专利名称：一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法
技术领域：
本发明涉及电解铝阳极组装的磷生铁的组成。
背景技术：
磷生铁在阳极组装工序中的功能是: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。它对钢爪材质和碳素质均有良好的粘结强度，保证在电解过程中避免阳极的脱落。具有良好的导电性能，保证电流在各爪之间的均匀分布。用后的阳极组装在磷铁环压脱工序中，要求磷铁环要有一定脆性，以利于磷铁环压脱。磷生铁浇注前后的热膨胀系数和冷态收缩系数小，避免磷生铁与钢 爪和碳碗之间形成间隙。磷生铁各化学元素的特点、作用及影响如下:(1)碳元素，是强烈的石墨化元素，含碳越高，析出的石墨越高，而硅元素是强烈促进石墨化的元素，并且与铁原子结合力极强，碳以石墨形式存在，碳与硅含量的调整可以使金属铸件内部金属组织改变，阳极组装浇注要求浇注的磷生铁环的强度、硬度适中为佳。(2)磷元素，是阳极组装浇注中的关键元素，由于阳极组装浇注采用间断性方式，要求铁水的流动性较好，磷元素存在可以降低铁水的粘度，磷与铁二元素相结合所形成的晶体熔点温度为1050°C，可明显提高铁水的流动性，但磷含量过大可导致磷生铁环的冷脆性增大，使浇注后的铁环产生裂纹，严重者导致脱落等状况。因此，既要保证磷元素足够的含量，使铁水有良好的流动性，但含量又不能过高。(3)硫元素，是强烈的阻碍石墨化的元素，是公认的有害性元素，硫在熔融铁水中无限溶解，而在固体铁中溶解度很小，因此，当含硫的铁水冷凝时要生成硫化铁，这种低熔点的晶体即铁锈，如含硫量过多，则会引起磷铁环炸裂，使铁碳接触电阻增高。(4)锰元素，一方面，它与溶解在铁水中的硫元素生成硫化锰MnS，其熔点高达1620°C，影响了流动性；但另一方面，它可抵消硫的有害作用，是促进石墨化的元素，在磷生铁化学成分范围内可以形成稳定的西化珠光体，确保磷生铁环的强度、硬度适中。从上描述可以看出，磷生铁中各元素的组成及配比对阳极组装工艺、磷生铁与碳碗壁热胀冷缩的匹配及适度的脆性十分重要。
发明内容
本发明的目的是针对上述要求，提供一种或几种组成优化的磷生铁，它能够:(I)缩短磷生铁熔化时间，提高高温流动性，降低熔炼温度，延长工频炉寿命，降低能耗；(2)改善磷生铁与碳碗壁的热胀冷缩匹配，减少接触电阻，降低铁-碳压；(3)提高磷生铁的室温脆性，减小铁环压脱机的负荷；(4)改善钢爪头与碳碗壁的接触状况，减少因阳极钢爪松动所致的废品率。本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，它改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土元素作为改性剂。其特征在于:增加碳含量，使其介于3.0-4.0% ；控制硅含量，使其介于1.4-2.6% ;控制锰含量，使其介于0.8-1.3% ;控制磷含量，使其介于0.6-1.2% ;减少硫含量，使其低于0.07% ;添加0.02-0.04%的稀土作为改性剂。所述的稀土为铕或钇中的一种。本发明首次在工业中通过控制碳、硅、硫等各元素的含量，并添加稀土作为改性剂的磷生铁配方。和现有的公知配方相比，有以下显著优点:①缩短磷生铁熔化时间30_40min ;②降低磷生铁熔炼温度30-50°C，有效降低了能耗和氧化损失，铁水流动性好，浇铸性能佳，产能大，熔炼炉有效功率提高；③用于生产电解铝阳极，阳极的铁-碳压可降30mv ；④减少了 人工配比磷铁、硅铁、锰铁的环节，避免了人工称量配料的不稳定因素，保证了熔体质量；经估算，对于240kA的电解槽，每台槽有32组阳极，每年可节约资金约500万元；对于200kA的电解槽，每台槽有28组阳极，每年可节约资金约440万元。
具体实施例方式实施例1一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，它改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土铕元素作为改性剂。其特征在于:碳含量控制为3.0% ;硅含量控制为1.4%;锰含量控制为0.8%;磷含量控制为0.6%;硫含量低于0.07%;添加0.02%的稀土铕作为改性剂。实施例2一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，它改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土钇元素作为改性剂。其特征在于:碳含量控制为4.0%;硅含量控制为2.6% ;锰含量控制为1.3%;磷含量控制为1.2% ;
硫含量低于0.07%;添加0.04%的稀土钇作为改性剂。实施例3一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，它改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土铕元素作为改性剂。其特征在于:碳含量控制为3.5%;硅含量控制为2.0% ;锰含量控制为1.05% ;磷含量控制为0.9%;硫含量低于0.07%;添加0.03%的稀土铕作为改性剂。实施例4一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，它改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土铕元素作为改性剂。其特征在于:碳含量控制 为3.0% ;硅含量控制为2.0% ;锰含量控制为1.3%;磷含量控制为0.9%;硫含量低于0.07%;添加0.03%的稀土铕作为改性剂。实施例5一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，它改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土钇元素作为改性剂。其特征在于:碳含量控制为4.0%;硅含量控制为2.0% ;锰含量控制为0.8%;磷含量控制为1.2% ;硫含量低于0.07*% ；添加0.02%的稀土钇作为改性剂。实施例6一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，它改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土钇元素作为改性剂。其特征在于:碳含量控制为3.2%;硅含量控制为1.8% ;锰含量控制为0.9%;
磷含量控制为0.8%;硫含量低于0.07%;添加0.024%的稀土钇作为改性剂。以下通过检测证明本发明实施例1的效果，其检测结果如下:磷生铁试样熔化时间比普通磷生铁I (碳含量介于2.8-3.8 % ;娃含量介于
2.5-3.6% ;猛含量介于0.5-0.9% ;磷含量介于0.8-1.6% ;硫含量低于0.10% ;无稀土改性剂)缩短34min.，磷生铁熔炼温度低41°C，在1000A电流下，降低铁-碳压降32mv。磷生铁试样熔化时间比普通磷生铁II (碳含量介于3.0-4.2% ;娃含量介于2.0-3.0% ;猛含量介于0.5-0.9% ;磷含量介于0.8-1.6% ;硫含量低于0.10% ;无稀土改性剂)缩短36min.，磷生铁熔炼温度低39°C，在1000A 电流下，降低铁-碳压降30mv。
权利要求
1.一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，它改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土元素作为改性剂；其特征在于: 增加碳含量，使其介于3.0-4.0% ； 控制娃含量，使其介于1.4-2.6% ； 控制锰含量，使其介于0.8-1.3% ； 控制磷含量，使其介于0.6-1.2% ； 减少硫含量，使其低于0.07% ; 添加0.02-0.04%的稀土作为改性剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法，其特征在于所述的稀土为 铕或钇中的一种。
全文摘要
本发明涉及一种磷生铁，特别是涉及一种用于电解铝阳极组装的稀土磷生铁的制备方法。本发明改普通磷生铁中的高碳或中碳、高硅、高磷、低锰、高硫配方为高碳、低硅、中磷、中锰、低硫配方，并使用稀土元素作为改性剂。本发明缩短了磷生铁的熔化时间，提高了其高温流动性，降低了熔炼温度和能耗；改善了磷生铁与碳碗壁的热胀冷缩匹配，减少了接触电阻，降低铁-碳压；改善了磷生铁的室温脆性及钢爪头与碳碗壁的接触状况，减少因阳极钢爪松动所致的废品率。
文档编号C22C37/10GK103205777SQ20131013604
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者徐致伟, 徐电友, 雷文 申请人:扬州润友复合材料有限公司