專利名稱：具有隔熱耐磨鍍層的結晶器產品的制作方法
技術領域：
本發明屬于冶金行業的連鑄設備領域。特別適用于連鑄設備中具有隔熱耐磨鍍層的結晶器產品。
背景技術：
眾所周知，結晶器是連鑄機的重要部件，其作用是形成具有確定形狀、有一定強度的連鑄坯殼。現有技術中的結晶器是由銅板或銅管與外面的鋼結構組成，銅板或銅管的作用是將鋼水的熱量傳遞給冷卻水。這種結晶器一般可分為兩種類形(1)內表面沒有鍍層或涂層；(2)內表面被鍍上一層厚度約為20-80微米、比銅耐磨的金屬或合金，如鎳或鉻的合金，增加該鍍層的目的在于提高結晶器使用壽命和減緩銅板磨損，但不能夠改變結晶器原來的導熱性能(見附圖1)。目前在連鑄生產中，結晶器的導熱性能是顯著影響著連鑄坯的表面和內部質量的重要因素。尤其是在結晶器的上部或是靠近鋼液面處，由于此時結晶器內部導熱性好，散熱過快，則會明顯增強產生下述缺陷的傾向(1)初始形成的連鑄坯殼厚度不均，容易產生裂紋等缺陷；在連鑄生產線中，對生產裂紋敏感性較強的鋼種時，這種形成裂紋缺陷的傾向則更容易發生。(2)由于結晶器內部導熱過快，則會造成結晶器內連鑄坯凝固的前沿溫度梯度過大，使得在鑄坯凝固組織中形成和長大柱狀晶的傾向明顯增加，因此不利于等軸晶的形成；而柱狀晶比例的提高意味著連鑄坯內部成份偏析的加劇和凝固組織缺陷的增加；對于在連鑄生產線中，生產高碳鋼和合金鋼時，這種傾向是十分明顯的。在上述內容中，由于在結晶器銅壁內層鍍有或涂有散熱性能好的鍍層，所以采用這類方法，是無法消除在鑄坯內產生柱狀晶的現象，和解決提高連鑄的鑄坯件力學性能問題。另外為了減小結晶器上部，尤其是在結晶器內靠近鋼液面處的導熱問題，目前有專利(專利號98119193.2)介紹了一種方法，它是在結晶器銅板或銅管的外表面，即結晶器內與鋼液接觸的銅壁背面，與冷卻水接觸面鍍上一層導熱性差的材料7(見附圖2)，這種方法的缺點是，當在實際中應用時容易產生結晶器內壁銅板表面的溫度過高(由于隔熱材料阻礙結晶器內壁銅板與冷卻水之間的熱交換)，和造成結晶器內壁銅板的燒蝕、磨損與變形等缺陷。因此在連鑄設備中采用該種結晶器鑄坯時，其使用的可靠性和使用壽命均不高。
發明目的與
發明內容
本發明的目的是提出一種結構合理、使用效果好、而且能消除產品的內在缺陷、降低制備成本，提高連鑄坯產品綜合性能的，在連鑄設備中使用并具有隔熱耐磨鍍層的結晶器產品。
根據本發明的目的，我們所提出的解決方案是針對上述現有技術中的不足處進行設計的。例如在結晶器內部因導熱過快，則會使得在鑄坯凝固組織中容易形成柱狀晶的傾向明顯增加，因此在結晶器銅板內壁的鑄鋼液區設計鍍有或涂有能隔熱和耐磨的鍍層，該鍍層材料應為耐高溫、耐磨蝕、導熱系數比銅小的金屬陶瓷材料和金屬等材料所構成。鍍層是采用熱噴涂或電鍍、化學鍍的方法使涂鍍層與基體牢固結合。根據本發明的目的和我們所提出的解決方案，下面可根據附圖3、4進行詳細描述。一種具有隔熱耐磨鍍層的結晶器產品，該結晶器產品的組成是在結晶器銅壁1的外部套有水套2，在它們之間通有冷卻水3，其特征是沿結晶器銅壁1內側上端口的鋼液流入方向，在結晶器銅壁1內壁的2/3結晶器總高度范圍內均有噴鍍隔熱耐磨鍍層6，該結晶器產品的隔熱耐磨鍍層6的厚度應0.2-5mm。另外該結晶器產品的其他特征還有，隔熱耐磨鍍層6應是壁厚均勻的等高鍍層6。該結晶器產品的隔熱耐磨鍍層6還應是上寬下窄的等高倒置楔型鍍層6。該結晶器產品的隔熱耐磨鍍層6的高度為≤1/3-1/2結晶器的總高度。
在上述本發明的具有隔熱耐磨鍍層6的結晶器產品中，該鍍層6的材料應采用耐高溫、耐磨蝕、導熱系數比銅低的金屬陶瓷材料和金屬材料中的任意種材料所構成。因此在本發明的結晶器產品中，結晶器的冷卻壁應采用銅或銅合金材料制成，在結晶器內壁1的內側噴涂有隔熱耐磨鍍層6，其特征是在結晶器內壁1的內側所噴涂的隔熱耐磨鍍層6為耐高溫、耐磨蝕、導熱系數比銅低的金屬陶瓷材料中的任意一種，和金屬材料中的任意一種材料，和金屬陶瓷材料中的任意一種與金屬材料中的任意一種材料組份所組成其中A、金屬陶瓷材料包括Al2O3、SiO2、SiC、TiO2、BN、WC、ZrO2中的意任一種；B、其他材料包括有Ni、Cr、Ni-Cr、石墨碳和純鐵中的任意一種。在本發明結晶器產品中隔熱耐磨鍍層6的其他特征還有，隔熱耐磨鍍層6是由金屬陶瓷材料中的任意兩種和兩種以上的組份所組成。隔熱耐磨鍍層6還可以由金屬陶瓷材料中的任意兩種和兩種以上的組份與金屬材料中的任意一種和兩種組份所組成。隔熱耐磨鍍層6還可以是由金屬材料中的任意兩種或兩種以上的合金組份所組成。表1為本發明材料與Cu材料的部分性能比較，由表1可看出，在選擇本發明材料作為連鑄結晶器產品內壁的隔熱耐磨鍍層6，是具有較寬的組份選擇范圍，最佳鍍層材料應選擇陶瓷與金屬粉料的組合。本發明結晶器產品中的隔熱耐磨鍍層6是采用噴涂等方法制備而成，其噴涂工藝為1.噴涂工藝為超音速火焰噴涂利用乙炔氣和氧氣在配氣室混合燃燒后，在不低于1500℃的火焰中將被噴涂粉末送入一截面積遠遠小于燃燒室的狹長通道，使被噴射粉末以大于340m/s的速度噴涂在工件表面。2.工藝為電弧噴涂將被噴涂金屬絲作自耗電極，利用其端部產生的電弧作熱源來熔化金屬，用壓縮氣流將熔化的金屬霧化后噴射到工件表面。3.工藝為電鍍在電鍍液中混入超細陶瓷粉末，采用被鍍金屬作為陽極，可將金屬離子附著在基體上的同時，又將溶液中懸浮的超細陶瓷粉末帶入到產品的電鍍層中。
根據本發明上述的內容可以了解到，在連鑄設備中使用并具有隔熱耐磨鍍層的結晶器產品，主要是解決降低結晶器因上部靠近鋼液澆鑄口的鋼液表面5區時，鋼液初溫高和降溫快、易造成結晶器銅板的燒蝕、熱變形損壞和鑄坯內生成的枝狀晶。由附圖3可看出，本發明隔熱耐磨鍍層6的結晶器產品，是沿結晶器銅壁1內側的鋼液入口端的方向，在結晶器銅壁1內壁1/3的結晶器總高度，噴鍍有金屬陶瓷材料或金屬材料中的任意一種材料作為隔熱耐磨鍍層6，噴鍍隔熱耐磨鍍層6厚度應在0.2-5.0mm之間，鍍層6應是噴鍍壁厚均勻的等高鍍層6。由附圖4可看出，本發明隔熱耐磨鍍層6的結晶器產品，是沿結晶器銅壁1內側的鋼液入口端的方向，在結晶器銅壁1內壁1/2的結晶器總高度噴鍍有金屬陶瓷材料或金屬材料中的任意一種材料作為隔熱耐磨鍍層6，噴鍍隔熱耐磨鍍層6為上厚下薄的等高倒置楔型鍍層6，在結晶器的鋼液入口端，鍍層6的上端厚度為3.5mm，鍍層6下端厚度為0.2mm，該噴鍍效果應是在等高的噴鍍壁厚為均勻的鍍層6。
本發明隔熱耐磨鍍層6的結晶器產品，在實際生產的連鑄設備中使用，應根據鋼種的凝固特點和裂紋敏感性特點，(可在15％-90％的范圍內合理調節金屬陶瓷材料或金屬材料的成份含量)可依據隔熱耐磨鍍層6的導熱系數來選擇鍍層的厚度，使結晶器內銅壁1上部帶有噴涂鍍層6區域的熱流，比圖1所示結晶器的熱流降低30-95％，因結晶器上部熱流降低，初始凝固的連鑄坯殼更加均勻，對裂紋敏感性較強的鋼種可獲得表面無裂紋等缺陷的連鑄坯；同時可有效降低凝固前沿溫度梯度，抑制柱狀晶的生長，提高連鑄坯的等軸晶率，使連鑄坯的內部質量有大幅度提高；如果配合電磁攪拌，效果會更好。從降低鋼種熱裂紋敏感性的角度考慮，可以考慮涂鍍層中較低的金屬陶瓷材料或金屬材料的含量，以便小幅度降低涂鍍層的傳熱效率；從抑制柱狀晶的生長，提高連鑄坯的等軸晶率的角度，可以考慮涂鍍層中較高的金屬陶瓷材料或金屬材料的含量，以便大幅度降低涂鍍層的傳熱效率。采用本發明隔熱耐磨鍍層6的結晶器，對于提高結晶器鋼液面附近區域結晶器銅板或銅管的抗熱侵蝕能力或較高拉速的連鑄機，可以采用較低的鍍層高度；對于抑制樹枝晶的生長，提高連鑄坯的等軸晶率或較低拉速的鑄機，可以采用較高的鍍層高度。在涂鍍層中使用較細的粉劑顆粒，是為了提高涂鍍層的材質均勻性、降低涂鍍層的機械應力和熱應力。
采用本發明的隔熱耐磨鍍層6結晶器產品，在實際生產的連鑄設備中使用，與現有技術相比較，具有結晶器產品結構簡單，使用效果好，壽命長和較低的制備成本，而且連鑄坯的產品性能、質量均有明顯改善。
說明書附圖；在說明書中的附圖1為現有技術的結晶器，在結晶器內壁均鍍有散熱性好的耐磨鍍層4。附圖2為現有技術的結晶器，在結晶器銅壁外側上部鍍有導熱性差的材料7。附圖3本發明結晶器產品，該結晶器是在結晶器銅壁1內壁1/3的結晶器總高度，噴鍍有壁厚均勻等高的隔熱耐磨鍍層6。附圖4為本發明另一種形式的結晶器，該結晶器是在結晶器銅壁1內壁1/2的結晶器總高度，噴涂有上厚下薄的等高倒置楔型鍍層6，噴鍍效果為等高的噴鍍層壁厚為均勻的鍍層6。在上述附圖中，序號1為結晶器銅壁；2為水套；3為冷卻水；4為現有技術鍍層；5為鋼液表面；6為隔熱鍍層；7為導熱性差的材料。
實施例本發明實施例是針對本發明結晶器產品的內壁結構和鍍層材料進行的對比實驗，對比實驗結晶器產品的內壁結構可根據附圖1·3·4進行對比，隔熱鍍層6的所選擇材料組份可見表2，制備工藝是采用現有技術中的1.為超音速火焰噴涂；2.為電弧噴涂；3.為電鍍工藝；為了對比方便我們也例舉了現有技術中的結晶器，該對比實驗結晶器為銅材質制備，在結晶器內壁沒有噴鍍層。在本發明實施例中序號1-20為本發明實施例，序號21為現有技術中銅的結晶器(見附圖1)，在本發明實施例中序號9-20為本發明壁厚均勻的等高鍍層6實施例(見附圖3)，序號1-8為本發明上厚下薄的等高倒置楔型鍍層6實施例(見附圖4)。通過對比實驗可看出，采用本發明結晶器產品不但有結構設計合理、使用效果好和能消除產品的內在缺陷等特點，而且在降低制備成本，提高連鑄坯產品綜合性能等方面有明顯的效果。
表1為本發明材料與Cu材料的部分性能比較
表2為本發明實施例結晶器產品的制備工藝.鍍層材料.內壁結構等的對比情況
注結晶器壽命是以120×120mm方坯為例。
權利要求
1.一種連鑄設備用隔熱耐磨鍍層的結晶器產品，該結晶器產品的組成是在結晶器銅壁(1)的外部套有水套(2)，在它們之間通有冷卻水(3)，其特征是沿結晶器銅壁(1)內側的鋼液入口端的方向，在結晶器銅壁(1)內壁的2/3結晶器總高度范圍內均有噴鍍隔熱耐磨鍍層(6)。
2.根據權利要求1所述結晶器產品，其特征在于該結晶器產品隔熱耐磨鍍層6的厚度應0.2-5.0mm。
3.根據權利要求1所述結晶器產品，其特征在于該結晶器產品的隔熱耐磨鍍層6應是壁厚均勻的等高鍍層6。
4.根據權利要求1所述結晶器產品，其特征在于該結晶器產品的隔熱耐磨鍍層6應是上厚下薄的等高倒置楔型鍍層6。
5.根據權利要求1所述結晶器產品，其特征在于該結晶器產品的隔熱耐磨鍍層6的高度為≤1/3-1/2結晶器的總高度。
6.根據權利要求1所述的結晶器產品，該結晶器的冷卻壁應采用銅或銅合金材料制成，在結晶器內壁(1)的內側噴涂有隔熱耐磨鍍層(6)，其特征是在結晶器內壁(1)的內側所噴涂的隔熱耐磨鍍層(6)為耐高溫、耐磨蝕、導熱系數比銅低的金屬陶瓷材料中的任意一種材料，和金屬材料中的任意一種材料，和金屬陶瓷材料中任意一種材料與金屬材料中任意一種材料所組成其中A、金屬陶瓷材料包括Al2O3、SiO2、SiC、TiO2、BN、WC、ZrO2中的任意一種；B、金屬材料包括Ni、Cr、Ni-Cr、純鐵中的任意一種。
7.根據權利要求6所述的結晶器產品，其特征是隔熱耐磨鍍層(6)是由金屬陶瓷材料中的任意兩種和兩種以上的組份所組成。
8.根據權利要求6所述的結晶器產品，其特征是隔熱耐磨鍍層(6)是由金屬材料中的兩種和兩種以上的組份所組成。
9.根據權利要求6所述的結晶器產品，其特征是隔熱耐磨鍍層(6)是由金屬陶瓷材料和金屬材料中的任意兩種和兩種以上的組份所組成。
全文摘要
本發明屬于冶金行業的連鑄設備領域。特別適用于連鑄設備中具有隔熱耐磨鍍層的結晶器產品。該結晶器產品的組成是在結晶器銅壁的外部套有水套，特征是結晶器內銅壁上部噴涂有隔熱耐磨鍍層，噴涂鍍層的材料為金屬陶瓷材料和金屬材料中的任意一種材料，該結晶器產品內的等高鍍層，其高度為≤1/3－1/2結晶器的總高度，鍍層的厚度應≥0.2mm。與現有技術相比較，具有結晶器產品結構簡單，使用效果好，壽命長和較低的制備成本，而且連鑄坯的產品性能、質量均有明顯改善。
文檔編號B22D11/04GK1401449SQ02131319
公開日2003年3月12日 申請日期2002年9月27日 優先權日2002年9月27日
發明者張慧, 趙沛, 胡坤太, 岳爾斌, 仇圣桃, 席常鎖, 唐宏偉 申請人:鋼鐵研究總院