专利名称：铝电解阳极组装用磷生铁的制作方法
技术领域：
本发明涉及铝电解阳极组装用磷生铁的组成。
预焙阳极铝电解槽阳极碳块组的铁-碳连接，是采用由工频炉熔化的磷生铁浇铸而成。纵观国内外一些铝厂用过的或正在使用的磷生铁组成，虽然其配方不完全相同，但共同存在如下一些问题①高温流动性不好，工频炉熔炼温度偏高至1400～1450℃，有时高达1500℃以上，使铁水在浇铸时熔化钢爪，铁环压脱困难，工频炉炉衬易被溶蚀，缩短寿命；②磷生铁环与碳碗壁热胀冷缩匹配不理想，组装阳极块有松动现象，阳极铁-碳压降偏高，有的高达180～200mv以上；③磷生铁室温脆性较差，增加了铁环压脱机的负荷和维护工作量，备品备件消耗量大；④磷生铁熔炼过程中，碳被烧损，而增碳又比较困难，被迫报废一部分回炉铁，使生产成本增加。
尽管铝电解阳极组装用磷生铁存在如此多的问题，也许由于属交叉学科未被人们注意，国内外在这方面开展的研究工作不多。在国内，80年代郑州铝厂与中科院上海冶金研究所、上海计算机研究所等单位共同开展过“预焙阳极铁碳压降模式识别”课题的联合研究，但郑州铝厂预焙阳极磷生铁新配方的铁碳压降仍高达195.7mv，见阮显培“模式识别在铝电解预焙阳极铁碳压降调优中的应用”——《铝镁通讯》，1987,№3,10～20。在国外，前苏联A.Я.Иoφφe等人曾进行过低磷生铁配方的研究，研究的重点是降低电阻率，未综合考虑阳极组装工艺要求的低温浇铸、磷生铁与碳碗壁的热胀冷缩匹配及脱极要求的适度脆性等，见А.Я.ИoφφеИдР.《Цветные Металлы》——1975,№9,P36～39。
本发明的目的在于克服现用磷生铁的不足之处，而提供一种或几种组成优化的磷生铁，它能够①提高高温流动性，降低工频炉熔炼温度，延长工频炉寿命；②改善磷生铁与碳碗壁的热胀冷缩匹配，减小接触电阻，降低铁-碳压降；③适当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达到上述目的的技术方案是改当前通用的磷生铁中碳、高硅、高磷配方，为高碳、低硅、低磷另加改性元素的磷生铁配方，其特征在于①增加磷生铁的碳含量，使碳当量接近4.3，硫含量要少于0.12％，以降低其初晶温度，增加高温流动性，并利于铁水凝固过程中的石墨化膨胀；②将磷生铁的硅、磷含量分别降低0.5～1.5％和0.3～0.5％，以降低磷生铁本身的电阻率；③添加0.5～5.0％金属锑、铋等改性元素，提高磷生铁的脆性，并改善磷生铁与碳碗壁的热胀冷缩匹配。
本发明首次在工业生产中采用高碳、低硅、低磷另加金属锑、铋等改性元素的磷生铁配方，和当前工厂通用的配方比较，有以下显著优点①使工频炉熔炼温度由1400～1450℃降至1250～1350℃，降低100～150℃，当成份最优时，熔炼温度还可更低，这对延长工频炉寿命和减少能耗极为有利；②铁环平均压脱力减小近1倍；
③试验极的铁-碳压降比普通极平均降低30mv左右；④降低了生铁、硅铁、磷铁等使用量，不弃回炉铁，阳极组装块废品率降低。
经估算，对于年产10万吨铝锭的电解铝厂，每年可净获经济效益约500万元左右，还未包括室温脆性提高使铁环压脱力平均降低1倍等所带来的经济效益。
实施例实例1研究表明，在C含量为3.0～3.5％,Si为2.4～3.5％,P为0.6～1.5％,Mn为0.5％,S＜0.12％的磷生铁配方范围内，使磷生铁线膨胀系数趋于最小的配方为C3.2％,Si3.0％,P1.0％,Mn0.5％,S＜0.12％；使脆性值最佳的配方为C3.0％,Si2.4％,P1.5％,Mn0.5％,S＜0.12％；对线膨胀系数及室温脆性两者综合影响最佳的配方为C3.2％,Si2.4％,P1.0％,Mn0.5％,S＜0.12％；实例2在目前通用的磷生铁配方中，把C含量增加至3.6～4.0％,Si含量降低至2.0％以下，P含量降至0.2～0.4％,Mn、S含量仍分别为0.5％和＜0.12％，可使100～500℃时磷生铁的平均线膨胀系数减少1～5％,100～600℃时的平均电阻率只为原来的20～30％；实例3在组成C3.5～4.0％,Si2.0～2.5％,P0.3～0.5％,Mn0.3～0.5％,S0.05～0.1％的磷生铁中，添加0.5～5.0％的金属锑、铋等改性元素，可使磷生铁的抗压强度降低5～10％，阳极铁-碳压降降低20～25mv；实例4在组成为C3.7～3.9％,Si1.7～1.9％,P0.3～0.4％,Mn0.5％,S0.06％的磷生铁中，添加0.5～3.0％的金属锑合金，磷生铁试样的抗弯强度比加锑前降低50％，上槽阳极铁-碳压降平均降低30mv左右，在装有压力表的铁环压脱机上测量了31块试验极与45块对比极的残极压脱应力，试验极和对比极的平均压脱应力分别为68.85MPa和133.18MPa，试验极减小幅度为48.3％，表明试验极用磷生铁脆性有明显提高，利于铁环脱极。
实例5在组成C3.7～4.0％,Si1.7～2.0％,P0.3～0.5％,Mn0.3～0.5％,S0.05～0.10％的磷生铁中，添加0.5～4.0％的金属铋合金，磷生铁试样的抗弯强度比加铋前降低30～45％，上槽阳极铁-碳压降平均降低25～35mv，残极压脱力减小30～35％。
权利要求
1．铝电解阳极组装用磷生铁改通用的磷生铁中碳、高硅、高磷配方，为高碳、低硅、低磷另加改性元素的磷生铁配方，其特征在于①增加磷生铁的碳含量，使碳当量接近4.3，硫含量要少于0.12％；②将磷生铁的硅、磷含量分别降低0.5～1.5％和0.3～0.5％；③添加0.5～5.0％金属锑、铋等改性元素；
2．根据权利要求1所述的铝电解阳极组装用磷生铁，其特征在于在C含量为3.0～3.5％，Si为2.4～3.5％，P为0.6～1.5％，Mn为0.5％,S＜0.12％的磷生铁配方范围内，使磷生铁线膨胀系数趋于最小的配方为: C2.3％,Si3.0％,P1.0％,Mn0.5％,S＜0.12％；使脆性值最佳的配方为C3.0％,Si2.4％,P1.5％,Mn0.5％,S＜0.12％；对线膨胀系数及室温脆性两者综合影响最佳的配方为3.2％,Si2.4％,P1.0％,Mn0.5％,S＜0.12％；
3．根据权利要求1所述的铝电解阳极组装用磷生铁，其特征在于在目前通用的磷生铁配方中，把C含量增加至3.6～4.0％,Si含量降低至2.0％以下，P含量降至0.2～0.4％,Mn、S含量仍分别为0.5％和＜0.12％。
4．根据权利要求1所述的铝电解阳极组装用磷生铁，其特征在于在组成C3.5～4.0％,Si2.0～2.5％,P0.3～0.5％,Mn0.3～0.5％,S0.05～0.1％的磷生铁中，添加0.5～5.0％的金属锑、铋等改性元素。
5．根据权利要求1所述的铝电解阳极组装用磷生铁，其特征在于在组成为C3.7～3.9％,Si1.7～1.9％,P0.3～0.4％,Mn0.5％,S0.06％的磷生铁中，添加0.5～3.0％的金属锑合金。
6．根据权利要求1所述的铝电解阳极组装用磷生铁，其特征在于在组成C3.7～4.0％,Si1.7～2.0％,P0.3～0.5％,Mn0.3～0.5％,S0.05～0.10％的磷生铁中，添加0.5～4.0％的金属铋合金。
全文摘要
铝电解阳极组装用磷生铁,其特征在于:增加磷生铁的碳含量,使碳当量接近4.3,硫含量要少于0.12%;将磷生铁的硅、磷含量分别降低0.5～1.5%和0.3～0.5%;添加0.5～2.5%金属锑等改性元素;因此,该熔炼温度降至1250～1350℃,延长工频炉寿命和减少能耗;铁环平均压脱力减小近1倍;试验极的铁－碳压降比普通极平均降低30mv左右;降低了阳极组装块废品率。
文档编号C22C37/00GK1236019SQ99104248
公开日1999年11月24日 申请日期1999年4月30日 优先权日1999年4月30日
发明者殷恩生, 蔡祺风, 黄涌波, 文克, 刘豫湘, 袁朝晖, 潘玉星, 蒙建德, 许家伟 申请人:广西平果铝业公司, 蔡祺风