一种应用于连铸结晶器的增材制造结构及增材制造方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种应用于连铸结晶器的增材制造结构及增材制造方法和装置；采用增材制造的方法在连铸结晶器铜质母材表面制造出铜合金或者铜基复合材料增材层形成厚度在10μm‑30mm的增材制造结构。用于所述增材结构的制造装置包括电源、导线或者导电板、铜或者铜合金板或者柱体、容器、液流管道、泵、管坯连铸结晶器。通过液流管道将循环泵和容器相连接。本发明专利技术保证了废旧连铸结晶器经本技术制造后的性能比连铸结晶器新品的性能更优，使用寿命更长。实现了连铸结晶器资源的循环高效利用，大幅度降低材料的冶炼生产成本。适用于各种形状的铜质连铸结晶器，包括板坯连铸结晶器、管坯结晶器、生产非晶的辊式结晶器以及其它形状的异形结晶器。

A kind of added material manufacturing structure and method and device for continuous casting mould

The invention provides an additional material manufacturing structure and a method and device for manufacturing added material used in continuous casting mould, and a copper alloy or a copper matrix composite material added material layer formed on the surface of the copper base material of the continuous casting mould by the method of additional material manufacturing is formed with a thickness of 10 um to 30 mm. The manufacturing device for the material adding structure includes power supply, wire or conductive plate, copper or copper alloy plate or cylinder, container, liquid flow pipeline, pump and billet continuous casting crystallizer. The circulating pump is connected with the container through the liquid flow pipeline. The invention ensures that the performance of the waste continuous casting mould manufactured by the technology is better than that of the new continuous casting mould product, and the service life is longer. The recycling and efficient utilization of continuous casting mould resources has been realized, and the production cost of material smelting has been greatly reduced. It is suitable for copper continuous casting crystallizers of various shapes, including slab continuous casting crystallizer, tube slab crystallizer, roller crystallizer for amorphous production and special shaped crystallizers of other shapes.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于连铸结晶器的增材制造结构及增材制造方法和装置
本技术属于冶金领域，特别涉及一种应用于连铸结晶器的增材制造结构及增材制造方法和装置。
技术介绍
连铸结晶器在冶金行业有着广泛应用。目前，冶金行业使用的结晶器主要有板坯结晶器、管坯结晶器、生产非晶的辊式结晶器和其它形状的异形结晶器，等。熔融态的金属液体在结晶器内结晶并与结晶器相互接触、摩擦，导致结晶器因磨损造成尺寸偏离设计值而失效。具有高导热性能和高耐磨性能的结晶器的使用寿命更长。为此，结晶器的母材均采用具有良好导热性能的铜合金制造。目前，通过在铜质板坯结晶器和铜质管坯结晶器表面电镀一层金属Cr镀层、Ni镀层、Ni-Fe合金镀层、Ni-Co合金镀层等耐磨金属镀层，提高铜质结晶器表面的耐磨性能以延长结晶器的使用寿命。对磨损失效后的结晶器，目前均采用机械加工的方法将磨损面上残留的电镀耐磨金属镀层去除，再次电镀耐磨金属镀层，之后继续使用。在机加工去除磨损后残留的耐磨金属镀层的过程中，也不可避免地去掉了一层与耐磨金属镀层相接的结晶器母材表面的铜合金层。经过几次这样处理后的铜质结晶器，因其母材表面的铜合金层厚度大幅减小而报废。生产非晶的辊式结晶器全部采用铜合金制造。在使用一定时间后，辊式结晶器表面也因磨损掉一定厚度的铜合金层后报废。报废后的结晶器只能作为废铜处理，造成资源的极大浪费，也显著提高了材料的冶炼成本。针对上述问题，本专利技术提出了一种应用于连铸结晶器的增材制造结构及增材制造技术。该技术通过在废旧铜质结晶器母材表面以增材制造的方式制造一层铜合金或者铜基复合材料，不仅将废旧铜质结晶器的尺寸恢复至最初的设计尺寸，而且赋予结晶器更高的硬度及耐磨性能，显著提高结晶器的使用寿命。本专利技术提出的应用于连铸结晶器的铜合金及铜基复合材料增材制造结构及增材制造技术，适用于废旧的板坯结晶器、管坯结晶器、辊式结晶器和其它形状的异形结晶器，以提高结晶器的使用寿命。将本技术用于对尺寸严重低于设计值的失效连铸结晶器母材进行再制造，几乎可以无限期延长连铸结晶器铜质母材的使用寿命。不仅如此，在制造板坯结晶器或者管坯结晶器或者辊式结晶器或者其它形状的异形结晶器新品时，事先在制造的结晶器铜质母材表面预留出适当厚度，用于采用本专利技术提出的增材制造技术制造一层本专利技术提出的铜合金及铜基复合材料增材制造结构层，以此显著提高结晶器新品的使用寿命。
技术实现思路
为了解决目前铜质结晶器母材因尺寸偏离设计值而报废的问题，也为了提高结晶器新品的使用寿命，本专利技术提出了一种应用于连铸结晶器的铜合金及铜基复合材料增材制造结构及增材制造技术。具体技术方案如下：一种应用于连铸结晶器铜质母材的铜合金及铜基复合材料增材制造结构；在连铸结晶器铜质母材表面设置一层铜合金或铜基复合材料增材层；所设置的铜合金层或者铜基复合材料增材层的厚度在10μm-30mm。本专利技术的应用于连铸结晶器铜质母材的铜合金及铜基复合材料增材制造结构的制造方法，其特征是：对于废旧铜质连铸连铸结晶器，采用机加工的方法去除结晶器表面磨损失效的耐磨层，恢复结晶器铜质母材表面的平整结构；采用增材制造的方法在连铸结晶器铜质母材的平整表面制造出铜合金或者铜基复合材料增材层，使连铸结晶器铜质母材的尺寸达到设计尺寸；对于结晶器新品，在制造结晶器新品时，在结晶器铜质母材的与熔融态金属相面对一侧的表面预留出用于增材制造的厚度，之后采用增材制造的方法在该表面制造出铜合金或者铜基复合材料增材层，使结晶器铜质母材的尺寸达到设计尺寸。对于废旧铜质连铸结晶器进行增材制造的具体操作步骤包括：1)采用机加工的方法彻底去除连铸结晶器表面磨损失效的耐磨层，恢复连铸结晶器铜质母材表面的平整结构；2)将连铸结晶器无需进行增材制造的区域进行绝缘处理；3)去除连铸结晶器表面需进行增材制造区域的油污、氧化物及其它附着物；4)将连铸结晶器放置在容器中，在连铸结晶器的需要进行增材制造的表面的相对面处放置与连铸结晶器形状相匹配但不相接触的铜或者铜合金板或者柱体；5)在连铸结晶器需进行增材制造的表面及与其相面对的铜或者铜合金板或者柱体之间有流动的水溶液；6)用导线或导电板将连铸结晶器与电源负极输出端相连接，实现其间的电导通；再用另一根导线或导电板将与连铸结晶器相面对的铜或者铜合金板或者柱体与电源正极输出端相连接实现其间的电导通；7)启动电源，在连铸结晶器需进行增材制造的表面及与其相面对的铜或者铜合金板或者柱体之间的水溶液中形成电场，水溶液中的金属离子或者金属离子和硬质粉体在电场作用下不断沉积到连铸晶器需进行增材制造的表面，最终制造出需要厚度的铜合金或者铜基复合材料增材层，完成连铸结晶器表面铜合金或者铜基复合材料的增材制造过程；8)关闭电源，取出连铸结晶器，清洗掉连铸结晶器表面的残余溶液，去除覆盖在连铸结晶器表面的绝缘材料层；9)采用机械加工的方法，将增材制造后的连铸结晶器表面加工到设计尺寸及光洁度；对连铸结晶器新品铜质母材进行增材制造的具体操作步骤包括：1)在采用非增材制造方法制造的结晶器新品铜质母材的与熔融态金属相面对一侧的表面预留出用于增材制造的厚度；步骤2)—9)与上述对废旧铜质连铸结晶器进行增材制造的具体操作步骤相同。所述的用于连铸结晶器铜质母材增材制造的铜合金是Cu-Zn合金或者Cu-Ni合金或者Cu-Sn合金。所述的用于连铸结晶器铜质母材增材制造的铜基复合材料的基质金属是Cu-Zn合金或者Cu-Ni合金或者Cu-Sn合金或者金属铜；用于连铸结晶器增材制造的铜基复合材料中的硬质粉体是如下粉体中的一种或者一种以上：Al2O3粉体、SiC粉体、石墨烯粉体、Si3N4粉体、TiN、ZrO2粉体、WC粉体、BN粉体、La2O3粉体、碳纳米管；硬质粉体的平均粒径或者内径在2nm-3μm的范围。所述的用于沉积铜合金增材层的水溶液中，含有与铜合金组成相对应的金属的离子；用于沉积铜基复合材料增材层的水溶液中，不仅含有与铜基复合材料中的基质金属组成相对应的金属的离子，还含有与铜基复合材料中的硬质粉体相对应的粉体。所述的用于制造Cu-Zn合金增材层的水溶液中含有Cu2+(或者Cu+)和Zn2+，用于制造Cu-Ni合金增材层的水溶液中含有Cu2+和Ni2+，用于制造Cu-Sn合金增材层的水溶液中含有Cu2+(或者Cu+)和Sn2+；用于制造铜合金增材层的水溶液中，Cu2+或者Cu+的浓度范围在0.04-2mol/L，Zn2+的浓度范围在0.01-0.5mol/L，Ni2+的浓度范围0.05-0.8mol/L，Sn2+的浓度范围在0.01-0.6mol/L。所述的用于制造以Cu-Zn合金为基质金属的铜基复合材料增材层的水溶液中，金属离子为Cu2+(或者Cu+)和Zn2+；用于制造以Cu-Ni合金为基质金属的铜基复合材料增材层的水溶液中，金属离子为Cu2+和Ni2+；用于制造以Cu-Sn合金为基质金属的铜基复合材料增材层的水溶液中，金属离子为Cu2+(或者Cu+)和Sn2+；上述用于制造铜基复合材料的水溶液中所含有的硬质粉体是Al2O3粉体、SiC粉体、石墨烯粉体、Si3N4粉体、ZrO2粉体、TiN、WC粉体、BN粉体、La2O3粉体中的一种或者一种以上；上述用于制造铜基复合材料增材层的水溶液中，Cu2+或者Cu+本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于连铸结晶器铜质母材的铜合金及铜基复合材料增材制造结构；其特征是在连铸结晶器铜质母材表面设置一层铜合金或铜基复合材料增材层；所设置的铜合金层或者铜基复合材料增材层的厚度在10μm‑30mm。

【技术特征摘要】
1.一种应用于连铸结晶器铜质母材的铜合金及铜基复合材料增材制造结构；其特征是在连铸结晶器铜质母材表面设置一层铜合金或铜基复合材料增材层；所设置的铜合金层或者铜基复合材料增材层的厚度在10μm-30mm。2.一种应用于连铸结晶器铜质母材的铜合金及铜基复合材料增材制造结构的制造方法，其特征是：对于废旧铜质连铸结晶器，采用机加工的方法去除连铸结晶器表面磨损失效的耐磨层，恢复结晶器铜质母材表面的平整结构；采用增材制造的方法在连铸结晶器铜质母材的平整表面制造出铜合金或者铜基复合材料增材层，使连铸结晶器铜质母材的尺寸达到设计尺寸；对于连铸结晶器新品，在制造连铸结晶器新品时，在连铸结晶器铜质母材的与熔融态金属相面对一侧的表面预留出用于增材制造的厚度，之后采用增材制造的方法在该表面制造出铜合金或者铜基复合材料增材层，使连铸结晶器铜质母材的尺寸达到设计尺寸。3.如权利要求2所述的方法，其特征是：对于废旧铜质连铸结晶器进行增材制造的具体操作步骤包括：1)采用机加工的方法彻底去除连铸结晶器表面磨损失效的耐磨层，恢复连铸结晶器铜质母材表面的平整结构；2)将连铸结晶器无需进行增材制造的区域进行绝缘处理；3)去除连铸结晶器表面需进行增材制造区域的油污、氧化物及其它附着物；4)将连铸结晶器放置在容器中，在连铸结晶器的需要进行增材制造的表面的相对面处放置与连铸结晶器形状相匹配但不相接触的铜或者铜合金板或者柱体；5)在连铸结晶器需进行增材制造的表面及与其相面对的铜或者铜合金板或者柱体之间有流动的水溶液；6)用导线或导电板将连铸结晶器与电源负极输出端相连接，实现其间的电导通；再用另一根导线或导电板将与连铸结晶器相面对的铜或者铜合金板或者柱体与电源正极输出端相连接实现其间的电导通；7)启动电源，在连铸结晶器需进行增材制造的表面及与其相面对的铜或者铜合金板或者柱体之间的水溶液中形成电场，水溶液中的金属离子或者金属离子和硬质粉体在电场作用下不断沉积到连铸晶器需进行增材制造的表面，最终制造出需要厚度的铜合金或者铜基复合材料增材层，完成连铸结晶器表面铜合金或者铜基复合材料的增材制造过程；8)关闭电源，取出连铸结晶器，清洗掉连铸结晶器表面的残余溶液，去除覆盖在连铸结晶器表面的绝缘材料层；9)采用机械加工的方法，将增材制造后的连铸结晶器表面加工到设计尺寸及光洁度；对连铸结晶器新品铜质母材进行增材制造的具体操作步骤包括：1)在采用非增材制造方法制造的连铸结晶器新品铜质母材的与熔融态金属相面对一侧的表面预留出用于增材制造的厚度；步骤2)—9)与上述废旧铜质连铸结晶器进行增材制造的具体操作步骤相同。4.如权利要求3所述的方法，其特征是用于连铸结晶器铜质母材增材制造的铜合金是Cu-Zn合金或者Cu-Ni合金或者Cu-Sn合金。5.如权利要求3所述的方法，其特征是用于连铸结晶器铜质母材增材制造的铜基复合材料的基质金属是Cu-Zn合金或者Cu-Ni合金或者Cu-Sn合金或者金属铜；用于连铸结晶器增材制造的铜基复合材料中的硬质粉体是如下粉体中的一种或者一种以上：Al2O3粉体、SiC粉体、石墨烯粉体、Si3N4粉体、ZrO2粉体、WC粉体、BN粉体、La2O3粉体、TiN粉体、碳纳米管；硬质粉体的平均粒径或者内径在2nm-3μm的范围。6.如权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭，
申请(专利权)人：德阳深捷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51