CN102416461A - 一种石墨质阴极炭块磷生铁浇铸工艺 - Google Patents

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本发明是一种石墨质阴极炭块磷生铁浇铸工艺。包括以下步骤：1）炭块组装为一个组合体；2）炭块组加热：将石墨质阴极炭块和钢棒组合体3个为一组分低温段和高温段两段加热、保温，炉内气氛氧含量控制在14%以内；3）磷生铁熔炼：调配磷生铁铁水炭当量为4.2-4.3%，降低铁水浇铸温度至1200-1300℃；4）浇铸；5）保护性均匀冷却；6）扎糊：浇铸块100-150℃开罩，将预留钢棒热膨胀缓冲区和磷生铁浇铸成型以外区域，用糊料扎制填补间隙，自然冷却至室温。本发明的工艺同时有效降低阴极铁炭压降（25Mv以下），降低铝电解直流电耗，提高电流效率，成品合格率达99%以上，达到低成本、低电耗、高效率的目的。

Description

一种石墨质阴极炭块磷生铁浇铸工艺
技术领域
本发明涉及铝电解技术领域，具体地说是一种铝电解槽用石墨质阴极磷生铁浇注工艺。
背景技术
国内外研究开发出了石墨化优质炭块，对铝电解技术起到积极推动作用。二十世纪末，挪威和法国首先选用石墨化阴极炭块，先将炭块和钢棒预热到一定温度，再以熔化的磷生铁铁水为填充料，浇注到炭块和钢棒间隙，冷却凝固形成一个整体。到目前为止，国外凭借石墨化优质阴极炭块，阴极炭块磷生铁浇铸技术得到广泛应用。
该项技术在国内一直未得到推广应用。一是由于国内优质炭块研究开发滞后，电解槽还普遍采用石墨质炭块，无论挪威和法国装备技术，无法实现石墨质阴极炭块磷生铁浇铸；二是石墨化炭块成本高，是石墨质炭块2-3倍，基于成本压力，不敢轻易尝试。三是装备技术引进费用较高（1900万-2400万元人民币），基于上述原因，本发明开发了低成本的电解槽用石墨质阴极磷生铁浇铸工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝电解槽用石墨质阴极炭块磷生铁浇铸工艺。
本发明的技术方案是：根据铝电解槽石墨质阴极炭块理化指标和性能参数，结合铝电解槽用阴极钢棒性能特点，通过对石墨质阴极炭块和钢棒在加热和冷却过程中，抗氧化能力、温度场和应力场分布和变化规律研究，开发了石墨质阴极炭块磷生铁浇铸工艺技术，有效降低铝电解直流电耗，提高电流效率，达到低成本、低电耗、高效率的目的。
具体方案为：
1、炭块组装：根据阴极炭块与钢棒组装结构，预留钢棒热膨胀缓冲区和炭块应力集中区，将石墨质阴极炭块和钢棒提前组合为一个组合体；
2、炭块组加热：将石墨质阴极炭块与钢棒组合体3个为一组，放置在功率可调控、具有防氧化功能的炭块加热炉内，分低温段和高温段两段加热，炉内气氛氧含量控制在14%以内；400-500℃以下为低温段，低温段升温速度150-200℃/小时，加热至400-500℃后保温时间不低于1小时，有效控制石墨质阴极炭块热应力集中温度段升温速度；400-500℃以上为高温段，升温速度80-120℃/小时，高温段温度依据阴极炭块石墨含量、炭块结构和外形尺寸确定，一般控制在600-850℃，保温时间2-3小时；
3、磷生铁熔炼：调配磷生铁铁水炭当量为4.2-4.3%，能有效降低铁水浇铸温度（1200-1300℃），提高浇铸性能，消除浇铸热节；
4、浇铸：阴极组装块加热完成，磷生铁铁水调配、熔炼达标后，选择磷生铁铁水浇铸段长度方向中点为浇铸点，采用对称浇铸工艺实施浇铸（对称浇铸装置通过浇铸横梁将两个浇包组装为一个组合体，装置设置调节平衡部件，使整个浇铸装置始终保持平稳状态），磷生铁铁水填充速度为5~7kg/s，达到有效消除炭块热应力点状集中分布问题；
5、保护性均匀冷却：600℃以上为热应力带状分布集中区，在该区保温缓冷，以避免凝缩应力导致炭块开裂；600℃以下加保护罩均衡冷却，冷却过程用惰性气体保护；
6、扎糊：浇铸块100-150℃开罩，将预留钢棒热膨胀缓冲区和磷生铁浇铸成型以外区域，用糊料扎制填补间隙，自然冷却至室温。
本发明为铝电解填补了石墨质阴极炭块磷生铁浇铸工艺空白。同时有效降低阴极铁炭压降（25Mv以下），降低铝电解直流电耗，提高电流效率，成品合格率达99%以上，达到低成本、低电耗、高效率的目的。
附图说明
图1是石墨质阴极炭块磷生铁浇铸工艺流程图。
具体实施方式
  工艺流程如图1所示。
实施例1：
1、是炭块组装：根据阴极炭块与钢棒组装结构，预留钢棒热膨胀缓冲区和炭块应力集中区，将石墨质阴极炭块和钢棒提前组合为一个组合体；
2、炭块组加热：将石墨质阴极炭块与钢棒组合体3个为一组，放置在功率可调控、具有防氧化功能的炭块加热炉内，分低温段和高温段两段加热，炉内气氛氧含量控制在14%以内；400-500℃以下为低温段，低温段升温速度150℃/小时，加热至400-500℃后保温时间不低于1小时，有效控制石墨质阴极炭块热应力集中温度段升温速度；400-500℃以上为高温段，升温速度80℃/小时，高温段温度依据阴极炭块石墨含量、炭块结构和外形尺寸确定，一般控制在600-850℃，保温时间2-3小时；
3、磷生铁熔炼：调配磷生铁铁水炭当量为4.2%，能有效降低铁水浇铸温度（1200-1300℃），提高浇铸性能，消除浇铸热节；
4、浇铸：阴极组装块加热完成，磷生铁铁水调配、熔炼达标后，选择磷生铁铁水浇铸段长度方向中点为浇铸点，采用对称浇铸工艺实施浇铸（对称浇铸装置通过浇铸横梁将两个浇包组装为一个组合体，装置设置调节平衡部件，使整个浇铸装置始终保持平稳状态），磷生铁铁水填充速度为5kg/s，达到有效消除炭块热应力点状集中分布问题；
5、保护性均匀冷却：600℃以上为热应力带状分布集中区，在该区保温缓冷，以避免凝缩应力导致炭块开裂；600℃以下加保护罩均衡冷却，冷却过程用惰性气体保护；
6、扎糊：浇铸块100-150℃开罩，将预留钢棒热膨胀缓冲区和磷生铁浇铸成型以外区域，用糊料扎制填补间隙，自然冷却至室温。
实施例2：
1、是炭块组装：根据阴极炭块与钢棒组装结构，预留钢棒热膨胀缓冲区和炭块应力集中区，将石墨质阴极炭块和钢棒提前组合为一个组合体；
2、炭块组加热：将石墨质阴极炭块与钢棒组合体3个为一组，放置在功率可调控、具有防氧化功能的炭块加热炉内，分低温段和高温段两段加热，炉内气氛氧含量控制在14%以内；400-500℃以下为低温段，低温段升温速度200℃/小时，加热至400-500℃后保温时间不低于1小时，有效控制石墨质阴极炭块热应力集中温度段升温速度；400-500℃以上为高温段，升温速度120℃/小时，高温段温度依据阴极炭块石墨含量、炭块结构和外形尺寸确定，一般控制在600-850℃，保温时间2-3小时；
3、磷生铁熔炼：调配磷生铁铁水炭当量为4.3%，能有效降低铁水浇铸温度（1200-1300℃），提高浇铸性能，消除浇铸热节；
4、浇铸：阴极组装块加热完成，磷生铁铁水调配、熔炼达标后，选择磷生铁铁水浇铸段长度方向中点为浇铸点，采用对称浇铸工艺实施浇铸（对称浇铸装置通过浇铸横梁将两个浇包组装为一个组合体，装置设置调节平衡部件，使整个浇铸装置始终保持平稳状态），磷生铁铁水填充速度为7kg/s，达到有效消除炭块热应力点状集中分布问题；
5、保护性均匀冷却：600℃以上为热应力带状分布集中区，在该区保温缓冷，以避免凝缩应力导致炭块开裂；600℃以下加保护罩均衡冷却，冷却过程用惰性气体保护；
6、扎糊：浇铸块100-150℃开罩，将预留钢棒热膨胀缓冲区和磷生铁浇铸成型以外区域，用糊料扎制填补间隙，自然冷却至室温。

Claims (1)

1.一种石墨质阴极炭块磷生铁浇铸工艺，其特征在于按以下步骤进行：
1）炭块组装：根据阴极炭块与钢棒组装结构，预留钢棒热膨胀缓冲区和炭块应力集中区，将石墨质阴极炭块和钢棒提前组合为一个组合体；
2）炭块组加热：将石墨质阴极炭块和钢棒组合体3个为一组，放置在具有防氧化功能的炭块加热炉内，分低温段和高温段两段加热，炉内气氛氧含量控制在14%以内；400-500℃以下为低温段，低温段升温速度150-200℃/小时，加热至400-500℃后保温时间不低于1小时，有效控制石墨质阴极炭块热应力集中温度段升温速度；400-500℃以上为高温段，升温速度80-120℃/小时，高温段控制在600-850℃，保温时间2-3小时；
3）磷生铁熔炼：调配磷生铁铁水炭当量为4.2-4.3%，降低铁水浇铸温度至1200-1300℃；
4）浇铸：阴极组装块加热完成，磷生铁铁水调配、熔炼达标后，选择磷生铁铁水浇铸段长度方向中点为浇铸点，采用对称浇铸工艺实施浇铸，磷生铁铁水填充速度为5~7kg/s，达到有效消除炭块热应力点状集中分布问题；
5）保护性均匀冷却：600℃以上为热应力带状分布集中区，在该区保温缓冷，以避免凝缩应力导致炭块开裂；600℃以下加保护罩均衡冷却，冷却过程用惰性气体保护；
6）扎糊：浇铸块100-150℃开罩，将预留钢棒热膨胀缓冲区和磷生铁浇铸成型以外区域，用糊料扎制填补间隙，自然冷却至室温。
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