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4，結(jié)晶器銅板鍍層的研究
銅板的使用壽命主要指標(biāo)為銅板的耐磨性，其耐磨性增加，使用壽命也隨之增加。為增加銅板耐磨性，近年來采用了在銅板表面鍍層的方法。一種是鍍Ni，如日本大分廠的弧形板坯連鑄機，結(jié)晶器下端450mm之內(nèi)鍍Ni(結(jié)晶器長900mm)，Ni層最大厚為5mm，結(jié)晶器不調(diào)寬，銅板可6-8次，每次可使用2000～2500爐次。
另一種是三層復(fù)合電鍍法，首先在銅板表面鍍一層Cr， 目的在于提高銅板內(nèi)表面的光潔度，防止鋼液凝固時出現(xiàn)粘掛現(xiàn)象，同時提高其表面的耐磨能力。但由于紫銅和鉻的熱膨脹系數(shù)相差較大，使用一段時間后，cr就開始剝離，使鑄坯表面產(chǎn)生星裂等缺陷，因此，開發(fā)了在銅板表面鍍Ni、Ni系合金和Cr的特殊復(fù)合鍍法。Cu、Ni、Cr 3種材料的熱膨脹系數(shù)分別為：0.165~l0～、0.167~10～、
0.084x 10 (1/℃)。Ni與Cu的熱膨脹系數(shù)比較接近，可防止膨脹不均而剝離。第二層的Ni系合金為鎳鈷合金層，Ni系合金在600℃以下的溫度范圍內(nèi)，硬度隨溫度升高而有增加的趨勢，高溫下耐磨性好。第三層為鍍鉻層。使用復(fù)合鍍層比單獨鍍Ni銅板的壽命可提高5～ 7倍，比單獨鍍Cr提高約l0倍。
Ni-Fe合金鍍層具有耐高溫,抗熱沖擊性能好等優(yōu)點[ 13, 14 ] ,鍍層的硬度可達(dá)400HV,其耐磨性為
純鎳層的2倍,結(jié)晶器壽命比鎳鍍層顯著提高。但其鍍液不易控制,成品率低,并且Ni2Fe合金鍍層化學(xué)穩(wěn)定性差、脆性高且韌性低,高溫下易產(chǎn)生熱裂紋,僅適用于中低拉速連鑄機組,其平均通鋼量為80kt左右。Ni-Co合金鍍層的高溫耐磨性能與鍍鎳層相比更為優(yōu)異[ 15, 16 ] ,三谷和久等人開發(fā)的Ni-Co合金鍍層其鍍層硬度為240HV,摩擦系數(shù)僅為Ni的1 /3,結(jié)晶器的使用壽命提高了兩倍。Ni-Co合金鍍層不僅熱穩(wěn)定性好,而且應(yīng)力較低,高溫下不易產(chǎn)生熱裂紋,但Ni-Co合金鍍層硬度隨溫度的升高下降明顯,當(dāng)溫度上升至600℃時,其鍍層硬度下降為180HV,由于硬度與耐磨性相關(guān),因此Ni-Co合金鍍層僅適用于中高拉速連鑄機組,其平均通鋼量為130kt左右。
與w (Ni)為80%的Ni2Co合金鍍層相比, w (Co)為80%的Co2Ni鍍層性能更為優(yōu)越，研究表明, w (Co)為80%的Co2Ni合金鍍層具有六方密排結(jié)構(gòu),屬于Ni溶解在Co中的單相固溶體,與純鎳層相比, w (Co)為80%的Co-Ni合金鍍層晶粒更加細(xì)化。鍍層硬度為220HV,具有較低的摩擦
系數(shù)。w (Co)為80%的Co-Ni合金鍍層不僅具有良好的力學(xué)性能、高溫抗氧化性能及優(yōu)良的耐磨損性能,而且其硬度不隨溫度升高而下降,因此其適用于高拉速連鑄機組,平均通鋼量為200kt左右。
隨著Ni-Cr, Ni—Fe。Ni-Co Ni-Co- Fe鍍層的開發(fā)，Ni-Cr,Ni—Fe,Ni-Co，Ni-Co- Fe，鍍層銅板在板坯和方坯連鑄機上得到應(yīng)用。
在低速鑄造時，4種材質(zhì)的結(jié)晶器壽命相差較大。，Ni-Cr,Ni—Fe,Ni-Co鍍層壽命相當(dāng)，但Ni-Co- Fe，鍍層明顯優(yōu)于以上三種鍍層。其中在中速鑄造時，Ni—Fe鍍層Ni-Cr比鍍層壽命高1.7倍，Ni-Co比Ni—Fe高一倍，Ni-Co- Fe比Ni-Co高2-5倍，若以澆注每噸Ni-Cr鋼所支付的銅板費用來比較，Ni-Co- Fe在中速鑄造時方坯連鑄機鍍層的結(jié)晶器比鍍層的結(jié)晶器費用低25%，板坯連鑄機低33%。而且，Ni-Co- Fe鍍層隨硬化劑的含量不同，硬度(HV)可在250～ 800范圍內(nèi)調(diào)整，因此，Ni-Co- Fe鍍層的結(jié)晶器在中、高速連鑄機鑄造中得到廣泛的應(yīng)用。
結(jié)晶器采用Ni—Cr鍍層，在結(jié)晶器下部，由于凝固溶渣之間的摩擦，通常使用壽命只有300～400爐次。當(dāng)結(jié)晶器下部采用Ni—co-Fe鍍層后，壽命比Ni—Cr提高了3～4倍，而Ni—Co—fe鍍層由于Co、Fe的加入(加入量為3%～ lO%)，提高了鍍層的強度和硬度，高溫強度(400℃)比Ni—Fe鍍層還高1.5倍，硬度(Hv)在鍍層厚度方向，可在300～ 780之間調(diào)整，Ni—Co—Fe的熱膨脹系數(shù)和Cu、Ni大致相等，且鍍層的結(jié)合性好，熱傳導(dǎo)率和Ni也大致相等。因此，高速鑄造(1.4～ 2.0m/min)時，在結(jié)晶器下部(特別是窄邊)Ni—Co—Fe鍍層取代復(fù)合鍍層，以提高鍍層的使用壽命和減少結(jié)晶器的維修費用。電鍍Ni—Co—Fe在低速拉鋼中通鋼量可達(dá)50萬噸以上，中拉速，通鋼量可達(dá)30萬噸，高拉速，通鋼量可達(dá)10萬以上，尤其適合漏斗形高拉速結(jié)晶器要求，是任何鍍層無法比擬的。
5，結(jié)晶器銅板鍍層參數(shù)一覽表
鍍層材料 硬度HV 熱膨脹系數(shù)【×10-6/°C】 熱導(dǎo)率【W(wǎng)/(m．K)】
Cr ≥600 7 60～66
Ni ≥140 14～16.7 76～84
Ni-Fe ≥250 14 63～88
Ni-Co ≥280 14 75～84
Co-Ni ≥220 14 80～84
Ni- Co –Fe ≥650 14.5 65-75
Cu ≥85 17.7 43
Ni-B 500 14 75-86
從硬度看Ni- Co –Fe鍍層接近硬格層，在300°時各項性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鍍鉻層，所以通鋼量是最好的。Ni-B 鍍層脆性大，主要應(yīng)用在結(jié)晶器銅管上。
Ni- Co –Fe鍍層經(jīng)過處理硬度達(dá)到1000以上
6，結(jié)晶器銅板電鍍鎳鈷鐵的優(yōu)越性
1，耐蝕性 ：由于微晶構(gòu)造，合金鍍層具有優(yōu)良的耐蝕性，在氯化鈉溶液體系(IS03768)中該合金鍍層的耐蝕性2.6倍于鉻鍍層。
,2，耐磨性 ：由于Ni3Fe和NiC03金屬互化物的硬化而產(chǎn)生高耐磨性。該合金鍍層的耐磨性2倍于鉻鍍層。
3， 外觀：通過調(diào)節(jié)合金鍍層中鎳和鐵的含量，可以獲得類似于鉻層的光澤和色調(diào)。
4，硬度 鎳基固溶體中鐵和鈷可以增加合金鍍層的硬度和熱力學(xué)穩(wěn)定性，該合金具有相當(dāng)高的硬度，鍍態(tài)硬度可達(dá)750 Hv，在300～500℃進行熱處理，硬度將會進一步提高。硬度為1300(Hv)，明顯高于硬鉻。
