新型磷生铁配方电解铝工艺

王云强

（汉江丹江口铝业有限责任公司，湖北 丹江口 442700）

铝电解槽是耗能大户，其中阳极铁碳压降约占整个阳极压降的30—50%，降低铁碳压降对铝电解槽节能意义重大。铝电解槽现用磷生铁均在实际生产过程中容易出现以下问题：磷生铁环与碳碗壁热胀冷缩匹配不理想，使阳极铁-碳压降增加；磷生铁室温脆性较差。对新型铝电解槽磷生铁配方的研究势在必行。为此，通过与中南大学协作，对磷生铁配方进行优化研究，降低电解槽部分铁碳压降，降低槽工作电压，实现节能降耗的有着重要的意义。

本次试验分两阶段，第一阶段，通过试验找出磷生铁最优配方，第二阶段，在不改变我厂现有磷生铁浇铸工况条件下，测试磷生铁最优配方的节能效果。

第一阶段的试验阳极于5月23日在阳极组装车间进行熔炼浇铸，5月27日在电解一车间上槽使用。在熔炼中，先将一部分回炉铁、生铁、硅铁、锰铁、磷铁交替加入炉中，待融化后，再加入另一部分，全部融化后扒渣，加入改性元素并保温120分钟，保温过程中使用增碳技术添加石墨粉。此次试验分四种类型，见表1中的A、B、C、D。熔炼配方见表3。

表1

中南大学优化配方A（加85%回炉铁）

该配方熔炼工艺在1#炉内先将生铁、回炉铁、磷铁、锰铁、硅铁交替加入炉中，按现场正常生产用的升温曲线升温熔化后，扒渣；在电磁搅拌条件下，将秤好的改性元素碎块分2～3批加入其中，再持续搅拌30分钟以上，测温，在1300～1350℃下保温120分钟以上，保温期间，保温期分批加入石墨粉，并施以电磁搅拌，每次5～10分钟，测温，在1350～1400℃下取分析试样3个，编号分别为BT1-1,BT1-2,BT1-3,然后出铁水一抬包，进行浇铸，共浇铸8组试验极，编 号 分 别 为 B1,B2,B3,B4,B5,B6，B7，B8。

丹江口现有生产用配方B（按现有配比加回炉铁）

该配方熔炼工艺在2#炉内以现有生产熔炼工艺进行生产，不做改变。

中南大学优化配方C（无回炉铁）

该配方熔炼工艺在3#炉内先将生铁、磷铁、锰铁、硅铁交替加入炉中，按现场正常生产用的升温曲线升温熔化后，扒渣；在电磁搅拌条件下，将秤好的精锑碎块分2～3批加入其中，再持续搅拌30分钟以上，测温，在1300～1350℃下保温120分钟以上，保温期间，保温期分批加入石墨粉，并施以电磁搅拌，每次5～10分钟，测温，在1350～1400℃下取分析试样3个，编号分别为AT1-1,AT1-2,AT1-3,然后出铁水一抬包，进行浇铸，共浇铸8组试验极，编 号 分 别 为 A1,A2,A3,A4,A5,A6，A7，A8。

国内优化配方D（不加回炉铁）

该配方熔炼工艺在4#炉内先将生铁、磷铁、硅铁交替加入炉中，按现场正常生产用的升温曲线升温熔化后，扒渣；在电磁搅拌条件下，测温，在1300～1350℃下保温120分钟以上，保温期间，施以电磁搅拌，每次5～10分钟，测温，在1350～1400℃下取分析试样3个，编号分别为CT1-1,CT1-2,CT1-3,然后出铁水一抬包，进行浇铸，共浇铸8组试验极，编号分别为C1,C2,C3,C4,C5,C6，C7，C8。

试验期间，所用生铁、锰铁、硅铁、磷铁、改性元素、石墨粉其百分比见表2。

表2

对石墨粉的要求，粒度100目筛，灰分<6%，含硫<0.05%。改性元素纯度>95%。

在熔炼中，进行电磁搅拌，让各炉料充分混合熔化。每炉取2-3炉样送化验室分析。其分析报告见表3。

表3 磷生铁分析报告单

第二阶段为测试磷生铁最优配方的节能效果，在测试方案上我们通过配料、熔炼、增碳、浇铸、试样制备、试验极和对比极组装和编号、上槽工序后实施在线测试的方法进行测量；

浇铸时，趁碳碗铁水凝固前即时插入Ф10mm、长350～400mm的钢棒，钢棒端焊以Ф1.5～2.0mm、长100～200mm的铜丝接头，以供测Fe-C压降用；

性能检测

（1）铸件抗冲击或抗弯试验：根据现场万能试验机对试样尺寸的要求，设计加工相应的石墨模具，以浇铸成标准磷生铁试件；

（2）Fe-C压降（或Al-C压降）在线检测；

以工厂现用磷生铁配方浇铸的阳极作对比极，以本配方浇铸的阳极作试验极，分别任意各取8块，在每块极的碳块上表面距钢爪约30mm的适当位置钻Ф10.0mm、深60～80mm的孔，每孔插入Ф10.0mm、长350～400mm的钢棒，在钢棒端同样焊以Ф10mm、长50～100mm的铜丝接头，准备就绪，做出标记，待上槽使用。

作为比较的试验极和对比极，我们尽量放在同槽相邻位置或不同槽的相同位置，并记录上槽时间，待阳极上槽正常后（一般上槽2天后），用红外测温仪测量铝导杆表面温度T表，用等距叉及毫伏表测定铝导杆等距压降V等距，用测量棒和毫伏表测V（Fe-C）测，每天测一次，基本测一个阳极工作周期，由测得的T表、V等距、V（Fe-C）测算得阳极Fe-C接触电阻和阳极Fe-C压降。

经过上述工艺设置，在磷生铁各含量符合本次试验要求的前提下保温120分钟后进行浇铸，对A、B、C、D四种型号各浇铸8根阳极，并进行编号。5月24日，在阳极炭块上距磷生铁浇铸5cm处埋一长40cm粗10mm的钢棒，便于测量。

5月27日、5月28日，四个型号32根阳极全部在电解车间上槽使用，尽量使对比极在同一极号或同一位置，便于测量对比。

表4

5月29日开始测量。试验期间，生产部、电解车间、中南大学对上槽阳极进行跟踪测量（每日上午8：30-10:30测量一次），至6月24日共测量27次。测量数据取平均值，见表5。

从测量结果看，A、C、D的等距平均压降均比我厂B的压降低，与B相比分别低37.39、28.47、39.52mV。

第二批试验极于6月30日在阳极组装车间进行熔炼浇铸，7月1日埋好测量用钢棒，7月2日在电解车间上槽使用。此次试验极分两种类型，见表5中的E、F。每个型号浇铸8根。其配料仍用上次剩下的。

表5

其熔炼工艺与上次试验相同，只是保温时间根据我厂实际生产情况降为半小时。每炉取3个炉样送化验室分析。

试验期间，电解车间、中南大学对上槽试验极每天跟踪测量一次（每日上午8：30-10：30测量），测量结果取平均值，结果见表6。

表6

从测量结果看，E与F相比，其压降低53mV，也就是说，在极距不发生变化情况下，槽工作电压可降低0.053V，折合吨铝节电173.6kWh，能够取得良好的经济效益。

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[3]李贺松，脱鹏，王森，钱建勋，赵新亮，刘军.铝电解槽阳极组装用磷生铁复合添加剂工业试验研究[J].轻金属，2011（04）.