[摘要]對(duì)結(jié)晶器進(jìn)行表面處理可以大大提高其使用壽命，電鍍技術(shù)是結(jié)晶器表面處理領(lǐng)域的主要表面技術(shù)。分析了連鑄結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展空間，分別從面向產(chǎn)品性能、面向生產(chǎn)、面向用戶的角度闡述了結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向。
    認(rèn)為未來(lái)的連鑄結(jié)晶器表面處理領(lǐng)域，電鍍技術(shù)將同其他表面技術(shù)共同并存、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，電鍍技術(shù)仍將具有很好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。
　　0　引　言
　　連鑄結(jié)晶器是整個(gè)連鑄生產(chǎn)的核心設(shè)備，其質(zhì)量的好壞直接影響鑄坯的質(zhì)量和連鑄機(jī)的作業(yè)率。采用電鍍、熱噴涂等方法對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行改性處理，經(jīng)過(guò)表面處理再制造的結(jié)晶器不僅是對(duì)結(jié)晶器尺寸上的修復(fù)，具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)越耐腐蝕性能、抗磨損性能和抗熱疲勞性能的結(jié)晶器表面功能涂層，還可以大大提高結(jié)晶器表面性能，使得結(jié)晶器的壽命大大延長(zhǎng)，提高了結(jié)晶器的檔次、技術(shù)含量和附加值，同時(shí)也提高了鋼鐵生產(chǎn)的效率和連鑄坯質(zhì)量，節(jié)能節(jié)材[1]。
　　文獻(xiàn)[2-4]介紹了關(guān)于連鑄結(jié)晶器表面處理技術(shù)的研究應(yīng)用進(jìn)展。目前，連鑄結(jié)晶器的表面處理技術(shù)中，仍以電鍍技術(shù)應(yīng)用最為廣泛、成熟可靠。本文對(duì)連鑄結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了探討和展望。
　　1　結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展空間
　　近20年里，表面技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展，尤其是一些新興的表面技術(shù)，例如熱噴涂技術(shù)、激光熔覆技術(shù)、PVD技術(shù)、CVD技術(shù)、堆焊技術(shù)等得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。新興表面技術(shù)的發(fā)展給傳統(tǒng)的電鍍技術(shù)帶來(lái)巨大沖擊，電鍍技術(shù)曾經(jīng)一統(tǒng)表面裝飾與防護(hù)領(lǐng)域的格局被打破，呈現(xiàn)出的是各表面技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)局面。但也正是這種競(jìng)爭(zhēng)局面促進(jìn)了各技術(shù)自身的不斷發(fā)展提高，因此，其結(jié)果是形成了表面技術(shù)整體繁榮的同時(shí)，各表面技術(shù)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域并存發(fā)展的現(xiàn)狀。
　　目前，在結(jié)晶器表面處理領(lǐng)域，電鍍技術(shù)已經(jīng)不再是唯一的表面處理技術(shù)，熱噴涂技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于結(jié)晶器短邊銅板的產(chǎn)業(yè)化，其他表面技術(shù)也處在研發(fā)階段，并且有報(bào)道稱結(jié)晶器長(zhǎng)邊銅板已實(shí)現(xiàn)全陶瓷涂層的工業(yè)化[5]（采用何種技術(shù)獲得的全陶瓷涂層未知）。因此，對(duì)電鍍技術(shù)在結(jié)晶器表面處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景的質(zhì)疑和思考是必然的。
　　電鍍技術(shù)仍然是結(jié)晶器表面處理領(lǐng)域的主要表面技術(shù)。電鍍技術(shù)的最根本技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：它可在低溫（<100℃）鍍液中進(jìn)行，有效避免高溫導(dǎo)致的涂層及基體材料性能的惡化，設(shè)備投資少，生產(chǎn)費(fèi)用低，原材料的利用率高，工藝實(shí)施具有連續(xù)性，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。在這些基本的技術(shù)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)之上，電鍍技術(shù)還可獲得種類繁多的鍍層，在高性能新涂層的開(kāi)發(fā)方面有著巨大的潛力。結(jié)晶器銅板電鍍技術(shù)所得涂層與基體結(jié)合力好，抗冷熱疲勞性能佳，綜合性價(jià)比高。但目前的結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)也存在著沉積速率低，生產(chǎn)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。
　　與電鍍技術(shù)一樣，熱噴涂技術(shù)也是一種十分有效的結(jié)晶器表面處理工藝。結(jié)晶器短邊銅板熱噴涂技術(shù)所得涂層具有耐磨性好、耐腐蝕性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，涂層沉積速率高。但熱噴涂技術(shù)與電鍍技術(shù)相比，其涂層與母材結(jié)合強(qiáng)度低，且由于沉積環(huán)境是高溫環(huán)境，對(duì)工件易產(chǎn)生熱應(yīng)力，引起工件熱變形。為彌補(bǔ)結(jié)合強(qiáng)度和熱應(yīng)力的缺陷，銅板必須進(jìn)行工序較為冗長(zhǎng)的熱處理過(guò)程，經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚淼你~板，其形變矯正比較困難，基材材質(zhì)受到了破壞，需要修復(fù)切削的疲勞層增多，降低了銅板的使用壽命。由于長(zhǎng)邊銅板的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于短邊銅板，因此，這些存在的問(wèn)題將會(huì)被放大。可見(jiàn)，熱噴涂技術(shù)在結(jié)晶器長(zhǎng)邊銅板上的應(yīng)用并不是水到渠成的事情。
　　綜上所述，未來(lái)的結(jié)晶器表面處理領(lǐng)域，電鍍技術(shù)仍將具有很好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景，電鍍技術(shù)將同其他表面技術(shù)共同并存、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
　　2　結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向
　　現(xiàn)代制造業(yè)的流程是對(duì)產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行的，技術(shù)的發(fā)展再也不能僅局限于內(nèi)部制造車間，而應(yīng)是緊隨產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)產(chǎn)品生命周期的結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了分析，見(jiàn)圖1。由圖可見(jiàn)，結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展應(yīng)當(dāng)是從論證設(shè)計(jì)到制造、到用戶使用、再到論證設(shè)計(jì)這樣一個(gè)閉環(huán)的、全面的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展。
　　2.1　面向產(chǎn)品性能
　　結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)從最初的鍍Cr開(kāi)始，目前已經(jīng)逐步形成了鍍Ni、鍍Ni Fe、鍍Ni Co、鍍Co Ni幾種主要鍍層，產(chǎn)品的性能也逐步提高。隨著鋼鐵工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)結(jié)晶器材料表面的性能提出了越來(lái)越高的要求，結(jié)晶器的發(fā)展將繼續(xù)向著具有高機(jī)械強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性、耐磨性和耐腐蝕性能的方向發(fā)展。為適應(yīng)這樣的要求，新的電鍍技術(shù)、新材料必將應(yīng)運(yùn)而生。在電鍍技術(shù)領(lǐng)域，納米復(fù)合鍍技術(shù)[6 7]、脈沖鍍技術(shù)[8]及新型合金鍍技術(shù)[9]的發(fā)展方向與未來(lái)結(jié)晶器的發(fā)展要求十分吻合，在圖2中分析了結(jié)晶器電鍍技術(shù)的發(fā)展歷程與方向，認(rèn)為未來(lái)的結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的發(fā)展將側(cè)重于微、納米復(fù)合鍍、脈沖鍍及新型合金鍍技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。
　　2.2　面向生產(chǎn)
　　在開(kāi)發(fā)鍍層新材料新技術(shù)的同時(shí)，關(guān)注生產(chǎn)過(guò)程中電鍍技術(shù)的改進(jìn)與提高是必要的，如果制造過(guò)程中的成本得不到降低、產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，那么再好的鍍層新材料、新技術(shù)也只能止步于設(shè)想和研發(fā)階段，或者大大降低其附加值，從而失去了競(jìng)爭(zhēng)力。
　　日本三島光產(chǎn)公司開(kāi)發(fā)了連續(xù)降液面電鍍技術(shù)，該技術(shù)可以靈活地在銅板不同水平位置得到不同厚度的鍍層，改變了原有的固定液面電鍍的各處鍍層均厚、造成材料浪費(fèi)的狀況。寶鋼開(kāi)發(fā)了結(jié)晶器銅板帶背板或水箱整體電鍍等技術(shù)，與解體銅板槽浸電鍍方式相比，整體電鍍省去了銅板的拆、裝工序，縮短了生產(chǎn)周期，減少了人工和管理成本。鞍鋼采用組箱臺(tái)式電鍍技術(shù)[10],對(duì)銅板表面實(shí)行按高度分段控制厚度和鈷元素含量，從而減少耗材、實(shí)現(xiàn)了銅板鍍層上軟下硬的特點(diǎn)。
　　連鑄結(jié)晶器銅板在電鍍前需要進(jìn)行除油、浸蝕等前處理過(guò)程，前處理過(guò)程是保證鍍層及鍍層質(zhì)量的關(guān)鍵工序。通常的前處理工藝先是熱堿除油，經(jīng)水洗后再酸洗浸蝕，即除油、浸蝕是分開(kāi)進(jìn)行的，這種方法不僅工藝繁瑣，占地較多，而且清洗用水和化工原料的消耗量較大。隨著針對(duì)電鍍前處理工藝的不斷研究，目前，一步除油浸蝕工藝，即在一槽前處理液中同時(shí)完成除油和浸蝕的工序已經(jīng)成功應(yīng)用于結(jié)晶器銅板電鍍企業(yè)。與分步前處理技術(shù)相比，一步除油浸蝕法的除油、浸蝕效果十分優(yōu)異，所得鍍層的結(jié)合力很好，簡(jiǎn)化了前處理工藝，減少了設(shè)備，節(jié)約了清洗水及一些化工原料。但是目前國(guó)內(nèi)關(guān)于一步除油浸蝕液及工藝的研發(fā)比較薄弱，處理液和處理技術(shù)需要國(guó)外引進(jìn)。因此，從降本增效，節(jié)約能源的角度上講，針對(duì)連鑄結(jié)晶器銅板一步除油、浸蝕工藝的研發(fā)是十分有前景的。
　　2.3　面向用戶
　　許多在用戶現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的問(wèn)題，為電鍍技術(shù)的發(fā)展提供了方向和平臺(tái)。
　　寶鋼某連鑄廠原來(lái)的結(jié)晶器短邊銅板采用正面熱噴涂合金，然后側(cè)邊電鍍Ni,結(jié)果在連鑄生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，正面邊緣的較軟鍍Ni帶十分容易磨損，限制了短邊銅板的使用壽命。為解決這一問(wèn)題，對(duì)銅板采取了先側(cè)邊電鍍，然后正面熱噴涂的方法，對(duì)電鍍工藝作了相應(yīng)的改變。新方法獲得的短邊銅板耐磨損性能提高，使用壽命延長(zhǎng)。寶鋼在為某用戶制造結(jié)晶器銅板時(shí)，采用有限元熱解析技術(shù)分析了用戶的原結(jié)晶器銅板設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其銅板上部1mm的Ni Fe鍍層、水槽設(shè)計(jì)、冷卻水流量不夠合理，在設(shè)計(jì)拉速下彎月面溫度過(guò)高。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步熱解析分析，向用戶提出改用上部0.3mm的Ni Co鍍層、修改原水槽和冷卻水流量設(shè)計(jì)的建議，其中改變鍍層形式的建議得到了用戶的認(rèn)可。
　　面向用戶的結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的發(fā)展相對(duì)比較薄弱，一方面原因在于結(jié)晶器制造技術(shù)與連鑄技術(shù)存在較大的專業(yè)跨度，連鑄現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的工況和管理方式，使得結(jié)晶器制造技術(shù)人員較難掌握各因素對(duì)產(chǎn)品的影響結(jié)果和影響程度，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)入下一階段的產(chǎn)品論證設(shè)計(jì)。另一方面原因在于產(chǎn)品全生命周期信息鏈的缺失或者獲取信息的效率很低，正如圖1中所示，沒(méi)有產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息平臺(tái)這一中間環(huán)節(jié)，技術(shù)人員將無(wú)法獲取全面的產(chǎn)品信息，沒(méi)有數(shù)據(jù)信息作為保障，則很難對(duì)已發(fā)生和將發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析。
　　鑒于以上原因，面向用戶的結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的發(fā)展應(yīng)當(dāng)向外延拓展，與產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域形成交叉。對(duì)于連鑄技術(shù)，其核心工藝是結(jié)晶器內(nèi)的熱交換過(guò)程，因此，掌握結(jié)晶器內(nèi)的熱交換規(guī)律將對(duì)結(jié)晶器銅板及鍍層的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)作用。此外，針對(duì)結(jié)晶器銅板全生命周期信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)是十分有意義的。日本三島光產(chǎn)公司將包括結(jié)晶器銅板的現(xiàn)場(chǎng)使用信息在內(nèi)的產(chǎn)品生命周期信息系統(tǒng)，納入企業(yè)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，不僅有利于管理、營(yíng)銷，還大大促進(jìn)了技術(shù)的研發(fā)。寶鋼也正在積極開(kāi)展此項(xiàng)工作。結(jié)晶器銅板全生命周期信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，將使得電鍍技術(shù)更容易在面向用戶的平臺(tái)上發(fā)展、更利于電鍍技術(shù)與各個(gè)技術(shù)的交互發(fā)展。
　　3　結(jié)　語(yǔ)
　　電鍍技術(shù)因其自身特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和不斷地更新發(fā)展，在未來(lái)的結(jié)晶器表面處理領(lǐng)域，電鍍技術(shù)仍將具有很好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前"景，電鍍技術(shù)將同其他表面技術(shù)共同并存、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。未來(lái)的結(jié)晶器表面電鍍技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展不能僅局限于內(nèi)部制造車間，而應(yīng)是緊隨產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從論證設(shè)計(jì)到制造、到用戶使用、再到論證設(shè)計(jì)這樣一個(gè)閉環(huán)的、全面的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展。