专利名称：铝电解用磷生铁添加剂的制作方法
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磷 生铁添加剂。
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。从目前铝电解磷生铁的成分变化的
趋势看，磷生铁从传统的碳3. 0 3. 5%、硅1. 8 2. 5%、锰0. 5 1. 0%、磷1. 2 1.0%、硫〈0. 1%(越低越好)(《铝电解》邱竹贤冶金工业出版设2005.7第6 次印刷)，向碳3. 6 3. 8%、硅1.4 1.5%、锰O. 3 0. 5%、硫^0. 05、 。. 1% (《预焙槽炼铝》邱竹贤冶金工业出版设2005.3)的方向发展，在发展变 化的过程中存在如下问题
① 磷生铁在反复熔炼后，由于压脱的磷铁环中残存有氟盐，促进了碳和硅 的氧化，碳当量降低，铁水的流动性变差，石墨核心数量减少，白口倾向增加， 碳化物数量增加，高电阻相增加，使铁-炭压降升高。
② 磷生铁由于碳当量降低，白口倾向增加，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，同时磷铁环收縮时产生裂纹，造成废品或 铁-炭压降升高；
③ 磷生铁经反复熔炼后，在碳含量降低的同时夹杂物数量增加，有害气体 含量增加，磷铁环中产生夹杂、气孔的倾向增加，在减少导电面积的同时，粘 爪倾向增加；
④ 传统的磷生铁和改进的磷生铁都要求较高的含碳量，而目前的增碳剂没 有办法达到规范要求，造成大量的磷生铁在使用较少次数后碳量降低被淘汰或 大量补充新材料使磷生铁总量增加；
⑤ 由于世界原油价格在不断攀升，生产阳极用石油焦随着炼油技术的提高，
可用的优质石油焦数量越来越少，大量高硫含量的石油焦被用于炭阳极的制造， 电解过程中，阳极块中的硫在长时间的高温下渗入到磷生铁中，使磷生铁增硫， 很多情况下硫含量远远超过规范的要求，使高阻值的硫化物的数量增加，铁水 流动性降低，磷生铁本身的电阻增加，铁-炭压降升高；另一方面，目前使用的 脱硫剂效率低并且侵蚀炉衬，操作困难。
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，国内外对降低铁-炭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)"、"一种预焙阳极浇注用磷生铁水脱硫技术 (200510019991.9)"。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，同时存在炉内脱硫效
率低、侵蚀炉衬、操作困难、产生大量脱硫渣，造成二次污染的问题；为了改性
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，提供一种消除硫 的有害作用，改善磷生铁凝固后组织，能够有效降低铁-炭压降、同时增加磷生 铁脆性的铝电解用磷生铁添加剂。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为
一种铝电解用磷生铁添加剂，其特征在于所述添加剂按重量百分比计量， 其成分为稀土2， 0 4. 5%、钙2. 5 4. 5%、钡l. 5 3. 5%、铝2. 0 3. 5%、铋l. 0 2.5%、锰l. 5 4. 5%、硅35. 0 45.0%、其余为铁、其它杂质《1%。
所述的添加剂适用的磷生铁成分按重量百分比计量，其组成为碳1.8 3. 8%、硅1. 8 3. 0%、锰0. 20 1. 5%、磷0. 1 1. 5%、硫小于1. 0%，其金为铁，
其它杂质《1% (其中包含了与本案同日申请的一种铝电解用新型磷硫生铁)。
所述的添加剂按磷生铁铁水重量的O. 5 1. 0%加入。
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。
为了现场易于实施和控制，所述添加剂按需要量进行包装，当磷生铁碳含 量《2.8。/。时，按磷生铁铁水重量的1.0%加入；当磷生铁碳含量>2.8%时，按磷 生铁铁水重量的0. 5%加入。
所述的添加剂采用冲入法加入，经充分搅拌后扒渣，在铁水上覆盖膨胀珍 珠岩。
为改善磷生铁铁水的纯净度，使添加剂充分吸收，磷生铁熔炼温度控制在 1470 1500°C，并在炉内降温静置，降温至1430 145CTC再出炉浇注。
本发明提供的上述铝电解用磷生铁添加剂，首次采用添加剂对磷生铁进行 处理，扩大了磷生铁化学成分范围，使用性能有以下特点
① 经试验和扩大试验证明磷生铁铁-炭压降比未使用添加剂降低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，其中的合金元素有效的替代了磷生铁中的硅、锰， 在脱硫的同时使脱硫产物成为有用的石墨结晶核心，改善磷生铁中磷化物和硫 化物的分布，并减少了因脱硫造成的成本增加。
③ 由于添加剂的加入，使磷生铁凝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，同时也加速已形成碳化物在电解过程的分解，降低铁-炭压降。
④ 由于添加剂的加入，使铁水净化，夹杂物数量减少，改善了磷生铁与钢 爪的接触状况，减少了因夹杂、气孔等铸造缺陷造成的粘爪现象。
使磷生铁的使用周期延长，新材料补加量减少，成本降低。
具体实施方式
实施例1:
经试验测定表明，对于含碳1.8%、硅2.6%、锰O. 32%、硫0.89%、磷0. 79% 的磷生铁铁水，熔炼温度150(TC，在电炉小功率下降温至145(TC出炉，按磷生 铁铁水重量的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，在铁水上覆盖膨胀珍珠岩，浇注 后观察，磷铁环表面收縮量较未经处理的表面收縮量有较大的减小；测定压降 为153mV，比未处理压降降低17. 4 mV，压脱力降低15%，脱硫率6. 3%。
经实验测定表明，对于含碳3. 51%、硅2. 83%、锰0. 25%、硫0. 14%、磷0. 25% 的磷生铁铁水，熔炼温度148(TC，在电炉小功率下降温至144(TC出炉，按磷生 铁铁水重量的0.5%将经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. lmV，压脱力降低12%， 脱硫率25%。
实施例3:
经实验测定表明，对于含碳2.10%、硅2. 30%、锰0. 75%、硫0. 95%、磷1, 22% 的磷生铁铁水，熔炼温度149CTC，在电炉小功率下降温至144CTC，按磷生铁铁 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 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%，采用冲入法处理浇注后观察，磷铁环表面收縮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161mV，比未处理压降降低19mV，压脱力降 低18%，脱硫率9. 5%。 实施例4:
经实验测定表明，对于含碳3. 8%、硅2. 12%、锰1. 5%、硫0.12%、磷0. 50% 的磷生铁铁水，熔炼温度147(TC，在电炉小功率下降温至143(TC，按磷生铁铁 水重量的0.5%将经电弧炉熔炼的添加剂加入包中，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，与未处理比较压降降低18. lmV，压脱力降 低15%，脱硫率25%。
实施例5:
经实验测定表明，对于含碳2. 80%、硅2. 5%、锰1. 0%、硫0. 7%、磷1. 45% 的磷生铁铁水，熔炼温度1485'C，在电炉小功率下降温至144(TC，按磷生铁铁 水重量的0.85%将经机械混合的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土 2. 8%、钙 3.0%、钡1.5%、铝2. 5%、铋2. 5%、锰2. 1%、硅44. 5%、其余为铁、其它杂质《 1%，采用冲入法处理浇注后观察，磷铁环表面收縮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15mV，压脱力降低13%。脱硫率 20. 5%。
实施例6:
经实验测定表明，对于含碳3. 65%、硅2. 0%、锰0. 85%、硫0. 24%、磷0.12% 的磷生铁铁水，熔炼温度1480'C，在电炉小功率下降温至1435'C，按磷生铁铁 水重量的0.5%将经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%、硅43. 2%、其余为铁、其它杂质 《1%，釆用冲入法处理浇注后观察，磷铁环表面鼓起，并有铁豆渗出，较未经 处理的渗出铁豆多；测定压降为165mV，与未处理比较压降降低13.5mV，压脱
力降低8%，脱硫率19%。
实施例7:
经试验测定表明，对于含碳2. 30%、硅1. 8%、锰0. 65%、硫0. 65%、磷1. 02% 的磷生铁铁水，熔炼温度1495'C，在电炉小功率下降温至145(TC出炉，按磷生 铁铁水重量的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. 1%、 钙2. 52%、钡2. 0%、铝2. 1%、铋2. 0%、锰3. 75%、硅35%、其余为铁、其它杂 质《1%，采用冲入法处理浇注后观察，磷铁环表面收缩量较未经处理的表面收 缩量有较大的减小；测定压降为164mV，比未处理压降降低16.2mV，压脱力降 低18%，脱硫率11.8%。
实施例8:
经实验测定表明，对于含碳2. 5%、硅3.0%、锰0.45%、硫O. 35%、磷0. 50% 铁水熔炼温度149(TC，在电炉小功率下降温至145(TC出炉，按磷生铁铁水重量 的1. 0%将经电弧炉熔炼的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土 3. 61%、钙3. 9%、 钡2.45%、铝3.31%、铋1.2%、锰1.5%、硅45%、其余为铁、其它杂质《1%，采 用冲入法处理浇注后观察，磷铁环表面平整，未处理的磷铁环表面出明显的收 缩凹陷；测定压降为156mV，比未处理压降降低20mV，压脱力降低13%，脱硫率 15%。
实施例9:
经试验测定表明，对于含碳3. 0%、硅2. 45%、锰1. 23%、硫0. 65%、磷1. 32% 的磷生铁铁水，熔炼温度1475。C，在电炉小功率下降温至143(TC出炉，按磷生 铁铁水重量的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%、 鈣4.25%、钡2. 34%、铝2. 35%、铋1.38%、锰1.66%、硅37. 2%、其余为铁、其 它杂质《1%，采用冲入法处理浇注后观察，磷铁环表面凸起，未经处理的表面 下凹；测定压降为155mV，比未处理压降降低15. 9 mV，压脱力降低22%，脱硫 率16%。
实施例10:
经实验测定表明，对于含碳3. 3%、硅1.9%、锰0.52%、硫O. 31%、磷0. 36% 的磷生铁铁水，熔炼温度148(TC，在电炉小功率下降温至1435X:出炉，按磷生 铁铁水重量的0.65%将经电弧炉熔炼的添加剂加入包中，添加剂成分为稀土 2. 39%、,丐3. 37%、钡3. 5%、铝2. 41%、铋2. 12%、锰4. 25%、硅39. 1%、其余 为铁、其它杂质《1%，采用冲入法处理浇注后观察，磷铁环表面产生膨胀，并 且有铁豆产生；测定压降为152mV，比未处理压降降低15.9mV，压脱力降低18%， 脱硫率23%。
权利要求
1、一种铝电解用磷生铁添加剂，其特征在于所述添加剂按重量百分比计量，其成分为稀土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l所述铝电解用磷生铁添加剂，其特征在于所述添加剂 适用的磷生铁成分按重量百分比计量，其组成为碳1.8 3.8%、硅1.8 3.0%、 锰0.20 1.5%、磷O. 1 1.5%、硫小于1.0%，其余为铁，其它杂质《1%。
3、 根据权利要求2所述铝电解用磷生铁添加剂，其特征在于所述的添加 剂按磷生铁铁水重量的0. 5 1. 0%加入。
4、 根据权利要求3所述铝电解用磷生铁添加剂，其特征在于当磷生铁碳 含量《2.8%时，按磷生铁铁水重量的1.0%加入；当磷生铁碳含量>2.8%时，按 磷生铁铁水重量的0. 5%加入。
5、 根据权利要求l所述铝电解用磷生铁添加剂，其特征在于所述的添加 剂是通过将各合金组分破碎至15鹏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。
6、 根据权利要求l所述铝电解用磷生铁添加剂，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山 石。
7、 根据权利要求2或3所述铝电解用磷生铁添加剂，其特征在于所述磷 生铁熔炼温度控制在1470 150(TC，并在炉内降温静置，降温至1430 1450°C 再出炉浇注。
全文摘要
本发明提供了一种铝电解用磷生铁添加剂，其特征在于所述添加剂按重量百分比计量，其成分为稀土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％。由于添加剂的加入，能够改善磷生铁凝固后组织，消除硫的有害作用，能够有效降低铁-炭压降、同时增加磷生铁脆性。经试验和扩大试验证明磷生铁铁-炭压降比未使用添加剂降低10～20mV；压脱力比传统磷生铁降低5～22％，脱硫率6～25％。
文档编号C21C7/064GK101376917SQ20081023162
公开日2009年3月4日 申请日期2008年9月23日 优先权日2008年9月23日
发明者史生文, 伟 张, 张整社, 张胜全, 王希靖, 许建华 申请人:兰州连城陇兴铝业有限责任公司;兰州理工大学