CN107099820A - 一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，所述打壳锤头包括锤体，所述锤体至少打壳时与电解质相接触部分的材质为碳素材料、氮化硅结合碳化硅中的任一种。本发明完美地解决了电解质粘附长包的问题，此外，采用非金属材料为基体，复合涂层和基体都不含有影响电解铝质量的有害元素，具有耐高温，耐腐蚀，不仅能满足锤头下部与920‑960℃电解质接触部分的抗氧化、抗腐蚀、抗磨损性能，又能从根本上杜绝铁元素进入铝液。

Description

一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头

技术领域

本发明属于电解铝生产器械技术领域，具体涉及一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头。

背景技术

目前，预焙电解槽氧化铝下料采用自动化中间点式下料，每台电解槽一般设有三至六个Q235钢制打壳锤头交替打壳下料，通过电磁阀控制打壳气缸及打击锤头，击破电解质表面的坚硬结壳，形成孔洞，作为氧化铝投料点。这种方式能很好的实现氧化铝加料的自动控制，但根据工艺要求，每个打壳锤头每昼夜要打击1400次左右，每次打壳时都要与壳层摩擦且浸泡在电解质中2-3秒，频繁的打壳动作会使打壳锤头有较大的磨损，逐渐形成尖锥形，影响打壳效果及下料量，需进行维修、更换；这不仅导致维修成本的增加，而且打壳锤头磨损后的铁屑掺杂在电解质内，使铝液中铁的含量升高，影响原铝的质量。

公开号为CN102021464B的中国发明专利公开了一种用于铝电解质打壳锤头的材料，其组分的重量配比为：碳化钨50%-70%，碳化钛5%-10%，碳0.01%-1.0%，硅 0.5%-1.0%，磷小于0.05%，硫小于0.05%，Ni小于0.05%，其余为铁。该专利是以碳化钨为基本材料，由于碳化钨的高硬度、高耐磨性、高防腐性，从而提高了打壳锤头的使用寿命，延长了更换周期，降低了生产成本和工作量。

但该专利给出的解决方案虽然延长了更换周期，却未能解决另一个严重问题，合金材质的打壳锤头都易于粘附电解质，粘附的电解质越来越大，形成类似“葫芦头”的形状（葫芦头指打壳锤头上下打壳时，锤头粘附的电解质冷却后形成坚硬的结壳，来回反复，粘结的电解质越来越大，形成葫芦的形状），“葫芦头”现象给电解铝生产造成多方面的困扰：（1）首先严重影响了氧化铝的下料，下料口出现堵料，使电解质中氧化铝浓度降低，导致阳极效应频发，增大了电能消耗；（2）同时，“葫芦头”的逐渐长大，也会造成下料孔扩大，不仅加大了电解槽的热损失，也加剧了周边阳极碳块的氧化，电解质中碳渣增多；（3）再者，“葫芦头”结壳坚硬，为避免影响生产，必须将其敲打掉，敲打时非常费力，工人劳动强度大，而且敲打过程难免会对下料气缸造成损伤，增加气缸的损坏率，影响电解槽的稳定运行。

公开号为CN204474779U的中国实用新型专利公开了一种无包打壳器，包括可上下移动的打壳锤头、可固定在电解槽上的固定套筒和套设在固定套筒外圈的防堵套筒，打壳锤头包括锤杆，围绕锤杆底部外圈设有数个齿牙，防堵套筒和固定套筒均为上下通透设置，环绕固定套筒的内圈表面设有数个齿槽，打壳锤头上的齿牙与固定套筒上的齿槽为对应设置，打壳锤头底部插入固定套筒内，打壳锤头底部的齿牙相应插入固定套筒的齿槽内；所述防堵套筒与固定套筒为可拆卸连接，防堵套筒底端延伸至固定套筒底端的下侧，该打壳器可自动刮除锤头上硬质大包的无包打壳器。

以上专利代表了本领域中在解决粘附电解质方面的研究方向，目前的技术人员普遍从改进机械装置方面着手，且普遍采用刮除“葫芦头”的方式，初期还可以刮除掉粘附的薄层电解质，电解质粘附性强，易造成卡死故障。这种设计不能从根本上解决电解质粘附的问题，且需要对装置整体做出改变，投入成本高，改进后的装置在打壳的一致性或准确性方面有所欠缺，且使用寿命不长。

发明内容

本发明针对现有技术中，打壳锤头普遍采用普通碳钢或合金钢材质引起的“葫芦头”问题，提供一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，完美地解决了电解质粘附长包的问题，此外，采用非金属材料为基体，复合涂层和基体都不含有影响电解铝质量的有害元素，具有耐高温，耐腐蚀，不仅能满足锤头下部与920-960℃电解质接触部分的抗氧化、抗腐蚀、抗磨损性能，又能从根本上杜绝铁元素进入铝液。

本发明采用如下技术方案：

一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，所述打壳锤头包括锤体，所述锤体至少打壳时与电解质相接触部分的材质为碳素材料、氮化硅结合碳化硅中的任一种。锤体的头部可呈锥状、平头截锥状、平头圆柱状或球面状，所述锥包括圆锥或棱锥。

优选地，还包括与导向连杆同轴连接的锤柄，所述锤柄包括竖直部，所述锤体包覆于所述竖直部的外圆周且与竖直部紧密结合为一体。

优选地，所述锤体与竖直部螺纹连接为一体。

优选地，所述竖直部的外圆周壁均匀分布有若干凸起且锤体与所述凸起的对应位置处设有凹槽，锤体与竖直部浇铸为一体。

本发明所述打壳锤头的锤体和锤柄采用螺纹连接或浇铸为一体，使两者紧密结合，保证了打壳锤头结构的稳固。

优选地，所述锤体外涂覆有复合涂层， 所述复合涂层包括20~30重量份的氧化锆和60~70重量份的氧化铝，并配有粘结剂混合制成，粘结剂可选用3重量份的磷酸二氢铝。经烘干焙烧而形成坚固的涂层；所述复合涂层须考虑耐高温、耐磨损、抗化学腐蚀及抗电解质粘附的材料，经过筛选， Al2O3、ZrO2、MgO、TiO2符合要求，采用等离子热喷涂等方式涂覆于锤体外，再经烘干焙烧，焙烧温度为800-1200度，在锤体外层形成复合涂层。

本发明所述打壳锤头在锤体外涂覆复合涂层，主要是加强耐磨和耐高温的性能，可延长打壳锤头的使用寿命，涂覆复合涂层后，锤体对电解质的粘附量可能会有所增加，但是其粘附量远远不足以形成葫芦头，且轻敲即可脱落。

优选地，所述碳素材料为碳材料或石墨材料。

本发明的有益效果如下：

在电解铝生产中，传统的打壳锤头一直采用碳素钢，为改善耐磨性、提高使用寿命，技术人员普遍想到的是合金钢或不锈钢材料，仍未改变钢质材料基体。本发明打破传统，创造性地采用了非金属材料应用于打壳锤头的锤体，代替原来的钢质材料，这种非金属基体的打壳锤头彻底改变了以往钢质类打壳锤头的弊端，在实际应用中效果显著：

（1）本发明所采用的非金属材料适用于920-960℃的高温电解质环境，抗氧化、抗腐蚀、耐磨损，复合涂层和锤体都不含有影响电解铝质量的有害元素，尤其是不含铁，避免了打壳锤头的溶出元素对电解质质量的影响，尤其杜绝了铁元素进入电解质中；

（2）本发明所述打壳锤头的锤体最大的特点就是不粘电解质，避免了“葫芦头”的产生，由此下料孔尺寸始终保持一致，氧化铝下料均匀，浓度稳定，极大地降低了阳极效应的发生，节约电能，电解生产稳定性好，工艺参数控制度高，综合经济效益大幅提高，而且生产工人不用再敲打“葫芦头”，减少了工人的劳动强度，也大大降低了气缸的损坏率；

（3）本发明所述打壳锤头的自重轻，重量比原来减轻至少一半，有效地减轻了打壳气缸的负荷，减少打壳气缸的能耗，有利于打壳气缸使用寿命的延长。

通过实践测试：与以往打壳锤头相比，本发明所述打壳锤头采用碳材料或石墨、碳化硅结合氮化硅作为基体时，电解质粘附量降低96%以上，偶有粘附也会自动脱落，耐磨程度和使用寿命与原来的钢制壳头相当，在涂覆复合涂层后，可以相应延长锤头的使用寿命。

附图说明

图1为实施例1所述打壳锤头的结构示意图；

图2为实施例2所述打壳锤头的结构示意图；

图3为实施例3所述打壳锤头的结构示意图；

图4为实施例4所述打壳锤头的结构示意图；

图5为实施例5所述打壳锤头的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，下述实施例不应解释为对本发明的限制，本领域技术人员无需创造性劳动即可将实施例中的技术特征组合形成新的实施例，且这些新的实施例同样涵盖在本发明的保护范围之内。

实施例1

如图1所示，一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，所述打壳锤头包括锤体1以及与导向连杆同轴连接的锤柄2，导向连杆为与打壳气缸的活塞杆相连的连杆（附图中省略），锤柄2的材质以满足960℃以上的温度要求为宜，锤柄2的顶部与导向连杆相焊接，所述锤体1的材质为高纯石墨（石墨的含碳量>99.9%，下同），高纯石墨具有强度高、抗热震性好、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等优点，符合打壳的工艺需求。所述锤体1的头部呈球面状，所述锤柄2呈棒状且锤柄2的外圆周壁均匀分布有若干环形凸起3，锤体1与锤柄2同轴设置且锤体1与所述环形凸起3的对应位置处设有环形凹槽，锤体1包覆于锤柄2的外圆周且与锤柄2紧密结合为一体，锤体1与锤柄2采用浇铸工艺结合为一体，浇铸时可选用铁水、磷生铁水或钢水浇注到锤体1预先开好的槽中，成型即可。

实施例2

如图2所示，一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，所述打壳锤头包括锤体1以及与导向连杆同轴连接的锤柄2，所述锤体1的材质为高纯石墨。所述锤柄2呈棒状，此处锤体1整体呈子弹头状，锤体1与锤柄2同轴设置，锤体1包覆于所述锤柄2的外圆周且与锤柄2紧密结合为一体，锤体1与锤柄2采用螺纹连接结合为一体。

实施例3

如图3所示，实施例3与实施例2的不同之处在于，锤体1的材质为无定形碳材料，锤体1的头部呈锥台状，所述锤体1外涂覆有复合涂层4，所述复合涂层由20~30重量份的氧化锆、60~70重量份的氧化铝和3重量份的磷酸二氢铝混合制成。

实施例4

如图4所示，一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，所述打壳锤头包括锤体1以及与导向连杆同轴连接的锤柄2，所述锤体1的头部呈平头圆柱状，锤体1包括上部的金属部101和下部的非金属部100，所述金属部101和非金属部100可相互连接为一体也可紧密贴合，非金属部100的高度为100~180mm，非金属部100为打壳时与电解质相接触部分，且非金属部100的高度与锤体1伸入电解质的长度相当，非金属部100的材质为氮化硅结合碳化硅，金属部101的材质可选用钢制材料，以方便与导向连杆联接，例如可选用Q235钢。所述锤柄2呈棒状，所述锤体1与锤柄2同轴设置，锤体1包覆于锤柄2的外圆周且与锤柄2紧密结合为一体，锤体1与锤柄2采用螺纹连接结合为一体。

实施例5

如图5所示，实施例5与实施例4的不同之处在于：所述锤柄2包括水平圆盘部201和竖直部200且锤柄2的轴截面呈T形，锤体1的材质选用氮化硅结合碳化硅。

对比例

对比例选用目前生产中常用的钢制打壳锤头，将该对比例与实施例1至5进行电解质粘附量和使用寿命的对比，电解质粘附量的测量方法为：测量锤体中部的电解质粘附厚度，表1中以电解质粘附比例为表达方式，电解质粘附比例的计算方法为：各组别的电解质粘附厚度/对比例的电解质粘附厚度*100%，对比数据如表1所示：

由表1可知，本发明所述打壳锤头对电解质的粘附量大幅度降低，甚至基本不粘附电解质，使用寿命也有所延长，在电解铝企业中予以推广应用，必将为企业节省大量的维修、能耗等方面的成本。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，所述打壳锤头包括锤体，其特征在于：所述锤体至少打壳时与电解质相接触部分的材质为碳素材料、氮化硅结合碳化硅中的任一种。

2.根据权利要求1所述的用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，其特征在于：还包括与导向连杆同轴连接的锤柄，所述锤柄包括竖直部，所述锤体包覆于所述竖直部的外圆周且与竖直部紧密结合为一体。

3.根据权利要求2所述的用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，其特征在于：所述锤体与竖直部螺纹连接为一体。

4.根据权利要求2所述的用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，其特征在于：所述竖直部的外圆周壁均匀分布有若干凸起且锤体与所述凸起的对应位置处设有凹槽，锤体与竖直部浇铸为一体。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，其特征在于：所述锤体外涂覆有复合涂层，所述复合涂层包括20~30重量份的氧化锆，50~60重量份的氧化铝和3重量份的磷酸二氢铝。

6.根据权利要求1所述的用于电解铝生产的不粘电解质打壳锤头，其特征在于：所述碳素材料为碳材料和石墨材料。