连铸辊材质及其表面处理技术的优化与应用研究

连铸辊材质及其表面处理技术的优化与应用研究

孙学峰

山西百一机械制造有限公司 山西太原 030000

摘要：本文分析了连铸辊的材质特性和使用场景，探讨了连铸辊的表面处理技术，包括镀铬技术、硬质合金喷涂技术、其他表面处理技术，并提出了一系列的优化策略，包括提升耐磨性与耐腐蚀性、改善表面光洁度和尺寸精度、高效能连铸辊的设计与制造实践，以促进连铸辊的优化与应用，提高其在连铸工艺中的综合性能和使用寿命。

关键词：连铸辊；材质；表面处理技术；优化；应用

引言：连铸辊是连铸工艺中的关键部件，其性能直接影响连铸产品的质量和生产效率。连铸辊在高温、高压和复杂化学环境中工作，面临着严重的磨损和腐蚀问题。为了提高连铸辊的综合性能，选择适当的材质和先进的表面处理技术显得尤为重要。本文将从材质评估入手，详细分析了各种表面处理技术的应用原理，对一些关键的优化策略做出简要总结，以期为连铸工艺的不断改进和创新发展打下坚实基础。

1、连铸辊材质评估

1.1材质特性

常见的连铸辊材质包括高铬铸铁、铜合金、硬质合金等。高铬铸铁以其优异的耐磨性和耐腐蚀性，在高温高压的连铸环境中表现突出，尤其适用于处理液态金属的接触面。铜合金则因其良好的导热性和机械强度，在热量传导要求较高的连铸过程中得到广泛应用[1]。硬质合金由于其硬度高、耐磨性好，常被选用于需要长时间运行并经受高度磨损的工作条件下，如连铸辊的工作辊面。

1.2适用场景

在不同的连铸工艺中，如铸铁、钢、铝等，连铸辊的工作条件会有所不同。例如，对于高温金属的连铸，要求辊面材料具备较高的耐热性和抗热疲劳能力；对于腐蚀性较强的金属液体，则需要辊面材料具备优异的耐蚀性和化学稳定性。因此，不同材质的连铸辊在不同的金属液体处理过程中具备了各自独特的适应能力，能够有效提升生产效率和产品质量。

2、连铸辊的表面处理技术

2.1镀铬技术

镀铬技术是一种常见的表面处理方法，通过在连铸辊表面形成铬层来提升其耐磨性和耐腐蚀性。铬层具有良好的硬度和耐磨性，能够有效保护辊面不受金属液体的侵蚀和磨损。镀铬技术主要分为两种：一是电镀镀铬技术：此项技术可将镀铬液中的铬离子通过电化学反应沉积到连铸辊表面，确保铬层的均匀性和致密性，提供较高的耐蚀性和耐磨性。这种技术适用于需要较厚铬层和高强度耐磨性的连铸辊，在处理高温金属的连铸过程中表现突出。二是化学镀铬技术：此项技术是利用化学方法在连铸辊表面生成铬化合物层，形成硬度较高的保护膜。与电镀相比，化学镀铬工艺能够在温和的条件下实现铬层的形成，适用于复杂形状和大尺寸连铸辊的表面处理，同时具备良好的耐蚀性和成本效益。

2.2硬质合金喷涂技术

硬质合金喷涂技术是一种有效的表面处理方法，通过将硬质合金粉末或线材通过高速喷射设备喷涂到连铸辊表面，形成坚固的硬质合金涂层。硬质合金具有极高的硬度和耐磨性，能够有效抵抗金属液体的磨损和化学侵蚀，延长连铸辊的使用寿命。这项技术适用于需要在高温、高压和高速工作环境下保持辊面稳定性和耐久性的连铸辊，如钢铁、铝合金等金属的连铸过程。

2.3其他表面处理技术

除了镀铬技术和硬质合金喷涂技术外，还有多种其他表面处理技术可供选择，以满足不同工艺要求和应用场景[2]。例如：磨削和抛光可对连铸辊进行精密的磨削和抛光处理，提高其表面光洁度和尺寸精度，减少摩擦阻力和金属液体的附着；化学表面处理包括化学清洗、氧化和镀膜等处理方法，能够改善连铸辊的表面化学稳定性和耐蚀性；热处理通过控制连铸辊的加热和冷却过程，调整其表面和内部组织结构，提高其热稳定性和抗热疲劳能力。

3、连铸辊的关键优化策略

3.1提升耐磨性与耐腐蚀性

为进一步提升连铸辊的耐磨性和耐腐蚀性，以下策略的实施具有重要意义：其一，高熵合金的应用。高熵合金是一类由五种或更多金属元素组成的新型合金材料，具有高强度、高硬度和优异的耐腐蚀性。与传统合金相比，高熵合金的组成更加复杂，其微观结构均匀且稳定，能够有效抵抗高温、高压和化学侵蚀。这些特点使高熵合金在连铸辊应用中具有巨大的潜力。通过将高熵合金应用于连铸辊的制造，不仅能够提升其整体性能，还能延长其使用寿命，减少维护和更换成本。其二，自愈合材料的应用。自愈合材料是一种能够在受到损伤后自动修复的智能材料。通过在连铸辊材料中引入自愈合机制，如微胶囊、自修复聚合物等，可以在材料受到磨损或腐蚀时，通过内部化学反应或物理变化自动修复损伤区域。这种技术不仅能够显著延长连铸辊的使用寿命，还能减少停机时间和维修成本，提高生产效率。其三，超疏水表面技术。超疏水表面技术通过在材料表面形成微纳米结构，使其具有极高的疏水性和抗污性。将这种技术应用于连铸辊表面，可以有效减少金属液体和杂质的附着，降低腐蚀和磨损的可能性。此外，超疏水表面还能减少金属液体在连铸辊表面的停留时间，提升冷却效果，进一步优化连铸工艺。

3.2改善表面光洁度和尺寸精度

为改善连铸辊的表面光洁度和尺寸精度，可用以下策略有效达成目标：其一，精密加工。精密加工是提高连铸辊表面光洁度和尺寸精度的重要手段。采用高精度的车削、磨削和抛光工艺，能够有效提高辊面的光洁度和尺寸精度。特别是采用超精密加工技术，如电解抛光、激光抛光等，可以显著提升辊面的光滑度和均匀性，减少金属液体在辊面上的附着和积聚。其二，表面涂层技术。在连铸辊表面应用高光洁度的涂层技术，如镀铬、喷涂陶瓷涂层等，不仅能够提高辊面的光洁度，还能改善其耐磨性和耐腐蚀性。这些涂层具有良好的表面平整性和高硬度，能够有效减少金属液体对辊面的磨损和腐蚀。其三，质量控制与检测。严格的质量控制和检测是保证连铸辊表面光洁度和尺寸精度的重要环节。通过采用高精度的测量设备和检测方法，对连铸辊的表面粗糙度、圆度、直线度等进行全面检测，及时发现并修正加工误差，确保辊面质量达到预期要求。

3.3高效能连铸辊的设计与制造实践

为提升工艺效率和产品质量，高效能连铸辊的设计与制造实践至关重要：其一，结构优化设计。通过对连铸辊的结构进行优化设计，能够提高其力学性能和工作效率。例如，采用多层复合结构设计，通过在辊体内设置冷却水道，提高辊体的冷却效率，减小热变形；采用渐变硬度设计，通过调整辊体不同部位的硬度，提高其整体抗磨损能力。其二，先进制造工艺。采用先进的制造工艺，如3D打印、等离子喷涂等，能够实现连铸辊的复杂结构和高精度制造。这些工艺具有高精度、高效率的特点，能够显著提高连铸辊的制造质量和生产效率。其三，模块化设计与快速更换。模块化设计是一种通过标准化和模块化的设计方法，使连铸辊的各个部件可以快速拆卸和更换的设计理念[3]。采用模块化设计，不仅能够提高连铸辊的维护和更换效率，还能降低备件库存成本。此外，模块化设计还可以实现连铸辊的快速升级和改进，提高其适应不同工艺需求的灵活性。

结束语

总而言之，连铸辊的材质评估、表面处理技术应用和一系列优化策略的有效实施，为连铸工艺的可持续发展提供了强大助力。未来实践中，我们应继续探索新技术，持续提升工艺效率和产品质量，为技术创新、行业转型与经济增长做出积极贡献。

参考文献：

[1]李国文.连铸辊复合增材再制造工艺研究[J].大型铸锻件，2024，(03)：20-23.

[2]赵士光，李奇，王成，等.连铸辊硬面层工作状态有限元分析[J].安徽工业大学学报(自然科学版)，2023，40(04)：401-408.

[3]王文豪，吴永杰，李龙，等.连铸辊制造过程的质量控制要点[J].设备监理，2021，(09)：30-32.