PL206254B1

PL206254B1 - Sposób galwanicznego powlekania krystalizatora do odlewania ciągłego

Info

Publication number: PL206254B1
Application number: PL371684A
Authority: PL
Inventors: Adrian Stilli
Original assignee: Concast Agconcast Ag
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2010-07-30
Also published as: BR0311374B1; CA2504369A1; WO2003099490A1; JP5008111B2; AU2003236679A1; ES2452727T3; JP2005527705A; KR20050004877A; CN1655893A; PL371684A1; BR0311374A; MXPA04011734A; EP1507612A1; RU2318631C2; CA2504369C; EP1507612B1; RU2004138096A; KR101082896B1; AU2003236679B2; ZA200408991B

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób galwanicznego powlekania krystalizatora do odlewania ciągłego.

Krystalizatory do odlewania ciągłego podlegają w trakcie odlewania ciągłemu zużyciu abrazyjnemu, wskutek czego wnęka formy, a co za tym idzie, także wymiary przekroju odlewanych pasm stają się coraz większe. Po określonej liczbie cykli roboczych krystalizator trzeba zatem wymienić na nowy lub zregenerować.

Znane są różne metody regeneracji kokili w celu odtworzenia pierwotnej geometrii względnie zadanych wymiarów wnęki formy. Regeneracja może się odbywać przykładowo w drodze wybuchowego kształtowania kokili na trzpieniu. Metoda ta jest nie tylko stosunkowo skomplikowana, droga i zanieczyszczająca środowisko, lecz ponadto oznacza deformację zewnętrznego kształtu kokili, co z kolei pociąga za sobą zwiększenie istniejącej na obwodzie kokili szczeliny wodnej, a zatem ma negatywny wpływ na chłodzenie kokili. Ostatnią z wymienionych wad mają również inne znane metody prasowania celem powrotu do pierwotnego kształtu kokili, w których to metodach najpierw ściska się kokilę od zewnątrz, a następnie doprowadza się jej wnękę do pierwotnego wymiaru wewnętrznego poprzez szlifowanie lub frezowanie wewnętrzne.

Z dokumentu JP 63104752 A znany jest sposób galwanicznego powlekania krystalizatora do odlewania ciągłego, w którym katodę stanowi krystalizator, zaś anodę elektroda umieszczona we wnęce krystalizatora, przy czym stosuje się zawierający materiał powłoki elektrolit, który jako nośnik materiału powłoki przepływa w sposób sterowany przez wnękę krystalizatora. Podobny sposób i urządzenie są znane także z opisu US 5 496 463 A.

Wreszcie z opisu EP-A-0 282 759 znane jest doprowadzanie wnęki krystalizatora do odlewania ciągłego do zadanego wymiaru w drodze galwanicznego powlekania powierzchni wewnętrznych, ograniczających wnękę formy. W sposobie tym służącą jako katodę kokilę zanurza się wraz z napełnionym rozpuszczalnymi kawałkami miedzi (kostki, kulki, krążki), umieszczonym we wnęce, dziurkowanym koszem anodowym w kąpieli elektrolitowej (kąpiel na bazie siarczanu miedzi). Przy dopływie prądu stałego zachodzi wytrącanie miedzi z kąpieli elektrolitowej i osadzanie się jej na powierzchniach kokili, przy czym miedź wytrącona z kąpieli elektrolitowej jest zastępowana rozpuszczoną miedzią anodową. W tej galwanicznej metodzie zanurzeniowej osiąga się stosunkowo niskie gęstości prądu, na przykład około 15 A/dm². Jak wiadomo z praktyki, przy galwanicznym powlekaniu zanurzeniowym wnęk form, mających najczęściej wielokątny przekrój, istnieje niebezpieczeństwo, że grubość warstwy w narożach bę dzie niedostateczna, to znaczy, że wynosi ona jedynie około 1/4 do 1/10 grubości warstwy w pozostałych obszarach. Tej nierównomiernej budowie warstw można przeciwdziałać jedynie częściowo za pomocą specjalnej geometrii anody. Oznacza to, że konieczna jest dodatkowa mechaniczna obróbka wykańczająca.

Przy wykonywaniu grubych warstw występuje ponadto niebezpieczeństwo powstawania narożnych mostków zamykających puste przestrzenie, co sprawia, że kokila nie nadaje się do użytku. Kolejna wada galwanicznego powlekania zanurzeniowego polega na tym, że zewnętrzne powierzchnie kokili trzeba pokryć materiałem obojętnym względem obróbki elektrolitycznej.

Celem wynalazku jest zaproponowanie sposobu opisanego na wstępie rodzaju, za pomocą którego można jak najprościej uzyskać lub odtworzyć zadane wymiary wnęki, także w przypadku krystalizatorów do odlewania ciągłego, mających wnękę o przekroju w kształcie wielokąta, bez obawy wystąpienia problemów związanych z narożami wnęki formy. Ponadto powlekane krystalizatory do odlewania ciągłego powinny w miarę możliwości pozostać bez zmian w odniesieniu do swych wymiarów zewnętrznych.

Sposób galwanicznego powlekania krystalizatora do odlewania ciągłego, w którym ograniczające wnękę formy powierzchnie wewnętrzne krystalizatora pokrywa się materiałem powłoki w celu uzyskania lub odtworzenia zadanego wymiaru wnęki, przy czym stosuje się krystalizator jako katodę, umieszczoną we wnęce formy anodę i zawierający materiał powłoki elektrolit, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przez wnękę krystalizatora do odlewania ciągłego przepuszcza się w sposób sterowany elektrolit, służący jako nośnik materiału powłoki, zaś za pomocą prostownika lub temu podobnego urządzenia z funkcją zmiany biegunów zmienia się okresowo kierunek prądu, osiągając przy tym poprzez odpowiedni dobór tej okresowej zmiany równomierne nakładanie warstwy.

Korzystnie, jako materiał powłoki stosuje się miedź, nikiel lub chrom, które dodaje się do elektrolitu w postaci tlenku.

PL 206 254 B1

Korzystnie, stosuje się elektrolit na bazie kwasu metanosulfonowego lub siarkowego względnie elektrolit cyjankowy.

Korzystnie, stosuje się nierozpuszczalną anodę, która może mieć postać anody złożonej, wykonaną z materiału tytanowego, pokrytego platyną lub cermetalem, względnie z ołowiu.

Korzystnie, elektrolit tłoczy się za pomocą pompy do otoczonej wewnętrznymi powierzchniami wnęki, zamkniętej od czoła elementem dolnym oraz górnym, komory reakcyjnej, z niej zaś z powrotem do pompy.

Korzystnie, anoda i/lub krystalizator do odlewania ciągłego osadza się obrotowo wokół ich wzdłużnej osi, umożliwiając obrót podczas powlekania.

Korzystnie, krystalizator do odlewania ciągłego czyści się przed powlekaniem w procesie płukania, zwłaszcza płukania kaskadowego.

Korzystnie, krystalizator do odlewania ciągłego w odniesieniu do powlekania, korzystnie w odniesieniu do płukania, umieszcza się w układzie zamkniętym.

Korzystnie, stosuje się krystalizator do odlewania ciągłego, wykonany z tworzywa metalicznego lub kompozytowego, na przykład miedzi, aluminium, niklu, z tworzywa sztucznego lub kompozytu na bazie tworzywa sztucznego, względnie z tworzywa ceramicznego lub innych materiałów.

Korzystnie, przy użyciu miedzi stosuje się w pierwszym rzędzie dostępny na rynku tlenek miedzi, w którym zbyt wysoką zawartość chloru redukuje się w procesie przemywania/rozpuszczania.

Korzystnie, krystalizator do odlewania ciągłego powleka się wyłącznie lub grubszą warstwą w określonych obszarach, w których podczas pracy występuje większe zużycie.

Korzystnie, materiał powłoki, jak na przykład miedź, nikiel lub chrom, stosuje się jako anodę.

Korzystnie, podczas procesu powlekania prowadzi się cząstki materiału powłoki przez pola elektromagnetyczne tak, że w określonych obszarach, korzystnie w obszarach krawędzi krystalizatora, osadza się tak samo gruba warstwa, jak w obszarach pozostałych.

Sposób według wynalazku, w którym przy użyciu nierozpuszczalnej anody przez wnękę stanowiącego katodę krystalizatora do odlewania ciągłego przepuszcza się w sposób kontrolowany hydrodynamicznie elektrolit, przy czym sam elektrolit dostarcza materiału powłoki, pozwala nakładać zarówno cienką warstwę zużytego materiału z zachowaniem dokładności wymiarów i bez konieczności stosowania obróbki wykańczającej, jak też grubą warstwę (w przypadku której występuje jednak minimalna obróbka wykańczająca), ponieważ budowa warstw odbywa się równomiernie, bez osłabień naroży. Istotną zaletę sposobu według wynalazku stanowi fakt, że przy powlekaniu galwanicznym jedynie wewnętrzne powierzchnie wnęki formy stykają się z elektrolitem, w związku z czym nie ma potrzeby pokrywania zewnętrznych powierzchni krystalizatora do odlewania ciągłego. Ponadto możliwa jest również przerywana zmiana biegunów anoda/katoda, która pozwala na pulsacyjne wytrącanie materiału powłoki i umożliwia oddziaływanie na powłokę.

Jako szczególnie korzystną cechę należy wymienić możliwość utrzymania praktycznie w całym obszarze równomiernych własności mechanicznych, na przykład twardości, zwłaszcza zaś struktury powłoki. Powłokę można nakładać szybciej niż przy użyciu znanych sposobów. Unika się także w dużej mierze tworzenia groszku na powlekanych powierzchniach.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pojedyncza figura przedstawia schemat sposobu.

Na figurze rysunku przedstawione jest schematycznie urządzenie 1, przeznaczone do galwanicznego powlekania odpornym na zużycie materiałem powierzchni wewnętrznych 4, ograniczających wnękę 3 formy instalacji 2 do odlewania ciągłego, w celu osiągnięcia lub odtworzenia zadanego wymiaru wnęki formy. Wnęka 3 formy może mieć przykładowo prostokątny lub kwadratowy przekrój, a zatem być ograniczona czterema powierzchniami wewnętrznymi 4. Mogłoby jednak chodzić także o kokilę o innym kształcie przekroju wnęki (na przykład okrągłym, wielokątnym, wydłużonego wielokąta) lub o kokilę w kształcie „psiej kości”.

Krystalizatorowi 2 do odlewania ciągłego przyporządkowany jest element górny oraz dolny 5, 6, połączone ze sobą przechodzącą przez wnękę 3 anodą 7. Elementy uszczelniające 8, 9 na czołowych powierzchniach krystalizatora 2 do odlewania ciągłego uszczelniają wnękę 3 formy. Także anoda 7 jest osadzona szczelnie w elemencie górnym i dolnym 5, 6, porównaj uszczelki 13, 14. Zarówno element dolny 6, jak też element górny 5 są zaopatrzone w co najmniej jeden, korzystnie w pewną liczbę, otworów 11, względnie 12 (na fig. 1 zaznaczono po jednym z otworów 11, 12), które stanowią otwory wlotowe, względnie wylotowe do wprowadzania względnie odprowadzania elektrolitu 25 do powlekania galwanicznego do stanowiącej komorę reakcyjną wnęki 3 formy, poza tymi otworami szczelnie

PL 206 254 B1 zamkniętej. Elektrolit tłoczy się od dołu za pomocą pompy 16 w sposób kontrolowany hydrodynamicznie z zasobnika 15 przez element dolny 6 do komory reakcyjnej i poprzez przelew (bezciśnieniowo) na elemencie górnym 5 prowadzi się go z powrotem do zasobnika 15, względnie do pompy 16. Do elektrolitu 25 dodaje się w sposób dozowany z pojemnika 18 materiał powłoki w postaci tlenku.

W celu powlekania galwanicznego do źródła 20 prądu stałego podłącza się stanowiący katodę krystalizator 2 do odlewania ciągłego oraz anodę 7 z zaznaczonymi skrzydełkami 7', które to elementy tworzą obwód prądu stałego. Albo elementy uszczelniające 8, 9, albo uszczelki 13, 14 działają równocześnie elektroizolacyjnie. Anoda jest w odniesieniu do kształtu swego przekroju dopasowana do kształtu przekroju wnęki 3 formy. Do wielokątnych wnęk stosuje się odpowiednie pryzmatyczne anody. Anoda jest wykonana w szczególności z materiału tytanowego, pokrytego platyną lub cermetalem, względnie z ołowiu. Może ona również mieć postać anody złożonej. W zasadzie jednak również materiał powłoki, na przykład miedź, nikiel lub chrom, może być zawarty w anodzie, przy czym materiał ten może mieć postać litą lub rozdrobnioną.

Sposób według wynalazku nadaje się do nakładania, przykładowo warstw miedzi, niklu lub chromu. Materiał powłoki dostarczany jest przez sam elektrolit 25. Anoda jako taka jest nierozpuszczalna. Może przy tym chodzić na przykład o pokryte platyną anody z tytanu, anody z blachy Pb, powlekany cermetal i inne materiały. W przypadku elektrolitów zastosowanie mogą znaleźć elektrolity na bazie kwasu metanosulfonowego lub siarkowego, względnie elektrolity cyjankowe. Przy użyciu tych elektrolitów o dużej prędkości przepływu przy intensywnym ruchu elektrolitu można osiągnąć gęstość prądu od 20 do 40 A/dm². Przy zastosowaniu efektywnego hydrodynamicznego sterowania przepływem elektrolitu przez komorę reakcyjną można nakładać zarówno cienkie warstwy odpornego na zużycie materiału z zachowaniem dokładności wymiarów i bez potrzeby przeprowadzania obróbki wykańczającej, jak też grube warstwy (w przypadku której występuje jednak minimalna obróbka wykańczająca), ponieważ budowa warstw odbywa się równomiernie, bez osłabień naroży.

Sposób według wynalazku jest korzystny zwłaszcza w odniesieniu do powłok chromowych, ponieważ właśnie w przypadku chromu przy znanych sposobach powlekania galwanicznego występują problemy związane z nakładaniem powłok w obszarach naroży (warstwa jest 5 do 10 razy cieńsza niż na powierzchniach), zaś chrom można wykańczać jedynie poprzez szlifowanie.

Sposób według wynalazku, w którym sam elektrolit 25 dostarcza materiału powłoki, pozwala także zrealizować pulsacyjne osadzanie materiału powłoki, ponieważ oprócz sterowania hydrodynamicznego możliwa jest przerywana zamiana biegunów anoda/katoda, co z kolei pozwala oddziaływać na proces powlekania.

Istotna zaleta sposobu według wynalazku polega na tym, że przy powlekaniu galwanicznym jedynie wewnętrzne powierzchnie wnęki formy stykają się z elektrolitem 25, w związku z czym nie ma potrzeby pokrywania zewnętrznych powierzchni krystalizatora do odlewania ciągłego.

Anoda i/lub krystalizator do odlewania ciągłego mogą być w zasadzie obrotowe wokół swej wzdłużnej osi, co umożliwia obrót podczas powlekania, a co za tym idzie, lepsze nakładanie powłoki.

Krystalizator 2 do odlewania ciągłego czyści się przed powlekaniem w procesie płukania, zwłaszcza płukania kaskadowego, który to proces nie jest bliżej opisany. Krystalizator jest przy tym w odniesieniu do powlekania, zwłaszcza zaś w odniesieniu do tego płukania, umieszczony w układzie zamkniętym.

Krystalizator do odlewania ciągłego jest wykonany z tworzywa metalicznego lub kompozytowego, na przykład miedzi, aluminium, niklu, z tworzywa sztucznego lub kompozytu na bazie tworzywa sztucznego, względnie z tworzywa ceramicznego lub innych materiałów.

Ponadto można zastosować prostownik, za pomocą którego można zmieniać kierunek prądu celem równomiernego nakładania warstwy.

Przy użyciu miedzi jako materiału powłoki w pierwszym rzędzie stosuje się dostępny na rynku tlenek miedzi, w którym zbyt wysoką zawartość chloru redukuje się w procesie przemywania/rozpuszczania.

Krystalizator 2 do odlewania ciągłego można alternatywnie pokrywać powłoką tylko w określonych obszarach lub pokrywać go grubszą powłoką w tych miejscach, w których podczas pracy ma miejsce stosunkowo duże zużycie, na przykład w obszarze powierzchni kąpieli, w którym obecność pokrycia pociąga za sobą dodatkowe zużycie. W ten sposób osiąga się efektywne nałożenie powłoki. Takie częściowe powlekanie można osiągnąć poprzez częściowe osłonięcie anody lub poprzez wsunięcie nie przewodzących przesłon, względnie za pomocą innych środków.

PL 206 254 B1

Podczas procesu powlekania można wytwarzać za pomocą nie pokazanych bliżej magnesów pola elektromagnetyczne, które tak kierują lub prowadzą cząstki materiału powłoki, że w określonych obszarach, korzystnie w obszarach krawędzi krystalizatora, osadza się tak samo gruba warstwa, jak w obszarach pozostałych.

Wynalazek jest w dostatecznym stopniu ujawniony na podstawie powyższych przykładów wykonania. Można go oczywiście zrealizować także w innych wariantach.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób galwanicznego powlekania krystalizatora do odlewania ciągłego, w którym ograniczające wnękę formy powierzchnie wewnętrzne krystalizatora pokrywa się materiałem powłoki w celu uzyskania lub odtworzenia zadanego wymiaru wnęki, przy czym stosuje się krystalizator jako katodę, umieszczoną we wnęce formy anodę i zawierający materiał powłoki elektrolit, znamienny tym, że przez wnękę (3) krystalizatora (2) do odlewania ciągłego przepuszcza się w sposób sterowany elektrolit (25), służący jako nośnik materiału powłoki, zaś za pomocą prostownika lub temu podobnego urządzenia z funkcją zmiany biegunów zmienia się okresowo kierunek prądu, osiągając przy tym poprzez odpowiedni dobór tej okresowej zmiany równomierne nakładanie warstwy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał powłoki stosuje się miedź, nikiel lub chrom, które dodaje się do elektrolitu (25) w postaci tlenku.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się elektrolit na bazie kwasu metanosulfonowego lub siarkowego względnie elektrolit cyjankowy.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nierozpuszczalną anodę (7), która może mieć postać anody złożonej, wykonaną z materiału tytanowego, pokrytego platyną lub cermetalem, względnie z ołowiu.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że elektrolit (25) tłoczy się za pomocą pompy (16) do otoczonej wewnętrznymi powierzchniami wnęki (3), zamkniętej od czoła elementem dolnym oraz górnym (6, 5), komory reakcyjnej, z niej zaś z powrotem do pompy (16).
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że anodę (7) i/lub krystalizator (2) do odlewania ciągłego osadza się obrotowo wokół ich wzdłużnej osi, umożliwiając obrót podczas powlekania.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krystalizator (2) do odlewania ciągłego czyści się przed powlekaniem w procesie płukania, zwłaszcza płukania kaskadowego.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krystalizator (2) do odlewania ciągłego w odniesieniu do powlekania, korzystnie w odniesieniu do płukania, umieszcza się w układzie zamkniętym.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się krystalizator (2) do odlewania ciągłego, wykonany z tworzywa metalicznego lub kompozytowego, na przykład miedzi, aluminium, niklu, z tworzywa sztucznego lub kompozytu na bazie tworzywa sztucznego, względnie z tworzywa ceramicznego lub innych materiałów.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy użyciu miedzi stosuje się w pierwszym rzędzie dostępny na rynku tlenek miedzi, w którym zbyt wysoką zawartość chloru redukuje się w procesie przemywania/rozpuszczania.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krystalizator (2) do odlewania ciągłego powleka się wyłącznie lub grubszą warstwą w określonych obszarach, w których podczas pracy występuje większe zużycie.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał powłoki, jak na przykład miedź, nikiel lub chrom, stosuje się jako anodę.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas procesu powlekania prowadzi się cząstki materiału powłoki przez pola elektromagnetyczne tak, że w określonych obszarach, korzystnie w obszarach krawędzi krystalizatora, osadza się tak samo gruba warstwa, jak w obszarach pozostałych.