CN117816918A - 一种延长水平连铸石墨结晶器寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延长水平连铸石墨结晶器寿命的方法，属于冶金辅助设备技术领域，包括以下步骤：预处理，配制导热材料浆料，在预处理后的金属冷却水套与石墨结晶器的接触面涂覆导热材料浆料，导热材料浆料固化形成导热涂层，导热涂层的厚度略大于石墨结晶器与金属冷却水套之间的间隙，将石墨结晶器与具有导热涂层的金属冷却水套装配。本发明可以使石墨结晶器的寿命延长40%以上，解决了石墨结晶器寿命短这一本领域长期想解决而未解决的技术问题；可以从减少石墨结晶器用量、减少石墨结晶器更换成本、提高水平连铸质量和增加有效生产时间多个方面降低生产成本，经济效益显著；本发明提供的方法简便、成本低廉、容易实施。

Description

一种延长水平连铸石墨结晶器寿命的方法

技术领域

本发明属于冶金辅助设备技术领域，涉及一种延长水平连铸石墨结晶器寿命的方法。

背景技术

水平连铸是指熔融的金属液体流经水平放置的结晶器通道，在外加冷却剂的作用下凝固成型的工艺，水平连铸被广泛应用于金属成型的工艺当中。水平连铸铸坯质量的好坏关键在于结晶器内冷却强度是否均匀、适宜，同时石墨结晶器通道表面是否平整也决定着铸坯的表面质量。目前水平连铸铸坯成型工艺中，普遍需要使用石墨结晶器，尤其在有色金属加工行业已经被广泛应用。水平连铸使用的石墨结晶器，采用高密度石墨板经精加工而成，价格昂贵，例如铜以及铜合金水平连铸的石墨结晶器单价为5000元左右；同时使用寿命短，在连续不间断生产中，水平连铸石墨结晶器的寿命一般仅3~5天。

水平连铸石墨结晶器寿命短，带来多方面的问题：由于石墨结晶器是高值消耗品，大量消耗产生高昂成本；因为频繁更换石墨结晶器还产生大量电费、 人工、辅料的无端消耗，而且石墨结晶器更换期间产品质量相对较差，这期间的质量损失也比较高；每年有大量的宝贵时间用于更换石墨结晶器，而不是在有效生产。

为了延长水平连铸石墨结晶器寿命，科技人员付出了许多努力。CN102764862A公开了一种用于铜连续铸造设备的氮气保护法水平连铸石墨结晶器，在石墨结晶器通道与铸坯形成的间隙输入氮气。CN214517395U公开了一种涂层石墨结晶器，石墨筒体侧壁靠近顶部位置处设置有保护涂层，保护涂层由丙烷和氮气结合组成。CN217889458U公开了一种水平连铸用的石墨结晶器，在两个石墨板中的至少一个内构造有进气通道，进气通道能够将保护气体引入金属结晶通道内。

现有技术延长水平连铸石墨结晶器寿命的思路，都是通过在石墨结晶器内壁（铸坯与石墨结晶器之间的间隙内）引入保护气体，一方面实际应用效果不佳，寿命并未实现显著延长；另一方面引入保护气体需要构造进气通道，使石墨结晶器的结构变得更为复杂。迫切需要开发延长水平连铸石墨结晶器寿命的新方法，解决水平连铸石墨结晶器寿命短这一本领域长期想解决而未解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种延长水平连铸石墨结晶器寿命的方法，解决水平连铸石墨结晶器寿命短这一本领域长期想解决而未解决的技术问题。为了解决这一技术问题，发明人对水平连铸石墨结晶器开展了深入分析。水平连铸结晶装置主要包括金属冷却水套和石墨结晶器，结晶装置最外层是冷却水套，通过流水对石墨结晶器进行冷却。其中石墨结晶器由上下两块石墨板及左右两块石墨边条组成，两块石墨板一侧通过螺栓连接与冷却水套壁面紧密贴合，为石墨结晶器表面提供大面积区域冷却。在冷却水的流量、冷却水道的分布固定的模式下，人们往往忽略了石墨结晶器和冷却水套之间存在的热传导不良情况。因为冷却水套跟石墨结晶器接触的金属板面以及石墨板面，由于加工工艺的误差、长时间使用发生的划痕和凹坑以及冷却水套金属板面可能发生的变型，都难以保证冷却水套金属板跟石墨结晶器石墨板良好贴合，这种情况下，它们之间会形成一定的间隙，冷却效果大打折扣。由于石墨板和金属板接触不良，热阻增大，冷却效率降低，加速了石墨结晶器的氧化。因为氧化发生在高温环境下，外部冷却非常重要，如果外部冷却好，结晶器通道表面散热及时，结晶成型区的通道表面能良好降温，氧化变弱，从而能有效延长结晶器的寿命。基于上述对水平连铸结晶装置结构的分析，以及外部冷却不良、加剧氧化导致石墨结晶器损坏的机理分析，本发明提出以下技术方案，以实现本发明的目的。

一种延长水平连铸石墨结晶器寿命的方法，包括以下步骤：

S1 预处理：清洗金属冷却水套，去除污垢和附着物，使金属冷却水套与石墨结晶器的接触面洁净；

S2 配制导热材料浆料：在溶剂中加入导热材料和粘接剂，均匀分散，形成导热材料浆料，所述粘接剂固化后具有弹性；

S3 涂覆导热材料浆料：在步骤S1预处理后的金属冷却水套与石墨结晶器的接触面涂覆步骤S2配制的导热材料浆料；涂覆方式不限，可以采用压缩空气喷涂，也可以采用刷涂以及其他可行的方式；

S4 固化形成导热涂层：烘干，使步骤S3涂覆的导热材料浆料固化形成导热涂层，导热涂层的厚度大于石墨结晶器与金属冷却水套之间的间隙；

S5 装配石墨结晶器：将石墨结晶器与具有导热涂层的金属冷却水套装配。由于导热涂层的厚度大于石墨结晶器与金属冷却水套之间的间隙，石墨结晶器与金属冷却水套之间为过盈配合，通过导热涂层的弹性形变，使石墨结晶器与金属冷却水套之间紧密贴合。

本发明提供的一种延长水平连铸石墨结晶器寿命的方法，与现有技术在石墨结晶器内壁引入保护气体的思路不同，关注石墨结晶器与金属冷却水套之间不可避免的间隙以及由此带来的导热不良，在金属冷却水套与石墨结晶器的接触面涂覆具有弹性的导热涂层，使石墨结晶器与金属冷却水套之间形成过盈配合，通过导热涂层的弹性形变，实现石墨结晶器与金属冷却水套之间紧密贴合，显著增强石墨结晶器与金属冷却水套之间的热传导，进而延长了石墨结晶器的寿命，解决了这一本领域长期想解决而未解决的技术问题。实践表明，本发明提供的方法，可以使石墨结晶器的寿命延长40%以上，从多方面降低了生产成本，具有显著的经济效益。

进一步的，步骤S1所述清洗金属冷却水套，包括用表面活性剂的水溶液清洗、酸洗和水洗。

进一步的，步骤S1所述预处理，还包括在清洗后用砂纸打磨，使金属冷却水套与石墨结晶器的接触面洁净并具有适宜的粗糙度，使导热涂层与金属冷却水套与石墨结晶器的接触面结合强度更高。步骤S2中所述溶剂为水、乙醇、甲醇、异丙醇、丁醇中的一种或几种。

进一步的，步骤S2中所述导热材料为粉末材料，选自石墨粉、六方碳化硼粉、铝粉、铜粉中的一种或几种，粉末粒径为0.1-10μm。

进一步的，步骤S2中所述粘接剂为纤维素、糊精和改性淀粉中的一种或几种。

进一步的，步骤S2中在溶剂中还加入分散剂，使导热材料更好地分散在溶剂中，避免导热材料沉降。更进一步的，所述分散剂为六偏硫酸钠、亚甲基萘二磺酸钠和聚羧酸盐中的一种或几种。

进一步的，步骤S2中所述导热材料的加入量为50-300g/L，所述粘接剂的加入量为30-100 g/L，所述分散剂的加入量为3-10 g/L。

进一步的，当石墨结晶器与金属冷却水套之间的间隙较大时，通过多次重复步骤2和步骤3的方式，使导热涂层的厚度大于石墨结晶器与金属冷却水套之间的间隙。

相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：本发明提供的方法可以使石墨结晶器的寿命延长40%以上，解决了石墨结晶器寿命短这一本领域长期想解决而未解决的技术问题；石墨结晶器寿命延长以后，可以从减少石墨结晶器用量、减少石墨结晶器更换成本、提高水平连铸质量和增加有效生产时间多个方面降低生产成本，经济效益显著；本发明提供的方法简便、成本低廉、容易实施。

附图说明

图1是水平连铸结晶装置的截面示意图。

附图标记：1-金属冷却水套，2-导热涂层，3-石墨板，4-石墨边条。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。

实施例1

水平连铸结晶装置的结构如图1所示，包括金属冷却水套1和石墨结晶器，石墨结晶器由上下两块石墨板3及左右两块石墨边条4组成，在金属冷却水套1和石墨结晶器之间形成导热涂层3，以延长石墨结晶器的寿命，具体方法包括以下步骤。

S1 预处理：依次用十二烷基苯磺酸钠的水溶液清洗、10%的盐酸酸洗和水洗，清洗金属冷却水套1，去除污垢和附着物，清洗后用砂纸打磨，使金属冷却水套1与石墨结晶器的接触面洁净并具有适宜的粗糙度。

S2 配制导热材料浆料：在溶剂中加入导热材料、粘接剂和分散剂，均匀分散，形成导热材料浆料。溶剂为水，导热材料为粒径0.1-10μm的石墨粉，粘接剂为纤维素，分散剂为六偏硫酸钠，导热材料的加入量为50 g/L，粘接剂的加入量为30 g/L，分散剂的加入量为3g/L。均匀分散，形成导热材料浆料。

S3 涂覆导热材料浆料：用压缩空气在步骤S1预处理后的金属冷却水套1与石墨结晶器的接触面喷涂步骤S2配制的导热材料浆料。

S4 固化形成导热涂层：烘干，使步骤S3涂覆的导热材料浆料固化形成导热涂层2，导热涂层的厚度略大于石墨结晶器与金属冷却水套1之间的间隙。

S5 装配石墨结晶器：将石墨结晶器与具有导热涂层的金属冷却水套装配。

采用本实施例的方法以后，石墨结晶器的寿命为7天。

实施例2

与实施例1相比，不同之处在于步骤S2中溶剂为水和乙醇的混合物，二者的体积比为8∶2；导热材料为粒径0.1-10μm的六方氮化硼粉和铝粉，二者的质量比为6∶4；粘接剂为糊精，分散剂为亚甲基萘二磺酸钠。导热材料的加入量为300 g/L，粘接剂的加入量为100g/L，分散剂的加入量为10g/L，涂覆方式为刷涂。其余条件相同。

采用本实施例的方法以后，石墨结晶器的寿命为8天。

实施例3

与实施例1相比，不同之处在于步骤S2中溶剂为水和甲醇的混合物，二者的体积比为8∶2；导热材料为粒径0.1-10μm的石墨粉和铜粉，二者的质量比为7∶3；粘接剂为改性淀粉，分散剂为聚羧酸盐，导热材料的加入量为180 g/L，粘接剂的加入量为60 g/L，分散剂的加入量为6 g/L。其余条件相同。

采用本实施例的方法以后，石墨结晶器的寿命为7.5天。

对比例1

将金属冷却水套和石墨结晶器直接装配，石墨结晶器的寿命为5天。

从实施例1-3和对比例1对比可以看出，采用本发明的方法以后，石墨结晶器的寿命可以提高40%以上，解决了石墨结晶器寿命短这一本领域长期想解决而未解决的技术问题；可以从减少石墨结晶器用量、减少石墨结晶器更换成本、提高水平连铸质量和增加有效生产时间多个方面降低生产成本，经济效益显著。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由权利要求书及其等同技术方案限定。

Claims (10)

1.一种延长水平连铸石墨结晶器寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1 预处理：清洗金属冷却水套，去除污垢和附着物；

S2 配制导热材料浆料：将导热材料、粘接剂和溶剂均匀分散，形成导热材料浆料，所述粘接剂固化后具有弹性；

S3 涂覆导热材料浆料：在步骤S1预处理后的金属冷却水套与石墨结晶器的接触面涂覆步骤S2配制的导热材料浆料；

S4 固化形成导热涂层：烘干，使步骤S3涂覆的导热材料浆料固化形成导热涂层，导热涂层的厚度大于石墨结晶器与金属冷却水套之间的间隙；

S5 装配石墨结晶器：将石墨结晶器与具有导热涂层的金属冷却水套装配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1所述清洗金属冷却水套，包括用表面活性剂的水溶液清洗、酸洗和水洗。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1所述预处理，还包括在清洗后用砂纸打磨。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述溶剂为水、乙醇、甲醇、异丙醇、丁醇中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述导热材料为粉末材料，选自石墨粉、六方碳化硼粉、铝粉、铜粉中的一种或几种，粉末粒径为0.1-10μm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述粘接剂为纤维素、糊精和改性淀粉中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中在溶剂中还加入分散剂。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述分散剂优选六偏硫酸钠、亚甲基萘二磺酸钠和聚羧酸盐中的一种或几种。

9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述导热材料的加入量为50-300g/L，所述粘接剂的加入量为30-100 g/L，所述分散剂的加入量为3-10 g/L。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多次重复步骤S2和S3。