СПОСОБ РЕМОНТА КРИСТАЛЛИЗАТОРА Российский патент 2001 года по МПК B23P6/00 B22D11/04 B23K9/04 

Изобретение относится к способам ремонта медных изделий, в частности кристаллизаторов для непрерывной разливки металлов, но может быть использовано и при изготовлении кристаллизаторов.

Известно, что для повышения стабильности процесса разливки и увеличения срока службы кристаллизатора на рабочие стенки кристаллизатора гальваническим способом наносят износостойкое покрытие, которое может состоять из одного или нескольких слоев Ni и/или Cr, и/или Co [1], [2].

Однако неодинаковое термическое расширение Ni и Cr приводит к ухудшению прочности сцепления слоев, к образованию трещин в покрытии и его отслоении в процессе работы кристаллизатора.

В процессе работы кристаллизатор изнашивается неравномерно, причем наибольший износ имеет место в нижней части стенок кристаллизатора. Известен способ подготовки кристаллизатора к работе, когда для повышения стабильности процесса разливки и повышения срока службы кристаллизатора на нижнюю часть стенок по всей ширине напыляют последовательно алюминиевое изотермическое покрытие и покрытие из малоуглеродистой или износостойкой стали толщиной 0,05...0,1 мм каждое [3].

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ нанесения защитного покрытия на рабочую поверхность стенок медного кристаллизатора для непрерывного литья, который может быть использован как при изготовлении кристаллизаторов, так и при их ремонте [4]. В этом способе используется электродуговая наплавка хромсодержащей бронзы. Рабочая поверхность, выполненная из хромовой бронзы, после термической обработки обладает более высокими по сравнению с медью механическими свойствами, что повышает срок службы стенок кристаллизатора, а также ремонтопригодность, т.е. многократную обработку поверхности при образовании задиров.

Однако сама хромовая бронза в сравнении, например, с тугоплавкими износостойкими сплавами на основе Ni с добавками Cr, сталями, легированными Ni и Cr и др., обладает более низкими механическими свойствами.

Кроме того, при электродуговой наплавке происходит значительное проплавление стенок кристаллизатора, что также ухудшает механические свойства покрытия.

Решаемой задачей является повышение износостойкости стенок кристаллизатора за счет использования износостойких покрытий с более высокими механическими свойствами, чем хромовая бронза.

Это достигается тем, что на подготовленную рабочую поверхность стенок кристаллизатора наносят тугоплавкое покрытие, например сплав на основе Ni, или сталь, легированную Ni и Cr, и др., плазменной наплавкой, а перед наплавкой стенку кристаллизатора подогревают до температуры 250-450^oC.

Подогрев медной стенки кристаллизатора, представляющей собой толстую пластину (например, толщина 45 мм, размер стенки 1200 х 275 мм), перед нанесением на нее плазменной наплавкой тугоплавкого покрытия, температура плавления которого намного выше температуры плавления основного металла, меди (медь и тугоплавкие покрытия, например, на основе Ni, являются разнородными материалами), позволяет предотвратить отслоение наплавленного металла от основного металла в процессе эксплуатации кристаллизатора.

Подогрев при наплавке деталей кристаллизатора, имеющих одинаковую толщину, необходим из-за мощного теплоотвода и для исключения анизотропии механических свойств покрытия в различных направлениях, что и предотвращает отслоение покрытия.

Без предварительного подогрева практически невозможно получить равномерность механических свойств наплавляемого покрытия. Диапазон температуры подогрева подобран экспериментально, при подогреве ниже 250^oC и выше 450^oC снижается качество наплавляемой поверхности. Плазменная наплавка тугоплавких износостойких сплавов на основе Ni либо других износостойких тугоплавких сплавов на подогретую до температуры 250 - 450^oC медную стенку кристаллизатора обеспечивает неглубокое проплавление, минимальную степень перемешивания основного и наплавляемого металла, плавный переход по химическому составу от основного к наплавляемому металлу, а следовательно, к плавному изменению их теплофизических свойств. Для предотвращения окисления наплавляемого изделия и снижения качества наплавляемого слоя предпочтительно вести наплавку в защитной атмосфере, для чего используют любой из известных защитных газов.

Перед наплавкой изделие, т. е. стенку кристаллизатора, достаточно зачистить от имеющихся механических повреждений и снять остатки защитного покрытия, если такое покрытие было.

После наплавки требуемой толщины покрытия проводят механическую обработку поверхности для получения ровной поверхности.

Пример конкретного выполнения
Стенки кристаллизатора выполнены из меди марки М3 толщиной 45 мм. Нанесение износостойкого покрытия осуществляют следующим образом. На механически зачищенную и подогретую до температуры 400^oC стенку кристаллизатора наплавляют слой износостойкого сплава на основе Ni. Наплавку производят на установке для наплавки плоских деталей с использованием плазмотрона с расширяющимся каналом выходного электрода.

Наплавку ведут на следующих режимах:
Ток - 350 A
Плазмообразующий газ - Ar
Защитный газ - N₂
Полярность - прямая
В качестве присадочного материала используют порошок типа ПР-Н77Х15С3Р2.

Наплавляют слой толщиной 3 мм.

После механической обработки толщина составляет 2 мм.

При частичном износе дополнительно производится нанесение покрытия. Наплавленное износостойкое покрытие не требует дополнительной термообработки. Это снижает трудоемкость, повышает износостойкость и надежность работы кристаллизатора, а также позволяет снизить материальные затраты.

Источники информации
1. JP 58-53353, кл. B 22 D 11/04, 1983.

2. JP 61-4300, кл. B 22 D 11/04, 1986.

3. RU 2106225 C1, кл. B 22 D 11/04, 10.03.98.

4. SU 1799672 A1, кл. B 22 D 11/04, 07.03.93.

Изобретение относится к способам ремонта медных изделий, в частности кристаллизаторов для непрерывной разливки металлов, и может быть использовано при их изготовлении. Перед наплавкой изделие подогревают до 250 - 450^oC. На поверхность изделия плазменной наплавкой наносят тугоплавкое износостойкое покрытие. Наплавку и подогрев ведут в защитной среде. Способ позволяет снизить трудоемкость, повысить износостойкость и надежность работы кристаллизатора. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ ремонта кристаллизатора из меди или медных сплавов для непрерывной разливки металлов, при котором на подготовленную рабочую поверхность стенок кристаллизатора наносят наплавкой защитное износостойкое покрытие, отличающийся тем, что наносят износостойкое тугоплавкое покрытие плазменной наплавкой, при этом стенку кристаллизатора перед наплавкой подогревают до 250 - 450^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогрев стенки кристаллизатора и наплавку производят в защитной среде.