專利名稱：鋁電解槽用打殼錘頭及其鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁電解生產(chǎn)打殼裝置 用綞頭材料成份、結(jié)構(gòu)及鑄造技術(shù)。
背景技術(shù)：
在鋁電解過程中，打殼機按一定時間把電解質(zhì)的殼打開，補充一 定數(shù)量的氧化鋁和氟化鋁，保持電解質(zhì)中氧化鋁的濃度和電解質(zhì)的分子比，使 電解過程持續(xù)高效的進行。打殼機是由打殼桿、打殼氣缸、打殼錘頭三部分組 成，打殼桿將打殼氣缸和打殼錘頭連接起來，打殼錘頭與打殼桿通過焊接的方 法連接。人們?yōu)榱私档湾N頭消耗、提高鋁的質(zhì)量、降低勞動強度采取了很多措 施，但現(xiàn)有技術(shù)在不同程度上存在如下問題
① 打殼錘頭在打殼的過程中受到磨損、腐蝕和高溫的作用，目前使用Q235 鍛造、ZG235鑄造的錘頭不含耐蝕、耐磨損、耐高溫的合金元素，壽命僅3 4 個月，材料消耗大，更換頻次高，工作環(huán)境差，勞動強度大。
② 錘頭中的鐵進入鋁液中，使鋁中的鐵元素超標，鋁液的質(zhì)量下降。
③ 鑄造打殼錘頭中由于夾渣及氧化物的存在，加速了錘頭的消耗速度。
④ 目前使用的Q235鍛造、ZG235鑄造的錘頭成本較低，使用時間短；而合 金元素含量高的錘頭使用時間較長，但含有貴重金屬成本高，造成錘頭的性價 比較低。
⑤ 錘頭材料本身凝固溫度區(qū)間寬，易產(chǎn)生縮松，錘頭不致密。 由于上述問題的存在，提高打殼錘頭壽命，降低錘頭消耗，提高鋁液質(zhì)量，
減少錘頭更換頻率，降低勞動強度，改善錘頭內(nèi)在質(zhì)量，提高錘頭的性價比具 有重要的意義。
近年來，國內(nèi)對降低錘頭消耗進行了大量的研究工作，取得了很大的進展， 申請的專利有"鋁電解打殼錘頭"(200610050934. 1 )使用耐熱鋼(ZG30Cr26Ni5、 ZG30Cr20NilO)制成，其在含鉻量高的同時，還含有(5%和10%)的鎳，成本高，還因鉻、鎳含量高，焊接時易產(chǎn)生裂紋。"鋁電解槽用雙金屬抗磨損防溶蝕打
殼錘頭"(CN200420014301.1)采用復合鑄造，上部使用低碳鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼， 下部使用高鉻合金鋼，鑄造工藝過程不易控制，兩部分結(jié)合強度低，隨機性大， 上下兩部分易分離。"預焙陽極鋁電解槽打殼錘頭"(CN200520076577.7)，使 用耐熱合金鋼與丁字型錘柄鑄為一體。上述后兩項專利錘頭端部與打殼桿平面 焊接，結(jié)合強度低，易造成錘頭脫落，且錘頭重?？傮w來看，雖然錘頭選用了 耐熱、耐蝕、耐磨鋼，但都是國家標準金屬材料，不一定完全適合鋁電解的環(huán) 境；高鉻合金鋼碳含量低(約0.3%)，熔煉工藝復雜，易產(chǎn)生鑄造缺陷，影響 錘頭的壽命，造成性價比降低
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種性價比 高，更換周期長的鋁電解槽用打殼錘頭。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種易于焊接且焊接牢固、重量輕、易于生 產(chǎn)的輕型防脫落打殼錘頭。
本發(fā)明的第三個目的在于提供一種輕型防脫落打殼錘頭的鑄造工藝。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
一種鋁電解槽用打殼錘頭，其特征在于該錘頭由稀土高鉻鑄鐵制成，所 述稀土高鉻鑄鐵是將廢鋼、鉻鐵和稀土硅鐵合金經(jīng)配料計算及熔煉后調(diào)整成分
得到，即按重量百分比計量，其成分為碳1.5 2.5%、硅0.5 1.5%、錳0.20 1.5%、鉻25. 0 35. 0%、磷<0. 05°/。、硫< 0. 05%、混合稀土 0. 075 0. 10%，其 它雜質(zhì)《1%，其余為鐵。
一種鋁電解用輕型防脫落打殼錘頭，包括錘頭體，其特征在于所述的錘
頭體中鑲鑄一鋼管，所述鋼管的前段設(shè)有加強連接孔洞，設(shè)有加強連接孔洞的
鋼管前段與錘頭體鑲鑄為一體；鋼管中段及錘頭體共同部分形成一段空腔；鋼 管伸出錘頭體的部分與打殼桿套裝后，采用環(huán)焊和2 4個焊接缺口焊接固定在一起。一種輕型防脫落打殼錘頭的鑄造工藝，其特征在于該打殼錘頭采用側(cè)注 工藝鑄造時，在鋼管中填充型砂，并設(shè)置出氣孔；澆道設(shè)置在由砂型形成的型 腔的一側(cè)，且與型腔連通；將處理好的鐵水或鋼水由澆道澆入型腔、鋼管的前 端及其加強連接孔洞中；澆注完成后，清理澆注系統(tǒng)及鑲鑄鋼管中的填砂。
另一種輕型防脫落打殼錘頭的鑄造工藝，其特征在于該打殼錘頭采用頂 注工藝鑄造時，在鋼管中填充型砂，并在鋼管中設(shè)置澆道與砂型形成的型腔連 通，將處理好的鐵水或鋼水由澆道澆入型腔、鋼管的前端及其加強連接孔洞中； 澆注完成后，清理澆注系統(tǒng)及鑲鑄鋼管中的填砂。
本發(fā)明提供的鋁電解槽用打殼錘頭的材質(zhì)，首次采用稀土高鉻鑄鐵，提高 了錘頭的耐熱、耐蝕、耐磨性，使用性能有以下特點①經(jīng)試驗證明稀土高 鉻鑄鐵錘頭使用壽命在200KA鋁電解槽(電解質(zhì)溫度95CTC) 2、 3號打殼位壽 命300天以上，減少了更換次數(shù)，降低了勞動強度。②稀土高鉻鑄鐵錘頭的使 用使鋁中雜質(zhì)元素鐵的含量比原來降低三倍以上。③稀土高鉻鑄鐵中稀土元素 使鐵水凈化，晶界凈化，二次氧化傾向小，夾雜物數(shù)量減少。④在本成分范圍 內(nèi)的稀土高鉻鑄鐵，凝固溫度低，凝固區(qū)間窄，同時鑲鑄件的使用，產(chǎn)生縮松 的傾向小，錘頭致密。⑤稀土元素和鉻元素的共同作用，使錘頭的耐磨、耐蝕、 耐熱性能提高。
本發(fā)明提供的鋁電解槽用輕質(zhì)防脫落打殼錘頭及其鑄造工藝，首次采用鋼 管鑲鑄，環(huán)焊和缺口焊接相結(jié)合，與傳統(tǒng)的鑲鑄、焊接工藝比較，具有以下特 點①采用鋼管作為鑲鑄件，并且鋼管上設(shè)置了加強連接空洞，錘頭體與鋼管 間鑲鑄結(jié)合牢固，連接強度高，在增加套裝焊接結(jié)構(gòu)的同時，錘頭重量減少10%， 錘頭材料的消耗減少，生產(chǎn)成本低。②加長部分使用鋼管，套裝部位加長，焊 接性能良好，易于實現(xiàn)開口焊接和環(huán)形焊接，焊縫長度增加，打殼桿與錘頭焊 接強度高，使錘頭高合金化易于實現(xiàn)。③錘頭采用砂型頂注或側(cè)注工藝鑄造， 工藝適應性強，易于生產(chǎn)。 本結(jié)構(gòu)、工藝適用于各種打殼錘頭材料，工序少，適應性好，操作方便，易于實施。⑤套裝部分使用成型鋼管，省去了套裝部位 的加工，減少了加工費用。
具體實施例方式
(一)本發(fā)明提供的鋁電解槽用打殼錘頭優(yōu)化材料成分，由稀土高鉻鑄鐵 制成，所述稀土高鉻鑄鐵是將廢鋼、鉻鐵和稀土硅鐵合金經(jīng)配料計算及熔煉后 調(diào)整成分得到，采用中頻電爐或電弧爐熔煉。調(diào)整成分鉻時，可選擇價格最低 的高碳鉻鐵與低碳鉻鐵相配合。下面通過實施例進行進一步說明
實施例l: '
在鐵水成分碳1. 20%、硅0. 5%、錳0. 2%、硫0. 04%、磷0. 034%、鉻33. 1%， 熔煉溫度1480°C，用0.01 0.015%鋁脫氧處理，靜置到144(TC出爐，經(jīng)加入 1.0。/。稀土硅鐵合金FeSiRE23于包中，沖入法處理經(jīng)充分攪拌扒渣，在鐵水表面 覆蓋膨脹珍珠巖后澆注，稀土含量0.075%，稀土硅鐵合金粒度控制在8 20腿， 稀土高鉻鑄鐵錘頭澆注清理后，在880 91(TC保溫3h隨爐冷卻，消除應力退火。 錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間320天。
實施例2:
在鐵水成分碳1. 40%、硅1, 5%、錳1. 5%、硫0, 035%、磷0. 036%、鉻32. 5%， 熔煉溫度150(TC，出爐溫度1460。C，經(jīng)加入0.9%稀土硅鐵合金FeSiRE26，稀 土含量0.08%，處理方法同實施例1，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間 311天。
實施例3:
在鐵水成分碳1. 65%、硅0. 65%、錳0. 45%、硫0. 038%、磷0. 037%、鉻30. 6%、 熔煉溫度149(TC，出爐溫度145(TC，經(jīng)加入0. 80%稀土硅鐵合金FeSiRE29，稀 土含量0. 10%，處理方法同實施例1，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間 323天。
實施例4:在鐵水成分碳1. 78%、硅1. 35%、錳1. 45%、硫0. 033%、磷0. 04%、鉻29. 3%， 熔煉溫度150(TC，出爐溫度145(TC，經(jīng)加入0.55。/。稀土硅鐵合金FeSiRE41，稀 土含量0.083%，處理方法同實施例l，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間 335天。實施例5:在鐵水成分碳1. 90%、硅0. 75%、錳0. 55%、硫0. 039%、磷0. 044%、鉻25. 0%， 熔煉溫度1500。C，出爐溫度145(TC，經(jīng)加入0.85。/。稀土硅鐵合金FeSiRE26，稀 土含量0.078%，處理方法同實施例l，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間 318天。在鐵水成分碳2. 0%、硅O. 95%、錳O. 65%、硫0.043%、磷0. 041%、鉻35%， 熔煉溫度1500。C，出爐溫度1450。C，經(jīng)加入0.95。/。稀土硅鐵合金FeSiRE23，稀 土含量0.088%,處理方法同實施例l，，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時 間335天。實施例7:在鐵水成分碳2. 1%、硅1. 25%、錳0. 76%、硫0. 037%、磷0. 046%、鉻34. 1%， 熔煉溫度1500°C，出爐溫度1460°C，經(jīng)加入1. 0%稀土硅鐵合金FeSiRE23于包 中，稀土含量0.075%，處理方法同實施例l，錘頭裝在2、 3號打殼位后，使用 時間310天。實施例8:在鐵水成分碳2. 30%、硅1. 3%、錳1. 15%、硫0. 046%、磷0. 048%、鉻31. 8%， 熔煉溫度1500。C，出爐溫度145(TC，經(jīng)加入0.9%稀土硅鐵合金FeSiRE26，稀 土含量0.08%，處理方法同實施例1，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間 311天。實施例9:在鐵水成分碳2. 2%、硅1. 4%、錳0. 85%、硫0. 034%、磷0. 041%、鉻26. 6%，熔煉溫度150(TC，出爐溫度145(TC，經(jīng)加入0.80y。稀土硅鐵合金FeSiRE29，稀 土含量0.089%，處理方法同實施例l，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間 313天。在鐵水成分碳2. 4%、硅0. 85%、錳0. 75%、硫0. 028%、磷0. 04%、鉻27. 3%， 熔煉溫度150(TC，出爐溫度145(TC，經(jīng)加入0.50。/。稀土硅鐵合金FeSiRE41，稀 土含量0.095%，處理方法同實施例l，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間 395天。實施例11:在鐵水成分碳2. 5%、硅1. 0%、錳0. 95%、硫0. 037%、磷0. 043%、鉻28. 5%， 熔煉溫度150(TC，出爐溫度145(TC，經(jīng)加入0.75。/。稀土硅鐵合金FeSiRE26，稀 土含量0.083%，處理方法同實施例l，錘頭安裝在2、 3號打殼位后，使用時間 321天。(二)本發(fā)明提供的鋁電解槽用輕型防脫落打殼錘頭結(jié)構(gòu)，通過附圖及實 施例作進一步說明如

圖1所示，本發(fā)明提供的輕型防脫落打殼錘頭實施例中，錘頭體1中鑲 鑄一鋼管2，鋼管2采用標準鋼管，鋼管2的直徑根據(jù)打殼桿3的直徑來確定。 所述鋼管2的前段均勻設(shè)有直徑為20 30mm、數(shù)量為10 20個加強連接孔洞 201，設(shè)有加強連接孔洞201的鋼管2的前段與錘頭體1鑲鑄為一體；鋼管2的 中段及錘頭體1共同部分形成一段空腔；鋼管2伸出錘頭體1的部分插入打殼 桿3中，打殼桿3的管口處設(shè)有2 4個焊接缺口 4，鋼管2伸出錘頭體1的部 分與打殼桿3套裝后，采用環(huán)焊和缺口焊固定在一起，且同時采用銷釘5固定 并焊接。如圖2所示，結(jié)構(gòu)與圖1實施例基本相同，區(qū)別在于打殼桿3的直徑小， 將其插入鋼管2中，鋼管2的管口處設(shè)有2 4個焊接缺口 4。(三)本發(fā)明提供的鋁電解槽用輕型防脫落打殼錘頭結(jié)構(gòu)，可通過以下工 藝實現(xiàn)如圖3所示為打殼錘頭的一種鑄造工藝圖，該打殼錘頭采用頂注工藝鑄造時，在鋼管2中填充型砂，并在鋼管2中設(shè)置與型腔連通的澆道7，將處理好的 鐵水或鋼水由澆道7澆入由砂型6形成的型腔8、鋼管2的前段及其加強連接孔 洞201中，澆注完成后，清理澆注系統(tǒng)及鑲鑄鋼管中的填砂。如圖4所示為打殼錘頭的另一種鑄造工藝圖，該打殼錘頭采用側(cè)注工藝鑄 造時，在鋼管2中填充型砂，并設(shè)置出氣孔，澆道9設(shè)置在由砂型形成的型腔8 的一側(cè)，且與型腔8連通，將處理好的鐵水或鋼水由澆道9澆入型腔8、鋼管2 的前段及其加強連接孔洞201中，澆注完成后，清理澆注系統(tǒng)及鑲鑄鋼管中的 填砂。以上所述的僅是本發(fā)明較佳實施例。'應當指出對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在本發(fā)明所提供的技術(shù)啟示下，還可以做出其它等同變型和改進，均可 以實現(xiàn)本發(fā)明的目的，都應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種鋁電解槽用打殼錘頭，其特征在于該錘頭由稀土高鉻鑄鐵制成，所述稀土高鉻鑄鐵是將廢鋼、鉻鐵和稀土硅鐵合金經(jīng)配料計算及熔煉后調(diào)整成分得到，即按重量百分比計量，其成分為碳1.5～2.5％、硅0.5～1.5％、錳0.20～1.5％、鉻25.0～35.0％、磷＜0.05％、硫＜0.05％、混合稀土0.075～0.10％，其它雜質(zhì)≤1％，其余為鐵。
2、 一種如權(quán)利要求l所述的鋁電解槽用打殼綞頭結(jié)構(gòu)，包括錘頭體，其特征在于所述的錘頭體中鑲鑄一鋼管，所述鋼管的前段設(shè)有加強連接孔洞，設(shè) 有加強連接孔洞的鋼管前段與錘頭體鑲鑄為一體；鋼管中段及錘頭體共同部分 形成一段空腔；鋼管伸出錘頭體的部分與打殼桿套裝后，采用環(huán)焊和2 4個焊 接缺U焊接固定在一起。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁電解槽用打殼錘頭結(jié)構(gòu)，其特征在于所述鋼 管伸出錘頭體的部分與打殼桿焊接固定在一起，還同時采用銷釘固定并焊接。
4、 一種如權(quán)利要求2所述的鋁電解槽用打殼錘頭結(jié)構(gòu)的鑄造工藝，其特征 在于該打殼錘頭采用側(cè)注工藝鑄造時，在鋼管中填充型砂，并設(shè)置出氣孔； 澆道設(shè)置在由砂型形成的型腔的一側(cè)，且與型腔連通；將處理好的鐵水或鋼水 由澆道澆入型腔、鋼管的前端及其加強連接孔洞中；澆注完成后，清理澆注系 統(tǒng)及鑲鑄鋼管中的填砂。
5、 另一種如權(quán)利要求2所述的鋁電解槽用打殼錘頭結(jié)構(gòu)的鑄造工藝，其特 征在于該打殼錘頭采用頂注工藝鑄造時，在鋼管中填充型砂，并在鋼管中設(shè) 置澆道與砂型形成的型腔連通，將處理好的鐵水或鋼水由澆道澆入型腔、鋼管 的前端及其加強連接孔洞中；澆注完成后，清理澆注系統(tǒng)及鑲鑄鋼管中的填砂。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋁電解槽用打殼錘頭的材料、結(jié)構(gòu)及其鑄造工藝，該錘頭由稀土高鉻鑄鐵制成，按重量百分比計量，其成分為碳1.5～2.5％、硅0.5～1.5％、錳0.20～1.5％、鉻25.0～35.0％、磷＜0.05％、硫＜0.05％、混合稀土0.075～0.10％，其它雜質(zhì)≤1％，其余為鐵。其結(jié)構(gòu)是在錘頭體中鑲鑄一鋼管，設(shè)有加強連接孔洞的鋼管前段與錘頭體鑲鑄為一體；鋼管中段及錘頭體共同部分形成一段空腔；鋼管伸出錘頭體的部分與打殼桿套裝后，采用環(huán)焊和缺口焊固定在一起。其工藝采用頂鑄或側(cè)鑄方法。該打殼錘頭具有耐熱、耐蝕、耐磨性；輕型防脫落；工藝適應性強，易于生產(chǎn)等特點。
文檔編號C25D3/12GK101619469SQ200910117260
公開日2010年1月6日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者孟軼英, 張整社, 張明謙, 張勝全, 耿志軍 申請人:蘭州連城隴興鋁業(yè)有限責任公司;蘭州理工大學