看出涂层均匀致密，界面结合牢固，涂层与基体之间紧密接触，无缝隙，形成了良好的导热表面修复层。修复效果好。图2所示为实施例1AgCu合金涂层经腐蚀后的微观组织形貌。可见冷喷涂涂层为冷变形组织，晶粒明显细于基体材料，涂层内部致密度高，无氧化现象，看不到喷涂颗粒的痕迹。涂层与基体之间的界面结合牢固，无孔隙存在。实施例2修复漏斗结晶器铜板。实验步骤同实施例1。选择的材料为CrZrCu，微粒的直径为30-40μm，修复工艺喷涂距离15mm，气体压力3.8MPa，气体温度600～800℃，气体流量20g/s，金属颗粒速度8本文档来自技高网...

【技术保护点】
结晶器铜板修复方法，其特征是：结晶器铜板不动，采用气动力喷涂的方法，喷枪利用压缩气体携带金属微粒以超音速的速度撞击结晶器铜板的修复表面，产生足够的塑性变形而粘结在结晶器铜板的修复表面，形成修复层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：方园，崔健，张俊宝，宋洪伟，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]