專利名稱：鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵的組成。
預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽陽(yáng)極碳?jí)K組的鐵-碳連接，是采用由工頻爐熔化的磷生鐵澆鑄而成?？v觀國(guó)內(nèi)外一些鋁廠用過(guò)的或正在使用的磷生鐵組成，雖然其配方不完全相同，但共同存在如下一些問(wèn)題①高溫流動(dòng)性不好，工頻爐熔煉溫度偏高至1400～1450℃，有時(shí)高達(dá)1500℃以上，使鐵水在澆鑄時(shí)熔化鋼爪，鐵環(huán)壓脫困難，工頻爐爐襯易被溶蝕，縮短壽命；②磷生鐵環(huán)與碳碗壁熱脹冷縮匹配不理想，組裝陽(yáng)極塊有松動(dòng)現(xiàn)象，陽(yáng)極鐵-碳?jí)航灯撸械母哌_(dá)180～200mv以上；③磷生鐵室溫脆性較差，增加了鐵環(huán)壓脫機(jī)的負(fù)荷和維護(hù)工作量，備品備件消耗量大；④磷生鐵熔煉過(guò)程中，碳被燒損，而增碳又比較困難，被迫報(bào)廢一部分回爐鐵，使生產(chǎn)成本增加。
盡管鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵存在如此多的問(wèn)題，也許由于屬交叉學(xué)科未被人們注意，國(guó)內(nèi)外在這方面開(kāi)展的研究工作不多。在國(guó)內(nèi)，80年代鄭州鋁廠與中科院上海冶金研究所、上海計(jì)算機(jī)研究所等單位共同開(kāi)展過(guò)“預(yù)焙陽(yáng)極鐵碳?jí)航的Ｊ阶R(shí)別”課題的聯(lián)合研究，但鄭州鋁廠預(yù)焙陽(yáng)極磷生鐵新配方的鐵碳?jí)航等愿哌_(dá)195.7mv，見(jiàn)阮顯培“模式識(shí)別在鋁電解預(yù)焙陽(yáng)極鐵碳?jí)航嫡{(diào)優(yōu)中的應(yīng)用”——《鋁鎂通訊》，1987,№3,10～20。在國(guó)外，前蘇聯(lián)A.Я.Иoφφe等人曾進(jìn)行過(guò)低磷生鐵配方的研究，研究的重點(diǎn)是降低電阻率，未綜合考慮陽(yáng)極組裝工藝要求的低溫澆鑄、磷生鐵與碳碗壁的熱脹冷縮匹配及脫極要求的適度脆性等，見(jiàn)А.Я.ИoφφеИдР.《Цветные Металлы》——1975,№9,P36～39。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)用磷生鐵的不足之處，而提供一種或幾種組成優(yōu)化的磷生鐵，它能夠①提高高溫流動(dòng)性，降低工頻爐熔煉溫度，延長(zhǎng)工頻爐壽命；②改善磷生鐵與碳碗壁的熱脹冷縮匹配，減小接觸電阻，降低鐵-碳?jí)航?；③適當(dāng)提高磷生鐵的室溫脆性，減小鐵環(huán)壓脫機(jī)的負(fù)荷；④改善鋼爪頭與碳碗壁的接觸狀況，減少因陽(yáng)極鋼爪松動(dòng)所致的廢品率本發(fā)明達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是改當(dāng)前通用的磷生鐵中碳、高硅、高磷配方，為高碳、低硅、低磷另加改性元素的磷生鐵配方，其特征在于①增加磷生鐵的碳含量，使碳當(dāng)量接近4.3，硫含量要少于0.12％，以降低其初晶溫度，增加高溫流動(dòng)性，并利于鐵水凝固過(guò)程中的石墨化膨脹；②將磷生鐵的硅、磷含量分別降低0.5～1.5％和0.3～0.5％，以降低磷生鐵本身的電阻率；③添加0.5～5.0％金屬銻、鉍等改性元素，提高磷生鐵的脆性，并改善磷生鐵與碳碗壁的熱脹冷縮匹配。
本發(fā)明首次在工業(yè)生產(chǎn)中采用高碳、低硅、低磷另加金屬銻、鉍等改性元素的磷生鐵配方，和當(dāng)前工廠通用的配方比較，有以下顯著優(yōu)點(diǎn)①使工頻爐熔煉溫度由1400～1450℃降至1250～1350℃，降低100～150℃，當(dāng)成份最優(yōu)時(shí)，熔煉溫度還可更低，這對(duì)延長(zhǎng)工頻爐壽命和減少能耗極為有利；②鐵環(huán)平均壓脫力減小近1倍；
③試驗(yàn)極的鐵-碳?jí)航当绕胀O平均降低30mv左右；④降低了生鐵、硅鐵、磷鐵等使用量，不棄回爐鐵，陽(yáng)極組裝塊廢品率降低。
經(jīng)估算，對(duì)于年產(chǎn)10萬(wàn)噸鋁錠的電解鋁廠，每年可凈獲經(jīng)濟(jì)效益約500萬(wàn)元左右，還未包括室溫脆性提高使鐵環(huán)壓脫力平均降低1倍等所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)施例實(shí)例1研究表明，在C含量為3.0～3.5％,Si為2.4～3.5％,P為0.6～1.5％,Mn為0.5％,S＜0.12％的磷生鐵配方范圍內(nèi)，使磷生鐵線膨脹系數(shù)趨于最小的配方為C3.2％,Si3.0％,P1.0％,Mn0.5％,S＜0.12％；使脆性值最佳的配方為C3.0％,Si2.4％,P1.5％,Mn0.5％,S＜0.12％；對(duì)線膨脹系數(shù)及室溫脆性兩者綜合影響最佳的配方為C3.2％,Si2.4％,P1.0％,Mn0.5％,S＜0.12％；實(shí)例2在目前通用的磷生鐵配方中，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含量仍分別為0.5％和＜0.12％，可使100～500℃時(shí)磷生鐵的平均線膨脹系數(shù)減少1～5％,100～600℃時(shí)的平均電阻率只為原來(lái)的20～30％；實(shí)例3在組成C3.5～4.0％,Si2.0～2.5％,P0.3～0.5％,Mn0.3～0.5％,S0.05～0.1％的磷生鐵中，添加0.5～5.0％的金屬銻、鉍等改性元素，可使磷生鐵的抗壓強(qiáng)度降低5～10％，陽(yáng)極鐵-碳?jí)航到档?0～25mv；實(shí)例4在組成為C3.7～3.9％,Si1.7～1.9％,P0.3～0.4％,Mn0.5％,S0.06％的磷生鐵中，添加0.5～3.0％的金屬銻合金，磷生鐵試樣的抗彎強(qiáng)度比加銻前降低50％，上槽陽(yáng)極鐵-碳?jí)航灯骄档?0mv左右，在裝有壓力表的鐵環(huán)壓脫機(jī)上測(cè)量了31塊試驗(yàn)極與45塊對(duì)比極的殘極壓脫應(yīng)力，試驗(yàn)極和對(duì)比極的平均壓脫應(yīng)力分別為68.85MPa和133.18MPa，試驗(yàn)極減小幅度為48.3％，表明試驗(yàn)極用磷生鐵脆性有明顯提高，利于鐵環(huán)脫極。
實(shí)例5在組成C3.7～4.0％,Si1.7～2.0％,P0.3～0.5％,Mn0.3～0.5％,S0.05～0.10％的磷生鐵中，添加0.5～4.0％的金屬鉍合金，磷生鐵試樣的抗彎強(qiáng)度比加鉍前降低30～45％，上槽陽(yáng)極鐵-碳?jí)航灯骄档?5～35mv，殘極壓脫力減小30～35％。
權(quán)利要求
1．鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵改通用的磷生鐵中碳、高硅、高磷配方，為高碳、低硅、低磷另加改性元素的磷生鐵配方，其特征在于①增加磷生鐵的碳含量，使碳當(dāng)量接近4.3，硫含量要少于0.12％；②將磷生鐵的硅、磷含量分別降低0.5～1.5％和0.3～0.5％；③添加0.5～5.0％金屬銻、鉍等改性元素；
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵，其特征在于在C含量為3.0～3.5％，Si為2.4～3.5％，P為0.6～1.5％，Mn為0.5％,S＜0.12％的磷生鐵配方范圍內(nèi)，使磷生鐵線膨脹系數(shù)趨于最小的配方為: C2.3％,Si3.0％,P1.0％,Mn0.5％,S＜0.12％；使脆性值最佳的配方為C3.0％,Si2.4％,P1.5％,Mn0.5％,S＜0.12％；對(duì)線膨脹系數(shù)及室溫脆性兩者綜合影響最佳的配方為3.2％,Si2.4％,P1.0％,Mn0.5％,S＜0.12％；
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵，其特征在于在目前通用的磷生鐵配方中，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含量仍分別為0.5％和＜0.12％。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵，其特征在于在組成C3.5～4.0％,Si2.0～2.5％,P0.3～0.5％,Mn0.3～0.5％,S0.05～0.1％的磷生鐵中，添加0.5～5.0％的金屬銻、鉍等改性元素。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵，其特征在于在組成為C3.7～3.9％,Si1.7～1.9％,P0.3～0.4％,Mn0.5％,S0.06％的磷生鐵中，添加0.5～3.0％的金屬銻合金。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵，其特征在于在組成C3.7～4.0％,Si1.7～2.0％,P0.3～0.5％,Mn0.3～0.5％,S0.05～0.10％的磷生鐵中，添加0.5～4.0％的金屬鉍合金。
全文摘要
鋁電解陽(yáng)極組裝用磷生鐵,其特征在于:增加磷生鐵的碳含量,使碳當(dāng)量接近4.3,硫含量要少于0.12%;將磷生鐵的硅、磷含量分別降低0.5～1.5%和0.3～0.5%;添加0.5～2.5%金屬銻等改性元素;因此,該熔煉溫度降至1250～1350℃,延長(zhǎng)工頻爐壽命和減少能耗;鐵環(huán)平均壓脫力減小近1倍;試驗(yàn)極的鐵－碳?jí)航当绕胀O平均降低30mv左右;降低了陽(yáng)極組裝塊廢品率。
文檔編號(hào)C22C37/00GK1236019SQ99104248
公開(kāi)日1999年11月24日 申請(qǐng)日期1999年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月30日
發(fā)明者殷恩生, 蔡祺風(fēng), 黃涌波, 文克, 劉豫湘, 袁朝暉, 潘玉星, 蒙建德, 許家偉 申請(qǐng)人:廣西平果鋁業(yè)公司, 蔡祺風(fēng)