磷生铁优化研究方案.docx
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磷生铁优化研究方案
组装磷生铁新配方优化
技术总结报告
泰山铝业公司
二○○六年十一月
技术总结报告
成果名称:
组装磷生铁新配方优化
完成单位:
泰安泰山铝业公司
完成日期:
2006年11月30日
一、课题的提出
二、阳极组装生产工艺概述
三、影响磷生铁配方优劣的原因分析
四、磷生铁配方优化的技术研究与应用前景
五、配方优化方案实施
六、效果检测
七、经济效益分析
附:
各种测量数据汇总表
组装磷生铁新配方优化
一、课题的提出
在我国大型预培槽生产过程中,提高电流效率是各大铝厂一直追求的目标,而铝厂是耗电大户,电耗在电解生产中是一项非常重要的经济指标。
电耗的多少直接影响着电解槽的电流效率、成本的高低。
阳极压降是电解槽工作电压的一部分,阳极由导杆钢爪组和阳极炭块组成,导杆钢爪组和炭块之间连接用的是磷生铁浇铸的,磷生铁导电性能的优劣直接影响阳极压降。
阳极压降每降低1mv每年铝厂可节约资金近10万元,效益相当可观,所以磷生铁配方的优化决定磷生铁导电性能,如何搞好磷生铁配方的优化,找到磷生铁配方的最佳值是我们本次研究的问题,它对铝业公司节支降耗将起到重要作用。
二、阳极组装生产工艺概述
在铝电解生产中,采用的是冰晶石-氧化铝熔盐电解法,这种方法所采用的冰晶石-氧化铝熔体具有很大的侵蚀性,在各种材料中能够耐高温并且能够抵御这种侵蚀性,价格低廉二又具有良好导电性能的材料唯有炭素制品,阳极炭块是炭素制品的一种。
阳极组装车间的生产任务就是将阳极炭块和导杆钢爪组用磷生铁水浇铸连接在一起供电解车间使用,熔炼磷生铁水的设备用的是中频炉,它具有启动容易、熔化效率高、操作简单等优点
冰晶石-氧化铝熔盐电解法是以熔融的冰晶石作为溶剂,氧化铝作为溶质,所组成的电解液在一个大的平行电场的作用下,使AL2O3发生电化学反应,铝的正离子向负极(阴极)运动,在阴极得到三个电子以后成为铝的原子。
这就是我们生产的目的,二氧的负离子则向阳极运动,并与阳极炭素燃烧生成CO或CO2排出,以上过程可以写成如下方程式:
氧化铝的离解:
AL2O3→2AL3++3O2-
在阳极:
AL3++3e→AL
在阴极:
2O2-+C4+→CO2↑
这样以来,阳极则会不断消耗,阳极炭块消耗到一定程度就应该更换,把残极拔掉换上新的阳极。
阳极是电解槽进行电化学反应的一项电极,俗语说阳极是电解槽的心脏。
目前,电解车间采用的是高600mm阳极,一个周期为30天。
阳极炭块
导杆钢爪组
中频炉
铁水
合格
电解车间
残极压脱
磷生铁
阳极车间生产工艺流程图
三、影响磷生铁配方优劣的原因分析
1、在阳极组装工艺中最重要的问题莫过于磷生铁的配方的因为为
(1)我们要使阳极炭块组具有相当大的强度,因为阳极要在极其恶劣的环境下去工作(高温和电解质的侵蚀),浇铸强度不足可能要造成阳极脱落,将炭块掉进电解槽中造成事故
(2)必须具有良好的导电性能,否则会增加这里的电压降。
(3)阳极用完后,清理残极钢爪和阳极导杆还要重复循环使用,所浇铸的磷生铁碗还得压脱下来,所以要具有一定的冷脆性。
2、磷生铁中有五大成分直接影响磷生铁的性质及铁-炭电压降这五大成分分别是:
炭(C)、磷(P)、硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)。
3、五大成分的作用分别是:
炭:
可用来调整铁水温度,含炭量适当高一些可析出片状石墨,导电性能好,又可使铸铁膨胀抵消冷却时的体积收缩。
磷:
收缩性最小,且流动性好,冷脆便于压脱磷铁环。
锰:
增加铁的收缩,故不宜多,但它具有脱硫作用,锰与硫亲和力强形成硫化锰进入渣中,锰还有反石墨化作用,这是它的坏处。
硅:
可减少铸铁的收缩,还可以促进石墨化过程。
硫:
具有热脆性,硫多铁水发粘,降低铁水的流动性,造成气孔收缩和热裂,还具有反石墨化作用,影响铁-炭压降。
4、影响磷生铁配方优化的因素还有:
(1)、原材料中各种成分的化验的准确性
(2)、所用称量工具的准确性
(3)、阳极浇铸质量的好坏
(4)、工人的业务素质和责任心
(5)、磷生铁配方取样化验的准确性。
(6)、中频炉铁水温度的高低。
四、磷生铁配方优化的技术研究与应用前景
通过以上分析,课题通过深入现场研究,得出优化磷生铁的配方必须从五各方面入手:
一是保证原材料的材质化验准确和磷生铁配料后化验的准确性,由公司质检部的全自动分析仪进行化验。
二是保证称量器具合格,由安全生产技术部负责校验。
三是对电解槽内阳极铁炭压降的测量准确,找出最佳值(电压最小)。
四是电解槽的管理人员监视槽内阳极强度合格(不允许有脱极现象)。
五是保证阳极浇铸质量合格、磷生铁碗便于压脱。
准备工作:
1、准备生铁20吨、磷铁0.5吨、硅铁0.5吨、锰铁0.3吨、增炭剂0.2吨,金属锑0.5吨。
(1)生铁的化验指标如下:
元素名称
P
SI
Mn
S
C
含量(%)
0.4
1.5
0.6
O.14
3.0
(2)磷铁采用21#即含磷量为21%,其他元素含量可忽略不计。
硅铁采用75#即含硅量为75%
锰铁采用63#即含锰量为63%
增炭剂含炭量为99%。
金属锑含量为90%。
(3)磷生铁成分测量仪1台
温度热电偶2套
万用表5个
(4)配料计算公式如下:
g=(Xa-Xb)/Xc*G
注:
Xa为目标成分含量,Xb为加入炉料的成分含量,Xc为铁合金的成分含量,g为待加入元素的铁合金含量,G为总磷生铁水量。
(5)五大元素的控制范围
根据其他铝厂的磷生铁配比,结合阳极车间四年的工作经验,把五大元素的标准控制在:
Si:
2.5-3.0%、Mn:
0.5-1.0%、C:
3.0-4.3%、S:
<0.1%、P:
0.7-1.2%。
车间将根据五大元素的作用结合车间使用情况进行磷生铁的配比组合,直到找到最佳值为止。
2、试验极在电解二车间分别选两台电解槽,分别是226#、227#,为了避免其他材料如导杆、钢爪、阳极炭块对阳极电压降的影响,使试验更加准确,我们把阳极炭块和导杆钢爪固定为统一的,阳极炭块统一采用澳海厂的,导杆钢爪全部使用新的。
3、电解槽挂上新配方的阳极后用标准的万用表分高、中、低三个阶段对两台槽内每块阳极的钢爪到炭块间的铁炭压降进行测量,把数据进行汇总。
4、找到最佳磷生铁配方
(1)由阳极车间技术员对电解槽内阳极的高、中、低三个阶段的铁炭压降进行测量,记录数据选最低铁炭压降。
(2)电解车间对磷生铁强度进行记录看有无脱极现象。
(3)阳极车间对回收的试验残极进行压脱试验并进行记录,看压脱力有无减小,对中频炉的铁水温度进行测量看有无降低。
五、方案实施
目前,阳极车间经过四年多的实践经验,已经掌握了磷生铁的配比技术及熔炼铁水的操作技术,车间技术人员长期从事磷生铁的配比工作,经验丰富,为磷生铁的配比提供了强有力的技术保障。
根据有关的参考资料,阳极的铁炭压降的理论值为120-140mv。
2006年5月份,我们开始着手准备优化磷生铁配方,其目标是将使用前的136mv降至126mv甚至更低.
试验前铁水温度为1510度,残极压脱力为20KN。
下图是试验前5月18日我们测得的两台电解槽的平均铁炭压降
单位:
mv
槽号
226
227
A面
137
135
B面
135
138
平均
136
136.5
5月20日,我们根据五大元素的作用,先从提高导电性能入手,把炭和硅的含量调至最高:
C:
4.3%、Si:
3.0%把硫含量调至最低0.06%
锰含量相应增高0.9%磷含量适中0.9%。
经过测量铁炭压降降了12mv,但由于铁水的收缩性减小,出现了6块阳极在使用过程中脱落,影响了电解生产,造成炭块的浪费证实此配方不可取。
数据如下图
槽号
226
227
备注
A面
126
122
脱极2块
B面
122
125
脱极4块
平均
124
123.5
6月20日我们让炭含量保持不变调低硅含量至2.5%,其他含量保持不变,结果没有达到理想值,电压只降低了4mv.如下图:
槽号
226
227
备注
A面
130
133
B面
134
131
平均
132
132
7月20日我们把炭含量调低至3.5硅调至2.8其他元素含量不变,结果证实使铁水温度升高,导电性能也不高,如下图:
槽号
226
227
备注
A面
130
133
铁水温度高
B面
132
131
平均
131
132
8月20日我们把炭含量调至4.2,锰含量调低至0.5,硅调至2.2,硫含量调至0.1,证实导电性能差,铁水的流动性下降。
如下图:
槽号
226
227
备注
A面
130
129
铁水流动性降低
B面
130
131
平均
130
130
9月21日,我们把锰含量调至0.6,磷调至0.7,其他含量保持不变,结果证实磷铁环压脱困难,压脱力增加,造成压脱设备消耗,影响导杆周转,不可取。
如下图:
槽号
226
227
备注
A面
131
132
磷铁环难压脱
B面
128
134
平均
129.5
133
10月21日,我们根据五大元素的性质结合前几个月出现的问题进行了认真分析,把五大元素的含量进行了微调即:
炭4.2硅2.0锰0.6磷0.9硫0.09。
同时增加了取样化验次数及测量次数,控制加入铁合金的准确量,提高了炉前工的操作水平,技术人员紧盯在现场,督促电解工按章作业,堵塞各项漏洞,结果没有出现异常现象,磷生铁导电性能好,使铁炭压降降低了10mv。
这正是我们要找的最佳值,在11月21我们为了证实本次磷生铁配方优化的准确与可靠性,按照10月份的配方再一次进行了阳极组装。
六、效果检测
通过认真分析,采取方法得当,就10月和11月经过两个月的同一磷生铁配方的连续试验验证,证实阳极铁炭压降由原来的平均136mv降至126mv,降低了10mv,如下图:
10月份单位:
mv
槽号
226
227
备注
A面
125
128
现场应用无任何问题
B面
127
125
平均
126
126.5
11月份单位:
mv
槽号
226
227
备注
A面
126
125
现场应用无任何问题
B面
126
127
平均
126
126
同时电解车间反馈无脱极现象出现,阳极车间磷铁环压脱容易,压脱力减小了近一倍,铁水的流动性好,铁水的温度由试验前的1510度降至现在的1400度,下降了110度,残极压脱力由20KN下降到现在的12KN,而且车间的浇铸质量有了显著提高。
组装磷生铁新配方优化研究成果为:
C:
4.2%、Si:
2.0%、Mn:
0.6%、S:
0.09%(<0.1%)、P:
0.9%。
七、效益分析
阳极铁炭压降降低后,整个阳极压降也随之下降,电解车间的两台试验槽的电效也有了提高,同时节约了电能,应用前景可观,值得在公司电解车间推广。
如此估算,每块阳极降低10mv,
每台槽每天可节约电能:
24×0.01*190(电流)=45.6kwh,
年创利润:
45.6*365*0.5356=8914.5264元,
公司目前有124台电解槽共创利润:
8914.5264*124=1105401.2736元,
124台槽年产量是6万吨,则年可降低吨铝成本:
1105401.2736/60000=18.42元。
附:
各种测量数据汇总表
5月份阳极铁炭压降数据测量汇总表单位:
mv
极号
槽号
平均
226
227
A面
B面
A面
B面
高
中
低
高
中
低
高
中
低
高
中
低
1
125
124
123
126
125
124
126
124
123
125
125
122
124.3
2
126
125
124
125
124
123
126
123
124
125
124
123
124
3
125
124
123
126
125
123
125
124
122
125
123
122
124
4
125
124
123
126
125
124
124
124
124
125
124
123
124
5
125
124
124
125
123
122
127
124
123
125
124
123
124
6
125
125
122
126
124
123
125
124
123
126
123
123
124
7
126
124
122
125
124
123
126
124
122
125
124
123
124
8
125
124
123
124
124
122
125
124
123
124
123
123
124
9
125
125
123
124
123
122
126
125
126
124
123
123
124
10
125
124
122
125
125
123
126
124
123
125
124
123
124
11
125
123
123
125
125
123
126
125
122
125
123
123
124
12
126
124
122
125
124
123
124
124
123
125
123
126
124
13
124
124
124
126
124
123
125
124
123
126
123
122
124
14
125
124
123
124
124
123
126
125
124
125
124
123
124
平均
126
124
123
125
124
123
126
124
123
125
124
123
124
备注
脱极两块
脱极四块
6月份阳极铁炭压降数据测量汇总表单位:
mv
极号
槽号
平均
226
227
A面
B面
A面
B面
高
中
低
高
中
低
高
中
低
高
中
低
1
133
132
131
133
133
132
134
132
131
133
132
131
132
2
132
132
132
133
132
131
134
133
132
133
131
131
132
3
133
132
131
131
132
132
133
132
130
133
132
131
132
4
133
132
132
132
131
131
133
132
131
134
132
131
132
5
132
132
130
133
131
130
132
132
131
133
131
131
131
6
133
132
131
133
132
132
132
131
131
134
132
132
132
7
133
133
131
132
132
132
133
131
131
133
132
131
132
8
134
132
130
132
131
133
133
132
131
131
131
133
132
9
133
132
132
133
132
131
133
132
131
133
132
131
132
10
134
131
131
132
132
132
133
132
131
131
132
132
132
11
132
132
132
133
131
132
133
132
132
131
131
132
132
12
133
132
132
134
132
130
133
133
132
133
132
131
132
13
133
132
132
133
132
129
133
133
133
132
132
131
132
14
132
132
132
133
132
131
132
132
132
133
132
131
132
平均
133
132
132
133
132
131
133
132
132
133
132
131
132
备注
7月份阳极铁炭压降数据测量汇总表单位:
mv
极号
槽号
平均
226
227
A面
B面
A面
B面
高
中
低
高
中
低
高
中
低
高
中
低
1
131
130
129
132
131
131
131
131
130
132
131
131
131
2
131
130
130
132
132
131
131
132
132
131
131
133
131
3
132
132
131
131
131
131
133
131
131
131
131
131
131
4
132
131
130
132
131
131
131
130
132
133
132
131
131
5
132
130
129
132
131
131
132
131
131
132
131
131
131
6
133
132
132
133
132
132
133
132
131
132
132
132
132
7
132
131
131
133
132
131
132
132
131
131
131
130
131
8
132
131
131
133
131
131
133
131
131
133
132
131
131
9
132
132
131
132
131
131
132
132
131
133
131
130
131
10
133
132
132
132
131
131
132
132
131
134
131
131
132
11
133
132
131
131
131
130
131
129
130
131
131
131
131
12
131
130
132
132
131
131
131
130
131
131
131
131
131
13
131
130
131
132
131
131
132
131
131
132
131
130
131
14
132
133
130
131
132
131
131
131
131
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备注
8月份阳极铁炭压降数据测量汇总表单位:
mv
极号
槽号
平均
226
227
A面
B面
A面
B面
高
中
低
高
中
低
高
中
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中
低
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5
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13
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备注
9月份阳极铁炭压降数据测量汇总表单位:
mv
极号
槽号
平均
226
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A面
B面
A面
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高
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132
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3
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- 配套讲稿:
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部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生铁 优化 研究 方案