CN103014770A

CN103014770A - 一种铝电解槽用打壳锤头的制造方法

Info

Publication number: CN103014770A
Application number: CN2012105340265A
Authority: CN
Inventors: 孙少波; 吴建宁; 谢宏; 李春林; 邓绍海; 张国栋; 曹红美
Original assignee: QINGTONGXIA ALUMINIUM GROUP CO Ltd; Wuhan University WHU
Current assignee: QINGTONGXIA ALUMINIUM GROUP CO Ltd; Wuhan University WHU
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: CN103014770B

Abstract

本发明涉及一种打壳锤头的制造方法，尤其是涉及一种铝电解槽用打壳锤头的制造方法，该方法为通过锻造工艺加工成一定尺寸的Q235钢锤头基体、对Q235钢锤头基体进行表面清理和预热等表面预处理，用螺钉、螺母将工件牢牢固定在转台上，按照各成分比例范围配置好等离子堆焊粉末，采用等离子粉末堆焊工艺，焊后应进行消除应力退火，从而消除焊接应力，避免工件出现塑性变形，焊层出现裂纹。采用600～700℃保温1.5h后出炉，用硅酸铝纤维板覆盖缓冷；本发明制造方法独特、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、寿命长而且价格低。

Description

一种铝电解槽用打壳锤头的制造方法

技术领域

本发明涉及一种打壳锤头的制造方法，尤其是涉及一种铝电解槽用打壳锤头的制造方法。

背景技术

现代大型铝电解槽均采用计算机自动控制的打壳系统，使得打壳锤头能够周期性的打开电解槽的结壳进行电解原料的添加，这对于铝电解过程的顺利进行有着重大意义。打壳锤头作为预焙阳极铝电解槽下料系统的重要部件，长时间工作在强磁场、高温、强电流的恶劣环境下，受到高温冰晶石-氧化铝电解质熔盐和铝液的腐蚀以及硬质电解质结壳的冲击磨损和磨粒磨损，使得锤头材料不断损失，尺寸不断减小到无法正常地完成打壳操作而失效。最常用的普通碳素钢锤头的使用寿命只有4个月左右，频繁的更换打壳锤头不仅加重操作工人的劳动强度，而且大量损失的锤头材料进入铝液，造成原铝的杂质含量过高，品质下降，给企业带来巨大的经济损失。

目前大量采用的普通碳素钢材质的打壳锤头使用寿命不到4个月，为解决锤头消耗速度快的难题，国内外相关铝冶炼企业进行了大量的试验和研究工作，取得了一定的进展。如发明名称为铝电解打壳锤头申请号为200610050934.1的专利使用耐热钢ZG30Cr26Ni5、ZG30Cr20Nil0制成，保持高含铬量的同时，还含有5%-10%的镍，虽然锤头的耐磨耐蚀性得以提高，但其材料成本高，并且高含量的铬和镍使得锤头与气缸连杆难以焊接，焊缝金属易产生焊接热裂纹。发明名称为铝电解槽用双金属抗磨损防溶蚀打壳锤头申请号为200420014301.1的专利采用复合铸造，上部使用低碳钢或碳素结构钢，下部使用高铬合金钢，铸造工艺过程不易控制，两部分结合强度低，随机性大，上下两部分易分离。发明名称为预焙阳极铝电解槽打壳锤头申请号为 CN200520076577.7的专利使用耐热合金钢与丁字型锤柄铸为一体。上述后两项专利锤头端部与打壳杆平面焊接，因锤头重，且结合强度低，易造成锤头脱落。总体来看，虽然上述专利的锤头材料都是参照国家标准选取的耐热、耐蚀、耐磨金属材料，但都无法完全适合复杂恶劣的铝电解环境；高铬合金钢碳含量低约0.3%，熔炼工艺复杂，易产生铸造缺陷，影响锤头的寿命，使得锤头价比降低。需要指出的是，一方面这几项技术所制造的打壳锤头都是整体或者部分采用耐热钢、高铬铸钢、高铬铸铁，价格昂贵；另一方面，这些锤头材料所含的少数几种合金元素，都是保证了锤头的耐蚀性，但锤头的硬度和抗磨损性能欠佳，造成锤头寿命提高幅度较小。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种制造方法独特、提供耐高温、耐磨损、耐腐蚀、寿命长的而且价格低的的一种铝电解槽用打壳锤头的制造方法。

本发明通过如下方式实现：

一种铝电解槽用打壳锤头的制造方法，其特征是：该制造方法包括如下步骤：

a.通过锻造工艺加工成φ95mm*300mm的Q235钢锤头基体；

b.对Q235钢锤头基体进行表面清理和预热等表面预处理；

c.用螺钉、螺母将Q235钢锤头基体牢牢固定在转台上，使钢锤头基体在堆焊过程中不能移动，同时确保转移弧导电性能良好；

d.配置等离子堆焊粉末：其重量配比：C1.5-3.0，Cr 10-28%，Ni 0.2-10，Mo 0.2-1，Mn 1.0-2.5%，Si 0.5-1.5，WC 0-40%，钢结硬质合金粉末含量0-30%，Fe剩余；

e.采用等离子粉末堆焊工艺堆焊：采用等离子粉末堆焊工艺堆焊，采用大型龙门式数控等离子堆焊机，堆焊层厚度为2-3mm；

f.焊后处理：焊后进行消除应力退火，采用600-700℃保温1.5h后出炉，然后用硅酸铝纤维板覆盖缓冷；

所述表面清理为先用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削、冲压、抛光等过程中产生的油污，清理基体表面的铁锈、氧化皮等不利于堆焊处理的污物，以获得洁净表面，所述预热温度为600-700℃，预热时间为1h。

本发明有如下效果：

1）制造方法独特：本发明提供的方法为通过锻造工艺加工成一定尺寸的Q235钢锤头基体；对Q235钢锤头基体进行表面清理和预热等表面预处理。要先用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削、冲压、抛光等过程中产生的油污，清理基体表面的铁锈、氧化皮等不利于堆焊处理的污物，以获得洁净表面。堆焊工件必须充分预热，以减缓焊后的冷却速度，降低焊接应力，减少堆焊层裂纹的产生。预热温度为600-700℃，预热时间为1h左右，保证内外热透。用螺钉、螺母将工件牢牢固定在转台上，使工件在堆焊过程中不能移动，同时确保转移弧导电性能良好，按照各成分比例范围配置好等离子堆焊粉末，其成分范围为：C1.5-3.0，Cr10-28%，Ni0.2-10，Mo0.2-1，Mn1.0-2.5%，Si0.5-1.5，WC0-40%，钢结硬质合金粉末含量0-30%，Fe剩余，采用等离子粉末堆焊工艺，基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层厚度约为2-3mm，组织致密，几乎不存在气孔、氧化物、夹渣等缺陷；大量碳化物硬质相均匀分布于涂层基体中，使得涂层硬度高，耐蚀及耐磨性好；由于采用等离子堆焊，涂层的稀释率低，涂层的特性得以最大程度保留，焊后应进行消除应力退火，从而消除焊接应力，避免工件出现塑性变形，焊层出现裂纹。采用600-700℃保温1.5h后出炉，用硅酸铝纤维板覆盖缓冷；本发明提供的铝电解槽用打壳锤头等离子堆焊合金粉末主要为高铬铸铁和WC或钢结硬质合金复合粉末。经过配料计算及实验优化调整成分及各组分比例得到。采用等离子堆焊进行熔敷得到等离子堆焊锤头。

2）具有优异的性能：耐磨性、耐腐蚀性以及耐高温性能都有显著提高。

3）与连杆具有良好的焊接性：本发明提供的方法由于锤头基体为Q235钢，保持了其良好的焊接性，能够与连杆连接牢固。

4）成本相对较低：本发明提供的方法堆焊层厚度只需2-3mm就能极大提高打壳锤头的耐磨性、耐腐蚀性等性能，而基体Q235价格低廉。制造工艺比较简单，因此成本较低。

具体实施方式

实施例一：将锻造工艺加工成φ95mm*300mm的Q235钢锤头基体进行预处理，要先用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削、冲压、抛光等过程中产生的油污，清理基体表面的铁锈、氧化皮等不利于堆焊处理的污物，以获得洁净表面。然后进行充分预热，预热温度为600-700℃，预热时间为1h左右，保证内外热透。采用大型龙门式数控等离子堆焊机。

采用铁基自熔合金各组分重量配比为(Wt%)：C 1.8，Cr 18，Ni 6.0，Mo 1.0，Mn 1.0，Si 2.5，Fe剩余。采用等离子粉末堆焊工艺，基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层厚度约为2~3mm，组织致密，几乎不存在气孔、氧化物、夹渣等缺陷。焊后进行消除应力退火，采用600~700℃保温1.5h后出炉，用硅酸铝纤维板覆盖缓冷，从而消除焊接应力，避免工件出现塑性变形，焊层出现裂纹。

实验表明，其服役寿命可由普通Q235钢锤头的3个月延长至6个月。

实施例二：将锻造工艺加工成φ95mm*300mm的Q235钢锤头基体进行预处理，要先用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削、冲压、抛光等过程中产生的油污，清理基体表面的铁锈、氧化皮等不利于堆焊处理的污物，以获得洁净表面。然后进行充分预热，预热温度为600-700℃，预热时间为1h左右，保证内外热透。试验采用大型龙门式数控等离子堆焊机。

采用铁基自熔合金各组分重量配比为(Wt%)：C 1.8，Cr 12，Ni 1.0，Mo 0.5，Mn 1.0，Si 1.0，WC 20，Fe余量。采用等离子粉末堆焊工艺，基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层厚度约为2-3mm，组织致密，几乎不存在气孔、氧化物、夹渣等缺陷。焊后进行消除应力退火，采用600-700℃保温1.5h后出炉，用硅酸铝纤维板覆盖缓冷，从而消除焊接应力，避免工件出现塑性变形，焊层出现裂纹。

经现场实验，其服役寿命可由普通Q235钢锤头的3个月延长至10个月。

实施例三：将锻造工艺加工成φ95mm*300mm的Q235钢锤头基体进行预处理，要先用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削、冲压、抛光等过程中产生的油污，清理基体表面的铁锈、氧化皮等不利于堆焊处理的污物，以获得洁净表面。然后进行充分预热，预热温度为600-700℃，预热时间为1h左右，保证内外热透。试验采用大型龙门式数控等离子堆焊机。

采用铁基自熔合金各组分重量配比为(Wt%)：C 2.2，Cr 15，Ni 0.5，Mo 0.5，Mn 1.0，Si 1.0，WC 30，钢结硬质合金粉末含量5%，Fe余量。采用等离子粉末堆焊工艺，基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层厚度约为2-3mm，组织致密，几乎不存在气孔、氧化物、夹渣等缺陷。焊后进行消除应力退火，采用600-700℃保温1.5h后出炉，用硅酸铝纤维板覆盖缓冷，从而消除焊接应力，避免工件出现塑性变形，焊层出现裂纹。

根据现场实验结果，其寿命可由普通Q235钢锤头的3个月延长至12个月。

实施例四：将锻造工艺加工成φ95mm*300mm的Q235钢锤头基体进行预处理，要先用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削、冲压、抛光等过程中产生的油污，清理基体表面的铁锈、氧化皮等不利于堆焊处理的污物，以获得洁净表面。然后进行充分预热，预热温度为600-700℃，预热时间为1h左右，保证内外热透。试验采用大型龙门式数控等离子堆焊机。

采用铁基自熔合金各组分重量配比为(Wt%)：C 2.1，Cr 18，Ni 1.0，Mo 1.0，Mn 1.0，Si 1.0，钢结硬质合金粉末含量30%，Fe余量。采用等离子粉末堆焊工艺，基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层厚度约为2~3mm，组织致密，几乎不存在气孔、氧化物、夹渣等缺陷。焊后进行消除应力退火，采用600~700℃保温1.5h后出炉，用硅酸铝纤维板覆盖缓冷，从而消除焊接应力，避免工件出现塑性变形，焊层出现裂纹。

经现场实验，其服役寿命可由普通Q235钢锤头的3个月延长至9个月。

Claims

1.一种铝电解槽用打壳锤头的制造方法，其特征是：该制造方法包括如下步骤：

a.通过锻造工艺加工成φ95mm*300mm的Q235钢锤头基体；

b.对Q235钢锤头基体进行表面清理和预热等表面预处理；

f.焊后处理：焊后进行消除应力退火，采用600-700℃保温1.5h后出炉，然后用硅酸铝纤维板覆盖缓冷。

2.如权利要求1所述的一种铝电解槽用打壳锤头的制造方法，其特征是：所述表面清理为先用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削、冲压、抛光等过程中产生的油污，清理基体表面的铁锈、氧化皮等不利于堆焊处理的污物，以获得洁净表面，所述预热温度为600-700℃，预热时间为1h。