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1、阳极组装磷生铁配比优化的研究阳极组装磷生铁配比优化的研究赵永金(中铝青海分公司 青海 大通 810108)摘要通过对磷生铁配比优化的研究发现：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31.25v，试验效果非常明显的。关键词:磷生铁，配比，优化 4 o ?6 Y g$ k6 l/ / G1 |$ uThe study on the optimization of the ratio between the cast iron in the anodeAbstract: Through research on optimi
2、zation of pig iron containing phosphor, it shows : the new compounding of pig iron containing phosphor could better meet the requirement of energy saving and consumption reduction in production. Producing practice showed that the ratio of non-pressing reduced 1.08% , and the voltage drop between iro
3、n and carbon reduced 31.25mv. The industrial testing results were very good.Key words: pig iron containing phosphor, compounding, optimization,引言：1 o y3 Z5 U* b% . U+ z* G% E! s阳极炭块组装是将阳极导杆、钢爪和预焙阳极炭块组合为一体的工艺过程，铝导杆、钢爪头和预焙阳极炭块通过浇注磷生铁连接在一起。磷生铁浇注的质量直接影响到铝电解能耗，因此，研究和优化磷生铁配方具有非常重要的意义。磷生铁的成分，特别是铁水中的五大元素的含量
4、对于铸造性能和铁炭接触电阻关系密切。C：理化性能是膨胀，并呈石墨片状，要求 34%，由于 C起膨胀作用，可使铁水冷却后减少收缩，铁与碳碗之间接触面积增大，从而使上槽后的铁炭压降降低。Si：理化性能是减小收缩，作用和炭相同。P：理化性能是使铁水流动性好，并使铸件发脆，也是增强流动性而冷脆，它的含量要求 0.81.6%。由于 P本身的作用增强铁水流动性，在温度相同的情况下，可以使铁水均匀的注入炭碗四周，生产中可以降低电耗。由于它具有脆性，而使爪头上的磷铁环容易脱落。Mn：可以脱硫，增加铸件的拉力，主要是用它来减少铁水中的含硫量。 Fe+MnMnS（渣）+Fe 。 S：性能是脆性（热脆），如铸铁含硫
5、量多，则会引起铸铁环炸裂，使铁炭接触电阻增高。在生产中应千方百计的把硫从铁水中除去，以利于降低压降。对磷生铁的成分进行优化调整，可使磷生铁具有流动性良好、热膨胀性强、电阻率低、冷态下易脆裂等特点。. b4 ) J: J U1 问题的提出1.1提高磷生铁压脱率的需要本公司炭素厂组装车间导杆返修率居高不下，（导杆返修率及废品分布见表 1）其中开焊、磷生铁压脱不净是影响导杆返修率的主要因素。开焊可通过加强导杆焊接质量解决；磷生铁压脱不净影响因素较多，包括磷生铁合金成份、导杆钢爪表面光滑度等。为降低导杆返修率，节约导杆维修费用，需进行磷生铁成份调整试验。* S0 J, Z2 V; N; N( E) ?
6、 P0 m1 |! U1 : v! |. j( A2 z表 1 2002年 13月导杆下线分布% F* g& k9 k废品类型 开焊 压脱不净 偏中心 弯曲 麻面 化爪 其它 返修总计 0 F K6 o3 9 i# x3 w数量 7670 1347 796 441 233 455 1141 120833 W! / R Q, Z% 63.5 11.1 6.6 3.6 1.9 3.8 9.4 28.61 l5 D+ R |: U G8 W0 |1.2降低铁碳压降的需要铝导杆与炭块是通过浇铸磷生铁连接到一起的。因此磷生铁的理化特性直接影响到其连接强度和导电性。通过调整各元素含量可改善磷生铁热膨胀系数
7、和电阻率，从而提高组装阳极浇铸质量，并且降低铁碳压降。在电解槽阳极压降中，铁碳压降约占 50%。设法降低此部分压降，对电解槽节电具有十分重要的意义。表 2 我厂阳极铁碳压降实测值 8 + % o8 u5 9 q: Y项目 ) $ n+ H: : v7 E l/ n) q O数值 钢爪清理后铁炭压降 钢爪未清理铁炭压降测量数（个） 87 187 Q B! R# e/ S3 z6 1 d wMax（mv） 234 290; ?8 x/ _9 n% H5 F# JMin（mv） 90 103& h# F$ u% ) G. v; e平均（mv） 151.43 180 r8 V$ S7 R; B+ t-
8、 G( W大于 162mv的比例（%） 16 72* r& F: g! y g0 3 ( u我公司 160KA电解槽阳极铁碳压降设计为 162mv。公司能源部所测实际值为：钢爪未经清理测量平均值 180mv，（由于钢爪没有清理干净，其中一部分压降不是由于磷生铁因素引起），其中大于 162mv占 72%；钢爪简单清理后测量值平均 151.43mv，其中大于 162mv占16%（铁碳压降测量数据见表 2）。尽管钢爪清理后铁碳压降平均值低于设计值，但是实际的磷生铁配比很容易波动，使铁碳压降升高；另外在浇铸好的阳极中存在松动、磷铁裂缝、脱极的现象。有关文献中介绍了对磷生铁成分的研究结果，1认为通过改善
9、磷生铁成分减少裂纹、降低铁碳压降、节约电耗是有潜力的。因此，本研究着眼于通过磷生铁配方优化，达到降低铁碳压降，提高磷生铁可压脱率的目的。. M; u& k 6 G2 T+ R2 试验思路对组装难、易压脱磷生铁（难压脱磷生铁分为电焊切割料和铁锤敲打料）进行取样分析，从表 3数据可知：难、易压脱磷生铁的碳含量相差较大，由此可见磷生铁成份对其压脱性能影响较大，通过调整加入磷生铁的合金数量来调整磷生铁成份，以改变其压脱性能是可行的。% ! s4 h$ r表 3 磷生铁成份对压脱影响C S Mn P Si4 z: Y7 X) j% f- l$ s) u0 s1 - h易压脱磷铁环料 3.41 0.24
10、0.302 0.72 1.81电焊切割料 2.36 0.2 0.446 1.14 2.21& z: G9 C: + H1 s5 F l1 d. Y铁锤敲打料 2.34 0.3 0.462 1.1 2.00/ h! u: A- v2 c1 5 k* $ ) Z表 4 磷生铁成份技术标准值及实际值 单位： %项目类别 C Si P Mn 碳当量 P/ j g2 Z# ( S y5 o标准值 2.53.5 2.03.0 0.81.6 0.60.9 0 + j! - z( A99年实际值 2.77 2.48 1.38 0.79 4.05/ w/ n3 |$ j5 _7 C! h# A2000年实际值
11、2.75 2.43 1.02 0.81 3.92001年实际值 2.6 2.54 1.1 0.437 3.8根据有关文献介绍1：增加磷生铁 C含量，适当调整 Si、P 含量，且碳当量充分接近4.3%,，可得到磷生铁低热膨胀系数，低电阻率，从而大大降低炭阳极铁碳压降；在相关试验获得了磷生铁电阻率降低 85.7%的结果。我公司磷生铁碳当量情况：99 年为4.05%、2000 年为 3.9%；2001 年为 3.8%，碳当量较低，因此需要提高碳含量。（磷生铁实际成份统计见表 4）适当提高 P含量能提高磷生铁冷脆性，提高压脱率；降低 S含量能降低磷生铁热脆性，减少电解生产过程中脱极现象；Si 具有固溶
12、提高机械强度的作用。Mn 具有脱 S和提高机械强度的作用。因此有必要对我公司磷生铁成份进行调整，据有关资料显示合适磷生铁合金配比，能够将铁碳压降降到 120mv左右。而我公司机动能源处测试经简单清刷的阳极铁碳压降为 151.43mv，尽管比我公司阳极铁碳压降设计值 162mv要低，但与120mv相比还有较大降低空间。/ w+ & e5 L4 f8 r3 D3 试验过程及结果实验室研究表明，当保持碳当量 4.3%左右，调整磷生铁中 C、Si、P、Mn、S 可减少磷生铁热膨胀系数，降低磷生铁电阻率。在合适的 Si、P、Mn 含量范围内，温度对磷生铁电阻率影响减弱，因此磷生铁合金元素保持适当范围，可
13、减少铁碳压降，改善磷生铁压脱性能。3.1Mn确定在 0.60.9的范围内，对 C、P、Si 三元素进行 L34正交试验，以确定最佳磷生铁配方。正交试验表头设计 2 m& e3 F: N& p水平 3 ?( j$ p! Z/ R 8 V因子 6 - L& s0 b3 |# D6 / HC 2.8 3.2 3.6 J F+ ! d1 U; C1 N i t# pP 1.2 1.4 1.6Si 2.0 2.4 2.8项目 N; A! ! / v& |7 B序号 C P Si 压脱率 0 m: n: k h/ M2 ) y（%） 铁碳压降（mv）1 Q! s, L7 t+ Y! F1 Z; C1 9 L/ E1 1 1 1 Z, 2 P. b$ S m7 2 1 2 2 # a h: G2 O7 n/ j0 G* O( M3 1 3 3 4 2 1 2 * K t8 x/ t2 B% n/ + m y5 2 2
