[发明专利]一种单相无磁耐蚀电解铝打壳锤头的制备方法及其产品

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及材料成型技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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/T8492-1987)，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。