本发明涉及扁钢
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。
背景技术：
：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，特提出本发明。技术实现要素：本发明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℃)。本发明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。本发明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。为了实现本发明的上述目的，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℃)，本发明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。本发明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，在本发明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；本发明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；本发明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。本发明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。本发明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。本发明通过转炉冶炼，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。本发明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1000-1100℃，终轧温度750-850℃，冷却至400-500℃。优选的，所述AlFe合金的喂入量为1.5-3.5kg/t。以钢液量计算，AlFe合金的喂入量为1.5-3.5kg/t。优选的，所述Al线的喂线速率≥5m/min，优选为15m/min。优选的，所述合成渣的用量占出钢时钢液的质量的0.3-0.4％。优选的，所述SiCa线的喂线速率≥4m/min，优选为4-5m/min。优选的，所述Sc线的喂入量为10kg±0.5kg每吨钢液。与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明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℃)；(2)本发明所述的高导电性扁钢的冶炼方法，能够精确控制扁钢中各成分的含量，在满足力学性能、加工性能的前提下，减少晶体缺陷，最大程度降低电阻，提高导电性；(3)本发明所述的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。具体实施方式下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。实施例1本实施例所述的高导电性扁钢，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。实施例2本实施例所述的高导电性扁钢，其按重量百分比计含有C0.01％，Sc0.1％，Si0.25％，Mn0.1％，P0.015％，S0.008％，其余为Fe。实施例3本实施例所述的高导电性扁钢，其按重量百分比计含有C0.03％，Sc0.3％，Si0.2％，Mn0.1％，P0.015％，S0.006％，其余为Fe。实施例4本实施例所述的高导电性扁钢，其按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.4％，Si0.1％，Mn0.16％，P0.01％，S0.01％，其余为Fe。实施例5本实施例所述的高导电性扁钢，其按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.4％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。实施例6本实施例所述的高导电性扁钢，其按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.3％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。实施例7本实施例所述的高导电性扁钢，其按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.1％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。实施例8本实施例所述的高导电性扁钢，其按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.05％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。实施例9本发明实施例1-8中所述的高导电性扁钢是通过以下方法冶炼得到的，所述冶炼方法包括如下步骤：(A)将热装铁水和废钢混合，得到初始钢液。所述初始钢液入转炉前，Si含量为0.3-0.6％、P含量≤0.1％、S含量≤0.045％，钢液温度≥1280℃。(B)步骤(A)中的钢液经混铁炉转入转炉中，根据冶炼需要，向转炉钢液中按1.5-3.5kg/t的量喂入AlFe合金、按15m/min的喂线速度喂入Al线，在1640-1680℃，优选1660-1680℃冶炼30-38min；出钢时，加占出钢时钢液的质量的0.3-0.4％的合成渣进行渣洗，使到站钢液含有C0.02-0.05％、Si0.15-0.25％、Mn≤0.18％、P≤0.015％、S≤0.030％、Als≥0.010％，优选C0.04％、Si0.15-0.20％、Mn≤0.15％、P≤0.013％、S≤0.025％、Als0.015-0.030％。其中，所述合成渣(生产厂商为酒钢集团)中按重量分数计包括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，所述AlFe合金中Al质量分数为40％，余量为Fe。(C)步骤(B)经转炉冶炼的物料，送入LF炉中，所述LF炉的进钢温度≥1550℃，优选进钢温度≥1560℃，精炼脱硫，按4-5m/min的喂线速度喂入SiCa线、按5m/min的喂线速度喂入Sc线，Sc线的喂入量为10kg±0.5kg每吨钢液，所述LF炉的出钢温度为1600-1620℃，优选为1605-1615℃。到站钢液中C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％。其中，所述Sc线为钪铁合金线，所述钪铁合金中Sc的质量分数为20％，余量为Fe。(D)将步骤(C)精炼结束后的钢液进行连铸成型，以1.0±0.2m/min的拉速制造出断面为220mm×1250mm、220mm×1400mm和220mm×1580mm等大断面扁钢。采用连铸成型的方式，形状好，成分均匀，能耗低。得到的连铸坯可直接进行轧制，得到扁钢，根据实际需求选择轧制工艺参数，如均热温度为1200-1250℃，开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为750-850℃，风机冷却至400-500℃。比较例1比较例1的扁钢中按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.5％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。比较例2比较例2的扁钢中按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.4％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。比较例3比较例3的扁钢中按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.3％，P0.02％，S0.01％，其余为Fe。比较例4比较例3的扁钢中按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.04％，S0.01％，其余为Fe。比较例5比较例3的扁钢中按重量百分比计含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.02％，其余为Fe。比较例6现有的Q195电极扁钢。实验例1为了对比说明本发明实施例1-8所述的扁钢和比较例1-6的扁钢的性能，参照实施例9中的冶炼方法以及连铸成型制造出断面为220mm×1580mm的大断面扁钢，对实施例1-8和比较例1-6所对应得到的扁钢的性能进行测试，结果见下表1。表1不同扁钢的性能测试结果屈服强度抗拉强度电阻率导热率100℃实施例1150MPa315MPa10×10-8Ω·m(0℃)52W/(m·K)实施例2155MPa320MPa10×10-8Ω·m(0℃)51W/(m·K)实施例3146MPa312MPa10.5×10-8Ω·m(0℃)53W/(m·K)实施例4145MPa310MPa12×10-8Ω·m(0℃)54W/(m·K)实施例5155MPa330MPa11.5×10-8Ω·m(0℃)54W/(m·K)实施例6165MPa340MPa12×10-8Ω·m(0℃)52W/(m·K)实施例7150MPa330MPa10.5×10-8Ω·m(0℃)51W/(m·K)实施例8148MPa316MPa11×10-8Ω·m(0℃)53W/(m·K)比较例1147MPa330MPa18×10-8Ω·m(0℃)54W/(m·K)比较例2140MPa305MPa16×10-8Ω·m(0℃)52W/(m·K)比较例3160MPa340MPa19×10-8Ω·m(0℃)51W/(m·K)比较例4158MPa326MPa16×10-8Ω·m(0℃)53W/(m·K)比较例5144MPa313MPa17×10-8Ω·m(0℃)53W/(m·K)比较例6144MPa320MPa15.5×10-8Ω·m(0℃)54W/(m·K)由上表可知，本发明所述的高导电性扁钢具有优异的导电性，能够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。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页1 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