一种铝电解用打壳锤头及打壳装置

摘要

本发明涉及一种铝电解用打壳锤头及打壳装置，该打壳锤头包括本体，所述本体表面设有多条依次相互平行分布的凹槽；所述凹槽的宽度、凹槽的深度、相邻凹槽的两条相邻顶边之间的距离分别为1‑500μm，所述凹槽的爬升角不大于90°；所述凹槽的宽度与相邻凹槽的两条相邻顶边之间的距离之比大于0.2。本发明的铝电解用打壳锤头，适用性强，突破传统设计思路，通过微米级凹槽的设置及对形状和尺寸的选用，实现熔融电解质在打壳锤头表面的润湿状态为Cassie润湿态，显著降低熔融电解质在打壳锤头表面的滑动接触角和接触角滞后，进一步提升了熔融电解质在打壳锤头表面的滑动性能，使得熔融电解质能快速从锤头表面滑落，实现自清洁。

权利要求

1.一种铝电解用打壳锤头，包括本体（4），其特征在于，所述本体（4）表面设有多条依次相互平行分布的凹槽（3）；所述凹槽（3）的宽度、凹槽（3）的深度、相邻凹槽（3）的两条相邻顶边之间的距离分别为1-500μm，所述凹槽（3）的爬升角为45-90°；所述凹槽（3）的深度与凹槽（3）的宽度之比大于0.2，相邻凹槽（3）的两条相邻顶边之间的距离与凹槽（3）的宽度之比大于0.3。

2.根据权利要求1所述的铝电解用打壳锤头，其特征在于，以每两条相邻凹槽（3）之间的本体表面区域为一个子区域，凹槽（3）的侧面与该侧面邻接的子区域之间的夹角不小于

90°。

3.根据权利要求1所述的铝电解用打壳锤头，其特征在于，所述凹槽的深度与凹槽的宽度之比大于0.3，相邻凹槽（3）的两条相邻顶边之间的距离与凹槽（3）的宽度之比大于0.3。

4.根据权利要求1所述的铝电解用打壳锤头，其特征在于，所述凹槽（3）的长度方向与竖直方向共面。

5.根据权利要求1所述的铝电解用打壳锤头，其特征在于，所述凹槽（3）起始于本体（4）底部与本体中心轴线相交的位置。

6.根据权利要求1所述的铝电解用打壳锤头，其特征在于，所述凹槽（3）的长度为5-

500mm。

7.根据权利要求1所述的铝电解用打壳锤头，其特征在于，所述凹槽（3）的长度为50-

400mm。

8.一种铝电解用打壳装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的打壳锤头。

说明书

一种铝电解用打壳锤头及打壳装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铝电解用打壳锤头及打壳装置，属于冶金设备领域。

背景技术

[0002] 当前，铝电解行业普遍采用自动化中间点式下料，下料前需要用打壳锤头击穿坚硬的电解质壳形成下料孔。在击打过程中，锤头会深入熔融电解质中而沾上电解质，频繁的打壳操作后锤头上粘附的电解质会越来越多而形成电解质“粘包”。电解质“粘包”对铝电解槽的电解生产过程有严重的影响，其主要影响有：1.较大的“粘包”粘附在锤头上，打壳时增大了锤头的受力面积，使得壳面难以打开，氧化铝粉末无法进入电解质中，引发壳面积料现象，从而频繁引发铝电解槽效应，增加电能消耗；2.带有“粘包”的大锤头打击槽壳后会使下料口增大，导致大量氧化铝流向槽内，热量散失大，同时导致周围的阳极炭块严重氧化等不利现象，严重影响铝电解槽的稳定运行。

[0003] 针对上面描述的电解质“粘包”现象，目前已经采用或提出的解决方法主要如下：

[0004] 1.较大的电解质“粘包”不利于电解生产，于是工人们经常用工具敲掉“粘包”。人工敲打电解质“粘包”的过程非常费力，工人劳动强度大，同时会对打壳气缸造成一定损伤，降低了打壳气缸的的使用寿命，而且增大了粘包掉入电解质中产生沉淀结壳的风险。

[0005] 2.精确控制锤头的打击深度，防止锤头进入电解质过深而粘附电解质。中国实用新型专利CN203440467U公开了一种防电解质粘连的打壳锤头装置，该装置能够有效的控制打壳锤头进入电解质的深度，但增加了不少附属机构，加大了工厂的投入，且不易实现。事实上，电解质熔盐处于波动当中，很难准确控制打壳锤头使其不深入电解质中。

[0006] 3.通过附加的机械装置清理锤头上的“粘包”。中国实用新型专利CN205934050U公开了一种打壳锤头自清洁装置，通过装置中的刀片切掉锤头上粘附的多余电解质，理论上可以将电解质清理干净，但附加的装置较大，难以安装，较大的设备还会干扰下料，同时增加了投入。

[0007] 4.改变打壳方式，无接触打壳。中国发明专利CN107502921A公开了一种激光打壳装置，该方法实现了零接触打壳，完全解决了电解质“粘包”问题，但该方法使用的激光装置较复杂，难以在电解槽上实现，且激光发生器昂贵，投入较大。

[0008] 5.改变锤头材料，制作不粘电解质的打壳锤头。中国发明专利CN107099820A公开了一种不粘电解质的打壳锤头，使用不粘电解质的炭素或碳化硅材料来制作锤头，一定程度上解决了电解质“粘包”问题，但该锤头强度有限或高温氧化，使用寿命受到影响。

[0009] 综上所述，当前提出的解决方法总会有这样或那样的问题，使得现行工业铝电解槽普遍仍在使用传统的铁质打壳锤头，电解质“粘包”问题仍然存在，给铝电解槽的稳定运行进行带来了极大的困扰。因此，工业上迫切的需要找到一种安装使用方便、成本低、结构简单的解决方法。

发明内容

[0010] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铝电解用打壳锤头及打壳装置，以有效解决电解质“粘包”问题，降低工人劳动强度，保证铝电解槽的稳定运行。

[0011] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

[0012] 一种铝电解用打壳锤头，包括本体，所述本体表面设有多条依次相互平行分布的凹槽；所述凹槽的宽度、凹槽的深度、相邻凹槽的两条相邻顶边之间的距离分别为1-500μm，所述凹槽的爬升角不大于90°；所述凹槽的深度与凹槽的宽度之比大于0.2，相邻凹槽的两条相邻顶边之间的距离与凹槽的宽度之比大于0.3。

[0013] 本发明中，凹槽的爬升角是指凹槽的底面与凹槽的侧面之间的夹角。凹槽的宽度包括凹槽自身不同深度位置处的槽宽，可以理解，当凹槽的爬升角为90°时，凹槽的宽度为恒定值；当凹槽的爬升角大于90°时，就单个凹槽来看，不同深度位置处的槽宽不同。

[0014] 采用这样的结构设计，锤头的本体表面分布有相互平行的凹槽，凹槽的尺寸为微米级，这样，连续紧密排列的无数个微米级凹槽显著降低了熔融电解质和本体的接触面积，极大程度上降低了电解质和本体表面之间的粘附力，使得熔融电解质在本体上的润湿状态为Cassie润湿状态，熔融电解质在本体表面的流动性增加，这样打壳锤头每完成一次打壳，从电解质中提出的过程中，由于重力作用，附着的电解质迅速从本体上滑落，防止“粘包”现象发生。

[0015] 进一步地，所述爬升角为45-90°。

[0016] 进一步地，以每两条相邻凹槽之间的本体表面区域为一个子区域，凹槽的侧面与该侧面邻接的子区域之间的夹角不小于90°，如此，可进一步保障熔融电解质在本体表面的润湿属于Cassie润湿态。

[0017] 进一步地，所述凹槽的深度与凹槽的宽度之比大于0.3，相邻凹槽的两条相邻顶边之间的距离与凹槽的宽度与比大于0.3。

[0018] 优选的，在满足凹槽的宽度与相邻凹槽的两条相邻顶边之间的距离之比大于0.2的前提下，不要使凹槽的宽度值太大，这样会增加固液接触面积，从而增加滑动角和接触角滞后，降低熔融电解质在打壳锤头表面的滑动性能。

[0019] 通过对凹槽尺寸和排布参数的设置，防止凹槽太浅或者太宽，这样熔融电解质不至于浸入到凹槽中与凹槽底面接触，保证熔融电解质与打壳锤头的接触属于Cassie润湿状态。

[0020] 优选地，所述凹槽的长度方向与竖直方向共面，如此，各条凹槽沿本体中心轴线所在平面延伸，使得本体表面与凹槽侧面的交界处对液体的阻碍作用力垂直于熔融电解质的运动方向，对熔融电解质的运动起不到阻碍作用力，且凹槽内固液间空气柱的存在使得熔盐在锤头上的滑动角和接触角滞后都降低，移动性能显著增加。

[0021] 作为本发明的一个实施例，所述凹槽起始于本体底部与本体中心轴线相交的位置。

[0022] 作为本发明的另一个实施例，所述凹槽分布于本体侧表面上。

[0023] 进一步地，凹槽呈螺旋状分布于本体表面。

[0024] 进一步地，所述凹槽的长度为5-500mm。

[0025] 进一步地，所述凹槽的长度为50-400mm。

[0026] 凹槽的长度可根据凹槽的走向及实际需要进行合理调整，保证本体与电解质接触的部分都有凹槽即可；这样也可节省加工成本。

[0027] 本发明中，凹槽可通过激光雕刻或显微机械加工产生。

[0028] 优选地，本体由铁碳合金或其他优质金属合金材料制成，便于加工凹槽。

[0029] 优选地，所述凹槽的横截面为矩形，以降低加工难度，节省加工成本。

[0030] 由于固体材料不可能完全光滑，其表面存在或大或小的凹坑和凸起，液体在固体表面的润湿并不是完全的固液接触，因此液体润湿固体可分为两种润湿状态：一种是固体表面的粗糙度较低，可近似看作液体与固体表面完全接触，又或者是凹坑较大，液体浸入到凹坑中和固体几乎完全接触，此为Wenzel润湿状态。对于液体在固体表面润湿性较好的情况，Wenzel润湿态会进一步增加润湿性能，一般地，现有铝电解打壳锤头表面与熔融电解质的润湿态一般为光滑表面，未经特殊加工处理，其润湿状态一般为Wenzel润湿态；另一种情况是凹坑大小适中，使得液体并未完全浸入凹坑中与固体表面接触，即凹坑中固液之间存在空气，此为Cassie润湿状态。Cassie润湿状态下，由于凹坑内固液间存在空气，固液接触面积降低，会降低液体对固体的润湿性能，即液体粘附到固体表面的能力降低，液体在固体表面的滑动性能增加。因此，对于铝电解打壳锤头，其表面呈现Cassie润湿状态有助于降低熔融电解质在锤头表面的润湿性能，提升熔融电解质在锤头表面的滑动能力，使得锤头在脱离熔融电解质过程中电解质由于重力原因快速滑落，不会粘附到锤头上，实现自清洁。本发明中，通过在锤头表面设置多条相互平行的凹槽，且对凹槽的深度、凹槽的宽度及相邻凹槽之间的间距进行合理设计，使得熔融电解质在锤头表面的润湿状态为Cassie润湿状态，从而大幅降低熔融电解质在打壳锤头的本体表面的粘附能力，赋予打壳锤头自清洁能力，有效解决电解质“粘包”问题。

[0031] 基于同一发明构思，本发明还提供一种铝电解用打壳装置，包括如上所述的打壳锤头。

[0032] 只需将现有铝电解打壳装置的打壳锤头更换成本发明的打壳锤头，即可获得本发明的铝电解用打壳装置。例如，对于专利CN2017114302636、CN2017111341944、CN201710292159.9等中所述的打壳装置或打壳下料装置，均可用本发明的铝电解用打壳锤头替代其原有锤头，使得相关装置性能得到进一步改善，防止“粘包”现象发生。

[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

[0034] 1.本发明的铝电解用打壳锤头，只在打壳锤头的表面做改进，无需不改变原有打壳锤头的外形轮廓以及和气缸部分的连接方式，与铝电解槽原有结构配合良好，适用性强，便于在现有电解槽上安装更换。

[0035] 2.本发明的铝电解用打壳锤头，通过多条微米级凹槽的设置及合理排布，即可极大程度地降低熔融电解质在打壳锤头表面的粘附能力，提高熔融电解质在打壳锤头表面的滑动性能，防止电解质粘附在锤头表面形成电解质“粘包”。

[0036] 3.本发明的铝电解用打壳锤头，结构简单，不需要安装附属设备，降低了工人劳动强度。

[0037] 4.本发明的铝电解用打壳锤头，突破传统设计思路，从打壳锤头表面的显微结构出发，通过凹槽的设置及对形状和尺寸的选用，实现熔融电解质在打壳锤头表面的润湿状态为Cassie润湿态，显著降低熔融电解质在打壳锤头表面的滑动接触角和接触角滞后，进一步提升了熔融电解质在打壳锤头表面的滑动性能，使得熔融电解质能快速从锤头表面滑落，实现自清洁。

附图说明

[0038] 图1为本发明的一种铝电解用自清洁打壳锤头实施例的主视图（左）及其局部放大图（右边）。

[0039] 图2为本发明的一种铝电解用自清洁打壳锤头实施例的截面图（左）及其局部放大图（右）。

具体实施方式

[0040] 以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

[0041] 如图1和图2所示，一种铝电解用打壳锤头，包括本体4，该本体4包括圆柱段，圆柱段的底部一体连接有一半球体，该半球体的直径与圆柱段直径相同，所述本体4表面设有多条依次相互平行分布的凹槽3；所述凹槽3的宽度m为250μm，凹槽3的深度h为100μm，相邻凹槽3的两条相邻顶边之间的距离n为80μm，所述凹槽3的爬升角为90°；所述凹槽3的宽度与相邻凹槽3的两条相邻顶边之间的距离之比大于0.32；凹槽的深度与凹槽的宽度之比为0.4。

[0042] 以每两条相邻凹槽3之间的本体表面区域为一个子区域2，凹槽3的侧面与该侧面邻接的子区域2之间的夹角为90°。

[0043] 所述凹槽3的长度方向与竖直方向共面。

[0044] 所述凹槽3起始于本体4底部与本体中心轴线相交的位置，且沿着本体表面向上延伸至截止线1。所述凹槽3的长度为200mm。截止线1下方的本体表面区域按上述参数分布凹槽。

[0045] 本发明的上部结构可根据工厂现行打壳锤杆的实际形状进行加工，加工好的打壳设备直接在现行打壳气缸上安装使用，无须任何调整与改动。

[0046] 上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。