阳极组装磷生铁配方探讨.doc

铝用阳极组装磷生铁配方探讨1 磷生铁对生产的影响铝用阳极组装是通过铁水将导杆和预焙阳极碳块浇铸为一体的工艺过程，预焙阳极碳块通过磷生铁与导杆连接在一起因此，熔化铁水质量的高低直接关系到组装阳极的使用效果，以及组装的生产作业作为铁水原料—磷生铁，其配方优化一直是阳极组装生产研究的课题，它对组装生产效率的提高，以及整个电解铝生产成本的节约具有非常重要的意义磷生铁配方的优劣，关系到如下几个方面：(1)生产效率的高低好的铁水流动性好，浇铸性能佳，浇铸产能大，熔化炉有效功率高；(2)组装后铁碳压降不合理的磷生铁配比，在电解铝使用过程中，会增大导杆、阳极的导电压降3)机械强度铁水将导杆与阳极碳块连接成一体，在电解使用过程中，导杆起着阳极碳块的支撑作用，如果机械强度不够，将导致电解使用过程中阳极的脱落情况发生4)破碎难易程度由于磷生铁为多次循环使用的物料，因此，从电解返回组装的阳极，其钢爪上的磷铁环必须具备容易破碎的性能鉴于磷生铁的使用要求，组装车间在熔炼铁水的过程中，主要从铁水的流动性、膨胀性、脆性、强度以及电解使用过程中的导电压降等几个方面入手，通过对铁水常规五大元素C、Si、Mn、P、S进行调整，以达到相应要求。

2 磷生铁各化学成分的功用各化学成分在磷生铁中作用各不相同，下面分别介绍磷生铁中常规五大元素C、Si、Mn、P、S的作用：2.1碳碳是促进石墨化并对石墨的形状、大小有很大影响的元素，当铸铁中硅控制在一定范围内（2.0%）时，含碳量低于1.7%时，石墨呈团聚状，含碳量在1.7-2.0％之间时，石墨呈网状分布，含碳量在2.0-2.6%之间时，出现所谓晶间石墨，含碳量在2.6-3.5%之间时，石墨出现正常的细片状，当含碳量超过3.5%后，出现初片状石墨因此，含碳量在2.6-3.5%之间时，石墨片细小且分布均匀，对生铁来讲，抗拉强度最高同时，C因能促进石墨的析出，因此它能减小铸铁冷却后的收缩，从而保证浇铸后磷铁环不易松动故，铁水含碳量一般选择在2.6-3.5%之间2.2硅硅是强烈促进石墨化的元素，当硅含量小于1.5%，或碳当量大于4.3%时，生铁易出现白口，导致熔炼困难，机械性能及浇铸性能差因此，铁水含硅量一般选择在1.5-3.0%之间2.3锰锰是阻碍石墨化的元素，增加铁原子之间的结合力，使金属基体强度上升，提高机械强度锰与硫形成固态的MnS夹渣（FeS＋Mn MnS＋Fe）,其熔点高达1620℃，影响了流动性．但同时也抵消了硫的有害作用，从这一点来讲，锰又是促进石墨化的元素。

MnS比重小，可以从铁水中浮出排入渣中，一般生铁中含锰量是含硫量的3.3倍，如硫含量为0.2%，则锰含量原则上不低于0.6%综合考虑，一般将锰控制在0.5-1.2%之间2.4磷磷在固溶体的溶解度很小，并随含碳量的增加而降低，当含磷量超过溶解度极限，出现Fe3P，它一般以磷共晶形式存在，磷共晶硬而脆，尤其是在低温时更为显著，铝用阳极组装正是利用磷的这一特性（冷脆）由于P在铸铁中能形成低熔点共晶并压低液相线的温度，使铁水粘度降低，增加铁水对铸型的润湿能力．提高铁水的流动性，所以P能很明显地提高铁水的流动性．从而改善铁水的浇铸性能含P高的铸铁（－1.0％），可以用来铸造薄而复杂的艺术铸件．为保证磷铁环压脱性能及机械性能，一般P含量在0.8－1.6％之间2.5硫硫是强烈阻碍石墨化的元素，属有害物质，硫基本不溶于铁，以FeS形式存在，会发生热脆现象，在900℃时发生开裂，如含硫量过多，则会引起磷铁环炸裂，使铁碳接触电阻增高在生产中应尽量把硫从铁水中除去，以利于降低压降同时它还降低铁水流动性，恶化浇铸性能一般含硫量控制在0.15%以下当含S量超过0.18％以后，铁水流动性变差．3 铁水流动性分析：铁水流动性，是指铁液充填铸型的能力．铁水充填铸型的能力除与铸型本身特性有关外，还和铁水化学性质有关．通常对铸铁流动性影响最大的因素是浇铸温度，化学成分，液态金属状态等．这里主要从化学成分对铁水流动性的影响进行分析。

从阳极浇铸铁水的化学成分来讲，影响流动性的元素很多，但其中主要以C、Si、P影响最为显著铁水流动性可通过铸铁碳当量CE来衡量，当碳当量为4.3%时，铸铁由于结晶温度间隔小，所以流动性最好．即CE越靠近4.3%，则铁水流动性越好．对于碳当量小于4.3%的亚共晶铸铁（如一些高牌号灰口铸铁），碳硅量的增加能提高流动性．而对于碳当量大于4.3%的过共晶铸铁（如一些低牌号灰口铸铁或稀土灰铁），碳硅分的增加，反而会降低它的流动性．综上，为保证磷生铁水性能，各元素含量控制范围为：CSiMnPS3.0－3.51.8－3.00.5－0.70.8－1.3<0.2对各元素在铁水中含量，原则上配比按上限与下限关系对应，即当碳含量较高时，硅、磷含量按低限控制，反之亦然；而对于锰及硫，由于硫为必须控制元素，当硫含量较高时，锰含量相应靠上下面从碳当量情况对铁水流动性进行计算分析:碳当量CE＝｛C+0.3（Si＋P）+0.4S-0.03Mn｝，由于S含量较低，而Mn影响很小，故上式可简化为：CE= C+0.3（Si＋P）根据铁水含量配比，如碳含量取下限，硅含量取上限，即C=3.0％，Si＝3.0％P=1.3％时，CE=C+0.3(Si+P) =3.0+0.3(3.0+1.3)=4.29(%),接近4.3%。

表明铁水流动性好如碳含量取上限，硅含量取下限，即C=3.5％，Si＝1.8％，Mn＝0.6％，P=0.8％，S＝0.2％时，CE=C+0.3(Si+P) =3.5+0.3(1.8+0.8)=4.28(%),接近4.3%表明铁水流动性好从碳当量计算结果看，给出的磷生铁水各元素配比合理下面从碳当量计算公式，对碳与硅、磷的关系进行一下比较：从碳当量计算公式CE=C+0.3(Si+P)看，当CE=4.3%时，即C+0.3(Si+P)=4.3,C与Si、P含量之和成线性关系，铁水处在共晶点时含碳量与硅、磷的关系如图：从图可看出，为保证铁水流动性良好，即铁水碳当量约为4.3%，当含碳量较低时，则Si、P取上限，含碳量较高时，则Si、P取下限熔炼时铁水的过热程度也影响流动性，随过热温度的提高，铁水中各种细小的固态杂物熔解了，铁水净化程度提高，即使浇铸温度不变，也能提高铁水的流动性4 其它对磷生铁在电解使用，主要是铁碳压降的影响，有资料表明，对磷生铁铁碳压降影响循序为:C>P>Si，保证磷生铁铁碳压降最低的最佳配方为:C 3.2%、P 1.2%、Si2.0％与前面论述相同5 结论；根据前面结果，得出磷生铁最佳配方范围为:C:3.0 -3.5% P:0.8-1.3% Si:1.8-3.0% Mn:0.5-0.7% S:<0.15%生产实际使用中，该配方铁水流动性良好，浇铸外观平整光滑，磷铁环正常压脱率100%，与碳块接触紧密，无松动现象。

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