铝电解阳极组装用磷生铁最佳成分标准探讨

铝电解阳极组装用磷生铁最佳成分标准探讨摘要：本文主要从电解铝阳极组装浇铸所用磷生铁的五大元素的作用出发，结合生产工作实际探究磷生铁最佳成分标准进行探讨。

关键词：阳极组装磷生铁最佳成分标准
概述：磷生铁的成分标准为行业标准，无国标规定。

各电解铝企业在行业标准内均有各自要求，且行业标准范围较大，本文旨在通过理论与生产实际相结合，对阳极组装用磷生铁
最佳成分标准进行论述。

一、磷生铁介绍
磷生铁直接关系到阳极组装质量优劣，进而影响着电解槽电流效率变化及铁碳压降全系
列稳定等关键指标，因此磷生铁的组成及配方、使用方法是保证阳极组装质量最为关键技术
环节之一。

二、磷生铁五大元素控制标准及原有生产状况
2.1我公司磷生铁五大元素控制标准
2.2原有生产状况
2012年以前生产状况
由于生产经验不足，生产中对磷生铁成分配比未能严格控制，造成磷生铁成分严重失调，磷生铁铁水出铁温度高、流动性差、中频炉炉衬使用寿命降低、电耗上升、浇铸缺陷增多、
铁碳压降升高。

2.3原有磷铁环成分统计
2012年以前磷铁环五大元素含量平均值统计
C Si Mn P S
1.9%
2.2%0.26%2.3%0.6%
从表中数据可以明显看出个元素成分已严重失调。

为保证磷生铁铁水流动性，采取提高
出铁温度、增加磷含量的办法，结果造成中频炉炉衬侵蚀严重，炉衬使用寿命降低，单组阳
极中频电耗居高不下，造成磷铁环与钢爪粘连。

三、磷生铁成分相关理论分析
只有磷生铁成分达到最优时，才能做到流动性良好、中频电耗低、炉衬寿命高等状态。

3.1、合金的流动性相关知识
合金的流动性是指液态金属本身的流动能力。

流动性通常以螺旋形试样的长度来衡量。

合金的流动性越好，液态金属充填铸型的能力就越强。

流动性越好，越容易填满铸型。

对于
磷生铁水而言，流动性越好浇注的阳极质量越高，故磷生铁水必须具有良好的流动性。

而影
响合金流动性的主要因素是合金的化学成分、浇注温度。

磷生铁铁水出炉温度为1450℃，浇铸温度为1350℃，只有磷生铁铁水成分合格才能在
此温度条件下保证流动性并满足浇注要求。

下表为灰铸铁流动性表格：
表3—1 灰铸铁流动性举例
灰铸铁质量分数(%)造型材料浇注温度(℃)螺旋线长度(mm)
灰铸铁 C+Si=5.2砂型13001000
灰铸铁 C+Si=4.2砂型1300600
在相同温度下，共晶成分合金由于凝固温度低，其凝固温度范围窄，因此流动性最好。

依据表3—1数据，我们选择C+Si=5.2的质量分数作为磷生铁碳、硅含量选择的依据。

公式1：C+Si=5.2
3.2、碳当量及其对于合金流动性的影响
碳当量表示铸铁中硅和磷对铁碳共晶综合影响的指标。

用来估算某一铸铁成分在一定冷却速度时接近共晶的程度。

CE%=4．26%则为共晶成分，共晶成分的合金流动性最好。

故碳当量应控制在4.3%。

铸铁碳当量计算公式： CE=[C+0.3(Si+P）]%
所以有公式2： 4.3=[C+0.3(Si+P）]
四、磷生铁成分相关数据分析总结
4.1、行业及公司磷生铁成分标准
元素名称CSiMnPS
控制范围2.5%—3.5%2.0%—3.0%0.6%—0.9%1.0%—1.6%≤0.2%
4.2、公式1： C+Si=
5.2
4.3、公式2： 4.26=[C+0.3(Si+P）]
4.4、相关数据分析
碳元素成分标准2.5%—3.5%，将2.5%和3.5%分别代入公式1中可得： Si=5.2—2.5=2.7 （1）
Si=5.2—3.5=1.7 （2）
公式（1）满足行业及公司磷生铁成分标准碳元素和硅元素要求；公式（2）不满足行业及公司磷生铁成分标准硅元素要求。

硅元素成分标准2.0%—3.0%，将2.0%和3.0%分别代入公式1中可得： C= 5.2— 2.0=3.2 （3）
C= 5.2— 3.0=2.2 （4）
公式（3）满足行业及公司磷生铁成分标准碳元素和硅元素要求；公式（4）不满足行业及公司磷生铁成分标准碳元素要求。

将（1）C=2.5%，Si=2.7%和（1）C=3.2%，Si=2.0%分别代入公式2： 4.26=[C+0.3(Si+P）]中可得：
P =（4.26—C）÷0.3—Si
P=（4.26—2.5）÷0.3—2.7=3.17 （4）
P=（4.26—3.2）÷0.3—2.0=1.53 （5）
公式（4）不满足行业及公司磷生铁成分标准磷元素要求；公式（5）满足行业及公司磷
生铁成分标准磷元素要求。

4.5、由以上相关理论数据分析可得出碳、硅、磷元素最佳含量为：
元素名称CSiP
最佳含量标准3.2%2.0%1.53%
C+Si=5.2完全符合表3—1对于灰铸铁流动性最好的要求，磷生铁用于阳极浇注作业，并无精密铸造要求，又因为磷为不导电元素，所以，在保证磷生铁铁水成分合格和流动性良好
的前提下应使磷元素含量接近1.0%。

锰元素在高温下与硫元素反应生成MnS粘渣，起到脱硫作用，为抑制硫元素的含量的
增加，必须保持锰元素保持在磷生铁成分标准的上限位置0.9%，只有这样硫元素才不会升高。

由此可得出磷生铁五大元素最佳成分标准为：
元素名称 C Si Mn P S
最佳含量标准3.2%2.0%0.9%1.0%≤0.2%
此最佳标准含量与公司化验室磷生铁标准数据一致。

参考文献：
1. 《铸造及其熔炼技术问答》化学工业出版社章舟主编
2. 《金属材料及热处理》机械工业出版社机械工业部主编
3. 《钢铁冶金学》冶金工业出版社王筱留主编。