非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法
2023-09-19 23:45:35 2
專利名稱：非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法
技術領域：
本發明涉及煉鋼連鑄設備的表面修複方法，尤其涉及一種非均厚鍍層的連鑄結晶 器銅板電鍍方法。
背景技術：
隨著鋼產量和連鑄比的逐年增長，對結晶器銅板的消耗也越來大。在結晶器銅板 的修復與製造過程中，結晶器銅板表面鍍層材料的消耗大約佔了銅板修復成本的80%左 右。因此，在保證結晶器銅板製造工藝的前提下，減少無效的鍍層材料的消耗是十分必要和 重要的。結晶器銅板表面鍍層的厚度不是均一的，而是在寬度方向上，自上而下厚度逐漸 增加。結晶器銅板在連鑄時，其表面上各處所處的連鑄工況環境不一樣，對表面鍍層的厚度 要求也不是單一的。結晶器銅板上部接觸的是還沒有凝固的、熔融狀態的液態鋼水，在這樣 的環境下，要求銅板或銅管上部鍍層要有良好的導熱性能，因此，一般在銅板寬度方向上， 距上口約300 400mm範圍內鍍層的厚度較薄，不超過1mm。而在結晶器銅板的中下部，鋼 水由外至裡逐漸被冷卻凝固，此時銅板接觸的是坯殼厚度逐漸增厚的鑄坯，該鑄坯隨著坯 殼的逐漸增厚，鑄坯與結晶器銅板之間的摩擦力也逐漸增大，因此，要求結晶器銅板下部鍍 層為一段或多段、厚度漸漸增加的鍍層，以增強鍍層的耐磨損性能。結晶器銅板經過電鍍後得到的理想的電鍍層形式，應當是與產品鍍層仿形的鍍 層。但是由於設備和技術的限制，目前對結晶器銅板的電鍍有兩種，一種就是按銅板鍍層最 厚的尺寸來電鍍整塊銅板，然後再通過機加工，將多餘的鍍層材料加工掉，最終得到產品鍍 層；另一種方法是將銅板分為上下兩部分電鍍，當銅板上部達到鍍層厚度要求後，採用人工 將鍍槽的降液面閥門打開，使得液面降到排液閥的高度，露出液面的銅板上部不再電鍍，下 部繼續電鍍，直到達到最厚鍍層尺寸要求。這種兩段式的方法只能有效節約上部鍍層的浪 費，但對於下部產品需求的非均厚鍍層無法實現，其浪費情況無法解決，也不夠靈活，不能 隨著鍍層厚度的變化而變化。現有的這兩種不考慮銅板鍍層各處不均厚的做法，將會造成 大量不實用鍍層的產生和最終浪費。技術方案本發明所要解決的技術問題是提供一種非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法， 利用本方法可以獲得產品所需求的在寬度方向上，自上而下厚度逐漸增加的鍍層，減少產 品不需要鍍層的產生導致的材料浪費，降低結晶器銅板製造成本。此外還可以減小電鍍電 能的消耗。為解決上述技術問題，本發明非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法包括如下步 驟步驟一、將鍍前已處理完畢的結晶器銅板垂直安裝就位於電鍍槽內，所述銅板與 鍍液全面積接觸，開始電鍍，即對銅板全面積進行電鍍，電流密度設為1 20A/dm2 ；步驟二、當步驟一中電鍍的時間達到所述銅板上部鍍層厚度0. 1 1. 5mm所需的
3電鍍時間後，通過電鍍槽中的液位傳感器和PLC系統連續精確調控電鍍槽排液閥開度，實 現電鍍槽內液位以設定的速率Kn連續的降液面，同時通過PLC系統使電鍍電流按照A I規 律發生變化，&和A I的函數關係式分別如下Kn = hn/tnA I = inX (S-AhXlc)n表示在結晶器銅板的寬度方向上，鍍層厚度具有同一線性變化規律的各段編號， 即 n = 1，2，3，......&表示液位位於銅板的第n段區間裡時，液位降低的速率，即單位時間裡液位發生 的位移；hn表示銅板的第n段區間的距離長度，也是液位在第n段區間裡發生的位移；tn表示在銅板的第n段區間裡，液位位移所消耗的時間；Ah表示電鍍過程中當前液位與銅板上邊沿的位移；A I表示電鍍過程中當前所需的電鍍電流值；、表示在銅板的第n段區間裡，電鍍電流密度值；S表示當前結晶器銅板的總面積；1。表示當前結晶器銅板的長度；步驟三，電鍍過程，控制程序由n = 1開始，當液位完成hn的設定位移後，電鍍過 程，即控制程序進入n+1階段，此後依次進行，直到最後的hn完成後，鍍液液位降至銅板底 邊下沿，電鍍完畢。上述步驟二中，為得到產品鍍層，需要首先設定的參數為n，hn，tn，in，S，1。，上述銅板在第n段區間的距離長度hn的值設為1 1200mm。上述銅板在第n段區間裡，液位位移所消耗的時間tn = 8n/Uc式中Sn表示為達到產品鍍層最終厚度要求，在權利要求1所述步驟二中，在銅板 的第n段，需要電鍍的鍍層最大厚度，其值為0 4mm ；U。為某鍍種單位時間裡，在設定的in電流密度下所電鍍出鍍層的厚度，該值為固 定的常數，可以通過數據常數表查得或是實驗獲得。上述銅板在第n段區間裡時，液位降低的速率&的取值範圍為
，Kn = 0時， 則hn = 0，此時液面保持穩定，液位不發生變化；Kn =⑴時，則tn = 0，此時液面以系統所能 達到的最快速度下降。上述銅板在第n段區間裡，電鍍電流密度值in設為1 20A/dm2。本方法首先在做好結晶器銅板鍍前的準備工作後，將銅板垂直設於電鍍槽內並全 面積與鍍液接觸，對銅板進行全面積電鍍。當銅板的上部區域較薄鍍層達到產品尺寸要求 後，採用減少電鍍槽鍍液降低液面的方法，使銅板與鍍液液位發生相對位移，即液位向銅板 下邊緣移動，使得已經達到尺寸要求的鍍層與鍍液分離，不再進行電鍍，只繼續對銅板下面 厚鍍層區域進行電鍍，以增加銅板鍍層厚度。通過電鍍槽中的液位傳感器和PLC系統連續 精確調控電鍍槽排液閥開度，從而實現調控液位以設定的速率連續的降液面，直到液位至 銅板下邊緣，銅板下部厚度層達到產品鍍層尺寸要求後，電鍍結束。在上述降液面過程的同 時，由於電鍍面積減小，需要根據電鍍工藝要求，通過PLC系統相應調整電鍍電流。本發明著眼於結晶器銅板所需求的鍍層不是均厚鍍層，而是寬度方向上，自上而下厚度逐漸增加這一特點，通過降液面的方法使液位與銅板發生相對位移，使得鍍液與鍍 層厚度已經達到要求的區域分離，不再進行電鍍。從而避免了原有的電鍍方法，按銅板鍍 層最厚的尺寸來電鍍整塊銅板所造成的大量不實用鍍層的產生和最終浪費。利用本方法可 以獲得與結晶器銅板產品需求鍍層形狀相似的仿形鍍層，減少產品不需要鍍層的產生導致 的材料浪費，降低結晶器銅板製造或修復成本。此外由於本發明實施過程中，與原有方法相 比，電鍍面積不斷在減小，施鍍的電流值也不斷在減小，因此電能的消耗將顯著減小。
下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明圖1為本發明第一實施例的銅板鍍層示意圖，圖2為本發明第二實施例的銅板鍍層示意圖。
具體實施例方式本發明非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法採用如下步驟實現步驟一、將鍍前已處理完畢的結晶器銅板垂直安裝就位於電鍍槽內，所述銅板與 鍍液全面積接觸，開始電鍍，即對銅板全面積進行電鍍，電流密度設為1 20A/dm2 ；步驟二、當步驟一中電鍍的時間達到所述銅板上部鍍層厚度0. 1 1. 5mm所需的 電鍍時間後，通過電鍍槽中的液位傳感器和PLC系統連續精確調控電鍍槽排液閥開度，實 現電鍍槽內液位以設定的速率Kn連續的降液面，同時通過PLC系統使電鍍電流按照A I規 律發生變化，&和A I的函數關係式分別如下
_7] Kn = hn/tnA I = inX (S-AhXlc)n表示在結晶器銅板的寬度方向上，鍍層厚度具有同一線性變化規律的各段編號， 即 n = 1，2，3，......&表示液位位於銅板的第n段區間裡時，液位降低的速率，即單位時間裡液位發生 的位移；hn表示銅板的第n段區間的距離長度，也是液位在第n段區間裡發生的位移；tn表示在銅板的第n段區間裡，液位位移所消耗的時間；Ah表示電鍍過程中當前液位與銅板上邊沿的位移；A I表示電鍍過程中當前所需的電鍍電流值；in表示在銅板的第n段區間裡，電鍍電流密度值；S表示當前結晶器銅板的總面積；1。表示當前結晶器銅板的長度；步驟三，電鍍過程，控制程序由n = 1開始，當液位完成hn的設定位移後，電鍍過 程，即控制程序進入n+1階段，此後依次進行，直到最後的hn完成後，鍍液液位降至銅板底 邊下沿，電鍍完畢。上述步驟二中，為得到產品鍍層，需要首先設定的參數為n，hn，tn，in，S，1。，上述銅板在第n段區間的距離長度hn的值設為1 1200mm。上述銅板在第n段區間裡，液位位移所消耗的時間tn = 8n/Uc
式中Sn表示為達到產品鍍層最終厚度要求，在權利要求1所述步驟二中，在銅板 的第n段，需要電鍍的鍍層最大厚度，其值為0 4mm ；U。為某鍍種單位時間裡，在設定的in電流密度下所電鍍出鍍層的厚度，該值為固 定的常數，可以通過數據常數表查得或是實驗獲得。上述銅板在第n段區間裡時，液位降低的速率&的取值範圍為
，Kn = 0時， 則hn = 0，此時液面保持穩定，液位不發生變化；Kn =⑴時，則tn = 0，此時液面以系統所能 達到的最快速度下降。上述銅板在第n段區間裡，電鍍電流密度值in設為1 20A/dm2。本方法可通過如下的具體方法實施實施例一外形尺寸為2030mmX900mm的結晶器銅板，鍍層為Ni_Co，鍍層和基體的截面如圖 1所示。圖1中區域1表示銅板的銅基體，區域2表示產品所需鍍層。鍍層要求在寬度方向 上A到B上部0 300mm段鍍層厚度為均厚的0. 4mm,下部B到C，即300 900mm段為由 0. 4mm至2. 0mm的厚度均勻連續增加的梯形鍍層。步驟一、將鍍前處理已完畢的結晶器銅板，垂直安裝就位於電鍍槽內。將電鍍槽的 排液底閥置於關閉狀態，鍍液採用循環泵從鍍液存儲槽輸至電鍍槽，然後從電鍍槽的溢流 口溢流返回存儲槽，鍍槽的鍍液液位處於最高位。此時銅板全面積與鍍液接觸。開始電鍍， 即對銅板全面積進行電鍍，電流密度為2. 5A/dm2。步驟二、當步驟一中電鍍的時間達到產品要求的上部A到B段鍍層厚度0. 4mm所 需的電鍍時間後，在本例電鍍條件下鍍速為0. 03mm/小時，則電鍍時間為14小時。根據產 品鍍層的尺寸需求，首先設定以下參數:n, hn，tn，in，S, 1。，產品鍍層在結晶器銅板的寬度方向上，有2段厚度具有同一線性變化規律(相同 斜率)的鍍層，即AB和BC段，則n = 2 ；如圖1可知h! = 300謹；h2 = 600謹，電鍍電流密度設定為h = i2 = 2. 5A/dm2，確定tn，由tn = S n/ y。確定，其中由圖1可知S工=0 ; S 2 = 1. 6_ ；本實施例 條件下，Ni-Co鍍種，= i2 = 2. 5A/dm2電鍍條件下，P。= 0. 03mm/小時，則可得出、= 0，t2 = 53 小時。S = 1. 827m2 ； lc = 2. 03m ；上述參數確定好後，電鍍過程中的Kn和A I的值也確定，Kn = hn/tn，即電鍍進程第一段，即n = 1時，& = 300/0 =⑴，在該段，電鍍槽的排液閥全開，液 位以最快的速度下降。當液位降至300_後，電鍍進程進入第2段，即n = 2時，K2 = 600/53 = 11. 3mm/ 小時，在該段，通過電鍍槽中的液位傳感器和PLC系統連續精確調控電鍍槽排液閥開度，從 而實現以11. 3mm/小時的速率連續的降液面，同時通過PLC系統，使電鍍電流按照AI = inX(s-AhXlc)的規律進行調控。當最後的112 = 600mm，液位位移完成後，鍍液液位降至 銅板底邊下沿，電鍍完畢。得到如圖1中區域2所示的鍍層。圖1中輪廓3所示的鍍層為原有的兩段式電鍍方法所得鍍層，與原方法相比，本例 中如圖1所示，區域4為節約的鍍層材料，約節材近四分之一，電能消耗減少近四分之一。
實施例二待鍍結晶器銅板外形尺寸同實施例一。鍍層為Ni，鍍層和基體的截面如圖2所示。 圖2中區域1表示銅板的銅基體，區域2表示產品所需鍍層。鍍層要求在寬度方向上銅板上 部A到B段0 300mm鍍層厚度為均厚的0. 4mm,中部B到C段，即300 600mm為由0. 4mm 至1. 5mm的厚度均勻連續增加的梯形鍍層，下部C到D段，即600 900mm為由1. 5mm至 2. 2mm的厚度均勻連續增加的梯形鍍層。步驟一、將鍍前處理已完畢的結晶器銅板，垂直安裝就位於電鍍槽內。將電鍍槽的 排液底閥置於關閉狀態，鍍液採用循環泵從鍍液存儲槽輸至電鍍槽，然後從電鍍槽的溢流 口溢流返回存儲槽，鍍槽的鍍液液位處於最高位。此時銅板全面積與鍍液接觸。開始電鍍， 即對銅板全面積進行電鍍，電流密度為4. OA/dm2。步驟二、當步驟一中電鍍的時間達到產品要求的銅板上部A到B段鍍層厚度0. 4mm 所需的電鍍時間後，在本例電鍍條件下鍍速為0. 05mm/小時，則電鍍時間為8小時。根據產 品鍍層的尺寸需求，首先設定以下參數:n, hn，tn，in，S, 1。，產品鍍層在結晶器銅板的寬度方向上，有3段厚度具有同一線性變化規律(相同 斜率)的鍍層，即 AB，BC 禾口 CD 段，貝丨」n = 3 ；則、=300mm ;h2 = 300mm, h3 = 300mm電鍍電流密度設定為ii = i2 = 2. 5A/dm2，i3 = 4. OA/dm2確定tn，由tn = S n/ y c確定，得S丄=0 ; S 2 = 1. 1讓，S 3 = 1. 8讓；本實施例 條件下，Ni鍍種，= i2 = 2. 5A/dm2電鍍條件下，uc = 0. 03mm/小時，i3 = 4. OA/dm2電鍍 條件下，ii。= 0. 05mm/小時，則可得出、=0，t2 = 37小時，t3 = 36小時S = 1. 827m2 ； lc = 2. 03m ；上述參數確定好後，電鍍過程中的Kn和A I的值也確定。Kn = hn/tn，即電鍍進程第一段，即n = 1時，& = 300/0 =⑴，在該段，排液閥全開，液位以最快 的速度下降。當液位降至300mm後，電鍍進程進入第2段，S卩n = 2時，K2 = 300/37 = 8. 1mm/ 小時，在該段，通過電鍍槽中的液位傳感器和PLC系統連續精確調控電鍍槽排液閥開度，從 而實現以8. 1mm/小時的速率連續的降液面，同時通過PLC控制系統，使電鍍電流按照AI =inX (S-AhXl。)的規律進行調控。當第2段的電鍍進程液位完成h2 = 300mm後，電鍍進程進入第3段，S卩n = 3時， K2 = 300/36 = 8. 3mm/小時，在該段，通過電鍍槽中的液位傳感器和PLC系統連續精確調控 電鍍槽排液閥開度，從而實現以8. 3mm/小時的速率連續的降液面，同時通過PLC系統，使電 鍍電流按照AI = inX (S-AhXl。)的規律進行調控。當液位位移完成最後的、=300mm 後，鍍液液位降至銅板底邊下沿，電鍍完畢。得到如圖2中區域2所示的鍍層。圖2中輪廓3所示的鍍層為原有的兩段式電鍍方法所得鍍層，與原方法相比，本例 中如圖2所示，區域4為節約的鍍層材料，約節材近四分之一，電能消耗減少近四分之一。
權利要求
一種非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法，其特徵在於本方法包括如下步驟步驟一、將鍍前已處理完畢的結晶器銅板垂直安裝就位於電鍍槽內，所述銅板與鍍液全面積接觸，開始電鍍，即對銅板全面積進行電鍍，電流密度設為1～20A/dm2；步驟二、當步驟一中電鍍的時間達到所述銅板上部鍍層厚度0.1～1.5mm所需的電鍍時間後，通過電鍍槽中的液位傳感器和PLC系統連續精確調控電鍍槽排液閥開度，實現電鍍槽內液位以設定的速率Kn連續的降液面，同時通過PLC系統使電鍍電流按照ΔI規律發生變化，Kn和ΔI的函數關係式分別如下Kn＝hn/tnΔI＝in×(S-Δh×lc)n表示在結晶器銅板的寬度方向上，鍍層厚度具有同一線性變化規律的各段編號，即n＝1，2，3，......Kn表示液位位於銅板的第n段區間裡時，液位降低的速率，即單位時間裡液位發生的位移；hn表示銅板的第n段區間的距離長度，也是液位在第n段區間裡發生的位移；tn表示在銅板的第n段區間裡，液位位移所消耗的時間；Δh表示電鍍過程中當前液位與銅板上邊沿的位移；ΔI表示電鍍過程中當前所需的電鍍電流值；in表示在銅板的第n段區間裡，電鍍電流密度值；S表示當前結晶器銅板的總面積；lc表示當前結晶器銅板的長度；步驟三，電鍍過程，控制程序由n＝1開始，當液位完成hn的設定位移後，電鍍過程，即控制程序進入n+1階段，此後依次進行，直到最後的hn完成後，鍍液液位降至銅板底邊下沿，電鍍完畢。
2.根據權利要求1所述的非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法，其特徵在於為得 到產品鍍層，需要首先設定的參數為n，hn，tn，in，S，lc,
3.根據權利要求1所述的非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法，其特徵在於銅板 在第η段區間的距離長度hn的值設為1 1200mm。
4.根據權利要求1所述的非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法，其特徵在於銅板 在第η段區間裡，液位位移所消耗的時間tn = δ η/ μ。式中八表示為達到產品鍍層最終厚度要求，在權利要求1所述步驟二中，在銅板的第 η段，需要電鍍的鍍層最大厚度，其值為0 4mm ；μ。為某鍍種單位時間裡，在設定的in電流密度下所電鍍出鍍層的厚度， 該值為固定的常數，可以通過數據常數表查得或是實驗獲得。
5.根據權利要求1所述的非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法，其特徵在於銅板 在第η段區間裡時，液位降低的速率Kn的取值範圍為
，Kn = 0時，則hn = 0，此時液 面保持穩定，液位不發生變化；Kn =⑴時，則tn = 0，此時液面以系統所能達到的最快速度下 降。
6.根據權利要求1所述的非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法，其特徵在於銅板 在第η段區間裡，電鍍電流密度值in設為1 20A/dm2。
全文摘要
本發明公開了一種非均厚鍍層的連鑄結晶器銅板電鍍方法，首先對銅板進行全面積電鍍，當銅板的上部區域較薄鍍層達到產品尺寸要求後，通過電鍍槽中的液位傳感器和PLC系統連續精確調控排液閥開度，將鍍槽內液位高度按工藝要求向下降低，使銅板與鍍液液位發生相對位移，液位向銅板下邊緣移動，使得已經達到尺寸要求的鍍層與鍍液分離，不再進行電鍍，只繼續對下面厚鍍層區域進行電鍍，以增加厚度。在上述降液面過程的同時，根據電鍍工藝要求，通過PLC控制系統相應調整電鍍電流。本發明可以實現結晶器銅板鍍層不是均厚鍍層，而是寬度方向上，自上而下厚度逐漸增加這一特性，與原有的電鍍方法相比，鍍層材料和電能的消耗顯著減小。
文檔編號C25D5/16GK101845648SQ20091004809
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月24日 優先權日2009年3月24日
發明者侯峰巖, 張俊傑, 趙才昌, 陳惠民 申請人:上海寶鋼設備檢修有限公司