本發明涉及扁鋼

　　技術領域：

　　，尤其是涉及一種高導電性扁鋼及其冶煉方法和應用。

　　背景技術：

　　：電極扁鋼是電解鋁廠用于陰極導電棒的消耗性材料，隨著電解鋁行業的發展，市場對電極扁鋼的需求也越來越大。據統計，每生產60萬噸電解鋁，需要電極扁鋼約1萬噸。現階段鋁工業生產中，采用傳承一百多年的霍爾—埃魯法，也就是冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法，主要的設備是鋁電解槽。在電解過程中，電流從陽極流入電解質，由電解質進入鋁液，再由鋁液進入電極扁鋼，最終由電極扁鋼導入母線。根據熱力學計算，電解槽每生產1t鋁，理論上消耗6500kW·h的電能，但在實際操作中，生產1t鋁一般要消耗13000-14000kW·h的電能。隨著電解鋁行業的發展，電解鋁技術及槽型發生了多次的飛躍型變革，特別是材料工業及電解槽形式的改變使電解生產取得了根本性變化，但電解槽陰極的原理及形式變化很小。隨著槽型的不斷增大，陰極出電電流產生的磁場對電解生產的影響更加突出，這就需要開發出導電性更好的電極扁鋼。現階段常用的電極扁鋼材料有Q195鋼、Q215鋼與Q235鋼等，這幾種材料易取得，成本低，硬度符合要求，但其高溫下的導電性制約了其進一步發展。有鑒于此，特提出本發明。技術實現要素：本發明的第一目的在于提供一種高導電性扁鋼，所述扁鋼具有優異的導電性，電阻率δ≤12×10-8Ω·m(20℃)。本發明的第二目的在于提供一種高導電性扁鋼的冶煉方法，所述冶煉方法能夠有效精確控制扁鋼中各成分在一定范圍內，提高扁鋼的導電性。本發明的另一目的在于提供一種所述高導電性扁鋼在電解鋁領域的應用，所述高導電性扁鋼作為電解鋁的陰極材料，在電解鋁的生產過程中能夠極大的節約電能，大幅度降低生產成本。為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：一種高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有：C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余為Fe。現有技術中的普通扁鋼的電阻率約為δ＝16×10-8Ω·m(20℃)，本發明的高導電性扁鋼通過上述的成分控制，使得所述扁鋼的電阻率δ≤12×10-8Ω·m(20℃)，在電解鋁的生產過程中能夠極大的節約電能，大幅度降低生產成本。本發明所述的高導電性扁鋼中在加工過程中，存在不可避免雜質，即鋼中夾雜物，符合國家標準，在本發明及各實施例中不再贅述。優選的，所述扁鋼中的Sc的含量為0.1-0.3％，優選為0.2％。優選的，所述扁鋼中C的含量為0.01-0.04％。優選的，所述扁鋼中Mn的含量為0.01-0.2％，優選為0.1-0.2％。優選的，所述扁鋼中Si的含量≤0.15％。優選的，所述扁鋼，其按重量百分比計含有：C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。所述扁鋼的上述含量即可滿足使用要求，大幅度提高導電性，且不至于要求過于嚴苛，增加生產難度和成本。碳元素能夠有效提高扁鋼的屈服點和抗拉強度，但當碳含量過高時，會影響扁鋼的焊接性能，并且會造成晶格畸變，傳導電子在輸送過程中存在散射，造成電阻的增加，導電性能的下降；本發明控制碳含量在上述較低的范圍內，晶格畸變小，最大程度降低電阻，提高導電性。硅元素能夠顯著提高鋼的彈性極限、屈服點和抗拉性能，但過高的硅含量會導致晶界氧化，對扁鋼產品的表面造成負面影響，硅在上述范圍內，能夠保證不會導致晶界氧化造成的負面影響。錳元素是一種良好的脫氧劑和脫硫劑，提高鋼的韌性和強度，但過高的錳含量會減弱鋼的抗腐蝕性能及焊接性能，并且錳元素會造成晶格畸變，形成位錯等晶體缺陷，電子傳導過程中發生散射，導電性能下降；本發明控制錳元素含量在上述范圍內，可以滿足導電性的要求。磷元素和硫元素分別會增加鋼的冷脆性和熱脆性，分別降低鋼的塑性、延展性和韌性，含量越少越好，但磷元素和硫元素的降低需要大量的復雜工藝和成本，在上述范圍內的磷元素即可滿足扁鋼對導電性的要求。鈧元素能夠起到變質劑的作用促進晶粒細化，對扁鋼導電性、力學性能、焊接性能和耐腐蝕性能的提高具有重要作用。但如晶粒過細，會造成晶界過多，晶體缺陷密度的增加，晶界散射增加，進而增加電阻率，降低導電性。本發明加入上述含量的鈧元素能夠保證晶粒得到適度的細化，提高扁鋼的導電性。優選的，所述Mn與S的質量比≥16。更優選的，所述Mn與S的質量比≥20。Mn與S的質量比在上述范圍內，能夠有效保證S在扁鋼內以硫化錳的形式存在，避免S以FeS的形態存在于鋼中造成的熱脆性。以硫化錳形態存在，還可以起到斷屑作用，改善鋼的切削加工性能。本發明還提供了一種所述高導電性扁鋼的冶煉方法，包括如下步驟：將鋼液經轉爐冶煉、LF精煉后，成型即得；其中，轉爐冶煉的方法包括：向鋼液中喂AlFe合金、Al線進行冶煉，出鋼時加合成渣進行渣洗；LF精煉的方法包括：經轉爐冶煉的物料，精煉脫硫，喂SiCa線和Sc線。本發明通過轉爐冶煉，喂AlFe合金、鋁線進行脫氧合金化，和脫磷，進過轉爐冶煉使鐵水進入精煉爐前達到一定要求。在出鋼時通過合成渣渣洗，實現脫氧脫硫效果，減少鋼中氣體，降低鋼中夾雜；SiCa線精煉處理鋼液能夠有效降低鋼液中的氧和硫的含量，使硫化物和氧化物夾雜變為含鈣的球狀夾雜，同時減少夾雜物數量，凈化鋼液，達到所述扁鋼中各成分的要求，提高扁鋼質量。在加入Sc線在鋼液中引入Sc元素的同時，大幅度降低鋼液中的硫含量，提高扁鋼的導電性。出鋼時加入合成渣，利用出鋼過程強大的動能和勢能優勢，使鋼渣充分混合，不但能使合成渣提前熔化，同時高堿度、低熔點的合成渣與鋼水混合起到了渣洗精煉的作用，提高了鋼水的純凈度，有利于在精煉過程中進一步利用鋼渣的界面反應脫除鋼中的氧和硫。本發明的初始鋼液采用熱裝鐵水和廢鋼按比例混合得到，廢鋼的加入重量不超過10％。優選的，所述Sc線為鈧鐵合金線。更優選的，所述鈧鐵合金包括Sc和Fe。優選的，所述鈧鐵合金包括20±3wt％的Sc和80±3wt％的Fe。優選的，所述合成渣包括CaO、Al2O3、SiO2、MgO、S和P。優選的，所述合成渣按重量分數計包括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。進一步優選為，所述合成渣按重量分數計包括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。優選的，所述轉爐冶煉的出鋼溫度為1640-1680℃，優選為1660-1680℃。更優選的，所述轉爐冶煉時間為30-38min。轉爐冶煉輸送至LF精煉的時間為5-10min。優選的，所述LF精煉的進鋼溫度為1550-1560℃，所述LF精煉的出鋼溫度為1600-1620℃。LF精煉的進鋼溫度優選為1560-1580℃，出鋼溫度優選為1605-1615℃。更優選的，所述LF精煉的時間為45-60min。優選的，采用中包連澆精煉，所述中包溫度為1535-1555℃。優選的，采用連鑄工藝成型或軋制工藝成型。更優選的，所述連鑄工藝成型的拉速為1.0±0.2m/min。更優選的，所述軋制工藝的參數為：均熱溫度1200-1250℃，開軋溫度1000-1100℃，終軋溫度750-850℃，冷卻至400-500℃。優選的，所述AlFe合金的喂入量為1.5-3.5kg/t。以鋼液量計算，AlFe合金的喂入量為1.5-3.5kg/t。優選的，所述Al線的喂線速率≥5m/min，優選為15m/min。優選的，所述合成渣的用量占出鋼時鋼液的質量的0.3-0.4％。優選的，所述SiCa線的喂線速率≥4m/min，優選為4-5m/min。優選的，所述Sc線的喂入量為10kg±0.5kg每噸鋼液。與現有技術相比，本發明的有益效果為：(1)本發明的高導電性扁鋼通過上述的成分控制，使得所述扁鋼的電阻率δ≤12×10-8Ω·m(20℃)；(2)本發明所述的高導電性扁鋼的冶煉方法，能夠精確控制扁鋼中各成分的含量，在滿足力學性能、加工性能的前提下，減少晶體缺陷，最大程度降低電阻，提高導電性；(3)本發明所述的高導電性扁鋼作為電解鋁的陰極材料，在電解鋁的生產過程中能夠極大的節約電能，大幅度降低生產成本。具體實施方式下面將結合具體實施方式對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用于說明本發明，而不應視為限制本發明的范圍。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。實施例1本實施例所述的高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。實施例2本實施例所述的高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有C0.01％，Sc0.1％，Si0.25％，Mn0.1％，P0.015％，S0.008％，其余為Fe。實施例3本實施例所述的高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有C0.03％，Sc0.3％，Si0.2％，Mn0.1％，P0.015％，S0.006％，其余為Fe。實施例4本實施例所述的高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.4％，Si0.1％，Mn0.16％，P0.01％，S0.01％，其余為Fe。實施例5本實施例所述的高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.4％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。實施例6本實施例所述的高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.3％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。實施例7本實施例所述的高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.1％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。實施例8本實施例所述的高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.05％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。實施例9本發明實施例1-8中所述的高導電性扁鋼是通過以下方法冶煉得到的，所述冶煉方法包括如下步驟：(A)將熱裝鐵水和廢鋼混合，得到初始鋼液。所述初始鋼液入轉爐前，Si含量為0.3-0.6％、P含量≤0.1％、S含量≤0.045％，鋼液溫度≥1280℃。(B)步驟(A)中的鋼液經混鐵爐轉入轉爐中，根據冶煉需要，向轉爐鋼液中按1.5-3.5kg/t的量喂入AlFe合金、按15m/min的喂線速度喂入Al線，在1640-1680℃，優選1660-1680℃冶煉30-38min；出鋼時，加占出鋼時鋼液的質量的0.3-0.4％的合成渣進行渣洗，使到站鋼液含有C0.02-0.05％、Si0.15-0.25％、Mn≤0.18％、P≤0.015％、S≤0.030％、Als≥0.010％，優選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(生產廠商為酒鋼集團)中按重量分數計包括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質量分數為40％，余量為Fe。(C)步驟(B)經轉爐冶煉的物料，送入LF爐中，所述LF爐的進鋼溫度≥1550℃，優選進鋼溫度≥1560℃，精煉脫硫，按4-5m/min的喂線速度喂入SiCa線、按5m/min的喂線速度喂入Sc線，Sc線的喂入量為10kg±0.5kg每噸鋼液，所述LF爐的出鋼溫度為1600-1620℃，優選為1605-1615℃。到站鋼液中C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％。其中，所述Sc線為鈧鐵合金線，所述鈧鐵合金中Sc的質量分數為20％，余量為Fe。(D)將步驟(C)精煉結束后的鋼液進行連鑄成型，以1.0±0.2m/min的拉速制造出斷面為220mm×1250mm、220mm×1400mm和220mm×1580mm等大斷面扁鋼。采用連鑄成型的方式，形狀好，成分均勻，能耗低。得到的連鑄坯可直接進行軋制，得到扁鋼，根據實際需求選擇軋制工藝參數，如均熱溫度為1200-1250℃，開軋溫度為1000-1100℃，終軋溫度為750-850℃，風機冷卻至400-500℃。比較例1比較例1的扁鋼中按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.5％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。比較例2比較例2的扁鋼中按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.4％，Mn0.2％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。比較例3比較例3的扁鋼中按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.3％，P0.02％，S0.01％，其余為Fe。比較例4比較例3的扁鋼中按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.04％，S0.01％，其余為Fe。比較例5比較例3的扁鋼中按重量百分比計含有C0.04％，Sc0.2％，Si0.15％，Mn0.2％，P0.02％，S0.02％，其余為Fe。比較例6現有的Q195電極扁鋼。實驗例1為了對比說明本發明實施例1-8所述的扁鋼和比較例1-6的扁鋼的性能，參照實施例9中的冶煉方法以及連鑄成型制造出斷面為220mm×1580mm的大斷面扁鋼，對實施例1-8和比較例1-6所對應得到的扁鋼的性能進行測試，結果見下表1。表1不同扁鋼的性能測試結果屈服強度抗拉強度電阻率導熱率100℃實施例1150MPa315MPa10×10-8Ω·m(0℃)52W/(m·K)實施例2155MPa320MPa10×10-8Ω·m(0℃)51W/(m·K)實施例3146MPa312MPa10.5×10-8Ω·m(0℃)53W/(m·K)實施例4145MPa310MPa12×10-8Ω·m(0℃)54W/(m·K)實施例5155MPa330MPa11.5×10-8Ω·m(0℃)54W/(m·K)實施例6165MPa340MPa12×10-8Ω·m(0℃)52W/(m·K)實施例7150MPa330MPa10.5×10-8Ω·m(0℃)51W/(m·K)實施例8148MPa316MPa11×10-8Ω·m(0℃)53W/(m·K)比較例1147MPa330MPa18×10-8Ω·m(0℃)54W/(m·K)比較例2140MPa305MPa16×10-8Ω·m(0℃)52W/(m·K)比較例3160MPa340MPa19×10-8Ω·m(0℃)51W/(m·K)比較例4158MPa326MPa16×10-8Ω·m(0℃)53W/(m·K)比較例5144MPa313MPa17×10-8Ω·m(0℃)53W/(m·K)比較例6144MPa320MPa15.5×10-8Ω·m(0℃)54W/(m·K)由上表可知，本發明所述的高導電性扁鋼具有優異的導電性，能夠作為電解鋁的陰極材料，在電解鋁的生產過程中能夠極大的節約電能，大幅度降低生產成本。最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。當前第1頁1 2 3 

　　技術特征：

　　1.一種高導電性扁鋼，其特征在于，其按重量百分比計含有：C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余為Fe。

　　2.根據權利要求1所述的高導電性扁鋼，其特征在于，所述扁鋼中的Sc的含量為0.1-0.3％；

　　優選的，所述Sc的含量為0.2％。

　　3.根據權利要求1所述的高導電性扁鋼，其特征在于，所述扁鋼中C的含量為0.01-0.04％。

　　4.根據權利要求1所述的高導電性扁鋼，其特征在于，所述扁鋼中Mn的含量為0.01-0.2％；

　　優選的，所述扁鋼中Mn的含量為0.1-0.2％；

　　優選的，所述Mn與S的質量比≥16；

　　更優選的，所述Mn與S的質量比≥20。

　　5.根據權利要求1所述的高導電性扁鋼，其特征在于，所述扁鋼，其按重量百分比計含有：C 0.04％，Sc 0.2％，Si 0.15％，Mn 0.2％，P 0.02％，S 0.01％，其余為Fe。

　　6.權利要求1-5任一項所述的高導電性扁鋼的冶煉方法，其特征在于，包括如下步驟：將鋼液經轉爐冶煉、LF精煉后，成型即得；

　　其中，轉爐冶煉的方法包括：向鋼液中喂AlFe合金、Al線進行冶煉，出鋼時加合成渣進行渣洗；

　　LF精煉的方法包括：經轉爐冶煉的物料，精煉脫硫，喂SiCa線和Sc線。

　　7.根據權利要求6所述的高導電性扁鋼的冶煉方法，其特征在于，所述Sc線為鈧鐵合金線；

　　優選的，所述鈧鐵合金包括Sc和Fe；

　　優選的，所述鈧鐵合金包括20±3wt％的Sc和80±3wt％的Fe；

　　優選的，所述合成渣包括CaO、Al2O3、SiO2、MgO、S和P。

　　8.根據權利要求6所述的高導電性扁鋼的冶煉方法，其特征在于，所述轉爐冶煉的出鋼溫度為1640-1680℃；

　　優選的，所述LF精煉的出鋼溫度為1600-1620℃；

　　優選的，所述轉爐冶煉的出鋼溫度為1660-1680℃；

　　優選的，所述LF精煉的出鋼溫度為1605-1615℃；

　　優選的，所述轉爐冶煉的時間為30-38min；

　　優選的，所述LF精煉的時間為45-60min。

　　9.根據權利要求6所述的高導電性扁鋼的冶煉方法，其特征在于，所述Sc線的喂入量為10kg±0.5kg每噸鋼液；

　　優選的，所述AlFe合金的喂入量為1.5-3.5kg/t；

　　優選的，所述合成渣的用量占出鋼時鋼液的質量的0.3-0.4％。

　　10.權利要求1-5任一項所述的高導電性扁鋼在電解鋁領域的應用。

　　技術總結

　　本發明涉及扁鋼技術領域，尤其是涉及一種高導電性扁鋼及其冶煉方法和應用。所述高導電性扁鋼，其按重量百分比計含有：C≤0.04％，0＜Sc≤0.4％，Si≤0.25％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.01％，其余為Fe。其冶煉方法包括：將鋼液經轉爐冶煉、LF精煉后，成型即得；其中，轉爐冶煉的方法包括：向鋼液中喂AlFe合金、Al線進行冶煉，出鋼時加合成渣進行渣洗；LF精煉的方法包括：經轉爐冶煉的物料，精煉脫硫，喂SiCa線和Sc線。所述扁鋼具有優異的導電性，可作為電解鋁的陰極材料，在電解鋁的生產過程中能夠極大的節約電能，大幅度降低生產成本。

　　技術研發人員：唐興昌;

　　受保護的技術使用者：蘭州理工大學;

　　技術研發日：2018.01.30

　　技術公布日：2018.06.19