CN104002202A - 一种薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法 - Google Patents

一种薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法 Download PDF

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Abstract

一种薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，采用拉瓦尔型喷嘴，通过主气体和由载气加速不锈钢钢丝切丸，形成气固双相流，反复轰击到结晶辊表面，在去除结晶辊表面氧化皮及杂质的同时形成毛化表面，最后磨削、抛光，获得的结晶辊毛化表面Ra为1～25μm，Rz为3～200μm；其中，主气体压力为0.3～3.2MPa，流量15～95Nm3/h；不锈钢钢丝切丸的直径为200～1000μm，硬度HRC35～HRC60。与传统清理或毛化工艺相比，本发明毛化处理的结晶辊表面清洁度高，无氧化皮，无嵌入杂质，统计均匀性好，毛化表面形貌参数可调，效率高，性价比高，通过进一步磨抛处理还可以完全去除毛刺、翻边等缺陷，而且，其装备简单易行，可维护性好。

Description

一种薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法
技术领域
本发明涉及薄带连铸技术领域，特别是涉及一种薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法。
背景技术
薄带连铸结晶辊表面状态对其使用过程中的界面传热和钢液凝固过程有重要影响，直接影响薄带连铸工艺和带钢质量，由于结晶辊表面一般是高强高硬的铜合金基体、镍合金镀层表面或铬镀层表面，目前铜合金基体上主要采用电镀镀层及喷涂修复进行保护，在铜合金基体上电镀或喷涂前都需要对基体进行清理或毛化处理，而传统的喷丸、喷砂毛化方法制备表面粗糙度小可调节范围小，而且采用喷嘴对丸粒或沙粒加速性能差，轰击能量低，表面存在氧化皮(如图3所示)或嵌入的刚玉砂(如图4所示)等。这些缺陷会在结晶辊使用中对带钢质量造成不利影响，必须采取措施消除。
一般毛化技术包括机械加工、喷丸毛化技术(SBT)、电火花毛化技术(EDT)、激光毛化技术(LT)、电子束毛化技术(EBT)、喷墨毛化技术(IJT)、Pretex毛化技术和TopoCrom技术等。目前国内外应用在结晶辊上的毛化技术一般是机械加工、喷丸毛化、激光毛化、电火花毛化、金刚石雕刻、TopoCrom方法等。
喷丸毛化(SBT)是将钢丸、铸铁或立方氮化硼沙粒等高硬度冲击材料加速(速度一般低于100m/s)并喷向结晶辊表面形成毛化表面结构。其工艺特点是毛化过程及结果具有随机性、不可控和难再现；电火花毛化是将浸没在绝缘工作液中的轧辊和电极上施加脉冲电压形成放电通道，则正极和负极表面分别成为瞬时热源，瞬时高温将结晶辊表面熔化、汽化，形成一系列电蚀坑。其运行成本相对较高，效率较低，主要缺陷是毛化形貌有规律性，这对薄带连铸结晶辊不利；激光毛化是采用高能量脉冲激光束作用于结晶辊表面，使之加热熔化并部分汽化，则熔池金属堆向四周，中间产生凹坑，其不足是效率低、成本高、形貌有规律；Pretex和TopoCrom毛化技本质上是一种电化学沉积过程，除污染因素以外，技术上目前相对不成熟，应用到结晶辊上尚有时日。
美国专利US6942013公开了一种结晶辊表面随机纹理结构，采用氧化铝、氧化硅和碳化硅等材料喷砂处理，颗粒直径介于0.7mm-1.4mm之间。
欧洲专利EP0577833A1公开了采用激光毛化的方法进行结晶辊的表面形貌处理，所形成的的轰击坑的深度在50μm以上，直径在500μm以下，轰击坑之间的间距大约是轰击坑直径的1.05-5倍；专利(EP1281458A1)公开的轰击坑形貌特征是坑深在40-200μm，直径在500-3000μm，同时毛化表面上还嵌套者更细小的凹坑，深度在1-50μm，直径约为5-200μm。
中国专利公开号CN1311721A公开了钢带连铸方法，指出熔融钢水被导引至平行铸辊间的辊隙之中，形成支撑在辊铸造表面上的熔池，结晶辊转动并从辊隙向下导引凝固钢带，其提到的铸造表面即结晶辊表面的处理采用在基材上喷砂(Ra介于5-10之间)、然后镀50μm铬作为耐磨层，或是在镍保护涂层表面直接进行喷砂。
韩国专利KR2006074635公开了带钢浇铸用铸辊，通过喷丸处理使得结晶辊表面产生细小凹痕，从而均匀而迅速凝固钢液的表面制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，其特点是在对结晶辊进行表面清理的同时形成毛化形貌，且无缺陷，轰击坑边缘光滑，无毛刺、翻边等，且轰击坑边缘重叠处的微凸体宽度可以调整，以满足一定的耐磨性要求；表面形貌参数调整方便(包括粗糙度Ra、十点微观不平度Rz等)。本发明方法可适应任意尺寸的结晶辊，效率高，成本低。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
本发明采用球形不锈钢钢丝切丸作为轰击颗粒，通过高压气体在拉瓦尔型喷嘴内加速，并轰击到结晶辊表面，在去除表面氧化层和其它杂质的同时引起结晶辊表面自身产生塑性变形形成毛化形貌。
具体地，本发明一种薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，采用拉瓦尔型喷嘴，通过主气体和由载气加速不锈钢钢丝切丸，形成气固双相流，反复轰击到结晶辊表面，在去除结晶辊表面氧化皮及杂质的同时形成毛化表面，最后磨削、抛光，获得的结晶辊毛化表面Ra为1～25μm，Rz为3～200μm；其中，主气体压力为0.3～3.2MPa，流量15～95Nm3/h；不锈钢钢丝切丸的直径为200～1000μm，硬度HRC35～HRC60。
进一步，所述拉瓦尔型喷嘴的扩张段长度50～200mm，喉部直径2.5～3.5mm，扩张段出口直径5～15mm。
本发明采用拉瓦尔型喷嘴，该喷嘴不同于喷丸和喷砂用的直管喷嘴，加速性能好，可以将200～1000μm的颗粒加速到200m/s以上，而传统喷嘴对于大直径颗粒的加速效果只能达到100m/s以下。
又，所述的不锈钢钢丝切丸采用送粉器输送，送粉器送粉管内径2.5～8.0mm。
再有，所述的送粉器还设一路载气管道，送粉载气压力为大气压～3.2MPa，送粉载气流量0～30Nm3/h。
所述的送粉器采用2路以上送粉，实现在线换粉和加粉。
另外，本发明所述的磨削及抛光方法是：首先采用600～1200号的碳化硅或金刚石砂带多道次粗加工，再使用抛光布多道次精抛光，最终完全消除轰击坑边缘的毛刺、翻边等缺陷，上述各工序道次数2～10。
本发明具有与其他方法相比不同的特征，本发明采用不锈钢钢丝切丸直径200～1000μm，并且打磨成球形，硬度介于HRC35～HRC60之间。随着颗粒直径的增加，可以制备的最大粗糙度亦相应增加，而RPc值则下降。
本发明采用的驱动气体压力大、温度为室温和拉瓦尔型喷嘴，轰击颗粒速度快、轰击强度和能量大、随机性强。结晶辊表面可获得较大粗糙度值，并且粗糙度值可以根据驱动压力变化进行调整以满足实际需要，然而，常规的喷丸不能制备粗糙度较大的表面形貌，且激光毛化方法形貌具有很强的规律性，不利于薄带连铸结晶辊的使用。
附图说明
图1为本发明结晶辊表面毛化的示意图。
图2为本发明采用的球形不锈钢钢丝切丸。
图3为铸钢丸轰击毛化结晶辊表面后留下的氧化皮。
图4为铸钢丸轰击毛化结晶辊表面后再用刚玉丸粒清理留下的氧化皮和嵌入杂质。
图5、图6分别为不锈钢钢丝切丸轰击清理毛化结晶辊表面后所形成表面形貌的晶相图和扫描电镜图。
图7为本发明方法抛光处理之间结晶辊毛化表面形貌的截面图。
图8为本发明方法抛光处理以后结晶辊毛化表面形貌的截面图。
具体实施方式
本发明的薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，采用拉瓦尔型喷嘴，通过主气体和由载气加速不锈钢钢丝切丸，形成气固双相流，反复轰击到结晶辊表面，在去除结晶辊表面氧化皮及杂质的同时形成毛化表面，最后磨削、抛光，获得的结晶辊毛化表面Ra为1～25μm，Rz为3～200μm；其中，主气体压力为0.3～3.2MPa，流量15～95Nm3/h；不锈钢钢丝切丸的直径为200～1000μm，硬度HRC35～HRC60。
如图1所示，对应结晶辊100的喷嘴1接一连接气源2的主气体管道3，主气体管道3上设送粉器4(图中示出2路送粉)及控制阀5。
在本实施例中，所述的送粉器4还设一连接气源2的载气管道6及控制阀7。
实施例1
采用350μm球形不锈钢钢丝切丸为轰击微粒，如图2所示，驱动气体为氮气，压力2.8MPa，主气体流量75Nm3/h；室温，喷嘴扩张段长度90mm，喉部直径2.8mm，出口直径7.5mm；送粉载气压力为大气压，载气流量3.5Nm3/h；2路送粉；采用600号SiC砂带磨削6道次，1200号金刚石砂带抛光2道次，抛光布精抛光2道次，最终获得随机形貌参数均值：Ra为15μm，Rz为85μm，RPC为35/cm，显微分析表明轰击坑边缘光滑，无毛刺、翻边和异物嵌入等缺陷。如图5～图8所示。
实施例2
采用450μm球形不锈钢钢丝切丸为轰击微粒，驱动气体为压缩空气，压力1.8MPa，主气体流量65Nm3/h，室温，喷嘴扩张段长度115mm，喉部直径3.2mm，出口直径10.5mm；送粉载气压力为大气压，载气流量5.5Nm3/h；3路送粉；采用600号SiC砂带磨削4道次，1200号金刚石砂带抛光2道次，抛光布精抛光6道次，最终获得随机形貌参数均值：Ra为13μm，Rz为67μm，RPC为33/cm，显微分析表明轰击坑边缘光滑，无毛刺、翻边和异物嵌入等缺陷。
实施例3
采用550μm球形不锈钢钢丝切丸为轰击微粒，驱动气体为压缩空气，压力0.6MPa，主气体流量30Nm3/h；室温，喷嘴扩张段长度170mm，喉部直径3.3mm，出口直径8.0mm；送粉载气压力为大气压，载气流量7.0Nm3/h；2路送粉；采用600号SiC砂带磨削8道次，1200号金刚石砂带抛光6道次，抛光布精抛光2道次，最终获得随机形貌参数均值：Ra为9μm，Rz为59μm，RPC为31/cm，显微分析表明轰击坑边缘光滑，无毛刺、翻边和异物嵌入等缺陷。

Claims (6)

1.一种薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，采用拉瓦尔型喷嘴，通过主气体和由载气加速不锈钢钢丝切丸，形成气固双相流，反复轰击到结晶辊表面，在去除结晶辊表面氧化皮及杂质的同时形成毛化表面，最后磨削、抛光，获得的结晶辊毛化表面Ra为1～25μm，Rz为3～200μm；其中，主气体压力为0.3～3.2MPa，主气体流量15～95Nm3/h；不锈钢钢丝切丸的直径为200～1000μm，硬度HRC35～HRC60。
2.如权利要求1所述的薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，其特征是，所述拉瓦尔型喷嘴的扩张段长度50～200mm，喉部直径2.5～3.5mm，扩张段出口直径5～15mm。
3.如权利要求1所述的薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，其特征是，所述的不锈钢钢丝切丸采用送粉器输送，送粉器送粉管内径2.5～8.0mm。
4.如权利要求3所述的薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，其特征是，所述的送粉器还设一路载气管道，送粉载气压力为大气压～3.2MPa，送粉载气流量0～30Nm3/h。
5.如权利要求3或4所述的薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，其特征是，送粉器采用2路以上送粉，实现在线换粉和加粉。
6.如权利要求1所述的薄带连铸结晶辊高清洁度无缺陷毛化表面制备方法，其特征是，所述的磨削及抛光方法是：首先采用600～1200号的碳化硅或金刚石砂带多道次粗加工，再使用抛光布多道次精抛光，最终完全消除轰击坑边缘的毛刺、翻边等缺陷，上述各工序道次数2～10。
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