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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
元素名称 C Si Mn P S
控制范围 2.5%—3.5% 2.0%—3.0% 0.6%—0.9% 1.0%—1.5% ≤0.2%
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 1300 1000
灰铸铁 C+Si=4.2 砂型 1300 600
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 C Si Mn P S
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 C Si P
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，在保证磷生鐵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
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
元素名称 C Si Mn P S
控制范围 2.5%—3.5% 2.0%—3.0% 0.6%—0.9% 1.0%—1.5% ≤0.2%
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 1300 1000
灰铸铁 C+Si=4.2 砂型 1300 600
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 C Si Mn P S
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 C Si P
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，在保证磷生鐵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