CN116083757A - 一种打壳锤头及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种打壳锤头及其制备方法，属于电解铝用打壳锤头技术领域，该打壳锤头由如下质量分数的化学成分组成：Fe：9‑20％，Ce：0.6‑2.2％，重稀土元素：0.4‑1.7％，Si：1.0‑2.5％，C：0.04‑0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；所述Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和为1.2‑3.5％；所述重稀土元素为Y和Sc中的至少一种。本发明的打壳锤头生产的电解原铝中Al的平均质量分数≥99.916％，电解原铝中Al的含量符合YS665—2018中3N原铝规定的占比≥90％，电解原铝的纯度高，品位好。

Description

一种打壳锤头及其制备方法

技术领域

本发明属于电解铝用打壳锤头技术领域，具体涉及一种打壳锤头及其制备方法。

背景技术

打壳锤头的作用是在电解铝生产过程中将电解液上方的保温壳打开，形成供氧化铝进入电解液中的通道，打壳锤头在破壳后需要进入到电解液中，在这过程中打壳锤头由于磨损及与高温的电解质熔液接触，从而使得打壳锤头中的元素进入电解原铝中，造成电解原铝产品纯度降低，从而导致电解原铝品级降低，严重影响企业效益，特别在电解生产高品级原铝的企业，影响尤其严重。

CN107829039A公开了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。这种合金材料制成的锤头会造成电解液中杂质含量过高，影响产品纯度。CN201811023686.0公开了一种铝电解用打壳锤头的制备方法，在Q235钢锤的表面涂覆涂层，再进行热处理，涂层用粉末材料的组成为：Ni0-16％，Cr4％-28％，B0-4％，Si0.1％-3％，C0.03％-4.5％，WC5％-29％，其余为Fe以及不可避免的杂质；这种材质的涂层也会影响铝锭的纯度。

因此，亟需一种新的打壳锤头，以提高电解铝产品的纯度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种打壳锤头及其制备方法，该打壳锤头可以提高电解原铝的纯度。

本发明的技术方案为：

本发明的一个技术方案是：提供了一种打壳锤头，所述打壳锤头由如下质量分数的化学成分组成：

Fe：9-20％，Ce：0.6-2.2％，重稀土元素：0.4-1.7％，Si：1.0-2.5％，C：0.04-0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；

所述Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和为1.2-3.5％；所述重稀土元素为Y和Sc中的至少一种。

在一些实施例中，所述Ce与所述重稀土元素的质量比为1-1.5。

在一些实施例中，所述打壳锤头的直径为80-100mm，所述打壳锤头的沿轴向的尺寸为350-400mm。

在一些实施例中，所述打壳锤头包括一体连接的锤打段和安装段，所述安装段设置有用于连接打壳锤头安装结构的安装孔。

在一些实施例中，所述安装孔设置有两个，两个所述安装孔沿所述安装段的轴向间隔且轴向相互垂直。

本发明的另一个技术方案为：提供了一种前述的打壳锤头的制备方法，包括如下步骤：

将铁源、铝源、硅源和碳粒在真空条件下电磁感应熔融精炼，获得温度为1150-1350℃精炼液；

将含铈合金和重稀土合金加入所述精炼液中合金化，获得合金液；所述合金液由如下质量分数的化学成分组成：Fe：9-20％，Ce：0.6-2.2％，重稀土元素：0.4-1.7％，Si：1.0-2.5％，C：0.04-0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；所述Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和为1.2-3.5％；所述重稀土元素为Y和Sc中的至少一种；

将所述合金液在高于液相线60-100℃的温度下模铸，获得打壳锤头，所述模铸的温度小于所述精炼液的温度。

在一些实施例中，所述模铸的温度为1050-1250℃。

在一些实施例中，所述熔融精炼中，真空度为20-50Pa，所述熔融精炼的时间为28-35min。

在一些实施例中，所述模铸在水冷铁模中进行，水冷铁模中，冷却水的温度为20-40℃，冷却水的流速为0.03-0.05m³/min。

在一些实施例中，所述碳粒的粒径为80-120目，所述含Ce合金、重稀土合金以及硅源的粒径均为5-15mm。

本发明的有益效果至少包括：

本申请提供的打壳锤头由如下质量分数的化学成分组成：Fe：9-20％，Ce：0.6-2.2％，重稀土元素：0.4-1.7％，Si：1.0-2.5％，C：0.04-0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；所述Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和为1.2-3.5％；所述重稀土元素为Y和Sc中的至少一种。本申请的打壳锤头采用铝基合金，加入Si元素可以提高金属液的过冷度，保证金属液在模铸中的流动性，从而改善打壳锤头的表面质量；同时加入重稀土元素Y或者Sc中的至少一种，提供凝固初期的形核数量；加入轻稀土元素Ce，其在凝固过程中晶间反应会形成AlCe热稳定相，同时过剩的稀土Ce在凝固过程富集于晶界处，均可抑制Al₃Fe或Al₆Fe相的进一步长大；加入微量C元素抑制Al、Fe以及稀土元素被氧化，保证强度和韧性；本申请采用铁元素、轻稀土元素、重稀土元素、硅元素以及碳元素的配合，保证打壳锤头同时具有良好的韧性、硬度以及切削加工性能，同时保证电解原铝的纯度，有效提高电解高品级原铝的达标率。

附图说明

图1示出了本申请实施例的打壳锤头的结构示意图。

图2为打气缸与图1的打壳锤头的装配结构示意图。

图3为图2的爆炸图。

图4示出了本申请实施例的一种打壳锤头的制备方法的制备方法工艺步骤图。

附图标记说明：10-打壳锤头；11-锤打段；12-安装段；121-安装孔；20-打气缸。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

一方面，本发明提供了一种打壳锤头，该打壳锤头用于打破电解铝工艺用的电解槽上方的保温壳层，以形成供氧化铝原料通过的通孔，该打壳锤头采用铝基材料制得，因此，在打壳锤头浸入至电解槽内的电解液时，即使溶解也仅有微量的Fe的杂质进入至电解铝液中，降低了进入电解液的铁杂质，最大限度降低Fe及Fe基打壳锤头带入的杂质，从而提高了电解原铝的纯度；同时配合加入的Si、Ce、C以及重稀土元素，改善基材的内部组织，在保证锤头具有一定耐热性与硬度的基础上，降低铝铁基材料的脆性，并具有可加工性。

本申请实施例提供的打壳锤头由如下质量分数的化学成分组成：

Fe：9-20％，Ce：0.6-2.2％，重稀土元素：0.4-1.7％，Si：1.0-2.5％，C：0.04-0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；

各元素的作用如下：

Fe：打壳锤头在破壳后会短暂的进入至电解液中，电解液的温度为920-940℃，加入铁元素可以提高铝基合金的熔点，以适应打壳锤头的高温需求，避免打壳锤头熔化。铁元素的含量过高，则会产生严重的疏松缩孔缺陷，基体脆性大，恶化打壳锤头的切削加工性能；铁元素的含量过低，则基体的耐热性不足，影响打壳锤头的使用寿命。

Ce：铈元素是轻稀土元素，铈在凝固过程中晶间反应会与铝形成AlCe热稳定相，同时过剩的稀土Ce在凝固过程富集于晶界处，可抑制Al₃Fe或Al₆Fe相的进一步长大，起到良好的细化晶粒作用，以改善铝基合金基体的韧性，提高铝合金的切削加工性能。Ce的质量分数过多，对打壳锤头的切削加工性能的提高有限，会造成成本浪费；Ce的质量分数过少，则会降低过剩Ce在晶界对晶粒粗化的阻滞作用，恶化打壳锤头的韧性。

Y和Sc：钇和钪均为重稀土元素，二者在凝固初期形成的AlY或AlSc相可以作为形核质点，增加凝固形核数量，并提高晶核生长速度，从而抑制Al₃Fe和Al₆Fe相的粗化，提高铝基合金的韧性；Y和Sc的质量分数过多，对铝基合金的韧性性能的提高有限，并造成成本浪费；Y和Sc的质量分数过少，会降低凝固初期形核质点数，造成晶粒粗化，恶化铝基合金基体的韧性。

Si：Si元素可以提高了Al-Fe₃Al和Al-Fe₆Al金属相的过冷度，从而提高了金属液在水冷铁模凝固过程中的流动性，形成的打壳锤头铸件表面光滑、无冷隔等表面质量缺陷，表面光洁度好，这样在打壳锤头进入至电解液时会减少打壳锤头与电解液的粘连，即使出现电解质粘连也容易脱落，如果打壳锤头粘接了电解质且不易脱落会造成打壳锤头的尺寸增大，难以从槽壳的下料孔回缩，使得打壳锤头长时间浸泡于电解液中从而熔化，会降低打壳锤头的使用寿命，因此，Si元素的添加，提高了打壳锤头的光洁度，不易粘连电解液从而提高了打壳锤头的使用寿命。Si的质量分数过高，会增加电解铝液中的Si的杂质含量。Si的质量分数过低，其改善熔液流动性效果不明显。

C：即使真空熔炼合金，也不可避免的会有氧元素进入合金熔液中，特别是二次加料会启动不同真空室的加料通道，增加了氧与高温合金熔液反应的可能，氧在熔融的熔液表面可形成氧化物渣膜而覆盖于熔液，由于采用电磁感应加热，合金溶液处于运动状态，氧化物渣膜会出现局部破裂，填加的C元素一部分进入至合金熔液中，碳元素与合金熔液中的Al以及Fe结合以碳化物Al₄C₃、Fe₃C形式出现，可提高打壳锤头的硬度及耐磨性；另外C元素还可在凝固初期在液相平衡处以初晶形式析出，细化打壳锤头的凝固组织，提高打壳锤头的强度和韧性；加入的碳元素还有一部分会与真空内残留的氧气发生化学反应，形成一氧化碳气体抽走，阻止合金溶液中的稀土元素Ce、Y和Sc与真空中的氧反应。C的质量分数过高，则会在一定程度上增加剩余碳的造渣量，不易清理炉内残余造成坩埚报废，而且在一定程度上加大了浇铸时随液流带入打壳锤头形成夹渣的可能性；C的质量分数过少，会降低打壳锤头的硬度和耐磨性。

在一些实施例中，所述Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和为1.2-3.5％；所述重稀土元素为Y和Sc中的至少一种。Ce为轻稀土元素，控制轻稀土元素和重稀土元素的质量分数之和，二者与Al以及Fe的含量配合，重稀土元素控制凝固初期的形核数量，提供形核基础，轻稀土元素在凝固过程中抑制Al₃Fe或Al₆Fe相的进一步长大，细化晶粒，保证了打壳锤头的韧性，具有良好的切削加工性能。如果Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和过大，在一定程度上提高韧性的效果不明显，提高成本；如果Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和过小，在一定程度上会降低打壳锤头的韧性。

在一些实施例中，所述Ce与所述重稀土元素的质量比为1-1.5。控制重稀土元素与轻稀土元素的质量比，保证其在不同的凝固阶段起到相应作用。如果该质量比过大，会在一定程度上减弱重稀土元素和轻稀土元素的作用，降低打壳锤头的韧性，影响其加工性能；如果该质量比过小，会一定程度上导致凝固初期形核点过少，形核基础少，粗化晶粒，恶化打壳锤头的韧性，影响其加工性能。

在一些实施例中，所述打壳锤头的直径为80-100mm，所述打壳锤头的沿轴向的尺寸为350-400mm。打壳锤头一般为圆柱形状，使用时轴向沿竖直方向延伸，打壳锤头的尺寸仅为列举，可以根据实际需求调整，本申请不作限制。

在一些实施例中，请结合图1，打壳锤头10包括相连接的锤打段11和安装段12，锤打段11和安装段12为一体式结构，安装段12设置有用于连接打壳锤头10安装结构的安装孔121。相关技术中一般采用碳素结构钢Q235制作打壳锤头10，碳素结构钢可以通过焊接与打壳锤头10安装结构连接，这种连接方法稳定性好，强度高。本申请为了提高铝锭的纯度选用了铝基合金材料，铝基合金材料的主要成分为Al，其难以通过焊接连接于打壳锤头10安装结构，因此，本申请的打壳锤头10选择用机械结构连接，其中，锤打段11用于对电解槽上方的保温壳层破壳，安装段12的安装孔121用于与打壳锤头10的安装结构连接，安装段12的安装孔121是打壳锤头10通过切削加工获得。安装段12的安装孔121与打壳锤头10安装结构再通过销钉连接，请结合图2以及图3，打壳锤头10安装结构包括供安装段12伸入的打气缸20钢筒，缸筒的内环为长方形，钢筒的两个相对的管壁上开设有与安装孔121同轴的连接孔，销钉的中部位于安装段12的安装孔121内，销钉的两端分别穿过打壳锤头10安装结构的两个连接孔，这种机械连接结构相对于焊接连接拆卸更为简单快捷，便于更换打壳锤头10。

为了提高打壳锤头10与打壳锤头10安装结构之间的连接强度，在一些实施例中，请结合图1至图3，安装孔121设置有两个，两个安装孔121沿安装段12的轴向间隔设置，两个安装孔121的轴向相互垂直，对应的，打壳锤头10安装结构另外两个相对的管壁上设有与第二个安装孔121匹配的连接孔，第二个销钉的中部位于第二安装孔121内，第二个销钉的两端穿过另两个相对的槽壁上的连接孔。两个安装孔121的中心轴之间的距离≥25mm，安装孔121的直径为8-15mm。

另一方面，本申请实施例还提供了一种打壳锤头的制备方法，结合图4，包括如下步骤：

S1、将铁源、铝源、硅源和碳粒在真空条件下电磁感应熔融精炼，获得温度为1150-1350℃精炼液。

铁源即Fe源可以使用纯铁、废钢或者生铁块；铝源即Al源可以采用铝锭或者铝含量大于97％的铝合金，含硅合金可以采用Si的质量分数为99.92％以上的工业硅，将铁源、铝源、硅源和碳粒同时在真空条件下熔化，该阶段极易发生氧化，其中的碳粒可先与真空内的氧气发生化学反应，脱除氧气，可以避免Fe元素与空气中的氧发生氧化反应，提高Al和Fe的收得率，还可以避免后续加入的稀土元素与氧气发生氧化反应；并且该阶段炉内的温度高，碳粒在炉内时间长，利于硅和碳的熔融，使得碳粒有足够的时间进入合金熔液中熔解，提高碳的收得率。含硅合金与铁源及铝源等同时加入，可以实现硅的充分熔化。

精炼液温度控制为1150-1350℃，可以保证Al、Fe和Si完全熔融；如果精炼液温度过高，会降低Al和Fe的收得率；如果精炼液温度过低，导致Fe元素不能充分熔化，形成的打壳锤头的成分不均匀，打壳锤头的性能不均匀。

S2，将含铈合金和重稀土合金加入所述精炼液中合金化，获得合金液。

其中，所述合金液由如下质量分数的化学成分组成：Fe：9-20％，Ce：0.6-2.2％，重稀土元素：0.4-1.7％，Si：1.0-2.5％，C：0.04-0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；所述Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和为1.2-3.5％；所述重稀土元素为Y和Sc中的至少一种；

重稀土合金为Y可以为FeY合金，也可以是AlY合金，比如Y的质量分数为30％的FeY中间合金，也可以是Y的质量分数为35％的FeY中间合金，含钪合金可以为AlSc合金，例如含钪合金为Sc的质量分数为3％的AlSc中间合金，也可以为Sc的质量分数为5％的AlSc中间合金，本申请不作限制。含Ce合金和重稀土合金的加入时间为加入碳粒之后，可以避免Ce、Y以及Sc与真空中的氧发生氧化反应，提高稀土合金的收得率。

S3，将所述合金液在高于液相线60-100℃的温度下模铸，获得打壳锤头，所述模铸的温度小于所述精炼液的温度。

本申请的打壳锤头的液相线为950-1150℃，模铸温度控制在液相线温度以上60-100℃，有害气体氢和一氧化碳气体的溶解度降低，从而可以排出合金熔液中的有害气体氢和一氧化碳气体等，如果气体留存在合金熔液中易在打壳锤头中形成疏松缩孔缺陷，易造成打壳锤头折断问题，影响打壳锤头的使用寿命。精炼液的温度大于模铸的温度是为了熔化Al源、Fe源。

在一些实施例中，所述模铸的温度为1050-1250℃。模铸温度过高，合金熔液中会溶解相对过多有害气体，在打壳锤头中形成疏松缩孔缺陷，易造成打壳锤头折断问题，影响打壳锤头的使用寿命；模铸的温度过高还会使首先接触模具的凝固的坯壳重新熔化，导致坯壳分层或表皮粗糙，在使用时出现电解液粘连问题，可能影响打壳锤头的使用寿命；模铸温度过高还会出现高温裂纹缺陷。模铸温度过低，则会造成合金液流动性变差，导致冷隔缺陷甚至外型不完整。

在一些实施例中，所述精炼中，真空度为20-50Pa，所述熔融精炼的时间为28-35min。

控制精炼过程的时间，保证Al、Fe和Si全部熔化，如果电磁感应熔化时间过短，会在一定程度上造成打壳锤头成分不均匀，不同位置的性能差异大；如果电磁感应熔化时间过长，会在一定程度上影响生产效率，还会降低Al和Fe的收得率。熔融精炼结束后再加入Ce合金和重稀土合金，保证Ce合金和重稀土合金在熔液熔融均匀后即可进行浇铸，提高稀土元素的收得率。如Ce合金和重稀土合金加入时间过早，由于延长了稀土合金在高温熔液内的停留时间，增大了氧化造渣的可能，导致降低稀土元素Ce、Y或Sc的收得率，从而降低凝固过程中应有的作用，恶化打壳锤头的韧性，甚至难以切削加工。

在一些实施例中，所述模铸在水冷铁模中进行，水冷铁模中，冷却水的温度为20-40℃，冷却水的流速为0.03-0.05m³/min。

控制水冷铁模中的冷却水流量，从而控制浇铸锤头凝固过程的冷却强度，既可以保证较快的凝固速度、避免晶粒粗化的问题，又可以保证接受范围的表面质量。如果冷却水温度过高，冷却水流量不足，不仅存在汽化的安全隐患，也会在一定程度上促使晶粒长大，从而影响锤头产品的韧性、加工性能，如果冷却水温度过低，冷却水流量过大，则会存在漏水的安全隐患，并会在一定程度上造成冷隔等质量缺陷。模铸在水冷铁模中进行，所述水冷铁模的沿厚度方向的温度梯度为20-25℃/mm，所述水冷铁模的厚度为15-20mm。

在一些实施例中，所述碳粒的粒径为80-120目，所述含Ce合金、重稀土合金以及硅源的粒径均为5-15mm。

碳粒的的粒径过小，容易被真空抽走，碳粒的粒径过大，会在一定程度度上降低碳粒与氧气反应动力学条件，从而降低其反应速度；碳粒过大还难以熔化，影响碳在合金熔液中的均匀性，导致打壳锤头在不同位置的性能差异过大。同理，含Ce合金、重稀土合金以及含硅合金的粒径过大，会在一定程度度上延长熔化时间，粒径过小容易被真空抽走。

下面列举具体的实施例，对本申请的打壳锤头及其制备方法做进一步的说明。

实施例1至实施例10

实施例1至实施例10提供了一种打壳锤头及其制备方法，打壳锤头的化学成分如表1所示。打壳锤体的制备步骤为：将纯铁块、铝锭、工业硅和碳粒加入真空感应炉中加热熔化精炼，形成精炼液，纯铁块、铝锭、工业硅和碳粒的粒径如表2所示；再向精炼液中加入稀土合金，最后倒入水冷模中进行模铸，形成打壳锤头毛坯，最后对打壳锤头坯切削加工出安装孔。

对比例1

对比例1提供了一种打壳锤头，该打壳锤头采用Q235制成，其化学成分，按质量分数计为C：0.16％，Mn：0.5％，Si、S、P含量均小于0.31％，余量为Fe。气缸钢筒与打壳锤头的连接方式是焊接。将该打壳锤头用于电解铝生产，使用过程生产运行稳定，使用后电解槽生产出电解原铝表4所示。

对比例2

对比例2提供了一种打壳锤头，该打壳锤头采用镍铬基合金锤头，芯部为Q235钢，其表层5mm涂覆合金，涂覆的合金成分质量分数为Ni:14％，Cr：4.5％,Si：3.1％，B：4.5％，余量为Fe。气缸钢筒与打壳锤头的连接方式是焊接。将该打壳锤头用于电解铝生产，使用过程生产运行稳定，使用后电解槽生产出电解原铝表4所示。

表1打壳锤头化学成分表

表2铝基锤头原料规格与加入量统计表

表3过程工艺参数统计表

表4铝基打壳锤头使用30天效果统计表

3N原铝是指品位在99.90至99.94％的原铝(N是英文9“nine”的缩写)。

耐磨比的测试方法为：对实施例1至实施例10以及对比例1至对比例2的打壳锤头取直径为30mm、高为20mm的待分析样品，对待分析样品称重，将实施例1至实施例10以及对比例2的的待分析样品分别和对比例1的Q235钢同时放置于金相磨样机上，用500#磨光盘磨光10min，再称各样品磨样后的重量，得出样品磨损重量，将实施例1至实施例10以及对比例2的样品磨损的重量除以对比例1的Q235钢样品的磨损重量的比值即为表4所列的耐磨比的比值，比值越小则耐磨性相比Q235越小，反之则越大。

硬度的测试方法为：对实施例1至实施例10以及对比例1至对比例2的打壳锤头分别取直径为20mm、高为10mm的试样，需保持试样上下面相对平行，然后在磨光盘上将试样的待检面打磨光滑，向试样的待检面施加20Kg力，保压15S得到的硬度值即为表4所列硬度。

将实施例1至实施例10以及对比例1至对比例2的打壳锤头用于电解原铝生产，选取其运行30天的生产数据，每天对电解原铝取样检测，对电解原铝30天的生产数据求平均值，电解原铝中的杂质Fe和杂质Si的平均质量分数如表4所示，电解原铝中Al的平均质量分数如表4所示；电解原铝的纯度符合国家有色行业重熔用精铝锭标准YS665—2018中规定的3N原铝的占比(合格率)如表4所示。实施例1至实施例10的打壳锤头的硬度、耐磨比如表4所示。

由表4中的数据可知，本申请实施例1至实施例10提供的打壳锤头生产的电解原铝中Al的平均质量分数≥99.916％，符合3N原铝规定的合格率≥90％，电解原铝的纯度高，品位好。本申请实施例1至实施例10提供的打壳锤头的耐磨比为78-93％，硬度值为102.3-136.1HV，加工性能良好。

本发明统计30天的对比例1与对比例2的分析表明，对应的电解原铝中Al的平均质量分数分别为99.911％与99.917％，符合3N原铝规定的合格率分别为83.33％和86.67％。

本发明为了解决由于使用铁质或铁合金打壳锤头导致铝制品中Fe杂质波动大的问题，采用铝基合金，加入Si元素可以提高金属液的过冷度，保证金属液在模铸中的流动性，从而改善打壳锤头的表面质量；同时加入重稀土元素Y或者Sc中的至少一种，提供凝固初期的形核数量；加入轻稀土元素Ce，其在凝固过程中晶间反应会形成AlCe热稳定相，同时过剩的稀土Ce在凝固过程富集于晶界处，均可抑制Al₃Fe或Al₆Fe相的进一步长大；加入微量C元素抑制Al、Fe以及稀土元素被氧化，如果被氧化形成合金渣，会形成空隙提高含气量，形成疏松缩孔，恶化强度和韧性；本申请采用铁元素、轻稀土元素、重稀土元素、硅元素以及碳元素的配合，保证打壳锤头同时具有良好的韧性、硬度以及切削加工性能，本申请的打壳锤头生产的电解原铝中Al的平均质量分数≥99.916％，电解原铝中Al的含量符合国标中3N原铝规定的占比≥90％，电解原铝的纯度高，品位好。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种打壳锤头，其特征在于，所述打壳锤头由如下质量分数的化学成分组成：

Fe：9-20％，Ce：0.6-2.2％，重稀土元素：0.4-1.7％，Si：1.0-2.5％，C：0.04-0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；

所述Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和为1.2-3.5％；所述重稀土元素为Y和Sc中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的打壳锤头，其特征在于，所述Ce与所述重稀土元素的质量比为1-1.5。

3.根据权利要求1所述的打壳锤头，其特征在于，所述打壳锤头的直径为80-100mm，所述打壳锤头的沿轴向的尺寸为350-400mm。

4.根据权利要求1所述的打壳锤头，其特征在于，所述打壳锤头包括一体连接的锤打段和安装段，所述安装段设置有用于连接打壳锤头安装结构的安装孔。

5.根据权利要求4所述的打壳锤头，其特征在于，所述安装孔设置有两个，两个所述安装孔沿所述安装段的轴向间隔且轴向相互垂直。

6.一种权利要求1-5中任一项所述的打壳锤头的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将铁源、铝源、硅源和碳粒在真空条件下电磁感应熔融精炼，获得温度为1150-1350℃精炼液；

将含铈合金和重稀土合金加入所述精炼液中合金化，获得合金液；所述合金液由如下质量分数的化学成分组成：Fe：9-20％，Ce：0.6-2.2％，重稀土元素：0.4-1.7％，Si：1.0-2.5％，C：0.04-0.1％，其余为Al及不可避免的杂质；所述Ce的质量分数与所述重稀土元素的质量分数之和为1.2-3.5％；所述重稀土元素为Y和Sc中的至少一种；

将所述合金液在高于液相线60-100℃的温度下模铸，获得打壳锤头，所述模铸的温度小于所述精炼液的温度。

7.根据权利要求6所述的打壳锤头的制备方法，其特征在于，所述模铸的温度为1050-1250℃。

8.根据权利要求6所述的打壳锤头的制备方法，其特征在于，所述熔融精炼中，真空度为20-50Pa，所述熔融精炼的时间为28-35min。

9.根据权利要求6所述的打壳锤头的制备方法，其特征在于，所述模铸在水冷铁模中进行，水冷铁模中，冷却水的温度为20-40℃，冷却水的流速为0.03-0.05m³/min。

10.根据权利要求6所述的打壳锤头的制备方法，其特征在于，所述碳粒的粒径为80-120目，所述含Ce合金、重稀土合金以及硅源的粒径均为5-15mm。

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