专利名称：非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法
技术领域：
本发明涉及炼钢连铸设备的表面修复方法，尤其涉及一种非均厚镀层的连铸结晶 器铜板电镀方法。
背景技术：
随着钢产量和连铸比的逐年增长，对结晶器铜板的消耗也越来大。在结晶器铜板 的修复与制造过程中，结晶器铜板表面镀层材料的消耗大约占了铜板修复成本的80%左 右。因此，在保证结晶器铜板制造工艺的前提下，减少无效的镀层材料的消耗是十分必要和 重要的。结晶器铜板表面镀层的厚度不是均一的，而是在宽度方向上，自上而下厚度逐渐 增加。结晶器铜板在连铸时，其表面上各处所处的连铸工况环境不一样，对表面镀层的厚度 要求也不是单一的。结晶器铜板上部接触的是还没有凝固的、熔融状态的液态钢水，在这样 的环境下，要求铜板或铜管上部镀层要有良好的导热性能，因此，一般在铜板宽度方向上， 距上口约300 400mm范围内镀层的厚度较薄，不超过1mm。而在结晶器铜板的中下部，钢 水由外至里逐渐被冷却凝固，此时铜板接触的是坯壳厚度逐渐增厚的铸坯，该铸坯随着坯 壳的逐渐增厚，铸坯与结晶器铜板之间的摩擦力也逐渐增大，因此，要求结晶器铜板下部镀 层为一段或多段、厚度渐渐增加的镀层，以增强镀层的耐磨损性能。结晶器铜板经过电镀后得到的理想的电镀层形式，应当是与产品镀层仿形的镀 层。但是由于设备和技术的限制，目前对结晶器铜板的电镀有两种，一种就是按铜板镀层最 厚的尺寸来电镀整块铜板，然后再通过机加工，将多余的镀层材料加工掉，最终得到产品镀 层；另一种方法是将铜板分为上下两部分电镀，当铜板上部达到镀层厚度要求后，采用人工 将镀槽的降液面阀门打开，使得液面降到排液阀的高度，露出液面的铜板上部不再电镀，下 部继续电镀，直到达到最厚镀层尺寸要求。这种两段式的方法只能有效节约上部镀层的浪 费，但对于下部产品需求的非均厚镀层无法实现，其浪费情况无法解决，也不够灵活，不能 随着镀层厚度的变化而变化。现有的这两种不考虑铜板镀层各处不均厚的做法，将会造成 大量不实用镀层的产生和最终浪费。技术方案本发明所要解决的技术问题是提供一种非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法， 利用本方法可以获得产品所需求的在宽度方向上，自上而下厚度逐渐增加的镀层，减少产 品不需要镀层的产生导致的材料浪费，降低结晶器铜板制造成本。此外还可以减小电镀电 能的消耗。为解决上述技术问题，本发明非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法包括如下步 骤步骤一、将镀前已处理完毕的结晶器铜板垂直安装就位于电镀槽内，所述铜板与 镀液全面积接触，开始电镀，即对铜板全面积进行电镀，电流密度设为1 20A/dm2 ；步骤二、当步骤一中电镀的时间达到所述铜板上部镀层厚度0. 1 1. 5mm所需的
3电镀时间后，通过电镀槽中的液位传感器和PLC系统连续精确调控电镀槽排液阀开度，实 现电镀槽内液位以设定的速率Kn连续的降液面，同时通过PLC系统使电镀电流按照A I规 律发生变化，&和A I的函数关系式分别如下Kn = hn/tnA I = inX (S-AhXlc)n表示在结晶器铜板的宽度方向上，镀层厚度具有同一线性变化规律的各段编号， 即 n = 1，2，3，......&表示液位位于铜板的第n段区间里时，液位降低的速率，即单位时间里液位发生 的位移；hn表示铜板的第n段区间的距离长度，也是液位在第n段区间里发生的位移；tn表示在铜板的第n段区间里，液位位移所消耗的时间；Ah表示电镀过程中当前液位与铜板上边沿的位移；A I表示电镀过程中当前所需的电镀电流值；、表示在铜板的第n段区间里，电镀电流密度值；S表示当前结晶器铜板的总面积；1。表示当前结晶器铜板的长度；步骤三，电镀过程，控制程序由n = 1开始，当液位完成hn的设定位移后，电镀过 程，即控制程序进入n+1阶段，此后依次进行，直到最后的hn完成后，镀液液位降至铜板底 边下沿，电镀完毕。上述步骤二中，为得到产品镀层，需要首先设定的参数为n，hn，tn，in，S，1。，上述铜板在第n段区间的距离长度hn的值设为1 1200mm。上述铜板在第n段区间里，液位位移所消耗的时间tn = 8n/Uc式中Sn表示为达到产品镀层最终厚度要求，在权利要求1所述步骤二中，在铜板 的第n段，需要电镀的镀层最大厚度，其值为0 4mm ；U。为某镀种单位时间里，在设定的in电流密度下所电镀出镀层的厚度，该值为固 定的常数，可以通过数据常数表查得或是实验获得。上述铜板在第n段区间里时，液位降低的速率&的取值范围为
，Kn = 0时， 则hn = 0，此时液面保持稳定，液位不发生变化；Kn =⑴时，则tn = 0，此时液面以系统所能 达到的最快速度下降。上述铜板在第n段区间里，电镀电流密度值in设为1 20A/dm2。本方法首先在做好结晶器铜板镀前的准备工作后，将铜板垂直设于电镀槽内并全 面积与镀液接触，对铜板进行全面积电镀。当铜板的上部区域较薄镀层达到产品尺寸要求 后，采用减少电镀槽镀液降低液面的方法，使铜板与镀液液位发生相对位移，即液位向铜板 下边缘移动，使得已经达到尺寸要求的镀层与镀液分离，不再进行电镀，只继续对铜板下面 厚镀层区域进行电镀，以增加铜板镀层厚度。通过电镀槽中的液位传感器和PLC系统连续 精确调控电镀槽排液阀开度，从而实现调控液位以设定的速率连续的降液面，直到液位至 铜板下边缘，铜板下部厚度层达到产品镀层尺寸要求后，电镀结束。在上述降液面过程的同 时，由于电镀面积减小，需要根据电镀工艺要求，通过PLC系统相应调整电镀电流。本发明着眼于结晶器铜板所需求的镀层不是均厚镀层，而是宽度方向上，自上而下厚度逐渐增加这一特点，通过降液面的方法使液位与铜板发生相对位移，使得镀液与镀 层厚度已经达到要求的区域分离，不再进行电镀。从而避免了原有的电镀方法，按铜板镀 层最厚的尺寸来电镀整块铜板所造成的大量不实用镀层的产生和最终浪费。利用本方法可 以获得与结晶器铜板产品需求镀层形状相似的仿形镀层，减少产品不需要镀层的产生导致 的材料浪费，降低结晶器铜板制造或修复成本。此外由于本发明实施过程中，与原有方法相 比，电镀面积不断在减小，施镀的电流值也不断在减小，因此电能的消耗将显著减小。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明图1为本发明第一实施例的铜板镀层示意图，图2为本发明第二实施例的铜板镀层示意图。
具体实施例方式本发明非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法采用如下步骤实现步骤一、将镀前已处理完毕的结晶器铜板垂直安装就位于电镀槽内，所述铜板与 镀液全面积接触，开始电镀，即对铜板全面积进行电镀，电流密度设为1 20A/dm2 ；步骤二、当步骤一中电镀的时间达到所述铜板上部镀层厚度0. 1 1. 5mm所需的 电镀时间后，通过电镀槽中的液位传感器和PLC系统连续精确调控电镀槽排液阀开度，实 现电镀槽内液位以设定的速率Kn连续的降液面，同时通过PLC系统使电镀电流按照A I规 律发生变化，&和A I的函数关系式分别如下
_7] Kn = hn/tnA I = inX (S-AhXlc)n表示在结晶器铜板的宽度方向上，镀层厚度具有同一线性变化规律的各段编号， 即 n = 1，2，3，......&表示液位位于铜板的第n段区间里时，液位降低的速率，即单位时间里液位发生 的位移；hn表示铜板的第n段区间的距离长度，也是液位在第n段区间里发生的位移；tn表示在铜板的第n段区间里，液位位移所消耗的时间；Ah表示电镀过程中当前液位与铜板上边沿的位移；A I表示电镀过程中当前所需的电镀电流值；in表示在铜板的第n段区间里，电镀电流密度值；S表示当前结晶器铜板的总面积；1。表示当前结晶器铜板的长度；步骤三，电镀过程，控制程序由n = 1开始，当液位完成hn的设定位移后，电镀过 程，即控制程序进入n+1阶段，此后依次进行，直到最后的hn完成后，镀液液位降至铜板底 边下沿，电镀完毕。上述步骤二中，为得到产品镀层，需要首先设定的参数为n，hn，tn，in，S，1。，上述铜板在第n段区间的距离长度hn的值设为1 1200mm。上述铜板在第n段区间里，液位位移所消耗的时间tn = 8n/Uc
式中Sn表示为达到产品镀层最终厚度要求，在权利要求1所述步骤二中，在铜板 的第n段，需要电镀的镀层最大厚度，其值为0 4mm ；U。为某镀种单位时间里，在设定的in电流密度下所电镀出镀层的厚度，该值为固 定的常数，可以通过数据常数表查得或是实验获得。上述铜板在第n段区间里时，液位降低的速率&的取值范围为
，Kn = 0时， 则hn = 0，此时液面保持稳定，液位不发生变化；Kn =⑴时，则tn = 0，此时液面以系统所能 达到的最快速度下降。上述铜板在第n段区间里，电镀电流密度值in设为1 20A/dm2。本方法可通过如下的具体方法实施实施例一外形尺寸为2030mmX900mm的结晶器铜板，镀层为Ni_Co，镀层和基体的截面如图 1所示。图1中区域1表示铜板的铜基体，区域2表示产品所需镀层。镀层要求在宽度方向 上A到B上部0 300mm段镀层厚度为均厚的0. 4mm,下部B到C，即300 900mm段为由 0. 4mm至2. 0mm的厚度均勻连续增加的梯形镀层。步骤一、将镀前处理已完毕的结晶器铜板，垂直安装就位于电镀槽内。将电镀槽的 排液底阀置于关闭状态，镀液采用循环泵从镀液存储槽输至电镀槽，然后从电镀槽的溢流 口溢流返回存储槽，镀槽的镀液液位处于最高位。此时铜板全面积与镀液接触。开始电镀， 即对铜板全面积进行电镀，电流密度为2. 5A/dm2。步骤二、当步骤一中电镀的时间达到产品要求的上部A到B段镀层厚度0. 4mm所 需的电镀时间后，在本例电镀条件下镀速为0. 03mm/小时，则电镀时间为14小时。根据产 品镀层的尺寸需求，首先设定以下参数:n, hn，tn，in，S, 1。，产品镀层在结晶器铜板的宽度方向上，有2段厚度具有同一线性变化规律(相同 斜率)的镀层，即AB和BC段，则n = 2 ；如图1可知h! = 300謹；h2 = 600謹，电镀电流密度设定为h = i2 = 2. 5A/dm2，确定tn，由tn = S n/ y。确定，其中由图1可知S工=0 ; S 2 = 1. 6_ ；本实施例 条件下，Ni-Co镀种，= i2 = 2. 5A/dm2电镀条件下，P。= 0. 03mm/小时，则可得出、= 0，t2 = 53 小时。S = 1. 827m2 ； lc = 2. 03m ；上述参数确定好后，电镀过程中的Kn和A I的值也确定，Kn = hn/tn，即电镀进程第一段，即n = 1时，& = 300/0 =⑴，在该段，电镀槽的排液阀全开，液 位以最快的速度下降。当液位降至300_后，电镀进程进入第2段，即n = 2时，K2 = 600/53 = 11. 3mm/ 小时，在该段，通过电镀槽中的液位传感器和PLC系统连续精确调控电镀槽排液阀开度，从 而实现以11. 3mm/小时的速率连续的降液面，同时通过PLC系统，使电镀电流按照AI = inX(s-AhXlc)的规律进行调控。当最后的112 = 600mm，液位位移完成后，镀液液位降至 铜板底边下沿，电镀完毕。得到如图1中区域2所示的镀层。图1中轮廓3所示的镀层为原有的两段式电镀方法所得镀层，与原方法相比，本例 中如图1所示，区域4为节约的镀层材料，约节材近四分之一，电能消耗减少近四分之一。
实施例二待镀结晶器铜板外形尺寸同实施例一。镀层为Ni，镀层和基体的截面如图2所示。 图2中区域1表示铜板的铜基体，区域2表示产品所需镀层。镀层要求在宽度方向上铜板上 部A到B段0 300mm镀层厚度为均厚的0. 4mm,中部B到C段，即300 600mm为由0. 4mm 至1. 5mm的厚度均勻连续增加的梯形镀层，下部C到D段，即600 900mm为由1. 5mm至 2. 2mm的厚度均勻连续增加的梯形镀层。步骤一、将镀前处理已完毕的结晶器铜板，垂直安装就位于电镀槽内。将电镀槽的 排液底阀置于关闭状态，镀液采用循环泵从镀液存储槽输至电镀槽，然后从电镀槽的溢流 口溢流返回存储槽，镀槽的镀液液位处于最高位。此时铜板全面积与镀液接触。开始电镀， 即对铜板全面积进行电镀，电流密度为4. OA/dm2。步骤二、当步骤一中电镀的时间达到产品要求的铜板上部A到B段镀层厚度0. 4mm 所需的电镀时间后，在本例电镀条件下镀速为0. 05mm/小时，则电镀时间为8小时。根据产 品镀层的尺寸需求，首先设定以下参数:n, hn，tn，in，S, 1。，产品镀层在结晶器铜板的宽度方向上，有3段厚度具有同一线性变化规律(相同 斜率)的镀层，即 AB，BC 禾口 CD 段，贝丨」n = 3 ；则、=300mm ;h2 = 300mm, h3 = 300mm电镀电流密度设定为ii = i2 = 2. 5A/dm2，i3 = 4. OA/dm2确定tn，由tn = S n/ y c确定，得S丄=0 ; S 2 = 1. 1讓，S 3 = 1. 8讓；本实施例 条件下，Ni镀种，= i2 = 2. 5A/dm2电镀条件下，uc = 0. 03mm/小时，i3 = 4. OA/dm2电镀 条件下，ii。= 0. 05mm/小时，则可得出、=0，t2 = 37小时，t3 = 36小时S = 1. 827m2 ； lc = 2. 03m ；上述参数确定好后，电镀过程中的Kn和A I的值也确定。Kn = hn/tn，即电镀进程第一段，即n = 1时，& = 300/0 =⑴，在该段，排液阀全开，液位以最快 的速度下降。当液位降至300mm后，电镀进程进入第2段，S卩n = 2时，K2 = 300/37 = 8. 1mm/ 小时，在该段，通过电镀槽中的液位传感器和PLC系统连续精确调控电镀槽排液阀开度，从 而实现以8. 1mm/小时的速率连续的降液面，同时通过PLC控制系统，使电镀电流按照AI =inX (S-AhXl。)的规律进行调控。当第2段的电镀进程液位完成h2 = 300mm后，电镀进程进入第3段，S卩n = 3时， K2 = 300/36 = 8. 3mm/小时，在该段，通过电镀槽中的液位传感器和PLC系统连续精确调控 电镀槽排液阀开度，从而实现以8. 3mm/小时的速率连续的降液面，同时通过PLC系统，使电 镀电流按照AI = inX (S-AhXl。)的规律进行调控。当液位位移完成最后的、=300mm 后，镀液液位降至铜板底边下沿，电镀完毕。得到如图2中区域2所示的镀层。图2中轮廓3所示的镀层为原有的两段式电镀方法所得镀层，与原方法相比，本例 中如图2所示，区域4为节约的镀层材料，约节材近四分之一，电能消耗减少近四分之一。
权利要求
一种非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法，其特征在于本方法包括如下步骤步骤一、将镀前已处理完毕的结晶器铜板垂直安装就位于电镀槽内，所述铜板与镀液全面积接触，开始电镀，即对铜板全面积进行电镀，电流密度设为1～20A/dm2；步骤二、当步骤一中电镀的时间达到所述铜板上部镀层厚度0.1～1.5mm所需的电镀时间后，通过电镀槽中的液位传感器和PLC系统连续精确调控电镀槽排液阀开度，实现电镀槽内液位以设定的速率Kn连续的降液面，同时通过PLC系统使电镀电流按照ΔI规律发生变化，Kn和ΔI的函数关系式分别如下Kn＝hn/tnΔI＝in×(S-Δh×lc)n表示在结晶器铜板的宽度方向上，镀层厚度具有同一线性变化规律的各段编号，即n＝1，2，3，......Kn表示液位位于铜板的第n段区间里时，液位降低的速率，即单位时间里液位发生的位移；hn表示铜板的第n段区间的距离长度，也是液位在第n段区间里发生的位移；tn表示在铜板的第n段区间里，液位位移所消耗的时间；Δh表示电镀过程中当前液位与铜板上边沿的位移；ΔI表示电镀过程中当前所需的电镀电流值；in表示在铜板的第n段区间里，电镀电流密度值；S表示当前结晶器铜板的总面积；lc表示当前结晶器铜板的长度；步骤三，电镀过程，控制程序由n＝1开始，当液位完成hn的设定位移后，电镀过程，即控制程序进入n+1阶段，此后依次进行，直到最后的hn完成后，镀液液位降至铜板底边下沿，电镀完毕。
2.根据权利要求1所述的非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法，其特征在于为得 到产品镀层，需要首先设定的参数为n，hn，tn，in，S，lc,
3.根据权利要求1所述的非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法，其特征在于铜板 在第η段区间的距离长度hn的值设为1 1200mm。
4.根据权利要求1所述的非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法，其特征在于铜板 在第η段区间里，液位位移所消耗的时间tn = δ η/ μ。式中八表示为达到产品镀层最终厚度要求，在权利要求1所述步骤二中，在铜板的第 η段，需要电镀的镀层最大厚度，其值为0 4mm ；μ。为某镀种单位时间里，在设定的in电流密度下所电镀出镀层的厚度， 该值为固定的常数，可以通过数据常数表查得或是实验获得。
5.根据权利要求1所述的非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法，其特征在于铜板 在第η段区间里时，液位降低的速率Kn的取值范围为
，Kn = 0时，则hn = 0，此时液 面保持稳定，液位不发生变化；Kn =⑴时，则tn = 0，此时液面以系统所能达到的最快速度下 降。
6.根据权利要求1所述的非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法，其特征在于铜板 在第η段区间里，电镀电流密度值in设为1 20A/dm2。
全文摘要
本发明公开了一种非均厚镀层的连铸结晶器铜板电镀方法，首先对铜板进行全面积电镀，当铜板的上部区域较薄镀层达到产品尺寸要求后，通过电镀槽中的液位传感器和PLC系统连续精确调控排液阀开度，将镀槽内液位高度按工艺要求向下降低，使铜板与镀液液位发生相对位移，液位向铜板下边缘移动，使得已经达到尺寸要求的镀层与镀液分离，不再进行电镀，只继续对下面厚镀层区域进行电镀，以增加厚度。在上述降液面过程的同时，根据电镀工艺要求，通过PLC控制系统相应调整电镀电流。本发明可以实现结晶器铜板镀层不是均厚镀层，而是宽度方向上，自上而下厚度逐渐增加这一特性，与原有的电镀方法相比，镀层材料和电能的消耗显著减小。
文档编号C25D5/16GK101845648SQ20091004809
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者侯峰岩, 张俊杰, 赵才昌, 陈惠民 申请人:上海宝钢设备检修有限公司