专利名称：铝电解用新型磷硫生铁的制作方法
铝电解用新型磷硫生铁技术领域 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 磷生铁凝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O. 20 1.5%、磷O. 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 150(TC，并 在炉内降温静置，降温至1430 145(TC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 占."、、*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。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。C，在炉内静置降温至1450。C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%、转 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，磷铁环表面收縮较未经处理的表面收縮减小；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O. 25%，熔炼温度1480。C，出炉温度1440°C，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. lmV，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O. 62%，熔炼温度1490。C，出炉温度1440°C，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%、韩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O. 12%、磷 0.50%,熔炼温度147(TC，出炉温度143(TC，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. lmV，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。C，出炉温度1450 °C，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%、 |丐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，磷铁环表面收縮量较未经处 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O. 38%、磷O. 8%，熔炼温度1480°C，出炉温度1435°C， 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°/。、 争丐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%。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O. 85%、硫0. 24%、磷0. 61% ，铁水熔炼温度1480°C，出 炉温度1435°C，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%、 1丐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。C，出炉温度1450。C， 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%、转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O. 65%、磷0. 38%，熔炼温度1480°C，出炉温度1435°C， 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%、 ,丐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°C ，出炉温度 1450°C，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%、妈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12.5mV，压脱力 降低8.4%，脱硫率12.0%。
权利要求
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l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°/0 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l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l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°C，并在炉内降温静置，降温至1430 145(TC再出 炉浇注。
全文摘要
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％。
文档编号C22C38/02GK101397643SQ200810231628
公开日2009年4月1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