[發明專利]一種鋁電解打殼錘頭用合金材料及新型打殼錘頭表面增材的成型工藝

在審

• 申請號: 201710879405.0
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107829039A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 黃仲佳;張聯合
• 申請（專利權）人: 寧國市恒鑄新型材料科技有限公司
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C22C38/30;C22C38/26;C22C38/02;C23C24/10;C23C24/08;C25C3/14
• 代理公司: 合肥廣源知識產權代理事務所(普通合伙)34129
• 代理人: 羅滬光

技術領域

本發明涉及一種鋁電解打殼錘頭用合金材料及新型打殼錘頭增材的成型工藝。

背景技術

目前，電解鋁行業的預焙陽極電解槽均采用中間點式打殼下料方式，用于電解鋁工藝的每臺電解槽，一般設有三至六個打殼錘頭交替打殼下料。中間點式下料就是打殼錘頭擊破電解質表面的堅硬結殼，俗稱“打殼”，形成孔洞，該孔洞俗稱“火眼”，“火眼” 作為氧化鋁投料點和陽極氣體排出的通道，必須要時刻保持其暢通無阻。“火眼” 暢通的保持，就需要控制打殼系統帶動打殼錘頭完成周期性的打殼動作。

目前打殼錘頭所采用的材質時鍛造Q235、鑄造ZG235-270鋼鐵或者高鉻低合金鑄鐵制備，這些材質的鋼硬度低，熔點低，耐磨損性能差，因此壽命較短，每3-4 個月就需要更換一次。為了提高打殼錘頭的使用壽命，專利200610050934.1 設計了以符合GB/T8492-1987 中的牌號ZG30Cr26Ni5或者ZG30Cr20Ni10 鋼為材質的打殼錘頭；專利200910117260.6 發明設計了以稀土高鉻鋼（C 1.5-2.5%,Si 0.5-1.5%,Mn 0.2-1.5%,Cr 25.0-35.0%， P 和S ＜ 0.05%, 混合稀土0.075-0.1%）為材質的打殼錘頭，這兩種材質的共同特點都是提高了錘頭中的Cr 含量，提高了鋼鐵的硬度和熔點。但是，材料磨損性能的提高，不僅需要有一個很高的硬度，還需要具有較高的強度與韌性。同時，防腐蝕性能的提高也是打殼錘頭材料的一個硬指標。

電解槽內的鋁電解質溫度在950 攝氏度左右，打殼錘頭打破電解槽表面殼層下料時，會導致打殼錘頭受鋁電解質高溫腐蝕及磨損，受高溫腐蝕磨損的打殼錘頭大約在使用三個月時間就會成為錐狀體，打殼錘頭的鋼體材料磨損并融化進入鋁液中，并且錐狀體打破殼層的有效面積變小，影響打殼下料效率，因此一般使用3-4個月左右就必須更換新的打殼錘頭。

目前市場現有打殼錘頭由于壽命低、更換頻繁，存在很多弊端：（1）打殼錘頭材料浪費，例如一個300 千安電解鋁的冶煉車間設有160 臺電解槽，每臺電解槽設有6 根打殼錘頭，每根錘頭重量約15 公斤，一次性安裝打殼錘頭為：6 根×160 ＝960根，一年需要更換四次錘頭，每年共需3840根錘頭，合計噸位約57.6噸，一年更換四次打殼錘頭，造成用于打殼錘頭的鋼材消耗量大。（2）拆卸及更換打殼錘頭浪費大量的勞動力。如，一個300 千安電解鋁冶煉車間的打殼錘頭的總重量約為57.6噸，拆卸被磨損的錘頭同時還需再安裝新錘頭，這拆卸和安裝打殼錘頭過程的鋼材總重量約是57.6余噸，導致維修人員勞動強度大，批量更換打殼錘頭還影響正常生產。（3）影響電解鋁的質量品質，打殼錘頭磨損及熔解在電解鋁錠內，使電解鋁錠增加了鋼鐵的含量，對鋁錠的品質也相對有影響。

因此，發明新型打殼錘頭材料及其制備工藝，從而提高打殼錘頭的壽命，將有助降低生產成本，降低生產過程中檢修的工作量，提高電解鋁的質量品質。

發明內容

本發明的目的是針對現有打殼錘頭的材料和制備技術的不足，提供一種高耐磨、高硬度、耐腐蝕、高壽命的打殼錘頭材料及其制備技術。

一種鋁電解用打殼錘頭材料，其組分的重量配比為：鉿 2%-5%，鉻9%-11%，鉬5%-10%，鈷 10%-13%，鈮 2-4%，硼化物12%-25%，碳化鎢15%-25%，碳化鈦8%-10%，碳0.1%-1.5%, 硅 0.5%-1.5%，其余為鐵。

在上述的合金成分中，鉿的加入使得打殼錘頭具有不粘沾鋁液的作用，避免鋁液與打殼錘頭抱團而導致的“火眼”成型難的問題。

上述的合金成分中，鉬、鈷和鈮的加入增強了合金材料的高溫性能，提高打殼錘頭在950℃條件下的高溫硬度，提高其在使用中的高耐磨性能。

上述的合金成分中，碳化硼的加入有效提高打殼錘頭的防腐蝕性能，使得打殼錘頭在鋁液中可以獲得良好的耐腐蝕壽命。

上述合金中碳化鎢和碳化鈦的加入進一步提高打殼錘頭的硬度和耐腐蝕性能，進一步增強打殼錘頭的使用壽命，同時碳化鎢的加入可以降低鉿、鉬、鈷、鈮合金元素的使用，降低材料的成本。

上述鋁電解用打殼錘頭合金材料，材料是以鐵為基體材料，采用高溫高硬合金思路，在鐵基中合金化鉿、鈦、鉬、鈷、鎳及鈮等合金元素，采用碳化鎢和碳化鈦的高硬度、高耐磨性、高防腐性性能進行材料增強，以達到提高了打殼錘頭的使用壽命，延長了更換周期，降低了生產成本和工作量。

由于上述本發明的合金材料價格較高，如果采用傳統的打殼錘頭的鑄造或鍛造方法制備打殼錘頭，成本將十分高昂，不具備性價比優勢。