СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ПЛИТ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ УСТАНОВКИ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК B22D11/04 

Изобретение относится к металлургии, а именно к непрерывной разливке стали.

Повышение стойкости плит кристаллизатора дает экономию дорогостоящей меди и снижение затрат на их ремонт.

При разливке стали через кристаллизатор происходит его полный износ после 80 100 плавок за счет истирания нижней части плит слитком на протяжении 700 мм от низа плиты. При достижении величины износа 2,0 2,5 мм кристаллизатор снимается с УНРС, разбирается и плиты с изношенной поверхностью отправляются на прострагивание рабочей поверхности, причем снимается слой меди не только в месте износа, но по всей длине плиты. Поверхность плит доводится мехобработкой на станке до 6 класса чистоты, после чего кристаллизатор вновь собирается и передается для установки в УНРС (установка непрерывной разливки стали). Проблема в уменьшении затрат на ремонт кристаллизаторов и экономии меди решается увеличением стойкости медных плит кристаллизатора.

Известен способ электромеханического упрочнения поверхности [1] который заключается в создании деформации на упрочняемой поверхности твердосплавным обкатным роликом с одновременным пропусканием электрического тока в месте контакта ролика с упрочняемой поверхностью. Упрочнение происходит как за счет наклепа, так и за счет улучшения диффузионной зоны упрочняющих слоев на рабочей поверхности детали.

Существенный недостаток способа в низкой его производительности и трудности обеспечения равномерности упрочнения поверхности, так как даже при малых подачах ролика не удается избежать дорожек более и менее упрочненных, что будет приводить, соответственно, к неравномерному износу рабочей поверхности.

Известен способ погружения изделий в расплав металла или металлического сплава [2] когда на их поверхность наносят покрытия, в частности в ванны расплава с температурой до 600^oC (цинка, олова) наносят эмаль толщиной слоя 50 150 мкм.

Недостаток способа заключается в том, что при прохождении слитка через кристаллизатор, состоящий из медных плит, охлаждаемых водой, с температурой выше 1000^oC, эмалевое покрытие, предотвращаемое налипание расплавленного металла на стенки, не способно выдерживать такие температуры. Кроме того, такой слой не обладает высокими защитными свойствами от царапин, скола, задира и т.д.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ термической обработки [3] заключающийся в том, что рабочую поверхность детали обрабатывают электронным пучком при температуре не выше 300^oC.

Техническим результатом изобретения является повышение стойкости медных плит кристаллизатора путем гальванического покрытия хромом рабочей поверхности плит и последующей электронно-лучевой обработки их.

Указанный результат достигается тем, что после гальванического осаждения хрома на рабочую поверхность плита подвергается электронно-лучевой обработке. В результате обработки электронным пучком хромированной поверхности плиты улучшается качество сцепления медной основы с хромом.

Медные плиты с упрочненной рабочей поверхностью, установленные в кристаллизатор установки непрерывной разливки стали, не требуют дополнительной обработки рабочей поверхности.

Износостойким хромированием плиты достигают увеличение микротвердости поверхностного слоя с 50 до 900 1200 кгс/мм². Толщина хромового покрытия 120 150 мкм на теплопроводность плиты в целом отрицательного влияния не оказывает. Поверхность плиты, покрытая хромом, при разливке позволяет избежать такого дефекта, как паукообразная трещина, которая образуется при внедрении меди в стальную корочку непрерывнолитой заготовки.

При воздействии электронного пучка на хромированную поверхность плиты происходят следующие процессы:
выбивание адсорбированных атомов с поверхности плиты;
отражение части электронов первичного пучка;
торможение первичных электронов силовыми полями кристаллической решетки металла;
поглощение поверхностным слоем плиты части налетающих электронов;
выбивание вторичных электронов.

Сущность процесса электронно-лучевого воздействия на обрабатываемую поверхность плиты состоит в том, что кинетическая энергия непрерывного электронного пучка превращается в тепловую в зоне обработки материала. В результате создается ядро расплавленного металла, которое образуется не на поверхности, а на некотором расстоянии от нее, на глубине, примерно соответствующей максимуму поглощения энергии электрона. Расплавление слоя происходит на расстоянии от поверхности плиты 0,75 мм. При выбранном режиме передвижения плиты под пучком электронов 12 36 м/ч ядро расплавленного металла в результате теплопередачи сдвигается к поверхности и образует прочное сцепление меди с хромовым слоем вследствие увеличения диффузионной зоны.

Новизна способа упрочнения рабочей поверхности медных плит заключается в следующем:
износостойким хромированием плиты достигается увеличение твердости рабочего слоя в 30 раз;
электронно-лучевая обработки ведется сканирующим потоком электронов в воздушной среде, то есть возможна обработка больших поверхностей с меньшими затратами, чем при обработке в вакууме;
идеальное качество рабочей поверхности плиты после обработки.

Опробирование способа проводили на узких медных плитах кристаллизатора установки непрерывной разливки стали (УНРС) ККЦ-2 АО "НЛМК" размером 1200х258х80 мм. Плиты обрабатывали на фрезерном станке для достижения 6 класса чистоты рабочей поверхности. Гальваническое покрытие хромом рабочей поверхности плит проводили в цехе защитных покрытий АО "НЛМК" по режиму: плотность тока 15 20 А/дм; температура 50 55^oC; время нанесения хромового слоя 6,5 ч; электролит хромовой ангидрид 250 г/л; серная кислота 2,5 г/л; трехвалентный хром 6 8 г/л; толщина слоя хрома 120 150 мкм. Плита с нанесенным на поверхность хромом подвергалась обработке электронным пучком на ускорителе электронов ЭЛВ-4. Плиту устанавливали на манипулятор рабочей поверхностью к электронному пучку. Облучение вели развернутым лучом с энергией 1,2 1,5 МэВ, выведенным в атмосферу, током 12 20 мА, скоростью передвижения манипулятора 12 36 м/ч. Облучение вели вдоль плиты сканирующим пучком с шириной развертки луча 100 мм. Облучение плиты проводили от одного узкого края до другого без остановки, отключение движения манипулятора с плитой происходило одновременно с выключением работы ускорителя.

Применение данного способа упрочнения рабочей поверхности плит кристаллизаторов позволяет увеличить стойкость медных плит кристаллизаторов, позволяет увеличить стойкость медных плит в 4 5 раз, кроме того, способ позволяет экономить дорогостоящую медь и уменьшить затраты на ремонт кристаллизаторов.

Годовой экономический эффект при эксплуатации кристаллизаторов с упрочненными медными плитами по предлагаемому способу только по ККЦ-2 АО "НЛМК" составляет не менее 3 млрд. рублей в год (цены 1995).

Использование: в металлургии, конкретнее в сталеплавильном производстве при непрерывной разливке стали. Сущность изобретения: для повышения стойкости медных плит кристаллизатора осуществляют гальваническое покрытие хромом рабочей поверхности плит и последующую их обработку электронным пучком при температуре не менее, чем на 50^oC ниже температуры каплеобразования хрома при энергии электронов 1,2 - 1,5 МэВ, скорости перемещения пучка 12 - 36 м/ч. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ упрочнения рабочих плит кристаллизаторов установки непрерывной разливки стали, включающий гальваническое покрытие хромом рабочей поверхности медных плит и последующую электронно-лучевую обработку, отличающийся тем, что обработку ведут сканирующим развернутым электронным пучком при температуре каплеобразования меди или ниже ее не более чем на 50^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку осуществляют сканирующим развернутым электронным пучком при энергии электронов 1,2 1,5 МэВ, скорости перемещения пучка 12 36 м/ч.