劉二寧，唐緒榮

（陜西有色榆林新材料集團有限責任公司，陜西 榆林 719000）

陽極組裝是將合格的焙燒熟塊同鋁導桿通過高溫磷生鐵鐵水澆鑄后供鋁電解導電消耗的工藝生產(chǎn)過程。磷生鐵配方的優(yōu)劣效果可直接影響陽極生產(chǎn)過程的澆鑄、壓脫及鋁電解鐵碳壓降等，重點加強其中碳元素、硫元素的合理控制，可以有效促進其對陽極生產(chǎn)壓脫過程的易脫性和降低其對鐵碳壓降、直流電耗的影響，實現(xiàn)經(jīng)濟性生產(chǎn)有著重要意義。

1 磷生鐵配方優(yōu)化的背景

陽極組裝過程中，磷生鐵將鋁導桿鋼爪同炭塊連接起來，磷生鐵是陽極組裝的限制環(huán)節(jié)和工藝指標重點管控環(huán)節(jié)。磷生鐵及界面上的壓降占整個陽極鐵碳壓降的30%～50%。具體表現(xiàn)為：①磷生鐵收縮性大，導致磷生鐵鐵環(huán)同鋼爪之間界面電阻大、裂紋增多，易脫極；②磷生鐵與鋼爪分離不暢，鐵環(huán)難以壓脫，設備損傷大、人工二次砸除作業(yè)勞動強度加大等；③磷生鐵長期循環(huán)，循環(huán)鐵環(huán)鋼性大、室外存放腐蝕嚴重，碳損失嚴重，質量分數(shù)已降至2.5%及以下水平。

其次，隨著碳素、鋁電解市場的持續(xù)飽和，而生產(chǎn)原輔材料（增碳劑）的價格逐年上漲，采用低耗材料取代傳統(tǒng)或新型高價材料實現(xiàn)指標的有效管控，已勢在必行。

2 磷生鐵增碳脫硫的改善措施

為全面保持并進一步優(yōu)化磷生鐵理化性能，促進經(jīng)濟性生產(chǎn)投入，利用企業(yè)內部含較高固定碳含量、低水分、低揮發(fā)分、低灰分經(jīng)1200℃～1350℃煅燒后的碳素原料——煅后石油焦，取代高價增碳劑、批量性生鐵進行磷生鐵的增碳。

磷生鐵在熔煉過程中或熔煉后澆鑄前，需將有害元素硫元素要消除或控制在限量以下。目前，同行業(yè)均使用的是直筒式中頻電源感應爐，在熔煉過程中，硫元素的來源主要是酸性爐料固有的硫和循環(huán)磷生鐵中的硫。而目前直筒式中頻感應爐均采用的是市場爐襯材料品質較好、安全性較高的材料，均采用的是酸性爐料，故而脫硫均采用的是爐內或爐外脫硫。爐內脫硫通常采用加錳鐵或廢舊鋼材（無油漬、無漆、無繡、非空心。粘附油漬、漆、繡易造成線圈打火、漏電及浮渣過多現(xiàn)象而非爐襯鐵含量過高導致）。當原料中含硫量高且溫度在600℃時，硫與鐵化合形成低熔點的FeS，使得鐵水流動性變差、電阻增加、導電性降低、導致鐵碳壓降高，反應式為：2S+Fe=FeS2。

根據(jù)金屬元素的活動性，錳和鐵在同等條件下與硫發(fā)生反應時，錳首先與硫反應。經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明，在磷生鐵熔化過程中，在磷生鐵沒有熔化之前加入的錳，通過錳與硫之間的反應吸收硫，從而達到脫硫效果，反應式為：

爐外脫硫采用工業(yè)純堿脫硫，硫在鐵水中主要以FeS形式存在。在高溫條件下，純堿在高溫鐵水中發(fā)生分解反應，分解生成的氧化鈉與硫化鐵反應，生成穩(wěn)定且不溶于鐵水的硫化鈉，硫化鈉比重小，易浮于鐵水表面，澆包內進行除渣可除去，達到脫硫效果。

3 實驗方案

在進行磷生鐵元素含量及其品質調整前，需采用高碳低硫（C 3.5%、S＜0.1%）新磷生鐵進行硫的稀釋，將循環(huán)舊鐵環(huán)中的硫進行全面稀釋，控制在限量S＜0.15%。同時，為有效保證并促進磷生鐵的石墨化，結合各元素平衡溫度下的吸收率、燒損率，按照定量配比實時稱量，在實驗前P元素需保持在1.6%～1.8%、Si元素需保持在2.0%～2.2%。該實驗采取為期三個月不低于48個批次送檢樣品，每包平均澆鑄50組陽極，不低于2400組。

（1）首先，結合近10個爐次循環(huán)磷生鐵理化指標結果，3T容量的中頻感應爐內在鐵水出空（爐底滯留不高于30Cm鐵水）后加入20Kg煅后石油焦（粒度6mm～3mm、固定碳含量85%及以上、灰分≤0.5%、硫含量≤1.5），使其與鐵水充分接觸，保證其吸收率。而后再加入相應配量的錳鐵、硅鐵、磷鐵及150Kg的廢舊鋼材（無油漬、無漆、無繡、非空心）。按照磷生鐵熔煉操作規(guī)程進行送電熔化，鐵水出爐溫度須達到1450±50℃，出爐除渣作業(yè)結束后，觀察并實時測量鐵水出爐溫度有無達到出爐溫度；傾倒鐵水值澆包內澆鑄，觀察其流動性是否良好、鐵環(huán)飽滿度、平整度、冷卻到常溫狀態(tài)下后的收縮情況；其次，對實驗澆鑄下線后的陽極導桿進行導桿標注，跟蹤周期結束后其壓脫韌性有無消減、脆性有無改善；另外，結合實時出爐后效果取樣，每臺爐內取一個樣品送檢，化驗理化指標是否達到正常指標要求范圍內。

（2）在實驗一進行煅后石油焦及其他配料添加不變的情況下，取消廢舊鋼材的使用，將爐內脫硫調整為爐外脫硫。澆包在接鐵水前，每包內加入5Kg工業(yè)純堿，將鐵水爐內除渣結束后，鐵水傾至澆包內，使其與純堿熔合反應，除去澆包內鐵水表面浮渣。進行澆鑄后等同實驗一的質量跟蹤。

4 實驗結果及其分析

對每個月16個批次送檢樣品進行理化指標統(tǒng)計及澆鑄過程及后續(xù)質量跟蹤，每個月實驗一8個批次、實驗二8個批次（表1、表2），同前期增碳劑增碳、爐內加錳脫硫生產(chǎn)進行對比分析。

表1 實驗一樣品平均理化指標對比（質量分數(shù)%）

表2 實驗二樣品平均理化指標對比（質量分數(shù)%）

通過上述兩個表格數(shù)據(jù)顯示，兩種實驗條件下，分別通過實驗一采用煅后石油焦、廢舊鋼材和實驗二采用煅后石油焦、爐外加工業(yè)純堿同前期增碳劑（批次性C含量平均值75%）、爐內加錳脫硫進行增碳脫硫進行對比。隨著生產(chǎn)推進，鐵環(huán)循環(huán)周期的逐步延長，在酸性直筒感應電爐內的高溫熔融反應條件下，加上高價增碳劑的質量不穩(wěn)定、不達標及爐內單純錳元素的脫硫反應，未達到高溫爐內各元素的有效平衡與吸收，增碳脫硫效果差距明顯，且經(jīng)濟投入成本較高。

5 結論

采取煅后石油焦、廢舊鋼材和煅后石油焦、爐外加工業(yè)純堿進行增碳脫硫均可達到理化指標合理的標準范圍內，并在生產(chǎn)過程中進行澆鑄、壓脫的質量跟蹤，兩種方式均已達到預期效果，符合磷生鐵高溫熔煉生產(chǎn)工藝標準及要求，有效保障磷生鐵理化性能、機械性能的同時，降低了設備的故障率及人工的勞動強度。同時，通過煅后焦取代增碳劑的增碳，直接可實現(xiàn)年度成本節(jié)約70余萬元。采用廢舊鋼材結合企業(yè)實際可將鑄鐵、型材邊角料優(yōu)先，如若能達到損耗補充量，每年可實現(xiàn)成本節(jié)約可達500余萬元，但是因采用廢舊鋼材因其回收中易攜帶油漬、油漆、鐵銹等雜物，對爐體損傷等切割準備、熔化前驗收過程復雜，建議采用爐外加工業(yè)純堿脫硫。另外，碳素行業(yè)本企業(yè)內原材料取用便捷，材料投入成本差距明顯。故采用煅后石油焦、爐外加工業(yè)純堿實施磷生鐵增碳脫硫可實現(xiàn)批量性經(jīng)濟化生產(chǎn)，值得推廣實施。