一种高导电性扁钢及其冶炼方法和应用技术

本发明专利技术涉及扁钢技术领域，尤其是涉及一种高导电性扁钢及其冶炼方法和应用。所述高导电性扁钢，其按重量百分比计含有：C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余为Fe。其冶炼方法包括：将钢液经转炉冶炼、LF精炼后，成型即得；其中，转炉冶炼的方法包括：向钢液中喂AlFe合金、Al线进行冶炼，出钢时加合成渣进行渣洗；LF精炼的方法包括：经转炉冶炼的物料，精炼脱硫，喂SiCa线和Sc线。所述扁钢具有优异的导电性，可作为电解铝的阴极材料，在电解铝的生产过程中能够极大的节约电能，大幅度降低生产成本。

High conductivity flat steel and smelting method and application thereof

The invention relates to the technical field of flat steel, in particular to a high conductivity flat steel and smelting method and application thereof. The high conductivity flat steel contains C less than 0.04%, 0 < Sc < 0.4%, Si < 0.25%, Mn < 0.2%, P < 0.02%, S < 0.01%, and the rest Fe. The smelting methods include: smelting steel liquid through converter smelting, LF refining, forming. Among them, the method of converter smelting includes: feeding AlFe alloy and Al line into molten steel and adding synthetic slag for slag washing; LF refining methods include: Materials smelted through converter, refining desulphurization, feeding SiCa line and Sc line. The flat steel has excellent electrical conductivity and can be used as cathode material for electrolytic aluminum. It can greatly save electric energy and greatly reduce production cost in the process of electrolytic aluminum production.

【技术实现步骤摘要】
一种高导电性扁钢及其冶炼方法和应用
本专利技术涉及扁钢
，尤其是涉及一种高导电性扁钢及其冶炼方法和应用。
技术介绍
电极扁钢是电解铝厂用于阴极导电棒的消耗性材料，随着电解铝行业的发展，市场对电极扁钢的需求也越来越大。据统计，每生产60万吨电解铝，需要电极扁钢约1万吨。现阶段铝工业生产中，采用传承一百多年的霍尔—埃鲁法，也就是冰晶石—氧化铝熔盐电解法，主要的设备是铝电解槽。在电解过程中，电流从阳极流入电解质，由电解质进入铝液，再由铝液进入电极扁钢，最终由电极扁钢导入母线。根据热力学计算，电解槽每生产1t铝，理论上消耗6500kW·h的电能，但在实际操作中，生产1t铝一般要消耗13000-14000kW·h的电能。随着电解铝行业的发展，电解铝技术及槽型发生了多次的飞跃型变革，特别是材料工业及电解槽形式的改变使电解生产取得了根本性变化，但电解槽阴极的原理及形式变化很小。随着槽型的不断增大，阴极出电电流产生的磁场对电解生产的影响更加突出，这就需要开发出导电性更好的电极扁钢。现阶段常用的电极扁钢材料有Q195钢、Q215钢与Q235钢等，这几种材料易取得，成本低，硬度符合要求，但其高温下的导电性制约了其进一步发展。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种高导电性扁钢，所述扁钢具有优异的导电性，电阻率δ≤12×10-8Ω·m(20℃)。本专利技术的第二目的在于提供一种高导电性扁钢的冶炼方法，所述冶炼方法能够有效精确控制扁钢中各成分在一定范围内，提高扁钢的导电性。本专利技术的另一目的在于提供一种所述高导电性扁钢在电解铝领域的应用，所述高导电性扁钢作为电解铝的阴极材料，在电解铝的生产过程中能够极大的节约电能，大幅度降低生产成本。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种高导电性扁钢，其按重量百分比计含有：C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余为Fe。现有技术中的普通扁钢的电阻率约为δ＝16×10-8Ω·m(20℃)，本专利技术的高导电性扁钢通过上述的成分控制，使得所述扁钢的电阻率δ≤12×10-8Ω·m(20℃)，在电解铝的生产过程中能够极大的节约电能，大幅度降低生产成本。本专利技术所述的高导电性扁钢中在加工过程中，存在不可避免杂质，即钢中夹杂物，符合国家标准，在本专利技术及各实施例中不再赘述。优选的，所述扁钢中的Sc的含量为0.1-0.3％，优选为0.2％。优选的，所述扁钢中C的含量为0.01-0.04％。优选的，所述扁钢中Mn的含量为0.01-0.2％，优选为0.1-0.2％。优选的，所述扁钢中Si的含量≤0.15％。优选的，所述扁钢，其按重量百分比计含有：C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。所述扁钢的上述含量即可满足使用要求，大幅度提高导电性，且不至于要求过于严苛，增加生产难度和成本。碳元素能够有效提高扁钢的屈服点和抗拉强度，但当碳含量过高时，会影响扁钢的焊接性能，并且会造成晶格畸变，传导电子在输送过程中存在散射，造成电阻的增加，导电性能的下降；本专利技术控制碳含量在上述较低的范围内，晶格畸变小，最大程度降低电阻，提高导电性。硅元素能够显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉性能，但过高的硅含量会导致晶界氧化，对扁钢产品的表面造成负面影响，硅在上述范围内，能够保证不会导致晶界氧化造成的负面影响。锰元素是一种良好的脱氧剂和脱硫剂，提高钢的韧性和强度，但过高的锰含量会减弱钢的抗腐蚀性能及焊接性能，并且锰元素会造成晶格畸变，形成位错等晶体缺陷，电子传导过程中发生散射，导电性能下降；本专利技术控制锰元素含量在上述范围内，可以满足导电性的要求。磷元素和硫元素分别会增加钢的冷脆性和热脆性，分别降低钢的塑性、延展性和韧性，含量越少越好，但磷元素和硫元素的降低需要大量的复杂工艺和成本，在上述范围内的磷元素即可满足扁钢对导电性的要求。钪元素能够起到变质剂的作用促进晶粒细化，对扁钢导电性、力学性能、焊接性能和耐腐蚀性能的提高具有重要作用。但如晶粒过细，会造成晶界过多，晶体缺陷密度的增加，晶界散射增加，进而增加电阻率，降低导电性。本专利技术加入上述含量的钪元素能够保证晶粒得到适度的细化，提高扁钢的导电性。优选的，所述Mn与S的质量比≥16。更优选的，所述Mn与S的质量比≥20。Mn与S的质量比在上述范围内，能够有效保证S在扁钢内以硫化锰的形式存在，避免S以FeS的形态存在于钢中造成的热脆性。以硫化锰形态存在，还可以起到断屑作用，改善钢的切削加工性能。本专利技术还提供了一种所述高导电性扁钢的冶炼方法，包括如下步骤：将钢液经转炉冶炼、LF精炼后，成型即得；其中，转炉冶炼的方法包括：向钢液中喂AlFe合金、Al线进行冶炼，出钢时加合成渣进行渣洗；LF精炼的方法包括：经转炉冶炼的物料，精炼脱硫，喂SiCa线和Sc线。本专利技术通过转炉冶炼，喂AlFe合金、铝线进行脱氧合金化，和脱磷，进过转炉冶炼使铁水进入精炼炉前达到一定要求。在出钢时通过合成渣渣洗，实现脱氧脱硫效果，减少钢中气体，降低钢中夹杂；SiCa线精炼处理钢液能够有效降低钢液中的氧和硫的含量，使硫化物和氧化物夹杂变为含钙的球状夹杂，同时减少夹杂物数量，净化钢液，达到所述扁钢中各成分的要求，提高扁钢质量。在加入Sc线在钢液中引入Sc元素的同时，大幅度降低钢液中的硫含量，提高扁钢的导电性。出钢时加入合成渣，利用出钢过程强大的动能和势能优势，使钢渣充分混合，不但能使合成渣提前熔化，同时高碱度、低熔点的合成渣与钢水混合起到了渣洗精炼的作用，提高了钢水的纯净度，有利于在精炼过程中进一步利用钢渣的界面反应脱除钢中的氧和硫。本专利技术的初始钢液采用热装铁水和废钢按比例混合得到，废钢的加入重量不超过10％。优选的，所述Sc线为钪铁合金线。更优选的，所述钪铁合金包括Sc和Fe。优选的，所述钪铁合金包括20±3wt％的Sc和80±3wt％的Fe。优选的，所述合成渣包括CaO、Al2O3、SiO2、MgO、S和P。优选的，所述合成渣按重量分数计包括65-66％的Ca0、16-17％的Al2O3、4-5％的SiO2、2-3％的MgO、0.04-0.05％的S和0.005-0.015％的P。进一步优选为，所述合成渣按重量分数计包括65.74％的Ca0、16.74％的Al2O3、4.06％的SiO2、2.18％的MgO、0.044％的S和0.01％的P。优选的，所述转炉冶炼的出钢温度为1640-1680℃，优选为1660-1680℃。更优选的，所述转炉冶炼时间为30-38min。转炉冶炼输送至LF精炼的时间为5-10min。优选的，所述LF精炼的进钢温度为1550-1560℃，所述LF精炼的出钢温度为1600-1620℃。LF精炼的进钢温度优选为1560-1580℃，出钢温度优选为1605-1615℃。更优选的，所述LF精炼的时间为45-60min。优选的，采用中包连浇精炼，所述中包温度为1535-1555℃。优选的，采用连铸工艺成型或轧制工艺成型。更优选的，所述连铸工艺成型的拉速为1.0±0.2m/min。更优选的，所述轧制工艺的参数为：均热温度1200-1250℃，开轧温度1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导电性扁钢，其特征在于，其按重量百分比计含有：C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种高导电性扁钢，其特征在于，其按重量百分比计含有：C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余为Fe。2.根据权利要求1所述的高导电性扁钢，其特征在于，所述扁钢中的Sc的含量为0.1-0.3％；优选的，所述Sc的含量为0.2％。3.根据权利要求1所述的高导电性扁钢，其特征在于，所述扁钢中C的含量为0.01-0.04％。4.根据权利要求1所述的高导电性扁钢，其特征在于，所述扁钢中Mn的含量为0.01-0.2％；优选的，所述扁钢中Mn的含量为0.1-0.2％；优选的，所述Mn与S的质量比≥16；更优选的，所述Mn与S的质量比≥20。5.根据权利要求1所述的高导电性扁钢，其特征在于，所述扁钢，其按重量百分比计含有：C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。6.权利要求1-5任一项所述的高导电性扁钢的冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：将钢液经转炉冶炼、LF精炼后，成型即得；其中，转炉冶炼的方法包括：向钢液中喂AlFe合金、Al线进行冶炼，出钢时加合成渣进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐兴昌，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62