[发明专利]一种薄带连铸结晶辊可调可控高粗糙度毛化表面制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄带连铸技术领域，特别是涉及一种薄带连铸结晶辊可调可控高粗糙度毛化表面制备方法。

背景技术

薄带连铸用结晶辊表面与钢水直接接触，其表面形貌对其使用过程中的界面传热和钢液凝固过程有重要影响，直接影响薄带连铸工艺和带钢质量，因此，在实际生产中，需要制备可调粗糙度值、合理峰值密度值和微观不平度等参数的表面形貌，而且需要制备表面清洁无氧化铁皮等其他杂质。因此结晶辊毛化技术是薄带连铸成套技术的关键技术之一。

由于结晶辊表面一般是硬度较高的铜合金基体、镍合金镀层表面或铬镀层表面，传统的喷丸、喷砂毛化方法制备粗糙度小可调节范围小，而且采用喷嘴对丸粒或沙粒加速性能差，轰击能量低，表面存在氧化皮或嵌入的刚玉砂等。这些缺陷会在结晶辊使用中对带钢质量造成不利影响，需要采取措施消除。

常用的毛化方法有SBT(喷丸毛化)、EDT(电火花毛化)、EBT(电子束毛化)、LT(激光毛化)和TOPOCROM方法等。这些方法各有优劣，目前多用于轧辊表面制造。

国内外对结晶辊表面毛化技术的研究涉及多项专利，主要包括激光毛化方法、机械毛化方法和电火花毛化方法等，这些方法归纳起来，可分为有较强规律性的表面形貌，如机械毛化(纹理制备)方法、激光毛化方法等；随机分布表面形貌，如喷丸毛化、喷砂毛化等；以及前两者结合起来的复合方法等。此外，TOPOCROM方法在结晶辊上的应用尚处于探索阶段，还不成熟。

美国NUCOR公司专利(US2009/0145567A1)公开了一种采用金刚石雕刻技术制备结晶辊毛化表面的方法，即采用金刚石雕刻、激光和蚀刻等技术形成规则的由凹印、凸起交替形成的阵列结构，每英寸约75-250行，所形成的凸起部分面积介于40-40000μm²,或14000-20000μm²，或900-3600μm²不等，且阵列方向与结晶辊轴线方向倾斜角介于5°-45°之间。

美国专利5701948公开了一种结晶辊的表面形貌结构，在双辊连铸机上，通过具有一定深度和间距的沿圆周方向延伸的槽和脊结构，使得结晶辊表面织构化。这种经过表面毛化以后的网纹结构可提高金属凝固期间的热通量，从而使薄带连铸最优化，即达到高热通量的同时获得致密的微观结构。具体优化形貌尺寸包括脊峰到槽根部的网纹深度介于15μm-25μm之间，网纹间距在150μm-200μm范围内。需要注意的是，该专利公开的结晶辊形貌虽然在铸造黑色金属时能够达到高的凝固速度，但是其对工艺条件非常敏感，必须严格加以控制，否则，会产生“鳄鱼皮”和“振痕”两种铸带缺陷。

美国专利US6942013公开了一种结晶辊表面随机纹理结构，采用氧化铝、氧化硅和碳化硅等材料喷砂处理，颗粒直径介于0.7mm-1.4mm之间。

欧洲专利EP0577833A1公开采用激光毛化的方法进行结晶辊的表面形貌处理，所形成的轰击坑的深度在50μm以上，直径在500μm以下，轰击坑之间的间距大约是轰击坑直径的1.05-5倍；欧洲专利EP1281458A1公开的轰击坑形貌特征是坑深在40-200μm，直径在500-3000μm，同时毛化表面上还嵌套者更细小的凹坑，深度在1-50μm，直径约为5-200μm。

中国专利公开号CN1311721A公开了钢带连铸方法，指出熔融钢水被导引至平行铸辊间的辊隙之中，形成支撑在辊铸造表面上的熔池，结晶辊转动并从辊隙向下导引凝固钢带，其提到的铸造表面即结晶辊表面的处理采用在基材上喷砂(Ra介于5-10之间)、然后镀50μm铬作为耐磨层，或是在镍保护涂层表面直接进行喷砂。

韩国专利KR2006074635公开了带钢浇铸用铸辊，其通过喷丸处理使得结晶辊表面产生细小凹痕，从而均匀而迅速凝固钢液的表面制备方法。Posco申请的专利WO2008/016231A1公开了一种采用光刻方法在结晶辊表面制备气体通道，从而避免气体膨胀造成铸带表面凹痕缺陷的结晶辊表面处理方法。

此外，Posco也应用激光毛化的方法制备结晶辊表面形貌，然而，这种方法的经济性和可实施性均不能达到薄带连铸产业化需求。

根据不同浇铸材料和浇铸工艺，结晶辊表面形貌参数需要较大范围的调整，然而，常规的喷丸不能制备高粗糙度和高峰值密度的表面形貌，且电火花毛化和激光毛化方法等技术处理的辊面又具有较强的规律性，不适宜于薄带连铸工艺生产。

发明内容