高碳低硅无磷生铁在铝电解中的工业应用

高碳低硅无磷生铁在铝电解中的工业应用

李玉浩

黄河鑫业有限公司 青海 西宁810000

摘要：国家进一步深化电价改革完善绿色电价机制，推动电解铝行业持续节能减排提升能源利用效率，实现碳达峰、碳中和目标，并对电解铝行业完善了阶梯电价和加价标准，取消了行业实施优惠电价政策，铝电解属于高耗能行业在能耗双控及双碳背景下，降低电能消耗对提高企业竞争力尤为重要。

关键词：高碳低硅无磷生铁；高耗能行业；电解铝节能减排

1引言

国内各企业均延用磷生铁铁水进行阳极浇铸，铁水中大量加入磷元素进行熔炼作业，铁水中元素控制指标参照行业标准且不统一，缺乏合理且科学的铁水配方。生产过程中铁环开裂、凹陷、铁水流动差、铁环压脱困难不同程度存在，重点表现为铁碳压降高影响电解槽电流效率，国外同行已采用无磷生铁熔炼铁水用于阳极浇铸，避免了磷生铁中磷元素进入电解质造成电解槽降低电流效率。

表1国内磷生铁行业指标和国外推荐指标（单位：%）

2高碳低硅无磷生铁的技术原理

铝电解是高耗能行业，预焙阳极铁碳压降设计值为60mv（见图1），阳极铁碳压降占整个阳板组压降的20~25%，降低铁碳压降最好的方法是对铁水成分进行调整和控制。铝电解用铁水成分属于交叉学科，铸造学与电化学反应相互交织加之重视程度不足，铁碳压降的高低直接影响到电解槽电流效率。随着铝电解节能降耗的进一步深入，各大电解铝企业已关注到铁碳压降对于降低吨铝直流电耗的重要性，优化铁水配方的重点是降低铁环的电阻率，五大元素中硅、磷属于不导性元素，对铁碳压降的影响最为突出，在高温工作状态下电阻会随硅、磷含量的升高而显著升高，增加碳含量降硅、磷含量使碳当量接近铸铁共晶成分、合理硅碳比与碳硅和值，则可得到流动性良好、低电阻率的优良铁水，从而达到降低电耗的目的。

图1预焙阳极铁碳压降分布图

3磷元素对阳极浇铸及电流效率的影响

阳极组装用磷生铁中P含量通常为1.0-1.5%，是为增加磷生铁的脆性，有利于阳极磷铁压脱，但P元素对生产过程的不利影响较大：一是会造成铸铁冷裂、收缩间隙，运输过程铸铁与炭碗之间产生摇晃松动，铁炭压降增大，脱极的可能性增大；二是P元素还会增加铸铁电阻，上槽工作时会有发红、脱极现象，影响电解槽稳定性，增加能耗；三是磷生铁进入电解槽中会降低电流效率。通过对磷生铁五大元素的调整，降低磷生铁中P含量，增加C含量，提高磷生铁性能指标，降低阳极铁炭压降，改善铝电解槽阳极工作极距，提高电流效率，从而降低电解铝直流电耗。

4高碳低硅无磷生铁在阳极浇铸中的应用

阳极浇铸后使用铁炭压降测试仪静态测量铁碳压降；二是在规定的位置钻孔，安装测量棒，打磨钢梁。阳极工作96h后进行测量。

图2预焙阳极压降测试图

结语

综上所述高碳低硅无磷生铁在保证碳当量处于合理范围，使铁水成分处于共晶成分，的降低铸铁固液转化温度、降低化料电耗。高碳低硅无磷生铁在阳极浇铸后无论是静态测试，还是阳极工作96h后按照较为标准的方法测试，低磷浇铸阳极铁炭压降明显比高磷低约10mv。

参考文献

《预焙槽炼铝》（邱竹贤）.北京：冶金工业出版社，2005.1

《铝电解炭阳极生产与应用M》（王平甫、宫振）.北京：冶金工业出版社，2005.6

《大型预焙槽炼铝生产工艺与操作实践M》（李清）.长沙：中南大学出版社，2005.8