在结晶器铜板工作面采用合适的表面处理技术制备一种或多种涂镀层,在保证结晶器导热性能受涂镀层影响不大的情况下,所获与铜基体结合牢固、耐磨耐蚀性强的各种涂镀层,可有效改善铜板表面性能、延长铜结晶器使用寿命,并提高连铸坯质量,最终达到浇铸吨钢成本下降的目的。目前钢铁企业中大量使用的铜结晶器表面涂层主要为电镀镀层,其次有少量短边铜板采用热喷涂涂层。
结晶器铜板表面电镀处理技术从最初的单一金属镀层如硬铬镀层、纯镍镀层逐步发展到二元合金镀层如Ni-Fe合金镀层、NiCo合金镀层、Co-Ni合金镀层等几种主要镀层,镀层性能也逐步提高,图1展示了结晶器电镀技术的发展历程。

图1不同年代连铸结晶器表面的不同镀层
目前工业中大量采用成本较低的Ni-Fe或NiCo镀层。Ni-Fe合金镀层具有耐高温,抗热冲击性能好等优点,镀层的硬度可达400HV,其耐磨性为纯镍层的2倍,结晶器寿命比镍镀层显著提高。但其镀液不易控制,成品率较低,且Ni-Fe合金镀层化学稳定性及抗热交变性能较差,高温下易于开裂失效。而NiCo合金镀层不仅热稳定性好,且涂层应力较低,不易产生热裂纹,但该镀层硬度易受温度的影响,随温度上升而下降。温度升至600℃时,其硬度下降至180HV,严重降低了镀层的耐磨性。有关热喷涂技术对结晶器表面进行强化的研究在国外特别是日本开展了大量开发工作,并申报了一系列专利。久保田昭等结晶器铜板表面热喷涂制备Ni-Cr合金涂层,其寿命达到原Ni镀层结晶器的3~6倍,大大延长了结晶器短边铜板的使用寿命。专利在结晶器铜板表面先制备一层Ni镀层,镀层喷砂处理后再用高速火焰喷涂制备Ni基自熔合金耐磨工作层,从而提高了涂层与铜基体的结合力和产品的耐磨性。美国Nskashima等申报专利在结晶器铜板表面采用高压高速火焰喷涂技术先制备一层WC,后再喷涂一层镍基自熔合金获得了结合强度较好的涂层。
国内许多研究工作者针对结晶器铜板热喷涂涂层制备也进行了不少研究。李益明等采用HVOF热喷涂工艺在CuCrZr短边铜板上喷涂Ni基自熔性合金,经熔融热处理后使涂层与母材形成治金扩散层,所获涂层拥有良好的高温硬度保持能力,耐磨性是Ni镀层的6倍,并已大量应用于生产实际。霍树斌等采用HVOF技术在CuCrZr表面制备了CoCrMoSi及CoMo合金等涂层,并与NiCo镀层相关性能进行对比,试验结果表明所制备热喷涂涂层的抗热疲劳和耐磨性能均优于NiCo镀层。王佳杰等采用HVOF在CrZrCu表面超音速火焰喷涂制备CoNiCrAlY+CoCrMoSi梯度涂层并与NiCo镀层进行了对比分析,表明梯度涂层的结合强度远大于镀层,且涂层为压应力,对结合强度的提高有促进作用。祝林等采用超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层,并选用合适的封孔剂进行封孔处理,可有效地提高结晶器的耐磨耐蚀性能,延长其寿命。
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