CN101397643A - 铝电解用新型磷硫生铁 - Google Patents
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Abstract
一种铝电解用新型磷硫生铁，其生铁重量百分比组成为：碳1.8～3.8％、硅1.8～2.8％、锰0.20～1.5％、磷0.1～0.8％、硫小于1.0％，其余为铁，其它杂质≤1％；所述生铁铁水出炉时，按铁水重量的0.5～1.0％加入添加剂，添加剂重量百分比组成为：稀土2.0～4.5％、钙2.5～4.5％、钡1.5～3.5％、铝2.0～3.5％、铋1.0～2.5％、锰1.5～4.5％、硅35.0～45.0％，其余为铁，其它杂质≤1％。由于采用添加剂及高硫、碳、硅、锰成分范围的变化，以硫代替磷，使其化学成分更合理，经试验：铁－炭压降比传统磷生铁降低10～20mV；压脱力降低5～22％，脱硫率6～25％。
Description
技术领域 本发明属于铝冶炼技术领域，具体涉及一种铝电解阳极组装用高硫磷生铁(称为磷硫生铁)。
背景技术 铝电解用预焙阳极炭块组由炭块、钢爪和铝导杆三部分组成，钢爪与炭块之间通过磷生铁浇注连接在一起。从国内外的磷生铁成分来看，虽然成分不尽相同，通常情况下，传统的磷生铁成分为：碳3.0～3.5％、硅1.8～2.5％、锰0.5～1.0％、磷1.2～1.7％、硫<0.1％(越低越好)(《铝电解》邱竹贤冶金工业出版设2005.7)。现有技术在不同程度上存在如下问题：
①磷生铁经过反复使用后，化学成分发生变化，碳当量降低，流动性差，熔炼温度偏高，使铁水中石墨核心数量减少，白口倾向增加，使用后成为可锻铸铁，强度增加，脆性降低，增加了压脱的难度。
②磷生***固时由于石墨化膨胀不足，使磷生铁与阳极炭碗之间产生间隙，引起松动，造成废品或压降升高，有的高达200～260mv。
③磷生铁熔炼过程中，碳、硅被严重烧损，目前的增碳剂增碳困难，同时磷铁环在使用过程中严重增硫，使其中硫含量增加，并且远远超过控制要求，磷生铁中气体、杂质含量增加，白口倾向增加，石墨化膨胀消失。
④由于磷生铁含碳量降低，熔炼时铁水易被氧化，夹杂物增加，浇注后产生夹杂、气孔等铸造缺陷，使粘爪数量增加。
由于上述问题的存在，降低磷生铁铁-炭压降，改善磷生铁的组织及减少磷生铁污染，节能降耗，减少粘爪数量越来越受到广泛地关注。
近年来，国内外对降低磷生铁压降进行了大量的研究工作，取得了很大的进展，在磷生铁方面申请专利有：由中国铝业股份有限公司申请的“一种铝电解磷生铁增碳方法(200610090900.5)”、广西平果铝业公司申请的“铝电解阳极组装用磷生铁(99104248.4)”，由于存在元素烧损和增碳率低的问题，同时无法克服磷生铁电解时硫增高的问题，且加入的有色金属价格高、熔点低，易形成大量低熔点相，有色金属汽化点低，再次熔炼时会造成环境污染。
发明内容 本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种解决磷生铁硫升高，以硫代替磷，使其化学成分更合理，能够有效降低铁-炭压降、同时增加磷生铁脆性的铝电解用新型磷硫生铁。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种铝电解用新型磷硫生铁，其特征在于：其生铁重量百分比组成为：碳1.8～3.8％、硅1.8～2.8％、锰0.20～1.5％、磷0.1～0.8％、硫小于1.0％，其余为铁，其它杂质≤1％；在所述生铁铁水出炉时，按生铁铁水重量的0.5～1.0％加入添加剂，所述添加剂重量百分比组成为：稀土2.0～4.5％、钙2.5～4.5％、钡1.5～3.5％、铝2.0～3.5％、铋1.0～2.5％、锰1.5～4.5％、硅35.0～45.0％，其余为铁，其它杂质≤1％。
所述的添加剂采用冲入法加入，经充分搅拌后扒渣，在加入添加剂的铁水上覆盖膨胀珍珠岩。
为了工厂易于实施和控制，所述的添加剂当生铁碳含量≤2.8％时加入1.0％，当生铁碳含量>2.8％时加入0.5％。
所述的添加剂是通过将各合金组分破碎至15mm以下经机械混合而成；或将配好的各合金组分预热后装入电弧炉中熔化、浇注并破碎至15mm以下而成。
所述的生铁通过采用高磷生铁、炼钢生铁或铸造生铁在其成分范围内增碳及补充熔炼烧损和其它损失，加入量占生铁的15％以下，以保持其成分的稳定。
为改善生铁铁水的纯净度，所述的生铁熔炼温度控制在1470～1500℃，并在炉内降温静置，降温至1430～1450℃再出炉浇注。
本发明提供的上述铝电解用新型磷硫生铁，首次采用添加剂及高硫、碳、硅、锰大范围成分的变化，与传统的磷生铁化学成分比较，使用性能有以下特点：
①经试验和扩大试验证明：铁-炭压降比传统磷生铁降低10～20mV；压脱力比传统磷生铁降低5～22％，脱硫率6～25％；
②由于添加剂的加入，减少了熔炼时硅铁、锰铁的加入量，扩大了磷生铁中硫的含量，进而减少了磷铁(磷生铁)的加入量，降低了成本；
③由于添加剂的加入，添加剂中的形核元素和添加剂中的合金元素与硫形成的硫化物，使磷生***固时石墨核心数量增加，减少了白口倾向，促进铁水凝固过程析出石墨，消除炭碗与磷生铁之间的间隙，减少松动产生的废品。
④由于添加剂的加入，使铁水净化，夹杂物数量减少，减少了因夹杂、气孔等铸造缺陷造成的粘爪现象。
⑤扩大了不同地域生铁的使用范围，可以灵活的进行配料，使增碳更易进行，克服了磷生铁本身碳含量低的缺陷，并减少了因脱硫造成的成本增加。
具体实施方式
实施例1：
在不添加新生铁的情况下，对于含碳1.80％、硅2.16％、锰0.32％、硫0.89％、磷0.79％的生铁铁水，熔炼温度1500℃，在炉内静置降温至1450℃出炉，按铁水重量的1.0％将经机械混合的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土2.58％、钙3.2％、钡1.8％、铝2.0％、铋1.0％、锰1.8％、硅40％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合，经充分搅拌后扒渣，在已加入添加剂的铁水上覆盖膨胀珍珠岩，处理浇注后观察，磷铁环表面收缩较未经处理的表面收缩减小；测定压降为153mV，比未处理压降降低17.4mV，压脱力降低15％，脱硫率6.3％。
实施例2：
新配料的磷生铁经两个循环后，铁水含碳3.51％、硅2.8％、锰0.25％、硫0.14％、磷0.25％，熔炼温度1480℃，出炉温度1440℃，按铁水重量的0.5％将电弧炉熔炼的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土4.0％、钙2.5％、钡2.2％、铝2.8％、铋2.3％、锰4.5％、硅36％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面产生膨胀，并且有大量铁豆产生；测定压降为156.75mV，比未处理压降降低18.1mV，压脱力降低5.5％，脱硫率25％。
实施例3：
在磷生铁配料中加入10％炼钢生铁，熔炼后铁水含碳2.1％、硅2.3％、锰0.75％、硫0.95％、磷0.62％，熔炼温度1490℃，出炉温度1440℃，按铁水重量的1.0％将电弧炉熔炼的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土4.5％、钙3.6％、钡3.12％、铝3.0％、铋1.8％、锰3.5％、硅42％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面收缩较未经处理的表面有较大的减小，且局部有鼓胀；测定压降为164mV，比未处理压降降低17mV，压脱力降低7.2％，脱硫率8.7％。
实施例4：
在全新配料的情况下，铁水含碳3.8％、硅2.12％、锰1.5％、硫0.12％、磷0.50％，熔炼温度1470℃，出炉温度1430℃，按铁水重量的0.5％将经机械混合的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土3.0％、钙4.5％、钡3.45％、铝3.5％、铋1.5％、锰2.5％、硅38％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面外凸，比未加添加剂的有更多的铁豆溢出；测定压降为156.75mV，比未处理压降降低18.1mV，压脱力降低15％，脱硫率25％。
实施例5：
在经过反复使用的磷生铁熔炼配料时，加入15％的高磷炼钢生铁，铁水含碳2.80％、硅2.5％、锰1.0％、硫0.7％、磷0.42％，熔炼温度1500℃，出炉温度1450℃，按铁水重量的0.85％将电弧炉熔炼的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土2.8％、钙3.0％、钡1.63％、铝2.53％、铋2.4％、锰2.1％、硅43％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面收缩量较未经处理的表面有较大的减小；测定压降为165mV，比未处理压降降低16mV，压脱力降低21％，脱硫率12.5％。
实施例6：
在循环次数较少的磷生铁中，配料时加入10％铸造生铁，铁水含碳3.3％、硅1.9％、锰0.52％、硫0.38％、磷0.8％，熔炼温度1480℃，出炉温度1435℃，按铁水重量的0.65％将经机械混合的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土2.4％、钙3.38％、钡3.5％、铝2.42％、铋2.23％、锰4.0％、硅39.2％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面鼓起，并有石墨化膨胀铁豆渗出，较未经处理的渗出铁豆多；测定压降为165mV，比未处理压降降低12mV，压脱力降低13％，脱硫率12％。
实施例7：
在经过三次使用的磷生铁熔炼配料时，加入10％的高磷炼钢生铁，铁水含碳3.65％、硅2.75％、锰0.85％、硫0.24％、磷0.61％，铁水熔炼温度1480℃，出炉温度1435℃，按铁水重量的0.5％将电弧炉熔炼的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土3.5％、钙2.8％、钡2.5％、铝2.35％、铋1.3％、锰3.0％、硅43.2％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面鼓胀，较未经处理的表面有较多的铁豆膨胀挤出；测定压降为165mV，比未处理压降降低13.5mV，压脱力降低12％，脱硫率19％。
实施例8：
在循环次数较少的磷生铁中，配料时加入12％铸造生铁，铁水含碳2.5％、硅2.6％、锰1.45％、硫0.54％、磷0.37％，熔炼温度1490℃，出炉温度1450℃，按铁水重量的1.0％将经机械混合的添加剂加入包中，添加剂的成分为稀土3.61％、钙3.9％、钡2.45％、铝3.31％、铋1.2％、锰3.8％、硅45％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面平整，局部凸起，未经处理的下陷；测定压降为152mV，比未处理压降降低20mV，压脱力降低13％，脱硫率7.2％
实施例9：
在循环次数较少的磷生铁中，配料时加入6％铸造生铁，铁水含碳3.4％、硅2.45％、锰1.23％、硫0.65％、磷0.38％，熔炼温度1480℃，出炉温度1435℃，按铁水重量的0.5％将经机械混合的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土2.0％、钙4.25％、钡2.34％、铝2.74％、铋1.38％、锰1.66％、硅41.7％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面鼓起，并有石墨化膨胀铁豆挤出，较未经处理的渗出铁豆多；测定压降为162mV，比未处理压降降低15.9mV，压脱力降低17％，脱硫率16％。
实施例10：
在经过反复使用的磷生铁熔炼配料时，加入12％的高磷炼钢生铁，铁水含碳2.64％、硅2.37％、锰0.68％、硫0.75％、磷0.76％，熔炼温度1500℃，出炉温度1450℃，按铁水重量的1.0％将电弧炉熔炼的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土2.3％、钙3.0％、钡1.5％、铝2.2％、铋1.7％、锰4.25％、硅37.1％、其余为铁，其它杂质≤1％，采用冲入法混合处理浇注后观察，磷铁环表面收缩较未经处理的表面有较大的减小；测定压降为165mV，比未处理压降降低12.5mV，压脱力降低8.4％，脱硫率12.0％。
Claims (6)
1、一种铝电解用新型磷硫生铁，其特征在于：其生铁重量百分比组成为：碳1.8～3.8％、硅1.8～2.8％、锰0.20～1.5％、磷0.1～0.8％、硫小于1.0％，其余为铁，其它杂质≤1％；所述生铁铁水出炉时，按铁水重量的0.5～1.0％加入添加剂，所述添加剂重量百分比组成为：稀土2.0～4.5％、钙2.5～4.5％、钡1.5～3.5％、铝2.0～3.5％、铋1.0～2.5％、锰1.5～4.5％、硅35.0～45.0％，其余为铁，其它杂质≤1％。
2、根据权利要求1所述的铝电解用新型磷硫生铁，其特征在于：所述的添加剂采用冲入法加入，经充分搅拌后扒渣，在加入添加剂的铁水上覆盖膨胀珍珠岩。
3、根据权利要求1或2所述的铝电解用新型磷硫生铁，其特征在于所述的添加剂当生铁碳含量≤2.8％时，按铁水重量的1.0％加入；当生铁碳含量>2.8％时，按铁水重量的0.5％加入。
4、根据权利要求1或2所述的铝电解用新型磷硫生铁，其特征在于所述的添加剂是通过将各合金组分破碎至15mm以下经机械混合而成；或将配好的各合金组分预热后装入电弧炉中熔化、浇注并破碎至15mm以下而成。
5、根据权利要求1所述的铝电解用新型磷硫生铁，其特征在于：所述的生铁通过采用高磷生铁、炼钢生铁或铸造生铁在其成分范围内增碳及补充熔炼烧损和其它损失，加入量占生铁的15％以下。
6、根据权利要求1所述的铝电解用新型磷硫生铁，其特征在于所述的生铁熔炼温度控制在1470～1500℃，并在炉内降温静置，降温至1430～1450℃再出炉浇注。
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