[发明专利]一种连铸结晶辊的修复方法

说明书

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10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。