CN101845649A - 连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法，首先对铜板进行全面积电镀，当铜板的上部区域较薄镀层达到产品尺寸要求后，通过PLC系统控制伺服电极连接的升降装置，将铜板按一定速率向上提升，使铜板与镀液液位发生相对位移，液位向铜板下边缘移动，使得已经达到尺寸要求的镀层与镀液分离，不再进行电镀，只继续对铜板下面厚镀层区域进行电镀，并按要求增加镀层厚度。在上述提升铜板过程的同时，根据电镀工艺要求，通过PLC控制系统相应调整电镀电流。本发明可以实现结晶器铜板镀层不是均厚镀层，而是宽度方向上，自上而下厚度逐渐增加这一特性，与原有的电镀方法相比，镀层材料和电能的消耗显著减小。

Description

连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法

技术领域

本发明涉及炼钢连铸设备的表面修复方法，尤其涉及一种连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法。

背景技术

随着钢产量和连铸比的逐年增长，对结晶器铜板的消耗也越来大。在结晶器铜板的修复与制造过程中，结晶器铜板表面镀层材料的消耗大约占了铜板修复成本的80％左右。因此，在保证结晶器铜板制造工艺的前提下，减少无效的镀层材料的消耗是十分必要和重要的。

结晶器铜板表面镀层的厚度不是均一的，而是在宽度方向上，自上而下厚度逐渐增加。结晶器铜板在连铸时，其表面上各处所处的连铸工况环境不一样，对表面镀层的厚度要求也不是单一的。结晶器铜板上部接触的是还没有凝固的、熔融状态的液态钢水，在这样的环境下，要求铜板或铜管上部镀层要有良好的导热性能，因此，一般在铜板宽度方向上，距上口约300～400mm的宽度范围内镀层的厚度较薄，不超过1mm。而在结晶器铜板的中下部，钢水由外至里逐渐被冷却凝固，此时铜板接触的是坯壳厚度逐渐增厚的铸坯，该铸坯随着坯壳的逐渐增厚，铸坯与结晶器铜板之间的摩擦力也逐渐增大，因此，要求结晶器铜板下部镀层为一段或多段、厚度渐渐增加的镀层，以增强镀层的耐磨损性能。

结晶器铜板经过电镀后得到的理想的电镀层形式，应当是与产品镀层仿形的镀层。但是由于设备和技术的限制，目前对结晶器铜板的电镀有两种，一种就是按铜板镀层最厚的尺寸来电镀整块铜板，然后再通过机加工，将多余的镀层材料加工掉，最终得到产品镀层；另一种方法是将铜板分为上下两部分电镀，当铜板上部达到镀层厚度要求后，采用人工将镀槽的降液面阀门打开，使得液面降到排液阀的高度，露出液面的铜板上部不再电镀，下部继续电镀，直到达到最厚镀层尺寸要求。这种两段式的方法只能有效节约上部镀层的浪费，但对于下部产品需求的非均厚镀层无法实现，其浪费情况无法解决，也不够灵活，不能随着镀层厚度的变化而变化。现有的这两种不考虑铜板镀层各处不均厚的做法，将会造成大量不实用镀层的产生和最终浪费。

技术方案

本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法，利用本方法可以获得产品所需求的在宽度方向上，自上而下厚度逐渐增加的镀层，减少产品不需要镀层的产生导致的材料浪费，降低结晶器铜板制造成本。此外还可以减小电镀电能的消耗。

为解决上述技术问题，本发明连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法包括如下步骤：

步骤一、将镀前已处理完毕的结晶器铜板安装就位于电镀槽内，所述铜板与镀液全面积接触，开始电镀，即对铜板全面积进行电镀，电流密度设为1～20A/dm²；

步骤二、当步骤一中电镀的时间达到所述铜板上部镀层厚度0.1～1.5mm所需的电镀时间后，通过PLC系统控制与伺服电极连接的升降装置，将铜板以设定的速率K_n连续向上提升，同时通过PLC系统，使电镀电流按照ΔI规律发生变化，K_n和ΔI的函数关系式分别如下：

K_n＝h_n/t_n

ΔI＝i_n×(S-Δh×l_c)

式中：n表示在结晶器铜板的宽度方向上，镀层厚度具有同一线性变化规律的各段数的编号，即n＝1，2，3，......

K_n表示液位位于铜板的第n段区间里时，铜板所需的提升速率，即单位时间里液位发生的位移；

h_n表示铜板的第n段区间的距离长度，也是液位在第n段区间里发生的位移；

t_n表示在铜板的第n段区间里，液位位移所消耗的时间；

Δh表示电镀过程中当前液位与铜板上边沿的位移；

ΔI表示电镀过程中当前所需的电镀电流值；

i_n表示在铜板的第n段区间里，电镀电流密度值；

S表示当前结晶器铜板的总面积；

l_c表示当前结晶器铜板的长度；

步骤三，电镀过程，电镀控制程序由n＝1开始，当液位完成h_n的设定位移后，电镀过程、亦即控制程序进入n+1阶段，此后依次进行，直到最后的h_n完成后，镀液液位至铜板底边下沿，电镀完毕。

上述步骤二中，为得到产品镀层，需要首先设定的参数为n，h_n，t_n，i_n，S，l_c。

上述步骤二中，铜板第n段区间的距离长度h_n的值可设为1～1200mm。

上述液位在铜板的第n段区间里位移所消耗的时间t_n＝δ_n/μ_c

式中：δ_n表示为达到产品最终镀层厚度要求，在权利要求1所述步骤二中，在铜板的第n段，需要电镀的镀层最大厚度，其值为0～4mm；

μ_c为某镀种单位时间里、在设定的i_n电流密度下所电镀出镀层的厚度，该值为固定的常数，可以通过数据常数表查得或是实验获得。

上述铜板在第n段区间所需的提升速率K_n的取值范围为[0，∞]，K_n＝0时，则h_n＝0，此时铜板保持稳定，铜板与镀液不发生位移；K_n＝∞时，则t_n＝0，此时铜板以系统所能达到的最快速度提升。

上述铜板在第n段区间里的电镀电流密度值i_n设为1～20A/dm²。

本方法首先在做好结晶器铜板镀前的准备工作后，将铜板全面积与镀液接触，对铜板进行全面积电镀。当铜板的上部区域较薄镀层达到产品尺寸要求后，采用提升铜板的方法，使铜板与镀液液位发生相对位移，即液位向铜板下边缘移动，使得已经达到尺寸要求的镀层与镀液分离，不再进行电镀，只继续对下面厚镀层区域进行电镀，以增加厚度。通过PLC系统控制与伺服电极连接的升降装置，将铜板按设定的速率连续向上提升，直到液位至铜板下边缘，铜板下部厚度达到产品镀层尺寸要求后，电镀结束。在上述提升铜板过程的同时，由于电镀面积减小，需要根据电镀工艺要求，通过PLC系统相应调整电镀电流。

本发明着眼于结晶器铜板所需求的镀层不是均厚镀层，而是宽度方向上，自上而下厚度逐渐增加这一特点，通过提升铜板的方法使液位与铜板发生相对位移，使得镀液与镀层厚度已经达到要求的区域分离，不再进行电镀。从而避免了原有的电镀方法，按铜板镀层最厚的尺寸来电镀整块铜板，所造成的大量不实用镀层的产生和最终浪费。利用本方法可以获得与结晶器铜板产品需求镀层形状相似的仿形镀层，减少产品不需要镀层的产生而导致的材料浪费，降低结晶器铜板制造或修复成本。此外由于本发明实施过程中，与原有方法相比，电镀面积不断减小，施镀的电流值也不断减小，因此电能的消耗将显著减小。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明第一实施例的铜板镀层示意图，

图2为本发明第二实施例的铜板镀层示意图。

具体实施方式

本发明连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法采用如下步骤实现的：

步骤一、将镀前已处理完毕的结晶器铜板安装就位于电镀槽内，所述铜板与镀液全面积接触，开始电镀，即对铜板全面积进行电镀，电流密度设为1～20A/dm²；

步骤二、当步骤一中电镀的时间达到所述铜板上部镀层厚度0.1～1.5mm所需的电镀时间后，通过PLC系统控制与伺服电极连接的升降装置，将铜板以设定的速率K_n连续向上提升，同时通过PLC系统，使电镀电流按照ΔI规律发生变化，K_n和ΔI的函数关系式分别如下：

K_n＝h_n/t_n

ΔI＝i_n×(S-Δh×l_c)

式中：n表示在结晶器铜板的宽度方向上，镀层厚度具有同一线性变化规律的各段数的编号，即n＝1，2，3，......

K_n表示液位位于铜板的第n段区间里时，铜板所需的提升速率，即单位时间里液位发生的位移；

h_n表示铜板的第n段区间的距离长度，也是液位在第n段区间里发生的位移；

t_n表示在铜板的第n段区间里，液位位移所消耗的时间；

Δh表示电镀过程中当前液位与铜板上边沿的位移；

ΔI表示电镀过程中当前所需的电镀电流值；

i_n表示在铜板的第n段区间里，电镀电流密度值；

S表示当前结晶器铜板的总面积；

l_c表示当前结晶器铜板的长度；

步骤三，电镀过程，电镀控制程序由n＝1开始，当液位完成h_n的设定位移后，电镀过程、亦即控制程序进入n+1阶段，此后依次进行，直到最后的h_n完成后，镀液液位至铜板底边下沿，电镀完毕。

上述步骤二中，为得到产品镀层，需要首先设定的参数为n，h_n，t_n，i_n，S，l_c。

上述步骤二中，铜板第n段区间的距离长度h_n的值可设为1～1200mm。

上述液位在铜板的第n段区间里位移所消耗的时间t_n＝δ_n/μ_c

式中：δ_n表示为达到产品最终镀层厚度要求，在权利要求1所述步骤二中，在铜板的第n段，需要电镀的镀层最大厚度，其值为0～4mm；

μ_c为某镀种单位时间里、在设定的i_n电流密度下所电镀出镀层的厚度，该值为固定的常数，可以通过数据常数表查得或是实验获得。

上述铜板在第n段区间所需的提升速率K_n的取值范围为[0，∞]，K_n＝0时，则h_n＝0，此时铜板保持稳定，铜板与镀液不发生位移；K_n＝∞时，则t_n＝0，此时铜板以系统所能达到的最快速度提升。

上述铜板在第n段区间里的电镀电流密度值i_n设为1～20A/dm²。

本方法可通过如下的具体方法实施：

实施例一：

外形尺寸为2030mm×900mm的结晶器铜板，镀层为Ni-Co，镀层和基体的截面如图1所示。图1中区域1表示铜板的铜基体，区域2表示产品所需镀层。镀层要求在宽度方向上A到B上部0～300mm镀层厚度为均厚的0.4mm，下部B到C为由0.4mm至2.0mm的厚度均匀连续增加的梯形镀层。

步骤一、将镀前处理已完毕的结晶器铜板，安装就位于电镀槽上。此时铜板全面积与镀液接触。开始电镀，即对铜板全面积进行电镀，电流密度为设为2.5A/dm²。

步骤二、当步骤一中电镀的时间达到产品要求的上部A到B镀层厚度0.4mm所需的电镀时间后，在本例电镀条件下镀速为0.03mm/小时，则电镀时间为14小时。根据产品镀层的尺寸需求，首先设定以下参数：n，h_n，t_n，i_n，S，l_c，

产品镀层在结晶器铜板的宽度方向上，有2段厚度具有同一线性变化规律(相同斜率)的镀层，即AB和BC段，则n＝2；如图1可知h₁＝300mm；h₂＝600mm，

电镀电流密度设定为i₁＝i₂＝2.5A/dm²，

确定t_n，由t_n＝δ_n/μ_c确定，其中由图1可知：δ₁＝0；δ₂＝1.6mm；本实施例条件下，Ni-Co镀种，i₁＝i₂＝2.5A/dm²电镀条件下，μ_c＝0.03mm/小时，则可得出t₁＝0，t₂＝53小时。

S＝1.827m²；l_c＝2.03m；

上述参数确定好后，电镀过程中的K_n和ΔI的值也确定。

K_n＝h_n/t_n，即

电镀进程第一段，即n＝1时，K₁＝300/0＝∞，在该段，铜板以最快的速度提升。当液位至距铜板上边沿的300mm处后，电镀进程进入第2段，即n＝2时，K₂＝600/53＝11.3mm/小时，在该段，通过PLC系统控制伺服电极连接的升降装置，将铜板以11.3mm/小时的速率连续向上提升，同时通过PLC控制系统，使电镀电流按照ΔI＝i_n×(S-Δh×l_c)的规律进行调控。当最后的h₂＝600mm，液位位移完成后，镀液液位至铜板底边下沿，电镀完毕。得到如图1中区域2所示的镀层。

而图1中轮廓3所示的镀层为原有的两段式电镀方法所得镀层，与原方法相比，本例中如图1所示，区域4为节约的镀层材料，约节材近四分之一，电能消耗减少近四分之一。

实施例二：

待镀结晶器铜板外形尺寸同实施例一。镀层为Ni，镀层和基体的截面如图2所示。图2中区域1表示铜板的铜基体，区域2表示产品所需镀层。镀层要求在宽度方向上A到B上部0～300mm镀层厚度为均厚的0.4mm，中部B到C，即300～600mm为由0.4mm至1.5mm的厚度均匀连续增加的梯形镀层，下部C到D，即600～900mm为由1.5mm至2.2mm的厚度均匀连续增加的梯形镀层。

步骤一、将镀前处理已完毕的结晶器铜板，安装就位于电镀槽上。此时铜板全面积与镀液接触。开始电镀，即对铜板全面积进行电镀，电流密度为4.0A/dm²。

步骤二、当步骤一中电镀的时间达到产品要求的上部A到B镀层厚度0.4mm所需的电镀时间后，在本例电镀条件下镀速为0.05mm/小时，则电镀时间为8小时。根据产品镀层的尺寸需求，首先设定以下参数：n，h_n，t_n，i_n，S，l_c，

产品镀层在结晶器铜板的宽度方向上，有3段厚度具有同一线性变化规律(相同斜率)的镀层，即AB，BC和CD段，则n＝3；则h₁＝300mm；h₂＝300mm，h₃＝300mm

电镀电流密度设定为i₁＝i₂＝2.5A/dm²，i₃＝4.0A/dm²

确定t_n，由t_n＝δ_n/μ_c确定，得：δ₁＝0；δ₂＝1.1mm，δ₃＝1.8mm；本实施例条件下，Ni镀种，i₁＝i₂＝2.5A/dm²电镀条件下，μ_c＝0.03mm/小时，i₃＝4.0A/dm²电镀条件下，μ_c＝0.05mm/小时，则可得出t₁＝0，t₂＝37小时，t₃＝36小时

S＝1.827m²；l_c＝2.03m；

上述参数确定好后，电镀过程中的K_n和ΔI的值也确定。

K_n＝h_n/t_n，即

电镀进程第一段，即n＝1时，K₁＝300/0＝∞，在该段，铜板以最快的速度提升。当液位至距铜板上边沿的300mm处后，电镀进程进入第2段，即n＝2时，K₂＝300/37＝8.1mm/小时，在该段，通过PLC系统控制伺服电极连接的升降装置，将铜板以8.1mm/小时的速率连续向上提升，同时通过PLC控制系统，使电镀电流按照ΔI＝i_n×(S-Δh×l_c)的规律进行调控。

当第2段的电镀进程液位完成h₂＝300mm后，电镀进程进入第3段，即n＝3时，K₂＝300/36＝8.3mm/小时，在该段，通过PLC系统控制伺服电极连接的升降装置，将铜板以8.3mm/小时的速率连续向上提升，同时通过PLC控制系统，使电镀电流按照ΔI＝i_n×(S-Δh×l_c)的规律进行调控。当液位位移完成最后的h₃＝300mm后，镀液液位降至铜板底边下沿，电镀完毕。得到如图2中区域2所示的镀层。图2中轮廓3所示的镀层为原有的两段式电镀方法所得镀层，与原方法相比，本例中如图2所示，区域4为节约的镀层材料，约节材近四分之一，电能消耗减少近四分之一。

Claims (6)

1.一种连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、将镀前已处理完毕的结晶器铜板安装就位于电镀槽内，所述铜板与镀液全面积接触，开始电镀，即对铜板全面积进行电镀，电流密度设为1～20A/dm²；

步骤二、当步骤一中电镀的时间达到所述铜板上部镀层厚度0.1～1.5mm所需的电镀时间后，通过PLC系统控制与伺服电极连接的升降装置，将铜板以设定的速率K_n连续向上提升，同时通过PLC系统，使电镀电流按照ΔI规律发生变化，K_n和ΔI的函数关系式分别如下：

K_n＝h_n/t_n

ΔI＝i_n×(S-Δh×l_c)

式中：n表示在结晶器铜板的宽度方向上，镀层厚度具有同一线性变化规律的各段数的编号，即n＝1，2，3，......

K_n表示液位位于铜板的第n段区间里时，铜板所需的提升速率，即单位时间里液位发生的位移；

h_n表示铜板的第n段区间的距离长度，也是液位在第n段区间里发生的位移；

t_n表示在铜板的第n段区间里，液位位移所消耗的时间；

Δh表示电镀过程中当前液位与铜板上边沿的位移；

ΔI表示电镀过程中当前所需的电镀电流值；

i_n表示在铜板的第n段区间里，电镀电流密度值；

S表示当前结晶器铜板的总面积；

l_c表示当前结晶器铜板的长度；

步骤三，电镀过程，电镀控制程序由n＝1开始，当液位完成h_n的设定位移后，电镀过程、亦即控制程序进入n+1阶段，此后依次进行，直到最后的h_n完成后，镀液液位至铜板底边下沿，电镀完毕。

2.根据权利要求1所述的连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法，其特征在于：所述步骤二中，为得到产品镀层，需要首先设定的参数为n，h_n，t_n，i_n，S，l_c。

3.根据权利要求1所述的连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法，其特征在于：所述步骤二中，铜板第n段区间的距离长度h_n的值设为1～1200mm。

4.根据权利要求1所述的连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法，其特征在于：液位在铜板的第n段区间里位移所消耗的时间t_n＝δ_n/μ_c

式中：δ_n表示为达到产品最终镀层厚度要求，在权利要求1所述步骤二中，在铜板的第n段，需要电镀的镀层最大厚度，其值为0～4mm；

μ_c为某镀种单位时间里、在设定的i_n电流密度下所电镀出镀层的厚度，该值为固定的常数，可以通过数据常数表查得或是实验获得。

5.根据权利要求1所述的连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法，其特征在于：铜板在第n段区间所需的提升速率K_n的取值范围为[0，∞]，K_n＝0时，则h_n＝0，此时铜板保持稳定，铜板与镀液不发生位移；K_n＝∞时，则t_n＝0，此时铜板以系统所能达到的最快速度提升。

6.根据权利要求1所述的连铸结晶器铜板非均厚镀层的仿形电镀方法，其特征在于：铜板在第n段区间里的电镀电流密度值i_n设为1～20A/dm²。

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