磷和銅對鋁電解陽極用磷鑄鐵組織及性能的影響.pdf

1、電解鋁行業(yè)中，陽極被譽(yù)為“鋁電解槽的心臟”。陽極結(jié)構(gòu)中鋼爪和炭塊間通過澆鑄磷鑄鐵連接，磷鑄鐵的成分、組織及性能是影響陽極組裝質(zhì)量和鐵-碳壓降的關(guān)鍵因素。
　　本文采用OM觀察、SEM觀察、沖擊試驗(yàn)、電阻率測試、熱膨脹試驗(yàn)、高溫抗氧化試驗(yàn)以及電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)，研究了磷含量和銅含量對鋁電解陽極用磷鑄鐵組織、沖擊性能、電阻率、熱膨脹性能、高溫抗氧化性能以及電化學(xué)腐蝕性能的影響。
　　研究結(jié)果表明，含磷量為0.49 wt.％～1.92

2、 wt.%時，磷鑄鐵鑄態(tài)組織主要由鐵素體+少量珠光體+石墨+磷共晶等組成；且隨著磷含量的增加，磷共晶與粗大星狀石墨逐漸增多。磷含量為1.5 wt.%時，加入0.41 wt.%~1.52 wt.%的銅后，磷鑄鐵鑄態(tài)基體組織為珠光體+極少量鐵素體，石墨和磷共晶得到細(xì)化。經(jīng)800℃×24h退火后，磷鑄鐵基體組織轉(zhuǎn)變?yōu)槿F素體，石墨變粗，磷共晶中的顆粒狀珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。
　　磷鑄鐵的沖擊韌性隨著磷含量的增加逐漸降低，磷含量由0.49

3、wt.%增加到1.92 wt.%時，沖擊韌度由0.72 J/cm2下降到0.60 J/cm2。加入銅元素后，沖擊韌性有所提高，磷含量為1.5 wt.%時，銅含量由0.41 wt.%增加到1.52 wt.%時，沖擊韌度由0.74 J/cm2提高到0.81 J/cm2。沖擊斷口均呈現(xiàn)脆性斷裂形貌，其中包含沿晶斷裂，石墨解理以及沿石墨、磷共晶與基體邊界斷裂等形貌。
　　隨著磷含量的增加，磷鑄鐵的電阻率先升高后降低。含磷1.02 wt.%

4、時，電阻率最大，為1.239×10-6Ω?m；含磷1.92 wt.%時，電阻率最小，為1.057×10-6Ω?m。加入銅元素后，電阻率有所降低，且隨著銅含量的增加，電阻率先升高后降低，含銅0.41 wt.%時最小，為9.21×10-7Ω?m；含銅1.13 wt.%時最大，為9.77×10-7Ω?m。
　　磷鑄鐵的熱膨脹率及熱膨脹系數(shù)隨著磷含量的增加逐漸減小，20~800℃平均熱膨脹系數(shù)為（13.47~14.42）×10-6 K-1

5、。加入0.41 wt.%~1.52 wt.%銅后，磷鑄鐵的熱膨脹率及熱膨脹系數(shù)得到提高，且隨著銅含量的增加，呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，當(dāng)磷含量為1.5 wt.%時，20~800℃平均熱膨脹系數(shù)為（14.03~15.15）×10-6 K-1。
　　隨著磷含量的增加，磷鑄鐵的高溫氧化增重先升高后降低。800℃氧化60h后，磷鑄鐵表面出現(xiàn)不同程度的氧化皮脫落現(xiàn)象，氧化100h后，氧化增重為（0.14~0.22）mg/mm2。加入銅元素后，

6、抗氧化性能得到改善，且隨著銅含量的增加，磷鑄鐵的氧化增重逐漸減小，800℃氧化100h后，氧化增重為（0.09~0.15） mg/mm2，無氧化皮脫落現(xiàn)象。
　　隨著磷含量的增加，磷鑄鐵的腐蝕電流密度逐漸增加，腐蝕電位逐漸降低，耐腐蝕性能降低。加入銅元素后，磷鑄鐵的耐腐蝕性得到改善，且隨著銅含量的增加而逐漸提高。
　　綜合本試驗(yàn)磷和銅對磷鑄鐵組織及各項(xiàng)性能的影響規(guī)律，本文建議鋁電解陽極用磷鑄鐵各元素成分范圍選擇為：C:3.2