專利名稱：中鉻耐熱合金、免打渣、整體鑄造鋁水分配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解鋁的生產(chǎn)設(shè)備，尤其是一種中鉻耐熱合金、免打渣、整體鑄造鋁水分配器。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)電解鋁生產(chǎn)中，自動澆注鋁水分配器是采用不銹鋼為筒體，普通鋼材作為加強(qiáng)筋圍制焊接而制成的結(jié)構(gòu)件，其出鋁口也是不銹鋼管焊接而成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。此種結(jié)構(gòu)的鋁水分配器在工作中鋁水從鋁錠模的頂端直接注入鋁錠模，在澆注鋁錠的過程中鋁水飛濺、翻騰相當(dāng)嚴(yán)重以至產(chǎn)生了很多的氧化渣，這種鋁水分配器在使用過程中不能實(shí)現(xiàn)免打渣的功能，鋁錠表面出現(xiàn)很多鋁渣，需要人工進(jìn)行刮打、清除，每一塊鋁錠都要進(jìn)行這樣的操作，增加了工人的勞動強(qiáng)度，浪費(fèi)了大量的鋁水。再者這樣的鋁水分配器使用壽命低，由于耐高溫性能差，極易變形和損壞，幾乎每個(gè)月需要更換1～3次，且可維修性較差，澆注嘴(出鋁口)如果損壞就必須更換整個(gè)鋁水分配器，這樣就增加了澆注機(jī)的安裝、檢修、維護(hù)的時(shí)間，而減少了鋁錠的生產(chǎn)時(shí)間，增加了生產(chǎn)成本，使用這種鋁水分配器在一定程度上制約了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種整體鑄造的鋁水分配器，使分配器在運(yùn)行過程中在免于打渣的同時(shí)還可以使鋁錠的表面質(zhì)量達(dá)到合格。消除打渣的工作崗位，簡化生產(chǎn)工序，而且新的鋁水分配器材質(zhì)具備耐高溫、耐沖刷、耐腐蝕，強(qiáng)度高，不易變形的特點(diǎn)，并具有一定的可加工性和焊接性能。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是確定材質(zhì)的化學(xué)成分如下C碳0.20％～0.35％；Si硅0.4％～0.8％；Mn錳0.4％～0.8％；Cr鉻10％～13％；Mo鉬1％～3％；Ni鎳1％～5％；Re稀土0.04％～0.08％；P、S磷、硫≤0.05％。
所述化學(xué)成份用在生產(chǎn)100kg爐料的配料比為含碳為0.15％優(yōu)質(zhì)低碳鋼67～80kg；FeCr65C0.03鉻鐵14～20kg；FeMo70鉬鐵1～4kg；；Ni鎳以純鎳的形式加入1.5～5.5kg；含碳為4％生鐵1～4kg，Re稀土的加入量為澆包容量的0.1％。
鋁水分配器采用整體鑄造；鋁水分配器1的出鋁口2內(nèi)腔為弧形的緩沖結(jié)構(gòu)。
(1)鋁水分配器結(jié)構(gòu)確定改變原來的分配器1出鋁口直沖鋁錠的形式，將出鋁2改為外部、內(nèi)腔均為緩沖弧形結(jié)構(gòu)，鋁水不再直沖入鋁錠模，而是從鋁錠模的中下部離鋁錠模最低部僅10mm處平緩的流入鋁錠模內(nèi)腔以至全部充滿。這種澆注方式以最平緩的流速進(jìn)入了鋁錠模，最大限度的減少了氧化渣的產(chǎn)生。從而實(shí)現(xiàn)了免打渣，也能很好的保證了鋁錠的表面質(zhì)量。
此結(jié)構(gòu)可見附圖4。
(2)材質(zhì)化學(xué)成分的確定本發(fā)明對分配器的化學(xué)成分經(jīng)過了反復(fù)篩選與實(shí)踐并最終確定。在實(shí)踐中我們試驗(yàn)過兩組不同化學(xué)成份的材質(zhì)，所熔制出來后的性能對比如下①C碳0.30％～0.45％；Si硅0.4％～0.8％；Mn錳0.4％～0.8％；Cr鉻2％～8％；P、S磷、硫≤0.05％。
按此化學(xué)成份進(jìn)行配料，100kg爐料配料比如下含碳為0.15％優(yōu)質(zhì)低碳鋼86kg；FeCr65C0.5鉻鐵8kg；含碳為4％生鐵6kg。
在這些金屬爐料中均存在一定量的硅、錳含量，但其含量很低，總體的硅含量之和為0.5％，在硅含量的要求范圍內(nèi)，以上各種爐料錳含量之和為0.7％，也在錳含量的要求范圍之內(nèi)，因此不用再加這兩種爐料，要控制這兩個(gè)元素的含量在要求范圍內(nèi)，就必須控制好各種爐料的硅、錳元素的原始含量。至于磷、硫元素，因其為金屬材料中的有害元素，能控制得越低越好。一般都是在爐料上進(jìn)行控制，防止磷、硫元素超標(biāo)的爐料入爐內(nèi)熔煉。用這種配比熔制出的材質(zhì)有著較好的加工性能和綜合機(jī)械性能。但由于鉻含量的不足其耐熱溫度也僅在400～700℃，達(dá)不到分配器在工作中的耐溫為700～900℃的要求，由于耐熱溫度不夠，其抗熱強(qiáng)度也不足，在熱狀態(tài)下容易變形，雖然這種材質(zhì)的制作成本較低，卻達(dá)不到分配器的使用要求。
②C碳0.10％～0.20％；Si硅0.4％～0.8％；Mn錳0.4％～0.8％；Cr鉻18％～25％；Re稀土0.04％～0.08％；P、S磷、硫≤0.05％。
按此化學(xué)成份進(jìn)行配料，100kg爐料配料比如下含碳為0.15％優(yōu)質(zhì)低碳鋼68kg；FeCr65C0.03鉻鐵30kg；含碳為4％生鐵2kg。Re稀土的加入量為澆包容量的0.1％，也和上一個(gè)配比一樣不用再加硅、錳元素的爐料。并控制好爐料中的磷硫含量。這種配比所熔出的材質(zhì)由于含碳量較低和含鉻量較高，因此有著很好的耐熱性能，耐熱溫度可高達(dá)1100℃，由于加入了稀土元素使得材質(zhì)有了很好的焊接性能。但此種材質(zhì)由于碳含量低，對原材料要求很高，要求的出爐溫度也很高，熔制比較困難，澆注流動性也較差，比較難以鑄造成型。在使用過程中高溫抗變形能力不能完全達(dá)到要求。另外還有一點(diǎn)也是由于該成份低碳高鉻的特點(diǎn)對鋼材原料要求高和需要加入大量的鉻合金鐵，因此生產(chǎn)成本也較高。
綜上所述，為能達(dá)到分配器在使用過程中的耐溫要求，且要考慮到鑄造、加工、及成本等方面的綜合因素，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定的化學(xué)成份為C碳0.20％～0.35％；Si硅0.4％～0.8％；Mn錳0.4％～0.8％；Cr鉻10％～13％；Mo鉬1％～3％；Ni鎳1％～5％；Re稀土0.04％～0.08％；P、S磷、硫≤0.05％。
該成份中加入合金元素Mo鉬1％～3％；Ni鎳1％～5％；是用于增加耐熱性和高溫強(qiáng)度的，使其耐熱溫度為800～1000℃。
按此化學(xué)成份進(jìn)行配料，100kg爐料這種化學(xué)成份所確定的最佳爐料配比為含碳為0.15％優(yōu)質(zhì)低碳鋼73kg；FeCr65C0.03鉻鐵18kg；FeMo70鉬鐵2kg；；Ni鎳以純鎳的形式加入3.5kg；含碳為4％生鐵3kg，Re稀土的加入量為澆包容量的0.1％。
下面就每種元素的選定作詳細(xì)說明。
C碳0.20％～0.35％，所確定的含碳量范圍為中低碳鋼，之所以采用這個(gè)范圍的含碳量主要是因?yàn)樘际卿摬闹凶钪匾脑?，在這個(gè)范圍內(nèi)的鋼材有著良好的綜合機(jī)械性能，強(qiáng)度、韌性、硬度都很好，且還有著較好的加工性和可焊接性能。Si硅0.4％～0.8％硅的含量在鋼村中是起到增加強(qiáng)度和改善鑄造性能的，但其含量不宜過高，因?yàn)槿绻砍^一定量后其強(qiáng)度又會大幅度下降，考慮到在熔制過程中要沉淀脫氧需加入一定量的硅鐵，以及為增加綜合性能而加入稀土硅后硅的含量有所增加，因此控制在這個(gè)范圍內(nèi)還是比較合適的。Mn錳0.4％～0.8％錳在鋼材中也是增加強(qiáng)度的有益元素，但也不益過高，高則對總體性能也產(chǎn)生不利。Cr鉻10％～13％是該材質(zhì)中起耐熱作用的最主要的合金元素，鉻在鋼中不僅能提高強(qiáng)度，最主要是可以在材質(zhì)的基體內(nèi)部產(chǎn)生合金化和在表面產(chǎn)生致密氧化膜，從面起到耐熱的作用，之所以選擇這個(gè)范圍是因?yàn)榻?jīng)過實(shí)踐后其耐熱性能已完全足夠，鉻量也不能再高于13％高于此范圍則成本增加且對材質(zhì)的鑄造性能、加工性能、焊接性能產(chǎn)生不利。Mo鉬1％～3％加入少時(shí)鉬元素也是用于加強(qiáng)基體合金化從面增加分配器的強(qiáng)度及抗變形能力的Ni鎳1％～5％鎳的作用也是起耐熱作用的元素與鉻作用后可以生成更致密的氧化膜增加耐熱性能。Re稀土0.04％～0.08％稀土元素是一種稀有元素氧化物的混合體加入到材質(zhì)的基體中起到明顯的增加綜合性能作用的。磷、硫P、S≤0.05％。磷、硫在金屬材料的基體中是屬于有害元素，其含量如果超過0.5％以上則可大幅降低材質(zhì)的機(jī)械性能，因此能控制的越低越好。
(3)分配器的成型分配器的成型是采用0.5噸無芯中頻感應(yīng)熔爐進(jìn)行熔煉，在爐前加入鐵水包容量的0.1％的包頭稀土廠的1號稀土硅，造型采用樹脂砂組芯造型，澆冒口采用易割冒口的形式，出爐溫度為1500℃。澆注完畢5小時(shí)后才可以開箱進(jìn)行清砂打磨。結(jié)構(gòu)如圖2、圖3，與原有的分配器區(qū)別在于原分配器1為焊接件，出鋁口2為垂直焊接的直管；本發(fā)明分配器為整體鑄造，出鋁口2為弧形，開口方向與鑄模平行。
(4)分配器的加工、裝配分配器加工背面的大平面。加工完畢后鉆孔并攻絲。然后與相應(yīng)的加強(qiáng)構(gòu)件通過螺栓聯(lián)接裝配到一起。即可完成整個(gè)鋁水分配器的構(gòu)件的安裝。
采用本發(fā)明研制的中絡(luò)系稀土耐熱合金鋼為一種優(yōu)質(zhì)的耐熱合金鋼，具備耐高溫、耐沖刷、耐腐蝕、強(qiáng)度高，不易變形的特點(diǎn)，用其鑄造的鋁水分配器使用壽命長，可達(dá)1.5年以上才需更換，由于有較好的加工、焊接性能，使損壞的分配器維修成為可能，通過維修又進(jìn)一步增加了使用壽命，節(jié)約了生產(chǎn)成本。又由于整體鑄造的鋁水分配器出鋁口結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可免于打渣，同時(shí)還可以使鋁錠的表面質(zhì)量達(dá)到合格，既簡化生產(chǎn)工序，省工省時(shí)，降低工人勞動強(qiáng)度，又大大節(jié)約了鋁水，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。


下面結(jié)合

具體實(shí)施方案。
圖1是原鋁水分配器示意圖。
圖2是本發(fā)明鋁水分配器的主視圖。
圖3是圖2的A-A視圖。
圖4是本發(fā)明鋁水分配器的工作簡圖。
具體實(shí)施例方式
①用組芯造型方法做出分配器的鑄型，用0.5噸中頻感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行鋼水熔煉。在實(shí)際生產(chǎn)中常用到以下三種配比方法。
配比1含碳為0.15％優(yōu)質(zhì)低碳鋼80kg；FeCr65C0.03鉻鐵14kg；FeMo70鉬鐵1kg；；Ni鎳以純鎳的形式加入1.5kg；含碳為4％生鐵1kg，Re稀土的加入量為澆包容量的0.1％。由于此種配料比成份偏下限，主要元素的化學(xué)成份為C碳0.20％；Cr鉻10％；Mo鉬1％；Ni鎳1％。
配比2含碳為0.15％優(yōu)質(zhì)低碳鋼67kg；FeCr65C0.03鉻鐵20kg；FeMo70鉬鐵4kg；；Ni鎳以純鎳的形式加入5.5kg；含碳為4％生鐵4kg，Re稀土的加入量為澆包容量的0.1％。由于此種配料比成份偏上限，主要元素的化學(xué)成份為C碳0.30％；Cr鉻13％；Mo鉬3％；Ni鎳5％。
配比1為偏上限的配料比，所熔出的材質(zhì)由于含碳低合金量少，因此耐熱溫度相對較低，鑄造時(shí)流動性能較差，但加工性及焊接性能俱佳。配比2為偏下限的配料比所熔出的材質(zhì)由于含碳高合金量高，因此強(qiáng)度高、耐熱溫度相對較高，鑄造時(shí)流動性能較好，但加工性及焊接性能卻不是很好。為使材質(zhì)能有較好的綜合性能一般在生產(chǎn)都采用化學(xué)成份的中限進(jìn)行爐料配比。常用的為中限配料比即配比3。
配比3含碳為0.15％優(yōu)質(zhì)低碳鋼74kg；FeCr65C0.03鉻鐵18kg；FeMo70鉬鐵2kg；；Ni鎳以純鎳的形式加入3.5kg；含碳為4％生鐵3kg，Re稀土的加入量為澆包容量的0.1％。主要元素的化學(xué)成份為C碳0.28％；Cr鉻11％；Mo鉬2％；Ni鎳3％。
熔煉過程中待鋼水溫度升至1500℃時(shí)，出爐入鋼水包中，鋼水包中加入0.1％鋼水包容量的包頭稀土廠的1號稀土硅。后再加入0.8kg純鋁進(jìn)行終脫氧，出爐時(shí)不能將鋼水直沖入稀土硅上，待鋼包裝滿鋼水后靜置2分鐘，然后進(jìn)行澆注，澆注速度要控制在6分鐘內(nèi)澆注完畢。澆注完畢后5小時(shí)才可以開箱進(jìn)行清砂打磨。
清砂打磨完畢后要進(jìn)行去應(yīng)力退火。下一步就是加工出其裝配面和相應(yīng)構(gòu)件裝配到一起，即為整個(gè)新型的中鉻耐熱合金、免打渣、整體鑄造鋁水分配器。
②鋁水分配器裝配到鑄機(jī)上，經(jīng)過預(yù)熱后，鋁水達(dá)到相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)時(shí)，就可以開槽出鋁，此時(shí)鑄機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，鋁水分配器也做相應(yīng)的圓周運(yùn)動，鋁水流入分配器中，如圖4所示，分配器在運(yùn)動中開始分配鋁水到鋁錠模中去。鋁水進(jìn)入新型分配器內(nèi)腔時(shí)由出鋁口緩沖進(jìn)入鋁錠模的底部。平緩的充滿鋁錠模的內(nèi)腔。避免和大大減少了氧化渣的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)免打渣。
權(quán)利要求
1.一種中鉻耐熱合金、免打渣、整體鑄造鋁水分配器，其特征是材質(zhì)的化學(xué)成分如下C碳0.20％～0.35％；Si硅0.4％～0.8％；Mn錳0.4％～0.8％；Cr鉻10％～13％；Mo鉬1％～3％；Ni鎳1％～5％；Re稀土0.04％～0.08％；P、S磷、硫≤0.05％；鋁水分配器為整體鑄造；鋁水分配器(1)的出鋁口(2)內(nèi)腔為弧形的緩沖結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中鉻耐熱合金、免打渣、整體鑄造鋁水分配器，其特征是所述材質(zhì)的化學(xué)成分用在生產(chǎn)100kg爐料的配料比為含碳為0.15％優(yōu)質(zhì)低碳鋼67～80kg；FeCr65C0.03鉻鐵14～20kg；FeMo70鉬鐵1～4kg；Ni鎳以純鎳的形式加入1.5～5.5kg；含碳為4％生鐵1～4kg，Re稀土的加入量為澆包容量的0.1％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中鉻耐熱合金、免打渣、整體鑄造鋁水分配器。其特征是鋁水分配器為整體鑄造；鋁水分配器的出鋁口內(nèi)腔為弧形的緩沖結(jié)構(gòu)。材質(zhì)是自行研制的中鉻系稀土耐熱合金鋼，為一種優(yōu)質(zhì)的耐熱合金鋼，具備耐高溫、耐沖刷、耐腐蝕、強(qiáng)度高，不易變形的特點(diǎn)，用其鑄造的鋁水分配器使用壽命長，由于有較好的加工、焊接性能，通過維修又增加了使用壽命，節(jié)約了生產(chǎn)成本。由于出鋁口結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可免于打渣，同時(shí)還可以使鋁錠的表面質(zhì)量達(dá)到合格，既簡化生產(chǎn)工序，省工省時(shí)，降低工人勞動強(qiáng)度，又大大節(jié)約了鋁水，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號C25C3/00GK1865483SQ20061001923
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者陳柱, 喬貴林, 林琳, 唐騫, 于曉強(qiáng), 蘇元機(jī), 唐祖田, 李勇智 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司