磷生铁在预焙阳极组装实践中的应用.pdf

6 0 夯t j c 晨 舛技 2 0 0 9 年 第4 期 磷 生铁在预焙阳极组装实践 中的应 用 何伟 兖矿科澳铝业有 限公司电解铝 厂， 邹域2 7 3 5 0 0 摘要该文综述了磷生铁基本概念， 重点介绍了 磷生铁的各种元素的作用、 性能、 调节方法及其在实践中的应用效果。 关键词磷生铁煤炉 熔化烧结 中图分类号 T F 8 - ． 4 文献标识码A 随着铝 电解的发展 ， 预焙阳极浇铸 质量越来 越引 起人们的关注。阳极脱落、 槽况恶化、 F e 、 C压降高、 增 加能耗等情况 ， 科澳公司电解铝厂进行 了研究与改进。 1 设备的选择针对 熔炼设备选用中频感应电炉。其优点是 加热速 度快 ； 炉子的热效率较高 ； 氧化烧损较轻； 吸收气体较 少； 避免了硫、 硅等元素含量增加的问题； 又方便炉内 铁水 的调整 ， 使铁水 中各种元 素在可控范 围内。 2 原材料选 择 严格控制磷生铁 中各种 元素 的加 入 量 ， 降低 阳极 的铁 一碳压降 ， 提高 阳极组装块成 品率 。 2 ． 1 锰在磷 生铁 中的作用 锰有很好的脱氧能力， 还能与硫形成硫化锰 ， 以消 除硫的有害作用 。这些反 应产物 大部分形 成炉渣浮在 铁水表面而被除去， 小部分残留予磷生铁成为非金属 夹杂物 。此外 ， 锰 对磷 生 铁有 一定 强 化作 用 ， 提 高 强 度、 硬度和耐磨性。但锰作为少量杂质存在时， 它对磷 生铁的性 能影 响 不显 著 。锰 是 良好 的脱 氧剂 和脱 硫 剂 ， 可防止 因硫而导致的热脆现象 ， 从而 改善磷 生铁的 热加工性能 。 2 ． 2 磷在磷生铁中的作用 一 般情况下， 磷能全部溶于铁素体中， 有强烈的固 溶强化作用， 使磷生铁的强度、 硬度增加 ， 但塑性、 韧性 则显著降低。在浇注的过程中能较好的体现其既有强 *收稿 日期 2 0 o 9一o 4一l O 作者简介 何伟 1 9 7 6 一 ， 男， 助理工程师。主要从事生产、 技术管 理工作 。 度 又容易 压脱 的性 能 。但 是低 温 时脆 化现 象更 为 严 重 ； 磷含量较大时， 易使磷在结晶过程中产生晶内偏 析 ， 强度降低。因此， 要严格控制好磷的含量。 2 ． 3 硅在磷生铁 中的作用 硅在常温下能溶于铁素体， 强化铁素体， 提高磷生 铁的强度和硬度， 降低磷生铁的临界冷却速度， 提高磷 生铁的淬透性和增加铁水的流动性。若硅含量偏高， 将显著地降低磷生铁的塑性、 韧性和延展性， 易导致冷 脆 。但也可 以提高磷生铁 的抗氧化性 。所 以一定控 制 磷生铁 中的硅含量。 2 ． 4 硫在磷生铁 中的作用 通常情况下 ， 硫是 有害杂质 ， 在生铁 中的溶解度极 小 ， 是 以非金属夹杂物 F e S 的形态存在 于磷生铁 中， 使 磷生铁 的流动性 能变差而 影响浇 注效果 ， 提 高阳极铁 碳压降， 增加铸件热裂倾向。所以要严格 限制硫的含 量 。如果硫的含量超标 ， 应加入适量 的脱硫剂 ， 或者适 当增加磷生铁中锰含量。 3 炉前控制 3 ． 1 烘炉阶段 中频炉系统 由4台炉及其冷却水系统组成， 中频 炉熔 化 量 为 2 t ， 采 用 5 0 0 H z频 率 电 源。缓 慢 加 热 到 1 1 0 0 c c， 将化验过的铸铁、 铁环严格按照配比要求投放 人中频炉， 以便硼酸中的结晶水 约占重量 4 3 ％ 和炉 衬材料中的水份慢慢排 出炉外。此外 ， 还 因为石英在 5 7 3 ℃、 8 6 7 C 和 1 0 2 5 ℃时有 多晶 转变 ， 引起 体 积膨 胀 ， 在此区间缓慢加热可以使局部膨胀应力分散开， 裂纹 少， 故升温速度以 1 0 0 ℃／ h 为宜， 需时 9 ～1 2 h 。曲线见 图 1 。 水管最好改用柔 性连 接的扩 口给水塑料 管 ， 其管 壁较 厚， 强度高， 耐冲击， 噪音小 ， 而且由于其接 口为柔性连 接， 不必安装伸缩节， 也抗震， 可以有效防止管道接 口 处渗漏。现在有很多人员将管道转换层内的排水横干 管采用排水铸铁管或给水铸铁管 ， 而铸铁 管 自重大 ， 内 表面不光滑 ， 容易堵 塞 ， 安装 不便 ， 效果 不如用 柔性 连 接的扩 口给水塑料管好。 3结束语 尽管 U P V C管在推广使用过程中出现过这样或那 样的问题， 但其优点也越来越被人们所接受。只要生 产厂家把好产 品质量关并 开发 出更多 的新产 品； 施 工 单位加强施工管理， 提高安装质量； 严把设计监理验收 关， 相信给排水 U P V C管的使用会带来越来越大的经 济效益和社会效益 。 2 0 0 9 年第4 期 东媳晨 科技 6 1 2 4 6 8 I O 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 h 中频炉升温 曲线 图 1 中 频 炉 升 温 曲线 3 ． 2 熔 化 阶段 ～- 当炉温达 1 1 0 0 1 2 0 0 C时陆续加入小块冷料 ， 为 减小 炉 温 波 动 过 大 ， 每 次 投 料 不 宜 过 多 ， 以 2 0 0～ 4 0 0 1 1 1 1 1 1 左 右 为 宜 ， 当全 部 融 化 使 铁 水 面 上 升 至 炉 口 2 5 0 m m左 右为止 。此 阶段 前期 未 熔化 功率 较 高 ， 约 为6 0 ％额定功率， 可使炉料迅速升温， 降低炉衬温差。 待全部熔化前 ， 应立 即降低 功率减少冲刷力继续 升温 ， 需 时约 5 h以上。 3 ． 3 烧结阶段 升温至 1 5 6 0 ％左右后 保温 2 h ， 使 炉衬在 高温 形成 具有足够强 度 的硬 壳 。取 样化验 合格后 ， 铁水 出炉使 用 ； 检查 炉衬 表 面烧结 状况 ， 再返 回 1 ／ 2 炉 铁水 ， 加料 连续熔化， 取样化验合格使用， 重复操作 2 ～3 炉停炉。 在此阶段 中 ， 由于炉衬 中仍 含有 水气 ， 为 防止对感 应 圈 绝缘的影响 ， 减少金属液搅拌冲刷炉衬的危害， 所以送 电电压不应 超过 8 0 ～9 0 ％额定 电压。 3 ． 4 炉前操作注意事项 加料前 ， 应先对炉料进行烘干； 加料时， 先加熔点 低、 元素烧损小的炉料， 再加熔点高的炉料， 且第一炉 烘炉的铁水应尽量加满， 使用的铁尽可能干净 ； 当烘炉 温度达到 1 5 6 0 C 时停电进行捞渣作业 ， 应保温 2 h ， 经取 样分析合格后 ， 可进行浇铸 ； 为了防止机械损伤， 空炉 时加料宜先加纤细小料， 然后大料。加大料时， 必须轻 轻加入， 不得扔、 丢 ， 以免损坏炉衬， 引起漏炉， 发生事 故 ； 使用剩余铁水熔炼， 不但效率高， 也可避免热态空 炉装满冷料造成炉衬裂缝， 延长炉衬使用寿命 。 由于加料前铁水温度太低或加料过多， 料表面积 过大 纤细 、 屑料等 而出现铁水面结壳时， 应立即将炉 体倾斜 2 0 o 左右， 继续送电， 化开结壳前沿 ； 由于某种原 因 结壳不化 、 突然停电 发生整炉铁水凝固而发生“ 冻 炉” 时， 待来电后化开。如果结壳过厚则需拆炉衬。 4 配料 在实际使用中， 通过 2 0 0 6年 9 月至 2 0 0 8年 9月近 两年的化验结果发现， 磷生铁在循环使用过程 中磷、 碳、 锰 、 硅含量相应降低 ， 硫含量相应升高。所 以在使 用过程中， 应及时化验磷生铁指标， 以便及时调整在使 用过程中损失的磷、 碳、 硅、 锰等元素含量。配入原料 的公式为 Ymo q b a ／ c d 式 中 y _ - 配入原料 的质量 ， 妇； p 一 炉铁质量 ， k g ； n 一相应的元素在磷生铁中原有值， ％ ； 6 一配料目标值， ％ ； c 一相应元素在原料中的成分含量， ％； d 一吸 收率 ， ％ 。 有效成分的吸收率因炉子状况及熔炼操作过程而 有 所不同 ， 这 需要操 作人 员积累经验 而得 出， 表 l 给出 该厂总结的经验值， 供借鉴参考。 表 1 有效成分及吸收率经验值 I 原料 石墨粉 硅铁 锰铁 磷铁 I有效成分 ％ 9 8 7 5 8 0 2 0 I 吸收率 ％ 8 0 7 5 9 5 9 0 由于石墨粉在高温状态时和空气接 触会发生 氧化 燃烧， 会大量消耗， 所以在添加磷生铁前先将 0 ． 5 k g 石 墨粉加入 炉内 ， 另外 石 墨粉 按一 定 比例 随磷生 铁一起 加入， 关好炉盖， 减少石墨粉的燃烧。 5 经济分析 改进后 的磷生 铁 脱极 情 况 明 显 好转 ， 且 压 降低 。 测量调整后压降平均下降到 2 3 0 m V ， 较原来降低了约 1 4 m V 。以电流3 0 0 k A的电解槽计算 ， 每台每年可节电 3 6 7 9 2 k Wh ， 按年产 1 4 万 t 电解铝锭 ， 每年吨铝可节约电 量4 4 ． 1 6 k wh ， 按 0 ． 3 0元／ k Wh计算 ， 每年节约 1 8 5万 元 ， 可见经济效益相当好。 6 结束语 综上所述， 该厂合理配 比的磷生铁各项力学性能 指标均达到较高要求 ； 铝用阳极的铁 一碳压降比普通 极平均降低 1 4 m V左右， 提高电解槽的电流效率； 使用 合理配比的磷生铁 ， 熔化后浇铸时流动性好， 浇口饱满 平滑， 冷却后石墨化优点突出， 容易脱离 ， 延长钢爪使 用寿命 。 参考文献 [ 1 ] 李 圣华 ． 石墨电极 生产 M ． 冶金 工业 出版 社。1 9 9 7 ， l 1 ， 8 1 2 。 [ 2 ] 王平甫， 宫振． 铝电解炭阳极技术 一 ． 冶金工业出版社． 2 0 0 2 。 [ 3 ] 童方森等， 炭素材料生产问答， 冶金工业出版社． 1 9 9 1 。 r 、0 O 0 O 0 O O O O 0 如 如 m ∞ m