铝用阳极组装磷生铁配比与探讨

刘刚邵晨恩

摘要：通过对磷生铁配比优化的研究发现：将新的阳极碳块和导杆组连接在一起,连接部位是导杆组的钢爪与碳块的碗间隙之间，盛装在台包中的熔融状态的磷生铁水，借助于浇注机将其注入到钢爪与碳碗间隙之间冷却后使导杆组与碳块结合为一体，运入电解工序使用,调整后的磷生铁配比更能满足生产节能降耗的需要，生产运行统计表明：采用新配方后无法压脱率降低了1.08％，铁碳压降降低31.25ｍv，试验效果非常明显的。

关键词：磷生铁配比优化实践

一.磷生铁的应用组成及现状分析

1.磷生铁的应用

将新的阳极碳块和导杆组连接在一起,连接部位是导杆组的钢爪与碳块的碗间隙之间，借助于浇注机将其注入到钢爪与碳碗间隙之间冷却后使导杆组与碳块结合为一体，运入电解工序使用。

2.磷生铁的组成及作用

磷生铁组成各化学成分在磷生铁中作用各不相同，磷生铁中常规五大元素C、Si、Mn、P、S；C是促进石墨化并对石墨的形状、大小有很大影响的元素，含碳量一般在2.6-3.5%之间。Si是促进石墨的析出和球化，改善铸铁性能含量在2.0-3.0%。锰是阻碍石墨化的元素，增加铁原子之间的结合力，使金属基体强度上升，提高机械强度含量控制在0.6-0.9%。P使铁水粘度降低，增加铁水对铸型的润湿能力．提高铁水的流动性，所以P能很明显地提高铁水的流动性．从而改善铁水的浇铸性能。为保证磷铁环压脱性能及机械性能，含量在0.8－1.6％之间。硫是强烈阻碍石墨化的元素，属有害物质，在生产中应尽量把硫从铁水中除去，以利于降低压降。同时它还降低铁水流动性，恶化浇铸性能。一般含硫量控制在0.15%以下。当含S量超过0.18％以后，铁水流动性变差．

3.阳极组装存的问题

阳极组装用磷生铁各元素含量达不到技术要求,影响铁水导电率和铁水流动性。浇注裂纹阳极浇注后碳碗裂纹较多；裂纹较多容易造成铁环与阳极脱落。熔炼温度偏高；在电解铝使用过程中，会增大导杆、阳极的导电压降。将导致电解使用过程中阳极的脱落情况发生；从电解返回组装的阳极，其钢爪上的磷铁环不易破碎。

二.磷生铁配比脱硫

1.铁水流动性分析：铁水流动性，是指铁液充填铸型的能力．铁水充填铸型的能力除与铸型本身特性有关外，还和铁水化学性质有关．通常对铸铁流动性影响最大的因素是浇铸温度，化学成分，液态金属状态等．从阳极浇铸铁水的化学成分来讲，影响流动性的元素很多，但其中主要以C、Si、P影响最为显著。熔炼时铁水的过热程度也影响流动性，随过热温度的提高，铁水中各种细小的固态杂物熔解了，铁水净化程度提高，即使浇铸温度不变，也能提高铁水的流动性。增碳剂的增碳效果及分析利用碳硫分析仪检测加入增碳剂后，磷生铁中C含量的变化，增碳剂颗粒在10mm时增碳效果最好，选择在炉底增添增碳剂的增添方法碳的吸收率最高。增碳剂的粒度大小不同，其熔解扩散速度和氧化烧损速度也不同。在一般情况下，增碳剂颗粒大、烧损小，熔解扩散速度慢；反之，增碳剂颗粒小、烧损大，熔解扩散速度也大。在生产中增碳剂粒度的选择应根据炉膛大小和容量来综合考虑。因此，需要通过实验寻找最佳粒度，使增碳剂烧损最小，吸收率就最高，从而降低能耗。对磷生铁在电解使用，主要是铁碳压降的影响，有资料表明，对磷生铁铁碳压降影响循序为:C>P>Si，保证磷生铁铁碳压降最低的最佳配方为:C3.2%、P1.2%、Si2.0％。与前面论述相同。

根据前面结果，得出磷生铁最佳配方范围为:

C:3.0-3.5%P:0.8-1.3%Si:2.0-3.0%Mn:0.5-0.7%S:<0.15%

2.磷生铁配比

一般磷生铁的成份范围大致为：C2.4-4.0%?Si0.6-3.0%?Mn0.2-1.2%?P0.1-1.2%?S0.08-0.15%?我们要求的成份为C2.5-3.5%?Si2.5-3.5%?Mn0.6-0.9%?P0.8-1.6%?S<0.2%.熔炼中各元素的含量变化为：Si损失15%、Mn损失20%、S增加50%，P和Si基本上没有什么变化.磷生铁配比要补充生铁中烧损的元素量，并调整磷铁的成分和性能，使之达到使用要求—即在主要使用回炉磷生铁和新生铁以外，还要按要求增加原料硅铁、锰磷铁、增碳剂的使用量。在开炉前的前两批炉料中，一定添加萤石（作为熔剂，碱性物质，可以促进脱硫）。五大元素也会影响浇筑质量，从而使压降升高磷铁中的硫含量增加，会导致铁水流动性下降，影响浇筑并增大电阻。磷铁中的磷含量增加，铁水的熔点降低，铁水流动性提高，对浇筑有利。随着碳、硅含量增加，铁水的流动性降低，石墨化程度增加。含硫较高的磷铁中，随锰含量的增加，铁水流动性下降。磷铁中的硫是是强烈阻碍增碳的元素，具有强烈的白口化作用，是浇筑中最有害的元素，它严重影响导电率和铁水的流动性，必须严格控制其含量。

3.降低铁碳压降的方法探讨

（1）加强除锈工作管理，要求要除去钢爪底以上15CM的铁锈，并且要对钢爪上的杂质进行清除，钢爪底部也要清理，要求处理后必须露出金属光泽；钢爪上涂刷石墨粉涂料（铅粉）。在涂刷石墨粉涂料前要先进行钢爪清理，除去钢爪上的杂物。石墨粉涂料的配比也要达标，按溶液比重1：25进行配料。；对碳碗的清理要做到碗内、碗边无灰尘、杂物。；加强磷铁的配比和开炉熔炼。要求炉前人员按照作业要求进行配料，小料必须过秤，各种物料要清洁，大小合乎标准，重量不得超差，各种元素含量一定要控制到范围内；严格控制铁水温度，不合格的不准浇注。对碳块进行检查，防止受潮，杜绝二次浇注。；从前炉放出的铁水要添加脱硫剂和除渣剂，进行脱硫和除渣。

（2）生产管理

根据以上脱硫技术分析，脱硫工序有放热反应也有吸热反应。在允许的情况下，铁水温度稍低点有利于脱硫生产，所以脱硫时铁水温度一般控制适宜，应控制在1350±20℃,并且加入时做到铁水与脱硫剂能够充分的搅拌接触?同时做到搅拌脱硫时尽量与空气隔绝,减少铁水氧化和脱硫剂烧损。脱硫剂添加完毕后停止供电将铁水静止3min～5min,将脱出的硫化物及铁渣充分进行扒渣清理，去除炉外。铝电解阳极组装所用磷生铁水脱硫对于合格阳极组的浇铸极其重要，铁水中含硫量高严重影响阳极组的浇铸质量，提高电解阳极的电阻率，影响电解的电流效率

结束语

采用合格的磷生铁在预焙阳极浇铸中使用，可以有效的降低电解铝生产时阳极铁－碳压降50mV左右，产生可观的经济效益。并且在工业性试验中，试验极表现稳定，现已在该铝厂生产中全面使用。

同时在工业性试验过程中发现，浇铸质量在一定程度上影响铁-碳压降和阳极工作的稳定性;磷生铁中硫含量必须控制在一定范围内，所以在以后的研究中要加大磷生铁脱硫的研究，合理的硫含量会进一步降低阳极铁-碳压降。

参考资料

[1]刘业翔．现代铝电解[M]．冶金工业出版社，2014.

[2]李庆义，贾鲁宁．铝用炭阳极技术[M]．冶金工业出版社，2014.

[3]王平甫，宫振．铝电解炭阳极技术（一）[M]．冶金工业出版社，2013.

[4]王平甫．铝电解炭阳极生产与应用[M]．冶金工业出版社，2015.