專利名稱：鋁電解用磷生鐵添加劑的制作方法
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磷 生鐵添加劑。
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。從目前鋁電解磷生鐵的成分變化的
趨勢看，磷生鐵從傳統的碳3. 0 3. 5%、硅1. 8 2. 5%、錳0. 5 1. 0%、磷1. 2 1.0%、硫〈0. 1%(越低越好)(《鋁電解》邱竹賢冶金工業出版設2005.7第6 次印刷)，向碳3. 6 3. 8%、硅1.4 1.5%、錳O. 3 0. 5%、硫^0. 05、 。. 1% (《預焙槽煉鋁》邱竹賢冶金工業出版設2005.3)的方向發展，在發展變 化的過程中存在如下問題
① 磷生鐵在反復熔煉后，由于壓脫的磷鐵環中殘存有氟鹽，促進了碳和硅 的氧化，碳當量降低，鐵水的流動性變差，石墨核心數量減少，白口傾向增加， 碳化物數量增加，高電阻相增加，使鐵-炭壓降升高。
② 磷生鐵由于碳當量降低，白口傾向增加，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，同時磷鐵環收縮時產生裂紋，造成廢品或 鐵-炭壓降升高；
③ 磷生鐵經反復熔煉后，在碳含量降低的同時夾雜物數量增加，有害氣體 含量增加，磷鐵環中產生夾雜、氣孔的傾向增加，在減少導電面積的同時，粘 爪傾向增加；
④ 傳統的磷生鐵和改進的磷生鐵都要求較高的含碳量，而目前的增碳劑沒 有辦法達到規范要求，造成大量的磷生鐵在使用較少次數后碳量降低被淘汰或 大量補充新材料使磷生鐵總量增加；
⑤ 由于世界原油價格在不斷攀升，生產陽極用石油焦隨著煉油技術的提高，
可用的優質石油焦數量越來越少，大量高硫含量的石油焦被用于炭陽極的制造， 電解過程中，陽極塊中的硫在長時間的高溫下滲入到磷生鐵中，使磷生鐵增硫， 很多情況下硫含量遠遠超過規范的要求，使高阻值的硫化物的數量增加，鐵水 流動性降低，磷生鐵本身的電阻增加，鐵-炭壓降升高；另一方面，目前使用的 脫硫劑效率低并且侵蝕爐襯，操作困難。
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，國內外對降低鐵-炭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)"、"一種預焙陽極澆注用磷生鐵水脫硫技術 (200510019991.9)"。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，同時存在爐內脫硫效
率低、侵蝕爐襯、操作困難、產生大量脫硫渣，造成二次污染的問題；為了改性
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，提供一種消除硫 的有害作用，改善磷生鐵凝固后組織，能夠有效降低鐵-炭壓降、同時增加磷生 鐵脆性的鋁電解用磷生鐵添加劑。
為實現上述目的，本發明采取的技術方案為
一種鋁電解用磷生鐵添加劑，其特征在于所述添加劑按重量百分比計量， 其成分為稀土2， 0 4. 5%、鈣2. 5 4. 5%、鋇l. 5 3. 5%、鋁2. 0 3. 5%、鉍l. 0 2.5%、錳l. 5 4. 5%、硅35. 0 45.0%、其余為鐵、其它雜質《1%。
所述的添加劑適用的磷生鐵成分按重量百分比計量，其組成為碳1.8 3. 8%、硅1. 8 3. 0%、錳0. 20 1. 5%、磷0. 1 1. 5%、硫小于1. 0%，其金為鐵，
其它雜質《1% (其中包含了與本案同日申請的一種鋁電解用新型磷硫生鐵)。
所述的添加劑按磷生鐵鐵水重量的O. 5 1. 0%加入。
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。
為了現場易于實施和控制，所述添加劑按需要量進行包裝，當磷生鐵碳含 量《2.8。/。時，按磷生鐵鐵水重量的1.0%加入；當磷生鐵碳含量>2.8%時，按磷 生鐵鐵水重量的0. 5%加入。
所述的添加劑采用沖入法加入，經充分攪拌后扒渣，在鐵水上覆蓋膨脹珍 珠巖。
為改善磷生鐵鐵水的純凈度，使添加劑充分吸收，磷生鐵熔煉溫度控制在 1470 1500°C，并在爐內降溫靜置，降溫至1430 145CTC再出爐澆注。
本發明提供的上述鋁電解用磷生鐵添加劑，首次采用添加劑對磷生鐵進行 處理，擴大了磷生鐵化學成分范圍，使用性能有以下特點
① 經試驗和擴大試驗證明磷生鐵鐵-炭壓降比未使用添加劑降低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，其中的合金元素有效的替代了磷生鐵中的硅、錳， 在脫硫的同時使脫硫產物成為有用的石墨結晶核心，改善磷生鐵中磷化物和硫 化物的分布，并減少了因脫硫造成的成本增加。
③ 由于添加劑的加入，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，同時也加速已形成碳化物在電解過程的分解，降低鐵-炭壓降。
④ 由于添加劑的加入，使鐵水凈化，夾雜物數量減少，改善了磷生鐵與鋼 爪的接觸狀況，減少了因夾雜、氣孔等鑄造缺陷造成的粘爪現象。
使磷生鐵的使用周期延長，新材料補加量減少，成本降低。
具體實施方式
實施例1:
經試驗測定表明，對于含碳1.8%、硅2.6%、錳O. 32%、硫0.89%、磷0. 79% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度150(TC，在電爐小功率下降溫至145(TC出爐，按磷生 鐵鐵水重量的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%、 鈣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，在鐵水上覆蓋膨脹珍珠巖，澆注 后觀察，磷鐵環表面收縮量較未經處理的表面收縮量有較大的減小；測定壓降 為153mV，比未處理壓降降低17. 4 mV，壓脫力降低15%，脫硫率6. 3%。
經實驗測定表明，對于含碳3. 51%、硅2. 83%、錳0. 25%、硫0. 14%、磷0. 25% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度148(TC，在電爐小功率下降溫至144(TC出爐，按磷生 鐵鐵水重量的0.5%將經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12%， 脫硫率25%。
實施例3:
經實驗測定表明，對于含碳2.10%、硅2. 30%、錳0. 75%、硫0. 95%、磷1, 22% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度149CTC，在電爐小功率下降溫至144CTC，按磷生鐵鐵 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 4.5%、鈣 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161mV，比未處理壓降降低19mV，壓脫力降 低18%，脫硫率9. 5%。 實施例4:
經實驗測定表明，對于含碳3. 8%、硅2. 12%、錳1. 5%、硫0.12%、磷0. 50% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度147(TC，在電爐小功率下降溫至143(TC，按磷生鐵鐵 水重量的0.5%將經電弧爐熔煉的添加劑加入包中，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，與未處理比較壓降降低18. lmV，壓脫力降 低15%，脫硫率25%。
實施例5:
經實驗測定表明，對于含碳2. 80%、硅2. 5%、錳1. 0%、硫0. 7%、磷1. 45% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度1485'C，在電爐小功率下降溫至144(TC，按磷生鐵鐵 水重量的0.85%將經機械混合的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 2. 8%、鈣 3.0%、鋇1.5%、鋁2. 5%、鉍2. 5%、錳2. 1%、硅44. 5%、其余為鐵、其它雜質《 1%，采用沖入法處理澆注后觀察，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15mV，壓脫力降低13%。脫硫率 20. 5%。
實施例6:
經實驗測定表明，對于含碳3. 65%、硅2. 0%、錳0. 85%、硫0. 24%、磷0.12% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度1480'C，在電爐小功率下降溫至1435'C，按磷生鐵鐵 水重量的0.5%將經電弧爐熔煉的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 3.5%、 鈣2.8%、鋇2.5%、鋁2.35%、鉍1. 3%、錳3%、硅43. 2%、其余為鐵、其它雜質 《1%，釆用沖入法處理澆注后觀察，磷鐵環表面鼓起，并有鐵豆滲出，較未經 處理的滲出鐵豆多；測定壓降為165mV，與未處理比較壓降降低13.5mV，壓脫
力降低8%，脫硫率19%。
實施例7:
經試驗測定表明，對于含碳2. 30%、硅1. 8%、錳0. 65%、硫0. 65%、磷1. 02% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度1495'C，在電爐小功率下降溫至145(TC出爐，按磷生 鐵鐵水重量的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. 1%、 鈣2. 52%、鋇2. 0%、鋁2. 1%、鉍2. 0%、錳3. 75%、硅35%、其余為鐵、其它雜 質《1%，采用沖入法處理澆注后觀察，磷鐵環表面收縮量較未經處理的表面收 縮量有較大的減小；測定壓降為164mV，比未處理壓降降低16.2mV，壓脫力降 低18%，脫硫率11.8%。
實施例8:
經實驗測定表明，對于含碳2. 5%、硅3.0%、錳0.45%、硫O. 35%、磷0. 50% 鐵水熔煉溫度149(TC，在電爐小功率下降溫至145(TC出爐，按磷生鐵鐵水重量 的1. 0%將經電弧爐熔煉的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 3. 61%、鈣3. 9%、 鋇2.45%、鋁3.31%、鉍1.2%、錳1.5%、硅45%、其余為鐵、其它雜質《1%，采 用沖入法處理澆注后觀察，磷鐵環表面平整，未處理的磷鐵環表面出明顯的收 縮凹陷；測定壓降為156mV，比未處理壓降降低20mV，壓脫力降低13%，脫硫率 15%。
實施例9:
經試驗測定表明，對于含碳3. 0%、硅2. 45%、錳1. 23%、硫0. 65%、磷1. 32% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度1475。C，在電爐小功率下降溫至143(TC出爐，按磷生 鐵鐵水重量的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%、 鈣4.25%、鋇2. 34%、鋁2. 35%、鉍1.38%、錳1.66%、硅37. 2%、其余為鐵、其 它雜質《1%，采用沖入法處理澆注后觀察，磷鐵環表面凸起，未經處理的表面 下凹；測定壓降為155mV，比未處理壓降降低15. 9 mV，壓脫力降低22%，脫硫 率16%。
實施例10:
經實驗測定表明，對于含碳3. 3%、硅1.9%、錳0.52%、硫O. 31%、磷0. 36% 的磷生鐵鐵水，熔煉溫度148(TC，在電爐小功率下降溫至1435X:出爐，按磷生 鐵鐵水重量的0.65%將經電弧爐熔煉的添加劑加入包中，添加劑成分為稀土 2. 39%、,丐3. 37%、鋇3. 5%、鋁2. 41%、鉍2. 12%、錳4. 25%、硅39. 1%、其余 為鐵、其它雜質《1%，采用沖入法處理澆注后觀察，磷鐵環表面產生膨脹，并 且有鐵豆產生；測定壓降為152mV，比未處理壓降降低15.9mV，壓脫力降低18%， 脫硫率23%。
權利要求
1、一種鋁電解用磷生鐵添加劑，其特征在于所述添加劑按重量百分比計量，其成分為稀土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所述鋁電解用磷生鐵添加劑，其特征在于所述添加劑 適用的磷生鐵成分按重量百分比計量，其組成為碳1.8 3.8%、硅1.8 3.0%、 錳0.20 1.5%、磷O. 1 1.5%、硫小于1.0%，其余為鐵，其它雜質《1%。
3、 根據權利要求2所述鋁電解用磷生鐵添加劑，其特征在于所述的添加 劑按磷生鐵鐵水重量的0. 5 1. 0%加入。
4、 根據權利要求3所述鋁電解用磷生鐵添加劑，其特征在于當磷生鐵碳 含量《2.8%時，按磷生鐵鐵水重量的1.0%加入；當磷生鐵碳含量>2.8%時，按 磷生鐵鐵水重量的0. 5%加入。
5、 根據權利要求l所述鋁電解用磷生鐵添加劑，其特征在于所述的添加 劑是通過將各合金組分破碎至15鵬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。
6、 根據權利要求l所述鋁電解用磷生鐵添加劑，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山 石。
7、 根據權利要求2或3所述鋁電解用磷生鐵添加劑，其特征在于所述磷 生鐵熔煉溫度控制在1470 150(TC，并在爐內降溫靜置，降溫至1430 1450°C 再出爐澆注。
全文摘要
本發明提供了一種鋁電解用磷生鐵添加劑，其特征在于所述添加劑按重量百分比計量，其成分為稀土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％。由于添加劑的加入，能夠改善磷生鐵凝固后組織，消除硫的有害作用，能夠有效降低鐵-炭壓降、同時增加磷生鐵脆性。經試驗和擴大試驗證明磷生鐵鐵-炭壓降比未使用添加劑降低10～20mV；壓脫力比傳統磷生鐵降低5～22％，脫硫率6～25％。
文檔編號C21C7/064GK101376917SQ20081023162
公開日2009年3月4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