一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头的制备方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头的制备方法及其产品，属于材料成型技术领域。本发明专利技术采用双液铸造法制备电解铝打壳锤头，具体为：制作消失模型腔，进行碳化处理，并测定残碳量；将奥氏体不锈钢成分熔化并混合，将Q235钢熔化；将熔化后的奥氏体不锈钢液体和Q235钢液体导入到消失模型腔中，冷却后得到单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头。本发明专利技术生产工艺简单、双液界面结合性好、抗铝液腐蚀能力强、生产成本低、电磁感应产热少、电阻产热小，较小的锤头损耗还保证了原铝纯度。该方法制备的电解铝打壳锤头使用寿命为24～26个月，提高了生产效率，降低了电解铝成本。降低了电解铝成本。降低了电解铝成本。

【技术实现步骤摘要】
一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头的制备方法及其产品


[0001]本专利技术涉及材料成型
，特别是涉及一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头的制备方法及其产品。

技术介绍

[0002]电解铝就是通过电解得到的铝，现代电解铝工业生产采用冰晶石
‑
氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阴阳极，通入强大的直流电后，在950℃～970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。在电解过程中，电解质表面由于温度低容易凝固成壳体，影响加料以及出铝的过程，在加料和出铝的过程中需要将表面电解质壳击碎。击碎电解质壳体通常采用截面为圆形或者矩形的金属锤头，金属锤头一般采用普通Q235钢、A3钢或者45#钢。
[0003]电解槽中打壳用的锤头作为预焙阳极铝电解槽自动下料系统的重要部件之一，也是电解铝生产中的关键易损部件。这是由于锤头工作环境恶劣：
①
需要不断周期性的打开电解质壳面，进行电解原料的添加，所击打的电解质壳体为Al2O3，具有高硬度和耐磨性，锤头极易磨损；
②
电解池中的电解质处于高温熔融状态，极易产生熔盐及铝液腐蚀；
③
高温使得普通钢材质极易软化；
④
电解过程中有极强的电场和磁场会使得锤头的温度更易升高，氧化、腐蚀及磨损现象更加突出。这些综合因素使得锤头材料不断损失，最后因锤头端部尺寸减小，形成“铅笔尖”形状而失效。采用普通钢材质的锤头在这种恶劣的工作条件下使用寿命一般仅仅为3～4个月，这就会使打壳锤头的更换和维修更加频繁，这种情况一方面加重锤头的投入，加重工作人员的劳动强度，降低电解槽保温效果，同时使得生产周期增长，大大增加了企业的生产成本；另一方面消耗的锤头材料进入铝液，造成铝液中Fe等杂质含量过高，造成原铝品质下降。
[0004]为了解决存在的问题，人们也做了很多工作，技术人员从壳体的结构以及控制方法角度出发，进行一定的结构及控制方式创新，如CN200420032940.0“铝电解打壳装置打击锤头”和CN200420060104.3“整体可拆式打壳装置”，针对维护及更换的工作量问题，提供了安装、拆卸、维修方便的打壳装置。该方法并不能从根本上解决锤头的腐蚀问题，只是方便了锤头的更换。从材质角度CN201710879405.0“一种铝电解打壳锤头用合金材料及新型打壳锤头表面增材的成型工艺”公开一种铝电解用打壳锤头增材用合金材料，其组分按照重量配比为铪2％～5％、铬9％～11％、钼5％～10％、钴10％～13％、铌2％～4％、硼化物12％～25％、碳化钨20％～30％、碳化钛8％～10％、碳0.1％～1.5％、硅0.5％～1.5％，其余为铁。这种增材合金具有高耐磨、高硬度。CN200610050934.1“铝电解打壳锤头”锤头材质改为耐热钢铸件(GB/T8492
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1987)，牌号ZG30Cr26Ni5或ZG30Cr20Ni10，或耐热铸铁件(GB9437
‑
88)，牌号RQTA15Si5或RQTA122，寿命相应延长。从材质角度虽然能够相应延长使用寿命，但是腐蚀问题依然存在，这主要是基于材质均为磁性材质，而电解过程中的磁场，引发的电磁感应产生的热量，使得锤头温度升高，引发铝液腐蚀并不能得到解决。综合以上方案中提到的改变结构、改善装置、增材制造以及改变材质等方法不能解决腐蚀问题，价格又比较高，
均未从根本上解决磁场加热的腐蚀问题。同时由于铝液温度高达900℃以上产生的热传导，磁场产生的热以及电解池中电流在锤头产生的电阻热，相互叠加，造成锤头温度的迅速升高，铝液腐蚀更加严重。
[0005]针对现有技术存在的问题，根据工况条件进行深入分析，发现电解池每昼夜打壳气缸动作700次左右，平均2分钟敲击一次，每次浸泡在930～950℃左右的电解质中2～3秒。单从与电解质的短暂接触，以及温度的升高，基本不会造成如此强烈的热氧化与腐蚀。造成这种腐蚀的另一个重要原因是磁场的产生。这是基于电解铝过程中产生的为强磁场，并且电解质不均匀，磁场产生变化，再加上锤头在磁场中不断往复运动，产生的类似电磁感应加热的效果。再者电解质中强烈的电流，产生的电阻热是使得锤头温度升高的第三个原因。三种加热原因的叠加，使得锤头温度极易升高，从而引发强烈的热氧化以及铝液腐蚀。因此，研发一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头十分必要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头的制备方法及其产品。现有技术中，针对锤头的安装、维修、控制以及拆卸方面做的工作比较多，但是这不能从根本解决锤头的腐蚀损耗问题；也有部分研究了锤头材质的改良，但是成本比较高，另外对锤头损耗的本质针对性不强。鉴于此，针对锤头损耗的本质，克服了以上问题，得到一种低成本单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头。本专利技术采用双液铸造，锤头下半部分为奥氏体不锈钢，上半部分为普通钢，该锤头没有磁性、导电性好，具有成本低、使用寿命长等优点。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]本专利技术目的之一是提供一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)采用消失模铸造的方式，按照锤头的标准尺寸(尺寸为直径90mm，长度420mm)，制作消失模型腔，在保护气氛下进行碳化处理，并测定残碳量；
[0010](2)将奥氏体不锈钢成分熔化并混合得到奥氏体不锈钢液体，将Q235钢(低碳钢)熔化得到Q235钢液体；
[0011](3)将奥氏体不锈钢液体导入到消失模型腔中，再将Q235钢液体导入到消失模型腔中，冷却后取出，得到单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头。
[0012]进一步地，步骤(1)中，所述消失模型腔的上部分呈现部分中空结构，上部中空结构占上部分总体积的40～50％。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述消失模型腔的制作原料为可发性聚苯乙烯树脂珠粒(EPS)、可发性甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚树脂珠粒(STMMA)和可发性聚甲基丙烯酸甲酯树脂珠粒(EPMMA)中的一种或多种组合。
[0014]进一步地，步骤(1)中，所述残碳量的测定为：准确称量消失模型腔的质量，碳化处理后称量其质量，计算得到残碳量。
[0015]进一步地，步骤(1)中，所述保护气氛为高纯氩气，所述碳化处理在管式气氛炉中进行，碳化处理的温度为1000～1500℃，时间为1～3h。
[0016]进一步地，步骤(2)中，所述奥氏体不锈钢成分，按照质量分数计算为：C：≤
0.08％、Si：≤1.00％、Cr：18.00
‑
20.00％、Mn：≤2.00％、Ni：8.00
‑
11.00％、P：≤0.045％、S：≤0.030％，其余含量为纯铁粉。
[0017]进一步地，所述奥氏体不锈钢成分的各元素采用金属颗粒或者粉末，纯度要求均为99.9％，所述C的加入量需要减去消失模型腔的残碳量，避免碳含量超过设定值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制作消失模型腔，在保护气氛下进行碳化处理，并测定残碳量；(2)将奥氏体不锈钢成分熔化并混合得到奥氏体不锈钢液体，将Q235钢熔化得到Q235钢液体；(3)将奥氏体不锈钢液体导入到消失模型腔中，再将Q235钢液体导入到消失模型腔中，冷却后取出，得到单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述消失模型腔的上部分呈现部分中空结构，中空结构占上部分总体积的40～50％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述消失模型腔的制作原料为EPS、STMMA和EPMMA中的一种或多种组合。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述保护气氛为氩气，所述碳化处理在管式气氛炉中进行，碳化处理的温度为1000～1500℃，时间为1～3h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述奥氏体不锈钢成分，按照质量分数计算为：C：≤0.08％、Si：≤1.00％...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国强，张艳华，王雷，董伟，赵美娜，
申请(专利权)人：阜新祥远铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：