一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢及其生产方法与流程

本发明涉及冶金，尤其涉及一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢及其生产方法。

背景技术：

1、电解铝是我国工业生产中高耗能基础产业，电力成本占据了主导地位，约占40％以上。目前，我国平均吨铝直耗约13000kwh，而理论吨铝直耗约为6300kwh，电能利用率约48％，节能降耗空间非常巨大。阴极扁钢作为铝电解槽阴极的重要组成部分，可起到均分电流、改善铝液水平电流的作用。阴极扁钢的电阻率主要受到材质化学成分、纯净度、组织结构等内在因素的影响，传统的q235a/b、q195a/b阴极扁钢逐渐被淘汰，取而代之的是化学成分更低的sae1006阴极扁钢。

2、然而，限制于常规转炉+lf+(rh)+连铸+轧制工艺路线和过程耐蚀材料和钢包的侵蚀增碳，常规工艺生产的阴极扁钢c平均含量为0.05％，虽然阴极扁钢的力学性能满足了电解铝行业要求(屈服强度≥140mpa，抗拉强度≥300mpa)，但电阻率的进一步降低受到限制。考虑到常规工艺生产的阴极扁钢力学性能的富余量较大，通过降低化学成分各元素含量来降低阴极扁钢电阻率具有可行性。根据各元素增量与电阻率变化之间线性关系，每增加1％元素含量与20℃电阻率的增加值(单位ω·m)公式，电阻率增量为：

3、δρ＝34.1×c+13.1×si+5.1×mn+11.1×p+12.1×s+12.1×al+14.2×n

4、由此可见，影响由大到小为c、n、si、s、al、p、mn，c元素对电阻率的影响最大，其次是n元素和si元素，提出了降低c、n元素含量，适当提高mn含量的化学成分设计思路，另外在轧制时控制晶粒度大小的控制也兼顾了其对力学性能和电阻率的影响。

5、为了实现上述化学成分和晶粒度大小的控制目标，开发一种较传统方法具有更低的电阻率并兼具良好的力学性能，可以满足电解铝行业节能降耗的发展需求的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢具有十分重要的意义，其技术思路和控制方法还可推广应用于其他低碳低硅钢的生产当中。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢及其生产方法，通过合理控制阴极扁钢中化学成分和调控扁钢铁素体晶粒度大小，在满足结构用钢力学性能的前提下兼具较低的电阻率，使得阴极扁钢具有更好的导电性能。

2、根据本发明的一个方面，提出一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其包括以下步骤：

3、s1、kr法铁水脱硫预处理后进行bof冶炼并控制出钢温度；

4、s2、小平台处理后进行rh脱碳处理，自然脱碳并控制rh总处理时间；

5、s3、lf精炼后进行大方坯连铸，控制中包过热度；

6、s4、铸坯加热后用万能轧机多道次轧制，得到阴极扁钢。

7、根据本发明的一个实施例，步骤s1的铁水脱硫预处理工序的脱硫剂采用钝化石灰和钝化镁，cao/mg的比值范围为3～5，根据处理前s含量调整脱硫剂加入量以及喷吹时间，控制脱硫后铁水s≤0.005％，扒渣干净。

8、根据本发明的一个实施例，步骤s1的bof冶炼工序中，挡渣出钢，渣厚控制在60～80mm，出钢过程全程吹氩，出钢温度1640℃～1680℃，出钢过程合金化，出钢化学成分控制目标为c 0.04％～0.07％，p≤0.012％，mn 0.28％～0.35％，同时在出钢过程中向钢包内加入3.4～4.2kg/(t·fe)的活性石灰。

9、根据本发明的一个实施例，步骤s2的小平台处理工序中，根据钢水氧活度向钢包中加入铝线浅脱氧，加入时全程吹氩，氩后氧活度控制在400～500ppm，氩后温度1600℃～1640℃。

10、根据本发明的一个实施例，步骤s2的rh脱碳处理工序中，控制rh总处理时间≤15min，根据到站定氧结果和c含量加入增碳剂，真空度小于等于3mbar的时间≥3min，采用自然脱碳模式，控制出站c 0.01％～0.02％，脱碳结束后破空根据氧活度大小加入铝丸脱氧，控制als含量0.04％～0.06％，脱氧后均匀化时间≥3min。

11、根据本发明的一个实施例，步骤s3的lf精炼工序中，钢包进站加入钢水精炼调渣剂2.0～3.0kg/(t·fe)、高碱度精炼渣5.8～6.8kg/(t·fe)以及向渣面上撒入铝丸60～100kg，加热、化渣≥10min后测温、取渣样，再根据颜色判断炉渣氧化性颜色并加入高碱度精炼渣2.4～4.2kg/(t·fe)和铝丸20～50kg，根据钢渣流动性加入萤石0.5～2.9kg/(t·fe)调渣，最终造成白渣，化学成分微调需考虑加热造渣过程的增碳和回硅，控制化学成分c0.02％～0.03％，si 0.02％～0.05％，als 0.020～0.035％，出站后进行夹杂物变性钙处理，喂入铁钙线600m～1200m，控制喂线后出站温度1590～1605℃；

12、其中所述钢水精炼调渣剂组分为cao、al2o3和少量的金属铝，以al2o3为主；所述高碱度精炼渣组分为cao、al2o3和caf2，以cao为主。

13、根据本发明的一个实施例，步骤s3的大方坯连铸工序中，中包过热度控制在20～40℃，中间包采用无碳覆盖剂，结晶器采用低碳钢保护渣，无碳覆盖剂和低碳钢保护渣均在使用前烘烤4h，采用320mm×410mm断面浇铸，强制冷却，目标拉速控制在0.45m/min。

14、根据本发明的一个实施例，步骤s4的铸坯加热工序中，将铸坯放在步进式加热炉中加热，控制总加热时间≥200mm，均热段加热时间≥60min，均热段温度1180～1240℃。

15、根据本发明的一个实施例，步骤s4的轧制工序中，根据阴极扁钢需求规格，采用万能轧机多道次轧制，控制轧制过程的扭转，最后道次经过ur轧机，对阴极扁钢的规格尺寸精度和弯曲度进行控制，终轧温度为950℃～1000℃，随后进行热锯切割、冷床冷却、堆垛缓冷至室温。

16、根据本发明的另一个方面，提出一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢，其采取以上任一项技术方案提及的方法制成。

17、在根据本发明的实施例的一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢及其生产方法中，方法包括以下步骤：铁水脱硫预处理—bof冶炼—小平台处理—rh脱碳处理—lf精炼—大方坯连铸—铸坯加热—轧制，本发明通过合理控制阴极扁钢中化学成分和调控扁钢铁素体晶粒度大小，在满足结构用钢力学性能的前提下兼具较低的电阻率，使得阴极扁钢具有更好的导电性能。

技术特征：

1.一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，步骤s1的铁水脱硫预处理工序的脱硫剂采用钝化石灰和钝化镁，cao/mg的比值范围为3～5，根据处理前s含量调整脱硫剂加入量以及喷吹时间，控制脱硫后铁水s≤0.005％，扒渣干净。

3.根据权利要求1所述的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，步骤s1的bof冶炼工序中，挡渣出钢，渣厚控制在60～80mm，出钢过程全程吹氩，出钢温度1640℃～1680℃，出钢过程合金化，出钢化学成分控制目标为c 0.04％～0.07％，p≤0.012％，mn0.28％～0.35％，同时在出钢过程中向钢包内加入3.4～4.2kg/(t·fe)的活性石灰。

4.根据权利要求1所述的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，步骤s2的小平台处理工序中，根据钢水氧活度向钢包中加入铝线浅脱氧，加入时全程吹氩，氩后氧活度控制在400～500ppm，氩后温度1600℃～1640℃。

5.根据权利要求1所述的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，步骤s2的rh脱碳处理工序中，控制rh总处理时间≤15min，根据到站定氧结果和c含量加入增碳剂，真空度小于等于3mbar的时间≥3min，采用自然脱碳模式，控制出站c 0.01％～0.02％，脱碳结束后破空根据氧活度大小加入铝丸脱氧，控制als含量0.04％～0.06％，脱氧后均匀化时间≥3min。

6.根据权利要求1所述的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，步骤s3的lf精炼工序中，钢包进站加入钢水精炼调渣剂2.0～3.0kg/(t·fe)、高碱度精炼渣5.8～6.8kg/(t·fe)以及向渣面上撒入铝丸60～100kg，加热、化渣≥10min后测温、取渣样，再根据颜色判断炉渣氧化性颜色并加入高碱度精炼渣2.4～4.2kg/(t·fe)和铝丸20～50kg，根据钢渣流动性加入萤石0.5～2.9kg/(t·fe)调渣，最终造成白渣，化学成分微调需考虑加热造渣过程的增碳和回硅，控制化学成分c 0.02％～0.03％，si 0.02％～0.05％，als0.020～0.035％，出站后进行夹杂物变性钙处理，喂入铁钙线600m～1200m，控制喂线后出站温度1590～1605℃；

7.根据权利要求1所述的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，步骤s3的大方坯连铸工序中，中包过热度控制在20～40℃，中间包采用无碳覆盖剂，结晶器采用低碳钢保护渣，无碳覆盖剂和低碳钢保护渣均在使用前烘烤4h，采用320mm×410mm断面浇铸，强制冷却，目标拉速控制在0.45m/min。

8.根据权利要求1所述的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，步骤s4的铸坯加热工序中，将铸坯放在步进式加热炉中加热，控制总加热时间≥200mm，均热段加热时间≥60min，均热段温度1180～1240℃。

9.根据权利要求1所述的铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，其特征在于，步骤s4的轧制工序中，根据阴极扁钢需求规格，采用万能轧机多道次轧制，控制轧制过程的扭转，最后道次经过ur轧机，对阴极扁钢的规格尺寸精度和弯曲度进行控制，终轧温度为950℃～1000℃，随后进行热锯切割、冷床冷却、堆垛缓冷至室温。

10.一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢，其特征在于，采用以上权利要求1-9任一项所述的方法制成。

技术总结
本发明公开了一种铝电解槽用低电阻率阴极扁钢生产方法，方法包括以下步骤：S1、KR法铁水脱硫预处理后进行BOF冶炼并控制出钢温度；S2、小平台处理后进行RH脱碳处理，自然脱碳并控制RH总处理时间；S3、LF精炼后进行大方坯连铸，控制中包过热度；S4、铸坯加热后用万能轧机多道次轧制，得到阴极扁钢。本发明通过合理控制阴极扁钢中化学成分和调控扁钢铁素体晶粒度大小，在满足结构用钢力学性能的前提下兼具较低的电阻率，使得阴极扁钢具有更好的导电性能，产品应用于铝电解槽中可有效降低阴极压降，从而降低电流在铝电解槽阴极的损失，提高电流效率，促进电解铝行业朝着节能降耗方向发展。

技术研发人员：唐伟,曾敏,邓通武,代华云
受保护的技术使用者：攀钢集团研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16