專利名稱：鋁電解用新型磷硫生鐵的制作方法
鋁電解用新型磷硫生鐵技術領域 本發明屬于鋁冶煉技術領域，具體涉及一種鋁電解陽極組裝用高 硫磷生鐵(稱為磷硫生鐵)。
背景技術：
鋁電解用預焙陽極炭塊組由炭塊、鋼爪和鋁導桿三部分組成，鋼 爪與炭塊之間通過磷生鐵澆注連接在一起。從國內外的磷生鐵成分來看，雖然成分不盡相同，通常情況下，傳統的磷生鐵成分為碳3. 0 3. 5%、硅1. 8 2. 5%、 錳0.5 1.0%、磷1.2 1.7%、硫<0. 1%(越低越好)(《鋁電解》邱竹賢冶金 工業出版設2005.7)。現有技術在不同程度上存在如下問題① 磷生鐵經過反復使用后，化學成分發生變化，碳當量降低，流動性差， 熔煉溫度偏高，使鐵水中石墨核心數量減少，白口傾向增加，使用后成為可鍛 鑄鐵，強度增加，脆性降低，增加了壓脫的難度。② 磷生鐵凝固時由于石墨化膨脹不足，使磷生鐵與陽極炭碗之間產生間隙， 引起松動，造成廢品或壓降升高，有的高達200 260mv。③ 磷生鐵熔煉過程中，碳、硅被嚴重燒損，目前的增碳劑增碳困難，同時 磷鐵環在使用過程中嚴重增硫，使其中硫含量增加，并且遠遠超過控制要求， 磷生鐵中氣體、雜質含量增加，白口傾向增加，石墨化膨脹消失。④ 由于磷生鐵含碳量降低，熔煉時鐵水易被氧化，夾雜物增加，澆注后產 生夾雜、氣孔等鑄造缺陷，使粘爪數量增加。由于上述問題的存在，降低磷生鐵鐵-炭壓降，改善磷生鐵的組織及減少磷 生鐵污染，節能降耗，減少粘爪數量越來越受到廣泛地關注。近年來，國內外對降低磷生鐵壓降進行了大量的研究工作，取得了很大的 進展，在磷生鐵方面申請專利有由中國鋁業股份有限公司申請的"一種鋁電 解磷生鐵增碳方法(200610090900.5)"、廣西平果鋁業公司申請的"鋁電解陽
極組裝用磷生鐵(99104248.4)"，由于存在元素燒損和增碳率低的問題，同時 無法克服磷生鐵電解時硫增高的問題，且加入的有色金屬價格高、熔點低，易 形成大量低熔點相，有色金屬汽化點低，再次熔煉時會造成環境污染。發明內容本發明的目的是針對上述已有技術存在的不足，提供一種解決磷生 鐵硫升高，以硫代替磷，使其化學成分更合理，能夠有效降低鐵-炭壓降、同時 增加磷生鐵脆性的鋁電解用新型磷硫生鐵。為實現上述目的，本發明采取的技術方案為一種鋁電解用新型磷硫生鐵，其特征在于其生鐵重量百分比組成為碳1.8 3. 8%、硅1.8 2. 8%、錳O. 20 1.5%、磷O. 1 0. 8%、硫小于1. 0%，其余 為鐵，其它雜質《1%;在所述生鐵鐵水出爐時，按生鐵鐵水重量的0.5 1.0% 加入添加劑，所述添加劑重量百分比組成為稀土2.0 4. 5%、鈣2. 5 4. 5%、 鋇1.5 3. 5%、鋁2. 0 3. 5%、鉍1.0 2. 5%、錳1. 5 4. 5%、硅35. 0 45. 0%， 其余為鐵，其它雜質《1%。所述的添加劑采用沖入法加入，經充分攪拌后扒渣，在加入添加劑的鐵水 上覆蓋膨脹珍珠巖。為了工廠易于實施和控制，所述的添加劑當生鐵碳含量《2. 8%時加入1. 0%， 當生鐵碳含量〉2. 8%時加入0. 5%。所述的添加劑是通過將各合金組分破碎至15mm以下經機械混合而成；或將 配好的各合金組分預熱后裝入電弧爐中熔化、澆注并破碎至15mm以下而成。所述的生鐵通過采用高磷生鐵、煉鋼生鐵或鑄造生鐵在其成分范圍內增碳 及補充熔煉燒損和其它損失，加入量占生鐵的15%以下，以保持其成分的穩定。為改善生鐵鐵水的純凈度，所述的生鐵熔煉溫度控制在1470 150(TC，并 在爐內降溫靜置，降溫至1430 145(TC再出爐澆注。本發明提供的上述鋁電解用新型磷硫生鐵，首次采用添加劑及高硫、碳、
硅、錳大范圍成分的變化，與傳統的磷生鐵化學成分比較，使用性能有以下特 占."、、*① 經試驗和擴大試驗證明鐵-炭壓降比傳統磷生鐵降低10 20mV;壓脫力 比傳統磷生鐵降低5 22%，脫硫率6 25%;② 由于添加劑的加入，減少了熔煉時硅鐵、錳鐵的加入量，擴大了磷生鐵 中硫的含量，進而減少了磷鐵(磷生鐵)的加入量，降低了成本；③ 由于添加劑的加入，添加劑中的形核元素和添加劑中的合金元素與硫形 成的硫化物，使磷生鐵凝固時石墨核心數量增加，減少了白口傾向，促進鐵水 凝固過程析出石墨，消除炭碗與磷生鐵之間的間隙，減少松動產生的廢品。④ 由于添加劑的加入，使鐵水凈化，夾雜物數量減少，減少了因夾雜、氣 孔等鑄造缺陷造成的粘爪現象。⑤ 擴大了不同地域生鐵的使用范圍，可以靈活的進行配料，使增碳更易進 行，克服了磷生鐵本身碳含量低的缺陷，并減少了因脫硫造成的成本增加。
具體實施方式
實施例1:在不添加新生鐵的情況下，對于含碳1. 80%、硅2. 16%、錳0. 32%、硫0. 89%、 磷0.79%的生鐵鐵水，熔煉溫度1500。C，在爐內靜置降溫至1450。C出爐，按鐵 水重量的1.0%將經機械混合的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 2. 58%、轉 3. 2%、鋇1. 8%、鋁2. 0%、鉍1. 0%、錳1. 8%、硅40%、其余為鐵，其它雜質《1%， 采用沖入法混合，經充分攪拌后扒渣，在已加入添加劑的鐵水上覆蓋膨脹珍珠巖，處理澆注后觀察，磷鐵環表面收縮較未經處理的表面收縮減小；測定壓降為153mV，比未處理壓降降低17.4mV，壓脫力降低15%，脫硫率6. 3%。 實施例2:新配料的磷生鐵經兩個循環后，鐵水含碳3.51%、硅2.8%、錳0.25%、硫 0.14%、磷O. 25%，熔煉溫度1480。C，出爐溫度1440°C，按鐵水重量的0. 5%將 電弧爐熔煉的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 4. 0%、鈣2.5%、鋇2.2%、鋁 2.8%、鉍2. 3%、錳4.5%、硅36%、其余為鐵，其它雜質《1%，采用沖入法混合 處理澆注后觀察，磷鐵環表面產生膨脹，并且有大量鐵豆產生；測定壓降為 156. 75mV，比未處理壓降降低18. lmV，壓脫力降低5. 5%，脫硫率25%。 實施例3:在磷生鐵配料中加入10%煉鋼生鐵，熔煉后鐵水含碳2.1%、硅2.3%、錳 0.75°/。、硫0.95%、磷O. 62%，熔煉溫度1490。C，出爐溫度1440°C，按鐵水重量 的1.0%將電弧爐熔煉的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 4. 5%、韓3.6%、鋇 3.12%、鋁3.0%、鉍1.8%、錳3. 5%、硅42%、其余為鐵，其它雜質《1%，采用 沖入法混合處理澆注后觀察，磷鐵環表面收縮較未經處理的表面有較大的減小， 且局部有鼓脹；測定壓降為164mV，比未處理壓降降低17mV，壓脫力降低7.2%， 脫硫率8. 7%。實施例4:在全新配料的情況下，鐵水含碳3.8%、硅2. 12%、錳1.5%、硫O. 12%、磷 0.50%,熔煉溫度147(TC，出爐溫度143(TC，按鐵水重量的0. 5%將經機械混合 的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土3.0%、鈣4. 5%、鋇3.45%、鋁3.5%、鉍 1.5%、錳2.5%、硅38%、其余為鐵，其它雜質《1%，采用沖入法混合處理澆注 后觀察，磷鐵環表面外凸，比未加添加劑的有更多的鐵豆溢出；測定壓降為 156.75mV，比未處理壓降降低18. lmV，壓脫力降低15%，脫硫率25%。實施例5:在經過反復使用的磷生鐵熔煉配料時，加入15%的高磷煉鋼生鐵，鐵水含碳 2. 80%、硅2. 5%、錳1. 0%、硫0. 7%、磷0. 42%，熔煉溫度1500。C，出爐溫度1450 °C，按鐵水重量的0.85%將電弧爐熔煉的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土
2.8%、 |丐3. 0%、鋇1.63%、鋁2. 53%、鉍2. 4%、錳2. 1%、硅43%、其余為鐵， 其它雜質《1%，采用沖入法混合處理澆注后觀察，磷鐵環表面收縮量較未經處 理的表面有較大的減小；測定壓降為165mV，比未處理壓降降低16mV，壓脫力 降低21%，脫硫率12. 5%。 實施例6:在循環次數較少的磷生鐵中，配料時加入10%鑄造生鐵，鐵水含碳3.3%、 硅1.9%、錳0.52%、硫O. 38%、磷O. 8%，熔煉溫度1480°C，出爐溫度1435°C， 按鐵水重量的0. 65%將經機械混合的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 2. 4°/。、 爭丐3. 38%、鋇3. 5%、鋁2. 42%、鉍2. 23%、錳4. 0%、硅39. 2%、其余為鐵，其它 雜質《1%，采用沖入法混合處理澆注后觀察，磷鐵環表面鼓起，并有石墨化膨 脹鐵豆滲出，較未經處理的滲出鐵豆多；測定壓降為165mV，比未處理壓降降低 12mV，壓脫力降低13%，脫硫率12%。在經過三次使用的磷生鐵熔煉配料時，加入10%的高磷煉鋼生鐵，鐵水含碳 3.65%、硅2. 75%、錳O. 85%、硫0. 24%、磷0. 61% ，鐵水熔煉溫度1480°C，出 爐溫度1435°C，按鐵水重量的0.5%將電弧爐熔煉的添加劑加入包中，添加劑 成分為稀土3. 5%、 1丐2. 8%、鋇2. 5%、鋁2. 35°/。、鉍1. 3%、錳3. 0°/。、硅43. 2%、 其余為鐵，其它雜質《1%，采用沖入法混合處理澆注后觀察，磷鐵環表面鼓脹， 較未經處理的表面有較多的鐵豆膨脹擠出；測定壓降為165mV，比未處理壓降降 低13.5mV，壓脫力降低12%，脫硫率19%。實施例8:在循環次數較少的磷生鐵中，配料時加入12%鑄造生鐵，鐵水含碳2.5%、 硅2.6%、錳1.45%、硫0.54%、磷0.37%，熔煉溫度1490。C，出爐溫度1450。C， 按鐵水重量的1.0%將經機械混合的添加劑加入包中，添加劑的成分為稀土3.61%、轉3. 9%、鋇2. 45%、鋁3. 31%、鉍1. 2%、錳3. 8%、硅45%、其余為鐵， 其它雜質《1%，采用沖入法混合處理澆注后觀察，磷鐵環表面平整，局部凸起， 未經處理的下陷；測定壓降為152mV，比未處理壓降降低20mV，壓脫力降低13%， 脫硫率7. 2% 實施例9:在循環次數較少的磷生鐵中，配料時加入6%鑄造生鐵，鐵水含碳3.4%、硅 2.45%、錳1.23%、硫O. 65%、磷0. 38%，熔煉溫度1480°C，出爐溫度1435°C， 按鐵水重量的0. 5%將經機械混合的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 2. 0%、 ,丐4. 25°/。、鋇2. 34%、鋁2. 74%、鉍1. 38%、錳1. 66%、硅41. 7%、其余為鐵，其 它雜質《1%，采用沖入法混合處理澆注后觀察，磷鐵環表面鼓起，并有石墨化 膨脹鐵豆擠出，較未經處理的滲出鐵豆多；測定壓降為162mV，比未處理壓降降 低15.9mV，壓脫力降低17%，脫硫率16%。實施例10:在經過反復使用的磷生鐵熔煉配料時，加入12%的高磷煉鋼生鐵，鐵水含碳 2. 64%、硅2. 37%、錳0. 68%、硫0. 75%、磷0. 76%，熔煉溫度1500°C ，出爐溫度 1450°C，按鐵水重量的1.0%將電弧爐熔煉的添加劑加入包中，添加劑成分為稀 土 2. 3%、媽3. 0%、鋇1. 5%、鋁2. 2%、鉍1. 7%、錳4. 25%、硅37. 1%、其余為鐵， 其它雜質《1%，采用沖入法混合處理澆注后觀察，磷鐵環表面收縮較未經處理 的表面有較大的減小；測定壓降為165mV，比未處理壓降降低12.5mV，壓脫力 降低8.4%，脫硫率12.0%。
權利要求
1、一種鋁電解用新型磷硫生鐵，其特征在于其生鐵重量百分比組成為碳1.8～3.8％、硅1.8～2.8％、錳0.20～1.5％、磷0.1～0.8％、硫小于1.0％，其余為鐵，其它雜質≤1％；所述生鐵鐵水出爐時，按鐵水重量的0.5～1.0％加入添加劑，所述添加劑重量百分比組成為稀土2.0～4.5％、鈣2.5～4.5％、鋇1.5～3.5％、鋁2.0～3.5％、鉍1.0～2.5％、錳1.5～4.5％、硅35.0～45.0％，其余為鐵，其它雜質≤1％。
2、 根據權利要求l所述的鋁電解用新型磷硫生鐵，其特征在于所述的添 加劑采用沖入法加入，經充分攪拌后扒渣，在加入添加劑的鐵水上覆蓋膨脹珍珠巖。
3、 根據權利要求1或2所述的鋁電解用新型磷硫生鐵，其特征在于所述的 添加劑當生鐵碳含量《2.8%時，按鐵水重量的1.0%加入；當生鐵碳含量>2.8°/0 時，按鐵水重量的0. 5%加入。
4、 根據權利要求1或2所述的鋁電解用新型磷硫生鐵，其特征在于所述的 添加劑是通過將各合金組分破碎至15mm以下經機械混合而成；或將配好的各合 金組分預熱后裝入電弧爐中熔化、澆注并破碎至15mm以下而成。
5、 根據權利要求l所述的鋁電解用新型磷硫生鐵，其特征在于所述的生 鐵通過采用高磷生鐵、煉鋼生鐵或鑄造生鐵在其成分范圍內增碳及補充熔煉燒 損和其它損失，加入量占生鐵的15%以下。
6、 根據權利要求l所述的鋁電解用新型磷硫生鐵，其特征在于所述的生鐵 熔煉溫度控制在1470 1500°C，并在爐內降溫靜置，降溫至1430 145(TC再出 爐澆注。
全文摘要
一種鋁電解用新型磷硫生鐵，其生鐵重量百分比組成為碳1.8～3.8％、硅1.8～2.8％、錳0.20～1.5％、磷0.1～0.8％、硫小于1.0％，其余為鐵，其它雜質≤1％；所述生鐵鐵水出爐時，按鐵水重量的0.5～1.0％加入添加劑，添加劑重量百分比組成為稀土2.0～4.5％、鈣2.5～4.5％、鋇1.5～3.5％、鋁2.0～3.5％、鉍1.0～2.5％、錳1.5～4.5％、硅35.0～45.0％，其余為鐵，其它雜質≤1％。由于采用添加劑及高硫、碳、硅、錳成分范圍的變化，以硫代替磷，使其化學成分更合理，經試驗鐵-炭壓降比傳統磷生鐵降低10～20mV；壓脫力降低5～22％，脫硫率6～25％。
文檔編號C22C38/02GK101397643SQ200810231628
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月23日 優先權日2008年9月23日
發明者史生文, 偉 張, 張整社, 張勝全, 王希靖, 許建華 申請人:蘭州連城隴興鋁業有限責任公司;蘭州理工大學