專利名稱：一種石墨質陰極炭塊磷生鐵澆鑄工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋁電解技術領域，具體地說是一種鋁電解槽用石墨質陰極磷生鐵澆注工藝。
背景技術：
國內外研究開發出了石墨化優質炭塊，對鋁電解技術起到積極推動作用。二十世紀末，挪威和法國首先選用石墨化陰極炭塊，先將炭塊和鋼棒預熱到一定溫度，再以熔化的磷生鐵鐵水為填充料，澆注到炭塊和鋼棒間隙，冷卻凝固形成一個整體。到目前為止，國外憑借石墨化優質陰極炭塊，陰極炭塊磷生鐵澆鑄技術得到廣泛應用。該項技術在國內一直未得到推廣應用。一是由于國內優質炭塊研究開發滯后，電解槽還普遍采用石墨質炭塊，無論挪威和法國裝備技術，無法實現石墨質陰極炭塊磷生鐵澆鑄；二是石墨化炭塊成本高，是石墨質炭塊2-3倍，基于成本壓力，不敢輕易嘗試。三是裝備技術引進費用較高(1900萬-2400萬元人民幣)，基于上述原因，本發明開發了低成本的電解槽用石墨質陰極磷生鐵澆鑄工藝。
發明內容
本發明的目的是提供一種鋁電解槽用石墨質陰極炭塊磷生鐵澆鑄工藝。本發明的技術方案是根據鋁電解槽石墨質陰極炭塊理化指標和性能參數，結合鋁電解槽用陰極鋼棒性能特點，通過對石墨質陰極炭塊和鋼棒在加熱和冷卻過程中，抗氧化能力、溫度場和應力場分布和變化規律研究，開發了石墨質陰極炭塊磷生鐵澆鑄工藝技術，有效降低鋁電解直流電耗，提高電流效率，達到低成本、低電耗、高效率的目的。具體方案為
1、炭塊組裝根據陰極炭塊與鋼棒組裝結構，預留鋼棒熱膨脹緩沖區和炭塊應力集中區，將石墨質陰極炭塊和鋼棒提前組合為一個組合體；
2、炭塊組加熱將石墨質陰極炭塊與鋼棒組合體3個為一組，放置在功率可調控、具有防氧化功能的炭塊加熱爐內，分低溫段和高溫段兩段加熱，爐內氣氛氧含量控制在14%以內；400-500°C以下為低溫段，低溫段升溫速度150-200°C /小時，加熱至400-500°C后保溫時間不低于1小時，有效控制石墨質陰極炭塊熱應力集中溫度段升溫速度；400-500°C以上為高溫段，升溫速度80-120°C /小時，高溫段溫度依據陰極炭塊石墨含量、炭塊結構和外形尺寸確定，一般控制在600-850°C，保溫時間2-3小時；
3、磷生鐵熔煉調配磷生鐵鐵水炭當量為4.2-4. 3%，能有效降低鐵水澆鑄溫度 (1200-1300°C )，提高澆鑄性能，消除澆鑄熱節；
4、澆鑄陰極組裝塊加熱完成，磷生鐵鐵水調配、熔煉達標后，選擇磷生鐵鐵水澆鑄段長度方向中點為澆鑄點，采用對稱澆鑄工藝實施澆鑄(對稱澆鑄裝置通過澆鑄橫梁將兩個澆包組裝為一個組合體，裝置設置調節平衡部件，使整個澆鑄裝置始終保持平穩狀態)，磷生鐵鐵水填充速度為5lkg/s，達到有效消除炭塊熱應力點狀集中分布問題；
5、保護性均勻冷卻600°C以上為熱應力帶狀分布集中區，在該區保溫緩冷，以避免凝縮應力導致炭塊開裂；600°C以下加保護罩均衡冷卻，冷卻過程用惰性氣體保護；
6、扎糊澆鑄塊100-150°C開罩，將預留鋼棒熱膨脹緩沖區和磷生鐵澆鑄成型以外區域，用糊料扎制填補間隙，自然冷卻至室溫。本發明為鋁電解填補了石墨質陰極炭塊磷生鐵澆鑄工藝空白。同時有效降低陰極鐵炭壓降(25Mv以下)，降低鋁電解直流電耗，提高電流效率，成品合格率達99%以上，達到低成本、低電耗、高效率的目的。
圖1是石墨質陰極炭塊磷生鐵澆鑄工藝流程圖。
具體實施例方式工藝流程如圖1所示。實施例1
1、是炭塊組裝根據陰極炭塊與鋼棒組裝結構，預留鋼棒熱膨脹緩沖區和炭塊應力集中區，將石墨質陰極炭塊和鋼棒提前組合為一個組合體；
2、炭塊組加熱將石墨質陰極炭塊與鋼棒組合體3個為一組，放置在功率可調控、具有防氧化功能的炭塊加熱爐內，分低溫段和高溫段兩段加熱，爐內氣氛氧含量控制在14%以內；400-500°C以下為低溫段，低溫段升溫速度150°C /小時，加熱至400-500°C后保溫時間不低于1小時，有效控制石墨質陰極炭塊熱應力集中溫度段升溫速度；400-500°C以上為高溫段，升溫速度80°C /小時，高溫段溫度依據陰極炭塊石墨含量、炭塊結構和外形尺寸確定，一般控制在600-850°C，保溫時間2-3小時；
3、磷生鐵熔煉調配磷生鐵鐵水炭當量為4.2%，能有效降低鐵水澆鑄溫度 (1200-1300°C )，提高澆鑄性能，消除澆鑄熱節；
4、澆鑄陰極組裝塊加熱完成，磷生鐵鐵水調配、熔煉達標后，選擇磷生鐵鐵水澆鑄段長度方向中點為澆鑄點，采用對稱澆鑄工藝實施澆鑄(對稱澆鑄裝置通過澆鑄橫梁將兩個澆包組裝為一個組合體，裝置設置調節平衡部件，使整個澆鑄裝置始終保持平穩狀態)，磷生鐵鐵水填充速度為^g/s，達到有效消除炭塊熱應力點狀集中分布問題；
5、保護性均勻冷卻600°C以上為熱應力帶狀分布集中區，在該區保溫緩冷，以避免凝縮應力導致炭塊開裂；600°C以下加保護罩均衡冷卻，冷卻過程用惰性氣體保護；
6、扎糊澆鑄塊100-150°C開罩，將預留鋼棒熱膨脹緩沖區和磷生鐵澆鑄成型以外區域，用糊料扎制填補間隙，自然冷卻至室溫。實施例2:
1、是炭塊組裝根據陰極炭塊與鋼棒組裝結構，預留鋼棒熱膨脹緩沖區和炭塊應力集中區，將石墨質陰極炭塊和鋼棒提前組合為一個組合體；
2、炭塊組加熱將石墨質陰極炭塊與鋼棒組合體3個為一組，放置在功率可調控、具有防氧化功能的炭塊加熱爐內，分低溫段和高溫段兩段加熱，爐內氣氛氧含量控制在14%以內；400-500°C以下為低溫段，低溫段升溫速度200°C /小時，加熱至400-500°C后保溫時間不低于1小時，有效控制石墨質陰極炭塊熱應力集中溫度段升溫速度；400-500°C以上為高溫段，升溫速度120°C /小時，高溫段溫度依據陰極炭塊石墨含量、炭塊結構和外形尺寸確定，一般控制在600-850°C，保溫時間2-3小時；
43、磷生鐵熔煉調配磷生鐵鐵水炭當量為4.3%，能有效降低鐵水澆鑄溫度 (1200-1300°C )，提高澆鑄性能，消除澆鑄熱節；
4、澆鑄陰極組裝塊加熱完成，磷生鐵鐵水調配、熔煉達標后，選擇磷生鐵鐵水澆鑄段長度方向中點為澆鑄點，采用對稱澆鑄工藝實施澆鑄(對稱澆鑄裝置通過澆鑄橫梁將兩個澆包組裝為一個組合體，裝置設置調節平衡部件，使整個澆鑄裝置始終保持平穩狀態)，磷生鐵鐵水填充速度為Ag/s，達到有效消除炭塊熱應力點狀集中分布問題；
5、保護性均勻冷卻600°C以上為熱應力帶狀分布集中區，在該區保溫緩冷，以避免凝縮應力導致炭塊開裂；600°C以下加保護罩均衡冷卻，冷卻過程用惰性氣體保護；
6、扎糊澆鑄塊100-150°C開罩，將預留鋼棒熱膨脹緩沖區和磷生鐵澆鑄成型以外區域，用糊料扎制填補間隙，自然冷卻至室溫。
權利要求
1. 一種石墨質陰極炭塊磷生鐵澆鑄工藝，其特征在于按以下步驟進行1)炭塊組裝根據陰極炭塊與鋼棒組裝結構，預留鋼棒熱膨脹緩沖區和炭塊應力集中區，將石墨質陰極炭塊和鋼棒提前組合為一個組合體；2)炭塊組加熱將石墨質陰極炭塊和鋼棒組合體3個為一組，放置在具有防氧化功能的炭塊加熱爐內，分低溫段和高溫段兩段加熱，爐內氣氛氧含量控制在14%以內； 400-5000C以下為低溫段，低溫段升溫速度150-200°C /小時，加熱至400_500°C后保溫時間不低于1小時，有效控制石墨質陰極炭塊熱應力集中溫度段升溫速度；400-500°C以上為高溫段，升溫速度80-120°C /小時，高溫段控制在600-850°C，保溫時間2_3小時；3)磷生鐵熔煉調配磷生鐵鐵水炭當量為4.2-4. 3%，降低鐵水澆鑄溫度至 1200-1300°C ；4)澆鑄陰極組裝塊加熱完成，磷生鐵鐵水調配、熔煉達標后，選擇磷生鐵鐵水澆鑄段長度方向中點為澆鑄點，采用對稱澆鑄工藝實施澆鑄，磷生鐵鐵水填充速度為5lkg/s，達到有效消除炭塊熱應力點狀集中分布問題；5)保護性均勻冷卻600°C以上為熱應力帶狀分布集中區，在該區保溫緩冷，以避免凝縮應力導致炭塊開裂；600°C以下加保護罩均衡冷卻，冷卻過程用惰性氣體保護；6)扎糊澆鑄塊100-150°C開罩，將預留鋼棒熱膨脹緩沖區和磷生鐵澆鑄成型以外區域，用糊料扎制填補間隙，自然冷卻至室溫。
全文摘要
本發明是一種石墨質陰極炭塊磷生鐵澆鑄工藝。包括以下步驟1)炭塊組裝為一個組合體；2)炭塊組加熱將石墨質陰極炭塊和鋼棒組合體3個為一組分低溫段和高溫段兩段加熱、保溫，爐內氣氛氧含量控制在14%以內；3)磷生鐵熔煉調配磷生鐵鐵水炭當量為4.2-4.3%，降低鐵水澆鑄溫度至1200-1300℃；4)澆鑄；5)保護性均勻冷卻；6)扎糊澆鑄塊100-150℃開罩，將預留鋼棒熱膨脹緩沖區和磷生鐵澆鑄成型以外區域，用糊料扎制填補間隙，自然冷卻至室溫。本發明的工藝同時有效降低陰極鐵炭壓降(25Mv以下)，降低鋁電解直流電耗，提高電流效率，成品合格率達99%以上，達到低成本、低電耗、高效率的目的。
文檔編號B22D19/04GK102416461SQ20111040861
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者丁吉林, 嚴繼康, 何躍貴, 俞德慶, 劉志祥, 呂松, 尹傳興, 張大信, 張建宇, 楊葉偉, 王新華, 王進錄, 田永, 邱哲生, 高顯宏 申請人:云南云鋁涌鑫鋁業有限公司, 云南鋁業股份有限公司