CN108856661B - 连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法及采用的电镀槽结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法及采用的电镀槽结构，该方法是先在结晶器铜板的内壁上刻划出沟槽，然后通过电镀加镀耐磨层，当电镀槽电镀液开始回流后，以3‑100mL/min的速率向镀液贮藏槽中添加溴化物，所述溴化物按照溴化物：水＝1‑3：6‑9的比例配置溶液。本发明对沟槽结晶器铜板的沟槽结构进行优化，同时采用特殊的电镀工艺，既保留了沟槽内壁结晶器铜板的沟槽气隙，并达到了填平沟槽表面的目的；在电镀液中加入可以大幅降低镍基高速电镀层内应力的溴化物，避免了沟槽直角边存在的应力集中；使之不仅具有沟槽结晶器铜板的传热特征，而且表面光滑、连续、摩擦力小，具有一般铜板表面电镀层的硬度及耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及钢的连铸技术领域，尤其涉及一种用于沟槽内壁结晶器表面强化的连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法及采用的电镀槽结构。
背景技术
现在所使用的连铸结晶器内壁为光滑表面。由于钢液凝固时产生相变体积收缩，使初生坯壳与结晶器内壁间产生不均匀气隙，与初生坯壳和结晶器直接接触相比，气隙明显增加坯壳与结晶器间热阻，不均匀气隙使坯壳与结晶器间传热不均匀，形成坯壳厚度不均匀，在坯壳较薄处发生应力集中，当应力大于坯壳强度时就会产生裂纹。在后续工艺的冷却过程中裂纹扩展形成铸坯表面裂纹，造成铸坯表面缺陷。钢水在刚与结晶器接触的很短一段时间，形成的初生坯壳薄，坯壳温度高温差大，因此坯壳强度低，受钢水静压力和坯壳凝固体积收缩力作用，坯壳厚度不均匀程度大，应力大，易产生裂纹。
公开号为CN1465456A的专利文件公开了一种“连铸镀层沟槽内壁结晶器”，该结晶器在连铸结晶器的内壁上刻划1～100μm宽、1～500μm深的纵向或纵横向细沟槽，并加镀耐磨层。使钢水在连铸结晶器内形成的初生坯壳厚度均匀，减少铸坯表面裂纹，降低铸坯废品率，提高铸坯拉速，延长结晶器寿命。
但是在实际生产应用中，该结晶器在生产中的部分技术指标不够理想。另外由于细沟槽的存在，使得镀层工艺存在一定的困难，采用常规的镀层工艺很难做到在保留沟槽气隙的同时将沟槽表面填平，同时常规的镀层工艺会造成沟槽直角边处存在应力集中，容易在炼钢生产中生成大量热裂纹。
发明内容
本发明的目的是提供一种连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法及采用的电镀槽结构，对沟槽结晶器铜板的沟槽结构进行优化，同时采用特殊的电镀工艺，既保留了沟槽内壁结晶器铜板的沟槽气隙，并达到了填平沟槽表面的目的，避免了沟槽直角边存在的应力集中；使之不仅具有沟槽铜板的特性，而且具有一般铜板表面电镀层的硬度及耐磨性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法，该方法是先在结晶器铜板的内壁上刻划出沟槽，然后通过电镀加镀耐磨层，当电镀槽电镀液开始回流后，以3-100mL/min的速率向镀液贮藏槽中添加溴化物，所述溴化物按照溴化物：水＝1-3：6-9的比例配置溶液。
具体包括如下步骤：
1)使用电火花、线切割或机械加工的方式，在结晶器铜板的内壁上刻划出沟槽；
2)将清洗后的结晶器铜板吊到电解槽内，电解槽液的成分及比例是质量浓度50％-65％的磷酸：质量浓度98％的硫酸：纯水＝6:0.5-1.5:2-5，将结晶器铜板接到整流器阳极，将阴极接到不锈钢板上，打开电解整流器，调电压到6-10V，电解时间为6-15分钟；
2)切断电源取下阳极夹，将结晶器铜板吊入两级清洗槽中清洗，然后将结晶器铜板吊放到结晶器铜板专用电镀槽内，此过程中结晶器铜板表面保持湿润，直到镀液浸没结晶器铜板为止；
3)配制基础电镀液的比例为电镀金属主盐：硼酸：表面活性剂：水＝2-5：0.4：10-3-10-4：8-15，电镀液温度50-65℃，PH值3.8—4.2；设置脉冲整流器到恒流、脉冲档，调整脉冲时间为15毫秒：(1-20)毫秒，电镀电流密度在3－4安培每平方分米；
4)电镀槽的电镀液开始回流后，开始以3-100mL/min的速率添加溴化物，一直到电镀结束。
所述的溴化物包括溴化铵、溴化碘、溴化锰、溴化钠、溴化锰、溴化钡、溴化铜、溴化镁和溴化镍中的一种或几种。
一种连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法采用的电镀槽结构，包括电镀槽、镀液贮藏槽，所述镀液贮藏槽为两个以上，所述电镀槽设置在镀液贮藏槽的上方，镀液贮藏槽与电镀槽之间通过镀液交换管路连接。
在所述电镀槽中设置有电镀阳极钛蓝，在阳极钛蓝的两侧设置有电镀液喷管，所述电镀液喷管连接镀液交换管路中的镀液泵管路。
所述镀液贮藏槽的容积为电镀槽两倍以上。
所述镀液交换管路包括镀液泵管路和镀液回流管路。
一种结晶器铜板，在所述结晶器铜板上刻化有500-3000μm深、10-3000μm宽的纵向或纵横向沟槽，沟槽间距为500-104μm，所述结晶器铜板上的镀层厚度为1-5mm。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明对沟槽结晶器铜板的沟槽结构进行优化，同时采用特殊的电镀工艺，既保留了沟槽内壁结晶器铜板的沟槽气隙，并达到了填平沟槽表面的目的；在电镀液中加入可以大幅降低镍基高速电镀层内应力的溴化物，避免了沟槽直角边存在的应力集中；使之不仅具有沟槽结晶器铜板的传热特征，而且表面光滑、连续、摩擦力小，具有一般铜板表面电镀层的硬度及耐磨性能。
2)本法明通过施加的耐磨层填平沟槽表面，使连铸过程中铸坯与耐磨层接触磨擦，阻止液相保护渣和钢水侵入沟槽内部，并且提高铸坯过钢量，降低了生产成本。在耐磨层被磨擦掉以前，结晶器内壁刻划的沟槽结构状态没有变化。可在结晶器的全部使用寿命中，保持沟槽内壁结晶器的传热特征。
3)本发明保留沟槽气隙结构，使钢坯的初生坯壳传热条件均匀，减少铸坯表面裂纹。在改善初生坯壳传热均匀性的同时，还可减少了初生坯壳与结晶器间的气隙比例，提高了二者间传热热流，加快冷却速度，可提高铸坯拉速，也提高了连铸设备生产率和铸坯表面温度，有利于节能。
附图说明
图1是本发明电镀槽结构的设备布置图；
图2是电镀槽内部结构示意图；
图3是沟槽内壁结晶器铜板电镀前的结构示意图。
图4是加电镀层后的沟槽内壁结晶器铜板的截面剖视图。
图中：1-电镀槽；2-结晶器铜板；3-电镀液；4-喷射液流方向；5-电镀液喷管；6-阳极钛蓝；7-沟槽；8-镀液交换管路；8-1镀液回流管路；8-2镀液泵管路；9-镀液贮藏槽；10-镀液添加管路；11-镀液添加设备；12-泵；13-电镀层；14-沟槽内气隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
见图1-图4，连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法，该方法是先在结晶器铜板的内壁上刻划出沟槽，然后通过电镀加镀耐磨层，当电镀槽电镀液开始回流后，以3-100mL/min的速率向镀液贮藏槽中添加溴化物，所述溴化物按照溴化物：水＝1-3：6-9的比例配置溶液。
具体包括如下步骤：
1)使用电火花、线切割或机械加工的方式，在结晶器铜板的内壁上刻划出沟槽7。沟槽内壁结晶器铜板镀前处理：将不需要电镀的地方全贴上专用胶布屏蔽。边角及重要的部分必须用专用密封胶。安装屏蔽塑料板、吊钩。用密封材料对螺丝等做好密封后，进行清洗。
2)将清洗后的结晶器铜板吊到电解槽内，电解槽液的成分及比例是质量浓度50％-65％的磷酸：质量浓度98％的硫酸：纯水＝6:0.5-1.5:2-5，将结晶器铜板接到整流器阳极，将阴极接到不锈钢板上，打开电解整流器，调电压到6-10V，电解时间为6-15分钟。
2)切断电源取下阳极夹，将结晶器铜板2吊入两级清洗槽中清洗，重点是边框缝隙部分，然后将结晶器铜板2吊放到结晶器铜板专用电镀槽1内，此过程中结晶器铜板2表面保持湿润，直到镀液浸没结晶器铜板为止。
3)配制基础电镀液的比例为电镀金属主盐：硼酸：表面活性剂：水＝2-5：0.4：10-3-10-4：8-15，电镀液温度50-65℃，PH值3.8—4.2；打开电镀脉冲整流器前要确认冷却水路已经打开，设置脉冲整流器到恒流、脉冲档，调整脉冲时间为15毫秒：(1-20)毫秒，电镀电流密度在3－4安培每平方分米。确认阴阳极连接正确后开始送电。
4)电镀槽1的电镀液开始回流后，开始以3-100mL/min的速率添加溴化物，一直到电镀结束。
电镀生产过程中，为了避免沟槽结构的直角边存在应力集中，容易在炼钢生产中生成大量热裂纹的问题，加入溴化物可减小电镀层的边缘效应和电镀层的内应力。所述的溴化物包括溴化铵、溴化碘、溴化锰、溴化钠、溴化锰、溴化钡、溴化铜、溴化镁和溴化镍中的一种或几种。溴化物溶液配置好后，在72小时内用完。
如图1所示，一种连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法采用的电镀槽结构，包括电镀槽1、镀液贮藏槽9，所述镀液贮藏槽9为两个以上，所述电镀槽1设置在镀液贮藏槽9的上方，镀液贮藏槽9与电镀槽1之间通过镀液交换管路8连接。
如图2所示，在所述电镀槽1中设置有电镀阳极钛蓝6，在阳极钛蓝6的两侧设置有电镀液喷管5，所述电镀液喷管5连接镀液交换管路8中的镀液泵管路8-2。
所述镀液贮藏槽9的容积为电镀槽1两倍以上。
所述镀液交换管路8包括镀液泵管路8-2和镀液回流管路8-1。
如图3所示，一种结晶器铜板，在所述结晶器铜板2上刻化有500-3000μm深、10-3000μm宽的纵向或纵横向沟槽7，沟槽7间距为500-104μm，所述结晶器铜板2上的镀层13厚度为1-5mm。由于沟槽的表面需要被填平，使之不仅具有沟槽铜板的传热特征，而且具有一般铜板表面电镀层的硬度及耐磨性能，沟槽表面的镀层13要达到1-5mm厚。这种超厚的电镀层，在长时间的电镀过程中，要求不断有新鲜的电镀液稳定供应。采用在空间位置是上下串联的镀槽结构可以很好地满足这种连铸机沟槽内壁结晶器铜板的电镀生产。
镀液贮藏槽9通过镀液添加管路10连接镀液添加设备11，镀液添加设备11向镀液贮藏槽9通入电镀液，由于在电镀过程中溴化物有一定的损耗，镀液贮藏槽9接受渡液添加设备11添加的溴化物，并连续调整电镀液的成份，同时将混合均匀的电镀液用泵输送给上面的电镀槽1。电镀槽1中的电镀液3积累到一定高度，沿着镀液交换管路8中的镀液回流管路8-1，靠重力自动回流到镀液贮藏槽9中。
电镀槽1有一组阳极钛蓝6，持续提供电镀所需的金属离子。两侧同时电镀两块沟槽内壁结晶器铜板2，作为电镀的阴极。电镀液喷管5附着在中间的阳极钛蓝6上，连续喷射由镀液贮藏槽9提供的新鲜电镀液，起到强化传质的作用。
见图4，电镀后的结晶器铜板，在保留沟槽内壁结晶器铜板的沟槽内气隙14的同时，将沟槽表面填平，并保持1-5mm的镀层厚度。
实施例1：
本实施例采用的是镍钨二元合金电镀层，具体步骤如下：
1)使用线切割加工的方法，在连铸结晶器铜板的内壁上刻划出500μm深、20μm宽的纵向细沟槽，沟槽间距1000μm。并在刻划出沟槽后，参照上述方法进行沟槽内壁结晶器铜板镀前处理，并把清洗后的铜板吊到电解槽电解。
2)采用脉冲电流电镀，电镀液配比如下：
溴化胺溶液的配置按照溴化胺：水＝2:7，溴盐溶液配置好后，在72小时内用完。
3)打开电镀脉冲整流器前要确认冷却水路已经打开。设置脉冲整流器到恒流、脉冲档，调整脉冲时间为15毫秒：5毫秒。电镀电流密度在4安培每平方分米。电镀液温度50℃，PH值4。确认阴阳极连接正确后开始送电。
4)电镀槽的电镀液开始回流后，渡液添加设备开始以60mL/min的速率添加溴化胺溶液，一直到电镀结束。
实施例2：
本实施例采用的是镍钴磷三元合金电镀层，具体步骤如下：
1)使用等离子切割加工的方法，在连铸结晶器铜板的内壁上刻划出1000μm深、800μm宽的纵向细沟槽，沟槽间距2500μm。并在刻划出沟槽后，参照上述方法进行沟槽内壁结晶器铜板镀前处理，并把清洗后的铜板吊到电解槽电解。
2)采用脉冲电流电镀，电镀液配比如下：
溴化钠溶液的配置：按照溴化钠：水＝1:8，溴盐溶液配置好后，在72小时内用完。
3)打开电镀脉冲整流器前要确认冷却水路已经打开。设置脉冲整流器到恒流、脉冲档，调整脉冲时间为15毫秒：5毫秒。电镀电流在4安培每平方分米。电镀液温度60℃，PH值3.8。确认阴阳极连接正确后开始送电。
4)电镀槽的电镀液开始回流后，渡液添加设备开始以45mL/min的速率添加溴化钠溶液，一直到电镀结束。
将本实施例应用于截面积为1000×120mm2钢坯的生产，与普通平板结晶器进行对比，普通平板结晶器生产的钢坯初生坯壳结壳时间为浇注后1.25s，坯壳表面温度不均匀度为0.88，平均应力为15.8MPa；随着坯壳冷却，初生坯壳表面温度不均匀度迅速增加，注后2.95s达到稳定，初生坯壳表面平均温度不均匀度6.36，表面应力平均值达115MPa，应力增幅达626％。
而本实施例的沟槽结晶器生产的钢坯初生坯壳形成时间为浇注后5.36s，坯壳表面温度不均匀度为1.51，表面平均应力值为21.5MPa。注后7s达到稳定，初生坯壳表面温度不均匀度为1.45，表面平均应力值为36MPa，应力增幅仅为67％，是一种较为合理的应力敏感型低合金钢、高强度钢的连铸生产方法。
经实践证明，本发明的沟槽结晶器生产的钢坯初生坯壳等效应力平均值大幅度低于平板结晶器，适用于多种应力敏感型的低合金钢、高强度钢的连铸生产。
Claims (6)
1.连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法，其特征在于，该方法是先在结晶器铜板的内壁上刻划出沟槽，然后通过电镀加镀耐磨层，当电镀槽电镀液开始回流后，以3-100mL/min的速率向镀液贮藏槽中添加溴化物，所述溴化物按照溴化物：水=1-3：6-9的比例配置溶液；
在所述结晶器铜板上刻化有1-3mm深、0.8-3mm宽的纵向或纵横向沟槽，沟槽间距为2.5-10mm，所述结晶器铜板上的镀层厚度为1mm；
电镀加镀耐磨层为镍基电镀层；
具体包括如下步骤：
1）使用电火花、线切割或机械加工的方式，在结晶器铜板的内壁上刻划出沟槽；
2）将清洗后的结晶器铜板吊到电解槽内，电解槽液的成分及比例是质量浓度50%-65%的磷酸：质量浓度98%的硫酸：纯水=6:0.5-1.5:2-5，将结晶器铜板接到整流器阳极，将阴极接到不锈钢板上，打开电解整流器，调电压到6-10V，电解时间为6-15分钟；
3）切断电源取下阳极夹，将结晶器铜板吊入两级清洗槽中清洗，然后将结晶器铜板吊放到结晶器铜板专用电镀槽内，此过程中结晶器铜板表面保持湿润，直到镀液浸没结晶器铜板为止；
4）配制基础电镀液的比例为电镀金属主盐：硼酸：表面活性剂：水=2-5：0.4： 10-3-10-4：8-15，电镀液温度50-65℃，PH值3.8—4.2；设置脉冲整流器到恒流、脉冲档，调整脉冲时间为15毫秒：1-20毫秒，电镀电流密度在3－4安培每平方分米；
5）电镀槽的电镀液开始回流后，开始以3-100mL/min的速率添加溴化物，一直到电镀结束。
2.根据权利要求1所述的连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法，其特征在于，所述的溴化物包括溴化铵、溴化碘、溴化锰、溴化钠、溴化锰、溴化钡、溴化铜、溴化镁和溴化镍中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法，其特征在于，采用的电镀槽结构包括电镀槽、镀液贮藏槽，所述镀液贮藏槽为两个以上，所述电镀槽设置在镀液贮藏槽的上方，镀液贮藏槽与电镀槽之间通过镀液交换管路连接。
4.根据权利要求3所述的连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法，其特征在于，在所述电镀槽中设置有电镀阳极钛蓝，在阳极钛蓝的两侧设置有电镀液喷管，所述电镀液喷管连接镀液交换管路中的镀液泵管路。
5.根据权利要求3所述的连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法，其特征在于，所述镀液贮藏槽的容积为电镀槽两倍以上。
6.根据权利要求3所述的连铸机沟槽内壁结晶器铜板生产方法，其特征在于，所述镀液交换管路包括镀液泵管路和镀液回流管路。
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