一种连铸结晶辊的修复方法.pdf

本发明公开了一种连铸结晶辊的修复方法，涉及连铸结晶辊修复技术，特别涉及一种利用金属雾化喷射沉积工艺修复结晶辊的技术。该方法的主要特征为：将结晶辊表面进行清理，再置入喷射雾化沉积室内并加热，然后通入高压惰性气体将处于熔融状态的金属修复材料雾化并沉积到结晶辊待修复部位，最后通过机械加工，去除多余部分，从而完成对结晶辊受损部位或全辊面的修复。该方法可以避免现有结晶辊修复技术中存在的缺陷，并可以提高结晶辊的修复效率、修复质量，延长结晶辊的使用寿命。

1.  一种连铸结晶辊的修复方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)对结晶辊需修复部位去除表面残留物，使之露出基体材料，表面无缺陷，并确定结晶辊表面材料需要修复的厚度；
(2)将结晶辊置于喷射雾化沉积室内，进行喷射沉积方法的修补，具体操作步骤如下：
a、采用与被修复结晶辊辊套的相同成分的材料作为喷射雾化沉积的母材；
b、将沉积室抽真空；
c、预热被修复辊套，将辊套加热至基体材料固相线温度下10～100℃；
d、在沉积室内通入还原性气体；
e、在喷射雾化沉积开始前1～3分钟内，将基体表面迅速加热至固相线温度以上10℃～液相线温度以下5℃；
f、在沉积室内通入惰性气体，使沉积室内的气压略大于外界气压；
g、控制喷射沉积熔融母材的过热度为100～250℃，通入高压雾化气体，将从导液管流出的液态金属雾化成细小的金属颗粒，沉积到基体需要修复的、且被预热的部位；
(3)去除超出基体设计厚度的部分。

2.  如权利要求1所述的连铸结晶辊的修复方法，其特征在于：所述沉积室内的真空度高于1.0×10^-1Pa。

3.  如权利要求1所述的连铸结晶辊的修复方法，其特征在于：所述沉积室内通入惰性气体后的气压控制范围为102330～120000Pa。

4.  如权利要求1所述的连铸结晶辊的修复方法，其特征在于：所述还原性气体的摩尔百分比≤2％。

5.  如权利要求3所述的连铸结晶辊的修复方法，其特征在于：所述还原性气体为氢气。

6.  如权利要求1所述的连铸结晶辊的修复方法，其特征在于：所述高压雾化气体为氮气、氩气、氦气或者其中两种或三种气体的混合气体。

7.  如权利要求1所述的连铸结晶辊的修复方法，其特征在于：所述高压雾化气体的压强为1.8MPa～3.5MPa。

8.  如权利要求1所述的连铸结晶辊的修复方法，其特征在于：所述喷射沉积雾化喷嘴到被修复辊面的距离为350～500mm。

一种连铸结晶辊的修复方法
技术领域
本发明涉及一种连铸结晶辊表面修复技术，特别涉及一种金属薄带连铸结晶辊的表面修复技术。
背景技术
结晶辊是金属薄带连铸连轧设备的关键部件之一，其主要作用是将融熔金属快速冷却、凝固并轧制后形成金属薄带。其基本原理是钢水通过布流器注入到两个反向旋转的结晶辊和用于封堵结晶辊两侧面的侧封板所组成的三角区内，液态金属经快速冷却在结晶辊表面凝固成具有一定厚度的坯壳，经轧合后形成薄带(板)。结晶辊的正常轧制力小于15吨，主要由辊芯、辊套组成。结晶辊辊套一般都采用铜合金材料制造，而辊芯采用碳钢制造，在辊套内通水冷却。结晶辊的辊面温度一般不超过400℃，能在短时间内将高温液态金属凝固，且在金属凝固过程中施加一定的轧制力，自身同时也承受液态金属的浸蚀和板、带的磨损以及交变轧制应力和交变热应力。总之，在这样恶劣环境下，结晶辊既承受高温交变热应力的作用，又承受轧制力及冷钢块的冲击作用，还要承受端面与侧封材料磨擦作用，因此其极易受损，形成尺寸变化和裂纹、凹坑等缺陷。结晶辊是薄带连铸生产中主要的成本之一，所以，对结晶辊的修复是人们一直努力想解决的问题。到目前为止，尚无可靠、有效、经济的结晶辊修复技术和方法。
现有薄带连铸结晶辊的修复方法主要有机械车削加工、堆焊和热喷涂。机械车削加工是将结晶辊受损的辊套去掉一层，恢复其表面状态和辊面形状。但是车削后使结晶辊辊辊径变小、辊套铜板变薄，经过几次车削修复以后结晶辊辊套铜板太薄，表面与内部的冷却水缝距离太小，薄带连铸工艺变化太大，因而会导致铸带质量严重下降，结晶辊不得不报废。堆焊修补过程中往往造成铜合金的局部氧化，在修复区域与基体之间形成高含氧界面，影响结晶辊的导热性能和机械性能；热喷涂修复是采用高温高速氧焰或高温等离子束将修补材料喷涂沉积在结晶辊待修补区域，也存在修复区域含氧量过高等问题；冷喷涂修复存在效率低下、界面结合力不高等缺陷。
目前，采用喷射雾化沉积方法修复薄带连铸结晶辊的方法尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种连铸结晶辊的修复方法，采用喷射雾化沉积方法来修复结晶辊辊套表面的磨损、裂纹以及凹陷等，恢复结晶辊表面状态和尺寸，延长结晶辊的使用寿命，降低薄带连铸的生产成本。
本发明实现上述目的的技术方案包含以下步骤：
1.对结晶辊需修复部位去除表面残留物和所有缺陷，使之露出基体材料，并确定结晶辊表面材料需要修复的厚度；
2.采用喷射雾化沉积的方法修补结晶辊缺陷，具体操作步骤如下：
a、采用与被修复结晶辊辊套的成分相同的材料作为喷射雾化沉积的母材，将结晶辊置于喷射雾化沉积室内；
b、将沉积室抽真空，排除沉积室内氧化性气氛；
c、预热被修复辊套：先将辊套加热至基体材料固相线温度下10～100℃，并使结晶辊基体不发生再结晶的温度范围内；
d、在沉积室内通入还原性气体；
e、在喷射雾化沉积开始前1～3分钟内，采用快速加热的方法将基体表面快速加热至固相线温度以上10℃～液相线温度以下5℃(处于两相区状态)；
f、通入惰性气体，并使沉积沉积室内的气压略大于外界大气压力，以防止外界氧化性空气的流入；
g、使待喷射沉积的熔融母材过热度保持在100～250℃；通过高压雾化气体，将从导液管流出的液态金属雾化成细小的金属颗粒，这些细小的金属颗粒以较高的速度飞向基体表面，在飞行的过程中逐渐冷却，在处于半凝固状态下时，沉积到基体需要修复的、并且被预热的部位；在通入还原气体的情况下，在高温区域实现还原气体对氧的还原反应，可以避免被修复区域和雾化液滴的氧化，使沉积层与基体材料能够实现冶金结合，从而实现对基体的修复。根据需要，基体可以是静止的，以实现对某一区域的修复；也可以旋转和沿轴向往复运动的，以实现对圆形基体表面的修复；
3.机械加工：在喷射雾化沉积后根据辊套需要的尺寸进行机械加工；
4.进行修复检查：确定喷射雾化沉积及机械加工后结晶辊的尺寸与需要的设计尺寸相同，结晶辊修复区域无缺陷。
优选地，所述沉积室内的真空度大于1.0×10^-1Pa。
优选地，所述还原性气体的摩尔百分比≤2％，以还原在高温区域仍然存在的氧化性气氛，防止基体表面和雾化金属液滴的氧化。
优选地，所述还原性气体为氢气。
优选地，所述沉积室内通入惰性气体后气压范围为102330～120000Pa。
优选地，所述高压雾化气体为氮气、氩气、氦气或者其中两种或三种气体的混合气体。
优选地，所述高压雾化气体的压力为1.8MPa～3.5Mpa。
优选地，所述喷射沉积雾化喷嘴到结晶辊修复部位的距离为350～500mm。
本发明采用的方法，与现有技术相比，具有如下的优点：
1.本发明使待修复的结晶辊生成再生新表面，并且对基体热影响区域较小，修复层与基体之间的结合力较高，对薄带连铸结晶辊的化学成分和组织特征无明显影响，能够满足薄带连铸对轧制力的要求。
2.修复全过程防氧化，本发明采用抽真空、惰性气体雾化、通入还原性气体等措施，防止了在结晶辊高温区域基体表面和雾化颗粒的氧化，极大地防止了基体与雾化液滴化学成分的改变和修复层含氧量的增高。
3.实现修复层的冶金结合，通过对基体材料的快速加热、通入还原性气体、高速雾化金属颗粒的冲击，可实现修复层与基体材料间的冶金结合，提高修复层与基体之间的结合强度。
4.修复成本低，采用本发明修复结晶辊，可实现局部修复和全辊面修复，对加工好的水冷槽无影响，并可实现报废辊套的再次利用，因此大大降低了薄带连铸生产成本。
具体实施方式
实施例1：
在本发明的一个实施例中，对CrZrCu合金结晶辊表面进行修复。具体操作方法如下：
1.对CrZrCu合金结晶辊表面凹坑的修复：采用机械的方法，对凹坑表面残留物进行清理，直至出现新的基体材料、无裂纹为止。根据凹坑大小，确定需要熔化的金属重量，在考虑金属雾化沉积的收得率的基础上，还需另外考虑其富裕量为8～15％之间内；
2.将需要修复的结晶辊放入沉积室内，进行喷射沉积方法的修补，并按如下步骤操作：
a、选择相同成分的CrZrCu合金作为喷射雾化沉积的母材，熔化后控制其过热度为120℃；
b、沉积室抽真空，使真空度高于7.0×10^-1Pa；
c、对结晶辊采用慢速加热至固相线温度以下50℃，并使结晶辊基体不发生再结晶的温度范围内；
d、通入氢气，控制并保持其摩尔百分比为1.5％；
e、在喷射雾化氮气前3分钟，启动快速加热对需修复的基体表面进行快速加热，控制快速加热后结晶辊的表面温度至液相线温度以下20℃；
f、通入惰性气体，以使沉积沉积室内的气压为102330Pa；
g、喷射雾化沉积修复：喷射雾化氮气的压强为1.8Mpa，雾化沉积距离400毫米，导液管金属流量为6kg/min。根据凹坑大小情况，基体可以为静止状态或在往复运动的基础上，手动控制被修复结晶辊的小范围内移动和转动；
3.机械加工：在喷射雾化沉积后，对超出基体厚度的部分采用磨削的方式加工去除；
4.修复检查：确定喷射雾化沉积及机械加工后结晶辊的尺寸与需要的设计尺寸相同且无缺陷。
实施例2：
在本发明的第二个实施例中，对CrZrCu合金结晶辊表面磨损层进行修复，结晶辊直径为800mm，辊身长度为1100mm，具体操作方法如下：
1.采用机械的方法，将结晶辊表面残留物车削干净，使之出现新基体材料，表面无缺陷，同时根据结晶辊磨损量和辊径、辊身长度，确定需要熔化的金属重量，在考虑金属雾化沉积的收得率的基础上，还需另外考虑其富裕量为10～25％之间内；
2.将需要修复的结晶辊放入沉积室内，进行喷射沉积方法的修补，并按如下步骤操作：
a、选择熔化的相同成分的CrZrCu合金作为喷射雾化沉积的母材，熔化后控制其过热度为135℃；
b、沉积室抽真空，使真空度高于1.0×10^-1Pa；
c、对结晶辊表面采用慢速加热至固相线温度以下100℃，并使结晶辊基体不发生再结晶的温度范围内；
d、通入氢气，控制并保持其摩尔百分比为1.6％；
e、在喷射雾化氩气前3分钟，启动快速加热沉积室，控制快速加热后结晶辊的表面温度至液相线温度以下5℃；
f、通入惰性气体，以使沉积沉积室内的气压为120000Pa；
g、喷射雾化沉积修复：喷射雾化氩气压强为2.5Mpa，雾化沉积距离450毫米，导液管金属流量为8.2kg/min。结晶辊的旋转速度为120rpm，轴向往复移动速度为20mm/min；
3.机械加工：在喷射雾化沉积后，对超出基体厚度的部分采用车削的方式加工去除；
4.修复检查：确定喷射雾化沉积及机械加工后结晶辊的尺寸与需要的设计尺寸相同且无缺陷。