[发明专利]连铸结晶器铜板表面改性W-Cu合金层的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种结晶器铜板表面改性层，适用于冶金行业连续铸造用结晶器，尤其适用于钢铁、有色金属连续铸造用结晶器铜板改性层。 

背景技术

连铸即为连续铸造的简称。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。 

连续铸造的具体流程(以连续铸钢为例)为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。 

从上世纪八十年代，连铸技术作为主导技术逐步完善，并在世界各地主要产钢国得到大幅应用，到了上世纪九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90％以上的连铸比。中国则在改革开放后才真正开始了对国外连铸技术的消化和移植；到九十年代初中国的连铸比仅为30％。经过10几年的快速发展，我国不但钢产量已稳居世界首位，连铸比也进入世界产钢国家的领先行列，很多重点钢铁企业已经达到了100％的连铸比，实现了粗钢的完全连铸生产。 

连铸结晶器是连铸机的“机头”，其重要性被喻为连铸机的“心脏”。结晶器是一个高效率的换热器、钢水凝固形成器、钢水夹杂物净化器和铸坯表面缺陷控制器。所以连铸结晶器是连铸设备中的关键装备，价格昂贵，其设计、制造、操作工艺对连铸机的产量、铸坯的质量和生产的安全起决定性的作用。 

结晶器铜板是结晶器的工作面，直接与钢水接触，铜板背面有冷却水槽。工作时，冷却水槽通过水冷将钢水的热量带走，将钢水凝固。凝固的钢坯被引锭杆从结晶器中拉出，实现连续的生产。在整个过程中，结晶器铜板不但承受高温，而且受到钢坯、钢水保护渣的摩擦，其工作环境非常恶劣。经常拉坯使结晶器磨损严重，更换频繁，不仅降低生产效率，而且消耗大量的结晶器。为了适应高效连铸发展，结晶器铜板表面必须具有高硬度、高耐磨性、良好的导热性和抗高温热腐蚀能力。而铜板本身并不具备耐磨性和抗高温腐蚀性。必须进行表面改性。目前国内外应用最多的是在结晶器铜板表面电镀Cr、Ni、Ni-Co、Ni朏e、Co-Ni等镀层，来提高铜板的耐磨性和耐蚀性。电镀改性层的结晶器铜板已经在生产中大量应用，虽然这种技术能显著提高铜板的耐磨性，但也存在明显的缺点： 

(1)镀层的导热系数较低，一般仅为铜板的1/5，在结晶器表面起到了热阻的作用，降 低了钢水的冷却效率； 

(2)镀层与铜板的热膨胀系数不同，极易诱发镀层和铜板间的裂纹，导致镀层剥落，所以结晶器电镀铜板的寿命一般都不高，直接影响了连铸生产的效率。 

(3)电镀生产的环境危害较大，很多发达国家纷纷将该类产业转移到我国这样的发展中国家。 

本发明正是着眼于目前连铸结晶器铜板镀层使用寿命较短，热效率低，环境危害大等制约连铸生产效率的现状提出的。 

发明内容

本发明的目的和任务是要克服现有技术存在的连铸结晶器铜板改性层耐磨性较差，导热效率低，镀层易剥落，电镀改性层生产对环境危害巨大的现状，并提供一种能大幅度提高连铸结晶器铜板表面改性层耐磨性，导热性，与铜板基体结合能力优秀，绿色环保的结晶器铜板表面改性层的生产工艺和方法。 

本发明提出的连铸结晶器铜板表面改性W-Cu合金层的制备方法及其应用的技术方案是：一种连铸结晶器铜板表面改性W-Cu合金层成分的重量百分配比wt％为：W：30.0～70.0％，Cu：23.0～69.65％，Ni：0.1～2.0％，Ag：0.05～2.0％，Co：0.2～3.0％。其中，最佳重量百分配比wt％为：W：60％，Cu：38.2％，Ni：0.3％，Ag：0.5％，Co：1.0％。 

所述的连铸结晶器铜板表面改性W-Cu合金层的制备方法采用真空热压烧结、保护气氛热压烧结、真空熔渗或保护气氛熔渗。当所述制备方法采用真空热压烧结或保护气氛热压烧结时的步骤如下： 

(1)按其各成分的重量百分比，将W粉，Cu粉，Ni粉，Ag粉，Co粉分别称量好，混合均匀，冷压成所需形状的块体， 

(2)将压制成型的W-Cu块体放入热压机中进行热压烧结， 

(3)将所需的块体铜熔化直接浇注在烧结好的W-Cu合金上或将铜板置于烧结好的W-Cu合金上，真空或保护气氛中加热超过铜的熔点使铜板熔化，使铜液与W-Cu合金进行熔渗结合，最后冷却即得到有W-Cu合金表面改性层的铜板产品。 

或当所述制备方法采用真空熔渗或保护气氛熔渗时的步骤如下：