連鑄用結(jié)晶器再制造技術(shù)及實踐

師 強

(德陽深捷科技有限公司，四川 德陽 618013)

1 前言

再制造是循環(huán)經(jīng)濟“再利用”的高級形式，是指將廢舊零部件等進行專業(yè)化修復(fù)的批量化生產(chǎn)過程，其產(chǎn)品可達到與原有新品相同的質(zhì)量和性能。經(jīng)測試顯示，再制造與制造新品相比，可節(jié)能60%，節(jié)材70%，節(jié)約成本50%，幾乎不產(chǎn)生固體廢物，大氣污染物排放量降低80%以上。

在鋼鐵行業(yè)，許多部件均有修理后繼續(xù)使用的慣例，為降低生產(chǎn)成本做出貢獻。對于連鑄設(shè)備的心臟“結(jié)晶器”而言，目前尚停留在部分維修使用階段［1，2］，至于已經(jīng)報廢的銅管，銅板還沒有成熟的修復(fù)技術(shù)。

2 再制造結(jié)晶器的技術(shù)要求

簡單而言，再制造就是修舊如新，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)就是新產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，包括幾何尺寸、精度及材料的性能。結(jié)晶器的核心是外形尺寸、錐度、內(nèi)表面材料的附著性及耐磨性。以結(jié)晶器銅管為例，通常的維修方式是爆炸成形或擠壓工藝再成形。對于多錐度的管子，存在著錐度控制難，幾何尺寸難保證的工藝問題，對內(nèi)表面磨損嚴(yán)重的管子只能棄而不用。

德陽深捷科技有限公司多年來一直專注于機械表面工程材料的制造及技術(shù)開發(fā)，可在鋼基、銅基、鋁基及陶瓷材料上補鍍高純凈、高均勻性、超細晶粒合金材料及其它雙金屬合金材料，所制造的表面合金材料厚度可達15 mm。圖1是其制造的銅基合金，用于對導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐磨要求高的領(lǐng)域。銅合金可以是銀銅，鉻鋯銅或鈹青銅等。圖2是鎳基合金，用于耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗碾壓、擠壓、沖擊、高速流體(超音速)沖蝕等專業(yè)領(lǐng)域，鎳基合金是三元以上合金體系，可根據(jù)應(yīng)用要求調(diào)整配方，其特點是貴重金屬用量低，在獲得高性能的前提下降低制造成本。

3 報廢結(jié)晶器再制造的主要工藝流程

機械加工去舊涂層，損壞的銅基材→電化學(xué)沉積銅基合金(俗稱“長肉”)→機械加工成形(多段拋物線或弧)→電化學(xué)沉積鎳基多元合金→拋光→質(zhì)量檢驗。

4 鎳基多元合金材料的特性

通過獨特的工藝及合金成分(多元合金體系，添加微量稀土元素)，可以控制合金組織的晶粒尺寸，獲得優(yōu)異的特性。目前可以將晶粒組織控制在納米水平，如圖3、圖4所示。合金組織硬度可以在HV500～1 000之間調(diào)整，配合熱處理工藝還可以提高組織性能(圖5、圖6)。通過高溫?zé)釠_擊試驗，沒有發(fā)現(xiàn)膜層起泡、脫落、開裂等現(xiàn)象，表明表面材料與基體材料的結(jié)合很好。同國內(nèi)目前流行的硬 Cr，Ni－Cr，Ni－Fe，Ni－Co，Co－Ni等表面涂層性能相比，其晶粒細小，硬度更高，附著力高［3，4］。這是再制造的結(jié)晶器銅管或銅板比常規(guī)工藝的同類新品過鋼量高的主要原因。

硬化劑均勻分布在合金層內(nèi)，晶粒細小均勻由半峰寬可計算出鎳基合金的晶粒尺寸為20.3 nm。

5 連鑄結(jié)晶器再制造實踐

通過幾年來先后在攀鋼集團、沙鋼集團等鋼廠的實踐，報廢結(jié)晶器再制造取得了優(yōu)異的成效。再制造的結(jié)晶器銅管過鋼量達到了進口新品的水平，同比國產(chǎn)的鍍硬鉻產(chǎn)品，過鋼量可提高50% ～100%以上。從圖7、圖8、圖9中可以看出，新的銅合金及鎳基合金表現(xiàn)出良好的耐磨特性，與基材結(jié)合良好。在上述實踐中，補銅(長肉)通常是在3～5 mm之間，鎳基合金厚度在0.5～0.8 mm之間。在組合結(jié)晶器、板式結(jié)晶器上有類似的結(jié)果。

圖9 使用后的再制造結(jié)晶器銅管

圖9 為使用后的再制造φ350 mm×780 mm，過鋼量為22 000 t，無脫落，無深磨痕。

6 結(jié)束語

報廢結(jié)晶器銅管、銅板的再制造是可行的，通過優(yōu)化工藝及合金成分，可以滿足不同連鑄工藝的需求。對于鋼廠客戶而言，一方面是直接降低結(jié)晶器采購成本，另一方面是可以通過降低更換結(jié)晶器數(shù)量，提高連續(xù)澆鑄次數(shù)，綜合降低煉鋼成本，提高效益。

［1］ 史興?。畧A管連鑄結(jié)晶器爆炸修復(fù)技術(shù)的實驗研究［J］．煉鋼，2006，22(6)，27－30．

［2］ 候峰巖．再制造工程和表面技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用［J］．中國表面工程，2006，19(5)．

［3］ 胡會軍．寶鋼板坯連鑄結(jié)晶器使用技術(shù)實踐［J］．寶鋼技術(shù)，2008，(4)．

［4］ 高澤平．連鑄結(jié)晶器銅板及鍍層的應(yīng)用進展［J］．特殊鋼，2007，28(4)，39－41．