CN101570803B - 一种预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，制得的该脱硫剂由以下原料按质量比配制：石墨2％-4％，CaO：35％-45％，CaF ₂：3％-5％，Na ₂CO ₃：1％-3％，Na ₂SiO ₃：40％-50％，FeO：1％-3％。采用本发明的预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，每吨磷生铁中脱硫剂的添加量为2.5％，在1.6吨的感应炉上使用，生产的磷生铁成分和性能能够达到使用要求，不仅加快了磷生铁在感应炉中的冶炼速度，缩短了磷生铁的冶炼时间，还节约了电能，节省了约15％的冶炼成本；而且使冶炼具有良好的炉况和操作条件，改善了工人工作环境，减轻了工人劳动强度。

Description

一种预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂

技术领域

本发明属于铝电解生产领域磷生铁的循环利用，特别涉及一种预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂。

背景技术

预焙阳极是铝电解生产所需要的原材料之一，预焙阳极的质量直接影响着电解槽生产的稳定和经济技术指标的好坏，预焙阳极在铝电解生产中被称为电解槽的“心脏”，因此各铝厂对预焙阳极生产、组装、浇注、工艺技术以及原材料质量各方面等非常重视。

铝电解槽阳极结构主要由铝导杆、复合铝铁爆炸焊块、钢爪、磷生铁和炭块五部分组成，其中铝导杆与钢爪之间是由Al-Fe复合爆炸焊块连接起来，而钢爪与炭块之间是用磷生铁浇注粘接而成的，要保证阳极组装生产的顺利进行并保证高的合格率，阳极浇注时要求磷生铁流动性好，比电阻低，具有良好的脆性以及磷生铁与碳碗壁有良好的热胀冷缩匹配，而磷生铁在循环利用过程中，即在当阳极使用完后，磷生铁中的硫会大幅升高，如不降硫，在感应炉中熔化后再浇注，生产的阳极磷生铁流动性不好，比电阻高，磷生铁与碳碗壁的热胀冷缩匹配不好，铝电解生产的成本升高，因此，研究一种新型脱硫剂以降低磷生铁中的硫，达到降低铝电解生产的成本的目的。

在铝电解槽阳极组装过程中，钢爪和碳块之间的结合物均采用磷生铁，磷生铁起着连接和导电的作用，其配比关系到钢爪与碳块的连接性能，如果生产的磷生铁没有良好的流动性和冷脆性，则容易脱落磷铁环，所以，磷生铁的质量直接影响到电解槽生产过程中的导电率，Fe-C压降的高低是节电降耗的关键所在。

熔炼过程中，硫少量溶于铁素体和渗碳体中，大部分以各种硫化夹杂物形式(MnS、FeS)存在，这种硫化夹杂物均为高熔点物质，增大了铁水粘度，从而恶化了铁水的流动性。在凝固过程中，FeS以网状薄膜的形态分布在γ-Fe的晶界上，从而大大降低铸铁的力学性能。硫强烈促使铸铁白口化，磷生铁中的硫含量增加，使磷铁环产生热脆性和降低铁液的流动性，出现热裂现象，影响浇注质量并增大电阻。硫是强反石墨球化元素，含硫较高的磷生铁中，随锰含量的增加，铁水的流动性下降，铁液中含硫量的高低严重影响石墨的球化，造成气孔收缩缺陷，增加Fe-C压降。它严重影响导电率，因此必须严格控制磷生铁中的硫含量。

由于硫对阳极Al-C压降造成直接的影响，硫含量越高阳极Al-C压降越大，所以在磷生铁浇注时，必须采取有效措施改善磷生铁成分，降低硫的百分含量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，通过对在磷生铁基体中添加增碳剂、脱硫剂以期达到增碳和脱硫的效果，从而改善磷生铁的物理性能，使之具有良好的脆性及减少其热膨胀系数，同时可降低阳极碳块与阳极钢爪的浇注压降，为实现阳极组装的顺利生产和低耗高产创造有利条件。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案：

一种预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，其特征在于，制得的该脱硫剂由以下原料按质量比配制：石墨2％-4％，CaO：35％-45％，CaF₂：3％-5％，Na₂CO₃：1％-3％，Na₂SiO₃：40％-50％，FeO：1％-3％。

采用本发明的预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，每吨磷生铁中脱硫剂的添加量为2.5％，在1.6吨的感应炉上使用，生产的磷生铁成分和性能能够达到使用要求，不仅加快了磷生铁在感应炉中的冶炼速度，缩短了磷生铁的冶炼时间，还节约了电能，节省了约15％的冶炼成本；而且使冶炼具有良好的炉况和操作条件，改善了工人工作环境，减轻了工人劳动强度。

具体实施方式

磷生铁的主要成分是铁(约90％)，还含有少量的C、Si、P、Mn、S五种化学元素，而正是存在的这些少量的化学元素，将直接影响、改变和决定着铁的主要性质。由于这五种元素的性质不同，所以它们在磷生铁中所起的作用各不一样，其中碳和硫元素对磷生铁物理性能的影响如下：

碳：用来调整铁水温度，含碳量适当高一些，可析出片状石墨，导电性能好，又可使铸铁膨胀，抵消冷却时的体积收缩与产生的裂纹，因此要适当提高磷生铁中碳的含量。

硫：具有热脆性，硫高铁水发粘，降低铁水流动性，造成气孔收缩缺陷和热裂，还有反石墨化作用，影响铁-炭压降，所以要尽量减少磷生铁中硫的含量。

使用脱硫剂，以降低磷生铁中的硫，提高铁水流动性，磷铁中的硫含量增加，会导致铁水的流动性下降，影响浇注并增大电阻。磷铁中的磷含量增加，铁水的熔点降低，铁水流动性提高，对浇注有利。随着碳、硅含量增加，铁水的流动性降低，石墨化程度增加。含硫较高的磷铁中，随锰含量的增加，铁水的流动性下降。磷铁中的硫是强烈阻碍增碳的元素，具有强烈的白口化作用，是浇注中最有害的元素，它严重影响导电率和铁水流动性，必须严格控制其含量。

本发明的预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂采取了如下措施：

(1)减少回收铁的使用量，减少回收铁中硫元素含量高循环使用而造成的负面影响。

(2)增加纯生铁的使用量，降低原材料中的硫含量。

(3)采用新的脱硫物质，以脱除磷生铁中的硫元素。

以下是发明人给出的具体实施例，需要说明的是，这些实施例是本发明较优的例子，本发明不限于这些实施例。

制备实施例1：

试验选用石墨为增碳物质，以CaO、CaF₂作脱硫物质，同时配以Na₂CO₃、Na₂SiO₃和FeO制备预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，其配方为：石墨：2％、CaO：42.3％，CaF₂：3％，Na₂CO₃：3.5％，Na₂SiO₃：47.7％，FeO：1.5％。

制备实施例2：

本实施例与实施例1所不同的是，配方有所变化，其配方为：石墨：3％、CaO：40％，CaF₂：3％，Na₂CO₃：2％，Na₂SiO₃：50％，FeO：2％。

制备实施例3：

本实施例与实施例1所不同的是，配方有所变化，其配方为：石墨：4％、CaO：45％，CaF₂：3％，Na₂CO₃：3％，Na₂SiO₃：44％，FeO：1％。

上述实施例还可以例举，经发明人的实验证明，只要在本发明的范围内，均能够得到符合要求的预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂。

根据实验表明，使用本发明的预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，每吨磷生铁中加的量为2.5％。应当在开炉的前两批炉料中，必须按要求添加，否则会造成开炉不畅。

试验用原料磷生铁的化学成分及其含量要求如表1所示：

表1：试验用磷生铁原料化学成分及其含量

试验过程如下：

将磷生铁破碎后放入刚玉坩埚中，送井式电阻炉中缓慢升温加热；

取石墨：2％、CaO：42.3％，CaF₂：3％，Na₂CO₃：3.5％，Na₂SiO₃：47.7％，

FeO：1.5％，进行混匀，制成脱硫剂，并在烘箱中干燥；

待磷生铁处于熔化状态下加入脱硫剂，经充分搅拌后保温使其反应一段时间。

在熔化温度下，作为增碳物质的石墨是通过在铁液中的溶解和扩散进行的，而铁液中的硫与脱硫物质CaO、CaF₂中的钙反应生成硫化钙渣，以实现脱硫效果。

对反应后的磷生铁去除表面渣质后的分析结果如表2所示：

表2：反应后磷生铁的化学成分

磷生铁	C	S	Si	Mn	P
						原磷生铁(％)	2.0	0.80	1.9	1.2	0.8
分析结果(％)	4.19	0.32	1.94	1.15	0.85

1)从试验结果来看，磷生铁中的碳含量有了显著的增加(从2.0％上升到4.19％)，而硫含量也有了一定的降低(从0.80％下降到0.32％)，基本达到了试验的预期目标。

2)从经济成本来看(以本次试验为基准)，处理每吨磷生铁所添加的各种试剂消耗约413元(以目前市场价格计算)。

申请人将本发明制备的预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，通过在河南沁奥铝厂1.6吨的感应炉上应用，从生产效果来看，采用本发明的预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂制得的磷生铁，分析结果如表3所示，完全可以达到铝电解工业预焙阳极正常生产的质量标准，磷生铁中含硫量范围为0.32％～0.65％。而且电耗降低约10％，炉况正常。

表3：反应后磷生铁的化学成分

磷生铁	C	S	Si	Mn	P
						原样(％)	1.9	1.39	2.7	1.5	1.1
脱硫后(％)	2.3	0.54	2.7	0.6	1.3

在1.6吨的感应炉上，采用本发明的预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，与正常生产相结合进行生产的效果来看，产品质量未受任何影响，均符合质量标准。电耗相比节约近5％，炉况有所改善，“渣量”明显减少，工人劳动强度明显降低。工作环境污染有所减轻。在整个冶炼过程中，没有出现非正常情况。每吨磷生铁可直接降低成本65元以上。

Claims (2)

1.一种预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，其特征在于，制得的该脱硫剂由以下原料按质量比配制：石墨2％-4％，CaO：35％-45％，CaF₂：3％-5％，Na₂CO₃：1％-3.0％，Na₂SiO₃：40％-50％，FeO：1％-3％。

2.一种预焙阳极浇注用磷生铁脱硫剂，其特征在于，制得的该脱硫剂由以下原料按质量比配制：石墨：2％、CaO：42.3％，CaF₂：3％，Na₂CO₃：3.5％，Na₂SiO₃：47.7％，FeO：1.5％。