新型磷生鐵配方電解鋁工藝

王云強(qiáng)

（漢江丹江口鋁業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 丹江口 442700）

鋁電解槽是耗能大戶，其中陽極鐵碳壓降約占整個(gè)陽極壓降的30—50%，降低鐵碳壓降對鋁電解槽節(jié)能意義重大。鋁電解槽現(xiàn)用磷生鐵均在實(shí)際生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)以下問題：磷生鐵環(huán)與碳碗壁熱脹冷縮匹配不理想，使陽極鐵-碳壓降增加；磷生鐵室溫脆性較差。對新型鋁電解槽磷生鐵配方的研究勢在必行。為此，通過與中南大學(xué)協(xié)作，對磷生鐵配方進(jìn)行優(yōu)化研究，降低電解槽部分鐵碳壓降，降低槽工作電壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的有著重要的意義。

本次試驗(yàn)分兩階段，第一階段，通過試驗(yàn)找出磷生鐵最優(yōu)配方，第二階段，在不改變我廠現(xiàn)有磷生鐵澆鑄工況條件下，測試磷生鐵最優(yōu)配方的節(jié)能效果。

第一階段的試驗(yàn)陽極于5月23日在陽極組裝車間進(jìn)行熔煉澆鑄，5月27日在電解一車間上槽使用。在熔煉中，先將一部分回爐鐵、生鐵、硅鐵、錳鐵、磷鐵交替加入爐中，待融化后，再加入另一部分，全部融化后扒渣，加入改性元素并保溫120分鐘，保溫過程中使用增碳技術(shù)添加石墨粉。此次試驗(yàn)分四種類型，見表1中的A、B、C、D。熔煉配方見表3。

表1

中南大學(xué)優(yōu)化配方A（加85%回爐鐵）

該配方熔煉工藝在1#爐內(nèi)先將生鐵、回爐鐵、磷鐵、錳鐵、硅鐵交替加入爐中，按現(xiàn)場正常生產(chǎn)用的升溫曲線升溫熔化后，扒渣；在電磁攪拌條件下，將秤好的改性元素碎塊分2～3批加入其中，再持續(xù)攪拌30分鐘以上，測溫，在1300～1350℃下保溫120分鐘以上，保溫期間，保溫期分批加入石墨粉，并施以電磁攪拌，每次5～10分鐘，測溫，在1350～1400℃下取分析試樣3個(gè)，編號分別為BT1-1,BT1-2,BT1-3,然后出鐵水一抬包，進(jìn)行澆鑄，共澆鑄8組試驗(yàn)極，編 號 分 別 為 B1,B2,B3,B4,B5,B6，B7，B8。

丹江口現(xiàn)有生產(chǎn)用配方B（按現(xiàn)有配比加回爐鐵）

該配方熔煉工藝在2#爐內(nèi)以現(xiàn)有生產(chǎn)熔煉工藝進(jìn)行生產(chǎn)，不做改變。

中南大學(xué)優(yōu)化配方C（無回爐鐵）

該配方熔煉工藝在3#爐內(nèi)先將生鐵、磷鐵、錳鐵、硅鐵交替加入爐中，按現(xiàn)場正常生產(chǎn)用的升溫曲線升溫熔化后，扒渣；在電磁攪拌條件下，將秤好的精銻碎塊分2～3批加入其中，再持續(xù)攪拌30分鐘以上，測溫，在1300～1350℃下保溫120分鐘以上，保溫期間，保溫期分批加入石墨粉，并施以電磁攪拌，每次5～10分鐘，測溫，在1350～1400℃下取分析試樣3個(gè)，編號分別為AT1-1,AT1-2,AT1-3,然后出鐵水一抬包，進(jìn)行澆鑄，共澆鑄8組試驗(yàn)極，編 號 分 別 為 A1,A2,A3,A4,A5,A6，A7，A8。

國內(nèi)優(yōu)化配方D（不加回爐鐵）

該配方熔煉工藝在4#爐內(nèi)先將生鐵、磷鐵、硅鐵交替加入爐中，按現(xiàn)場正常生產(chǎn)用的升溫曲線升溫熔化后，扒渣；在電磁攪拌條件下，測溫，在1300～1350℃下保溫120分鐘以上，保溫期間，施以電磁攪拌，每次5～10分鐘，測溫，在1350～1400℃下取分析試樣3個(gè)，編號分別為CT1-1,CT1-2,CT1-3,然后出鐵水一抬包，進(jìn)行澆鑄，共澆鑄8組試驗(yàn)極，編號分別為C1,C2,C3,C4,C5,C6，C7，C8。

試驗(yàn)期間，所用生鐵、錳鐵、硅鐵、磷鐵、改性元素、石墨粉其百分比見表2。

表2

對石墨粉的要求，粒度100目篩，灰分<6%，含硫<0.05%。改性元素純度>95%。

在熔煉中，進(jìn)行電磁攪拌，讓各爐料充分混合熔化。每爐取2-3爐樣送化驗(yàn)室分析。其分析報(bào)告見表3。

表3 磷生鐵分析報(bào)告單

第二階段為測試磷生鐵最優(yōu)配方的節(jié)能效果，在測試方案上我們通過配料、熔煉、增碳、澆鑄、試樣制備、試驗(yàn)極和對比極組裝和編號、上槽工序后實(shí)施在線測試的方法進(jìn)行測量；

澆鑄時(shí)，趁碳碗鐵水凝固前即時(shí)插入Ф10mm、長350～400mm的鋼棒，鋼棒端焊以Ф1.5～2.0mm、長100～200mm的銅絲接頭，以供測Fe-C壓降用；

性能檢測

（1）鑄件抗沖擊或抗彎試驗(yàn)：根據(jù)現(xiàn)場萬能試驗(yàn)機(jī)對試樣尺寸的要求，設(shè)計(jì)加工相應(yīng)的石墨模具，以澆鑄成標(biāo)準(zhǔn)磷生鐵試件；

（2）Fe-C壓降（或Al-C壓降）在線檢測；

以工廠現(xiàn)用磷生鐵配方澆鑄的陽極作對比極，以本配方澆鑄的陽極作試驗(yàn)極，分別任意各取8塊，在每塊極的碳塊上表面距鋼爪約30mm的適當(dāng)位置鉆Ф10.0mm、深60～80mm的孔，每孔插入Ф10.0mm、長350～400mm的鋼棒，在鋼棒端同樣焊以Ф10mm、長50～100mm的銅絲接頭，準(zhǔn)備就緒，做出標(biāo)記，待上槽使用。

作為比較的試驗(yàn)極和對比極，我們盡量放在同槽相鄰位置或不同槽的相同位置，并記錄上槽時(shí)間，待陽極上槽正常后（一般上槽2天后），用紅外測溫儀測量鋁導(dǎo)桿表面溫度T表，用等距叉及毫伏表測定鋁導(dǎo)桿等距壓降V等距，用測量棒和毫伏表測V（Fe-C）測，每天測一次，基本測一個(gè)陽極工作周期，由測得的T表、V等距、V（Fe-C）測算得陽極Fe-C接觸電阻和陽極Fe-C壓降。

經(jīng)過上述工藝設(shè)置，在磷生鐵各含量符合本次試驗(yàn)要求的前提下保溫120分鐘后進(jìn)行澆鑄，對A、B、C、D四種型號各澆鑄8根陽極，并進(jìn)行編號。5月24日，在陽極炭塊上距磷生鐵澆鑄5cm處埋一長40cm粗10mm的鋼棒，便于測量。

5月27日、5月28日，四個(gè)型號32根陽極全部在電解車間上槽使用，盡量使對比極在同一極號或同一位置，便于測量對比。

表4

5月29日開始測量。試驗(yàn)期間，生產(chǎn)部、電解車間、中南大學(xué)對上槽陽極進(jìn)行跟蹤測量（每日上午8：30-10:30測量一次），至6月24日共測量27次。測量數(shù)據(jù)取平均值，見表5。

從測量結(jié)果看，A、C、D的等距平均壓降均比我廠B的壓降低，與B相比分別低37.39、28.47、39.52mV。

第二批試驗(yàn)極于6月30日在陽極組裝車間進(jìn)行熔煉澆鑄，7月1日埋好測量用鋼棒，7月2日在電解車間上槽使用。此次試驗(yàn)極分兩種類型，見表5中的E、F。每個(gè)型號澆鑄8根。其配料仍用上次剩下的。

表5

其熔煉工藝與上次試驗(yàn)相同，只是保溫時(shí)間根據(jù)我廠實(shí)際生產(chǎn)情況降為半小時(shí)。每爐取3個(gè)爐樣送化驗(yàn)室分析。

試驗(yàn)期間，電解車間、中南大學(xué)對上槽試驗(yàn)極每天跟蹤測量一次（每日上午8：30-10：30測量），測量結(jié)果取平均值，結(jié)果見表6。

表6

從測量結(jié)果看，E與F相比，其壓降低53mV，也就是說，在極距不發(fā)生變化情況下，槽工作電壓可降低0.053V，折合噸鋁節(jié)電173.6kWh，能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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