CN113913698A - 一种高强高导电性扁钢及其制造方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电解铝行业用电极扁钢技术领域，公开了一种高强高导电性扁钢及其制造方法与应用，所述高强高导电性扁钢按重量百分比计，由C≤0.006％，Si≤0.05％，0.15％≤Mn≤0.20％，P≤0.02％，S≤0.004％，Ti≤0.05％，以及余量Fe及不可避免的杂质组成。本发明的高强高导电性扁钢通过成分控制，使得所述扁钢的电阻率δ≤11×10‑8Ω·m(20℃)，屈服强度Rp0.2≥355MPa；本发明的高强高导电性扁钢的冶炼及加工方法，通过精确控制扁钢中各成分的含量、加工过程中轧制温度、冷却温度，使电极扁钢的导电性大幅提升，强度也因Ti元素的加入大幅提升。

Description

一种高强高导电性扁钢及其制造方法与应用
技术领域
本发明属于电解铝行业用电极扁钢技术领域，尤其涉及一种高强高导电性扁钢及其制造方法与应用。
背景技术
目前，随着绿色概念的不断普及，全球对生态环境重视程度的日益提高，国家新宏观调控政策的出台，企业面临节能减排的压力越来越大。我国制造业对高强高导电性钢铁材料的需求也日益旺盛。2018年中国电解铝产量为3678万吨。据统计，我国每吨电解铝平均耗电量为14000千万时，电力成本占了总成本的45％左右。电极扁钢作为铝电解阴极组装的重要部分，是能耗散失的重要环节。电极扁钢的导电性越高，电解铝生产过程中电流损耗越小。提高电极扁钢的导电性可以有效的节约电能，而另一方面若能够同时提高电极扁钢的强度，将会大大延长电极扁钢的使用时间，进一步实现电解铝行业的绿色制造。
目前，中国电解铝产能巨大，在电解铝的生产过程中其电能消耗占生产成本的36％，电极扁钢作为电解铝生产的关键部件，其导电率的高低直接影响着电解铝的生产成本高低。高强高导电性电极扁钢的开发，使进一步降低电解铝企业的生产成本成为可能。通过高强高导电性电极扁钢的应用，使电解铝生产成本降低约25元/吨。由此，可以看出高强高导电性电极扁钢有着广泛的应用前景。
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。因此，亟需一种新的高强高导电性扁钢及其制造方法。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现阶段常用的电极扁钢材料高温下的导电性制约了其进一步发展。
解决以上问题及缺陷的难度为：
目前，导电用钢的导电性调控手段主要为钢中C、N、Mn等元素含量的调整，通过降低钢基体的畸变能以提高其导电性。单纯降低钢中C、N、Mn等元素的方法虽然可以提高钢材的导电性，但是钢的强度势必会随钢中固溶元素的减少而降低，无法实现高导电与高强度的统一。另外，钢中的C、N、Mn等元素在降低到一定程度以后，如进一步降低则会对钢铁冶炼技术提出更高更严苛的要求，实际制造成本也随之大幅增加。由此可见，在现有调控手段下难以进一步提高导电用钢的导电性和强度，这已成为制约导电用钢发展与扩大应用的瓶颈。
解决以上问题及缺陷的意义为：
随着绿色概念的不断普及，全球对生态环境重视程度日益提高，企业面临节能减排的压力越来越大。高导高强钢不仅可以有效降低生产及电力输送过程中的电流损耗，还可大幅降低电极扁钢等导电用钢的成本和用量，对于制造业的节能减排以及绿色制造具有重要意义。
因此，在现有洁净钢冶炼及加工条件下，探索导电用钢的导电性调控的新方法，实现导电用钢高强度与高导电的性能最优化配置，是突破目前导电用钢应用与发展瓶颈的关键。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高强高导电性扁钢及其制造方法与应用。
本发明是这样实现的，一种高强高导电性扁钢，所述高强高导电性扁钢按重量百分比计，由C≤0.006％，Si≤0.05％，0.15％≤Mn≤0.20％，P≤0.02％，S≤0.004％，Ti≤0.05％，以及余量Fe及不可避免的杂质组成；
所述扁钢具有优异的导电性和强度，电阻率δ≤13×10-8Ω·m，20℃。
进一步，所述扁钢中Ti的含量为0.01～0.05％；所述Ti的含量优选为0.05％。
进一步，所述扁钢中C的含量为0.001～0.006％。
进一步，所述扁钢中Mn的含量为0.15～0.2％，所述扁钢中Mn的含量优选为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。
进一步，所述高强高导电性扁钢按重量百分比计，由C 0.006％，Ti 0.05％，Si0.05％，Mn 0.2％，P 0.02％，S 0.004％，以及余量Fe及不可避免的杂质组成。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的高强高导电性扁钢的高强高导电性扁钢的制造方法，所述高强高导电性扁钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一，将钢液转炉冶炼：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；
步骤二，LF精炼：经转炉冶炼的物料，精炼脱硫，喂SiCa线和Ti线；
步骤三，LF精炼后，RH真空脱气，采用连铸工艺成型为方形铸坯；随后轧制成电极扁钢。
进一步，所述转炉冶炼的出钢温度为1640～1680℃，所述转炉冶炼输送至LF精炼的时间为5～10min；
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℃；
优选的，所述LF精炼的进钢温度为1560～1580℃；
优选的，所述转炉冶炼的出钢温度为1660～1680℃；
优选的，所述LF精炼的出钢温度为1605～1615℃；
优选的，所述转炉冶炼的时间为30～38min；
优选的，所述LF精炼的时间为45～60min。
进一步，步骤二中，采用中包连浇精炼，所述中包温度为1535～1555℃；所述Ti线为钛铁合金线；
优选的，所述钛铁合金包括Ti和Fe；
优选的，所述钛铁合金包括20±3wt％的Ti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CaO、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；
更优选的，所述合成渣按重量分数计包括65.74％的CaO、16.74％的Al2O3、4.06％的SiO2、2.18％的MgO、0.044％的S和0.01％的P。
所述Ti线的喂入量为10kg±0.5kg每吨钢液；
优选的，所述AlFe合金的喂入量为1.5～3.5kg/t；
所述Al线的喂线速率≥5m/min，优选为15m/min；
所述SiCa线的喂线速率≥4m/min，优选为4～5m/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％。
进一步，步骤三中，采用连铸工艺成型或轧制工艺成型；
优选的，所述连铸工艺成型的拉速为1.0±0.2m/min；
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℃。
本发明的另一目的在于提供一种所述的高强高导电性扁钢在电解铝领域的应用。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的高强高导电性扁钢的制造方法能够有效精确控制扁钢中各成分在一定范围内，提高扁钢的导电性和强度。
本发明制造得到的高强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。
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≤13×10-8Ω·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。
本发明提供的扁钢的含量能够满足使用要求，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。
钛元素易和钢铁中的碳元素形成碳化钛，其结合力强，稳定且能阻止晶粒长大，从而达到晶粒细化，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钛元素能够保证晶粒得到适度的细化，提高扁钢的导电性，增加扁钢的强度。
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Ti线在钢液中引入Ti元素的同时，大幅度降低钢液中的硫含量，提高扁钢的导电性和强度。
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。
与现有技术相比，本发明的有益效果还包括：
(1)本发明的高强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≤13×10-8Ω·m(20℃)，屈服强度≥355MPa；
(2)本发明的高强高导电性扁钢的冶炼及加工方法，通过精确控制扁钢中各成分的含量、加工过程中轧制温度、冷却温度，使电极扁钢的导电性大幅提升，强度也因Ti元素的加入大幅提升。
(3)本发明的高强高导电性扁钢作为电解铝的阴极材料，通过提高其强度，使电极扁钢的服役性能大幅提升，由目前普通电极扁钢的1年提升为1.5年左右，导电性提高，使电解铝生产消耗的电能减少15％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的高强高导电性扁钢的制造方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高强高导电性扁钢及其制造方法与应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的高强高导电性扁钢按重量百分比计，由C≤0.006％，Si≤0.05％，0.15％≤Mn≤0.20％，P≤0.02％，S≤0.004％，Ti≤0.05％，以及余量Fe及不可避免的杂质组成。
如图1所示，本发明实施例提供的高强高导电性扁钢的制造方法包括以下步骤：
S101，将钢液转炉冶炼：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；
S102，LF精炼：经转炉冶炼的物料，精炼脱硫，喂SiCa线和Ti线；
S103，成型：LF精炼后，采用连铸工艺成型为方形铸坯；随后轧制成电极扁钢；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℃。
本发明的第一目的在于提供一种高强高导电性扁钢，所述扁钢具有优异的导电性和强度，电阻率δ≤13×10-8Ω·m(20℃)。
本发明的第二目的在于提供一种高强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，提高扁钢的导电性和强度。
本发明的另一目的在于提供一种所述高强高导电性扁钢在电解铝领域的应用，所述高强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：
一种高强高导电性扁钢，其按重量百分比计含有：C≤0.006％，Si≤0.05％，0.15％≤Mn≤0.20％，P≤0.02％，S≤0.004％，0.01≤Ti≤0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质。
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≤13×10-8Ω·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。
优选的，所述扁钢中的Ti的含量为0.05％。
优选的，所述扁钢中C的含量为0.001～0.006％。
优选的，所述扁钢中Mn的含量为0.15～0.2％，优选为0.1～0.2％。
优选的，所述扁钢中Si的含量≤0.05％。
优选的，所述扁钢，其按重量百分比计含有：C 0.006％，Ti 0.05％，Si 0.05％，Mn0.2％，P 0.02％，S 0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质。
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。
钛元素易和钢铁中的碳元素形成碳化钛，其结合力强，稳定且能阻止晶粒长大，从而达到晶粒细化，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钛元素能够保证晶粒得到适度的细化，提高扁钢的导电性，增加扁钢的强度。
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强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Ti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Ti线在钢液中引入Ti元素的同时，大幅度降低钢液中的硫含量，提高扁钢的导电性和强度。
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Ti线为钛铁合金线。更优选的，所述钛铁合金包括Ti和Fe。
优选的，所述钛铁合金包括20±3wt％的Ti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CaO、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CaO、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Ti线的喂入量为10kg±0.5kg每吨钢液。
本发明中高强高导电性扁钢的冶炼工艺详细步骤如下所示：
1、成分占比(见表1)
表1成分占比
Figure BDA0003316166800000101
Figure BDA0003316166800000111
2、工艺路线
DES→BOF→LF→RH→常规板坯。
3、成品控制范围(见表2)
表2成品控制范围
成分 C Si Mn P S
％ ≤0.005 ≤0.03 ≤0.18 ≤0.02 ≤0.01
4、生产技术条件和组织要求
4.1生产前确认铁水成分、温度的情况，当铁水成分Si≤0.45％、铁水温度低于1280℃或铁水S含量≥0.070％时，需提前4h根据各高炉铁水成分协调调入，保障入厂铁水冶炼条件；当铁水热量出现大幅度变化时，根据热量情况调整装入。
4.2冶炼实验钢前必须组织1炉低碳钢对RH炉进行洗槽处理，执行《CSP门板SPHC-MB RH炉洗炉钢水生产技术要点》。
4.3RH处理必须保证插入管提升气体管路至少有8根透气性良好；生产前进行检漏，保证最低真空度能到达在1mbar以下；确认真空槽内的冷钢状态，必要时进行冷钢清除。
4.4冶炼实验钢炉次采用透气性良好的周转热包，严格控制包口、包底的残钢和残渣，要求包衬干净无残钢、残渣；该钢包在浇铸本钢种前1～2炉浇铸的是低碳钢；要求钢包从上一炉次浇注下台至送到转炉钢包车的时间不得大于70min，钢包温降(出钢至进站)小于80℃，空包重62±2t。
4.5转炉必须在出钢口、挡渣效果良好的炉座进行生产。
4.6在冶炼前通知化验室做好超低碳钢的化验准备工作。
5、工序时间(min)(见表3)
表3工序时间(min)
DES BOF BOF-RH RH RH-LF LF LF-CCM
35～45 38～44 5～7 60～65 5～7 45～60 ≤10
6、工序温度(℃)(见表4)
表4工序温度(℃)
Figure BDA0003316166800000121
注：液相线温度1530～1533℃。
7、转炉
7.1入转炉铁水S≤0.004％，混铁炉出铁119±1吨，组织铁水脱硫，组织回称、补铁，铁水量控制在117±1吨，入转炉总装入量137±1吨。
7.2确保C-T协调出钢，终点控制：C含量0.04％～0.06％之间，T＝1650～1680℃，P＜0.011％，S≤0.010％。
7.3底吹采用氮氩切换，要求底吹强度≥0.05m3/(t.min)。
7.4出钢过程控制下渣，不加脱氧剂，不加小粒石灰和合成顶渣。
8、LF
8.1钢水进站S含量的控制目标S≤0.010％；若进站S≥0.017％，温度≤1560℃改钢种SPHC，改由LF处理后直接上铸机浇注；连续两炉进站S≥0.015％时，第三炉改钢种SPHC，由LF炉处理后直接上铸机浇注。
8.2进站定氧，依据定氧值确定铝线喂入量，每1ppm[O]对应喂入铝线0.5m；铝线喂入后向钢包表面均匀加入顶渣改质剂300kg/炉，要求改质后(FeO)≤3.0％。
8.3加入渣料埋弧升温：参考加入量：石灰900～1100kg，萤石依据顶渣流动性配加。
8.4 LF处理期间微正压操作，控制吹氩强度，过程升温次数控制在3次以内，控制钢水吸氮。
8.5出站炉渣高粘度控制；钢中Als含量控制范围≤0.015％，控制目标为0.008％～0.010％。
8.6进RH炉要求(见表5)
表5进RH炉要求
C％ Si％ Mn P％ S％ Als，％ 温度℃
≤0.06 ≤0.015 ≤0.20 ≤0.015 ≤0.010 ≤0.015 1650～1670
9、RH
9.1钢包车开至喂丝位测温、取样、测渣厚、取渣样；确认钢包底吹状态及有无脱落的电极头，发现电极头时及时组织使用专用工具进行打捞。
9.2开至处理位进行预抽真空处理模式。插入深度≥500mm。
9.3真空处理过程控制如下：
9.3.1开启真空泵后，浸渍管插入深度距插入管耐材上沿100mm～150mm。
9.3.2真空度控制。开启5a泵、5b泵进行预抽，顶升到位后开启4a、4b泵，废气流量降至3000m3/h以下进行强制吹氧脱碳，吹氧结束定氧后开启1级泵。若自由氧含量不足在4b泵下补吹，补吹结束后开启1级泵。
9.3.3提升气体控制。真空泵开启段(4a、4b泵)60m3/h；强制吹氧脱碳段80m3/h、自然脱碳段90m3/h(插入管使用寿命大于30次时，流量调整至100m3/h)，净循环段90m3/h(插入管使用寿命大于30次时，流量调整至100m3/h)。
9.3.4顶枪控制。枪位12300mm，氧气流量1600m3/h；脱碳结束残氧控制在300～450ppm。依据定氧、取样结果，确定合金成分配加量，加铝4min后测温、取样。
9.3.5钢水进站后，根据钢包过程降温幅度做好温度调整；废气中CO、CO2≤3％脱氧合金化，加铝循环3min后配钛(不使用钛线时加入钛铁，参考加入量：60～80kg；钛铁加入后净循环5min)；净循环3～5min破空；Als控制在450～550ppm。破空后进行顶渣二次改制及钙处理。
9.3.6真空处理时间控制在32～35min(脱碳时间16～20min左右；加铝2min；纯脱气时间≥5min)。
9.3.7破空后开启底吹氩进行调渣作业，钢包车开至喂丝位加入铌铁(参考加入量：50～70kg)，铌铁加完后再进行调渣作业，成渣后(绿白渣，(FeO+MnO)≤1.5％)将底吹氩调整至净吹状态取样，要求钙前净吹时间大于3min；钙处理后大于3min后喂入钛线(参考喂入量：增钛幅度0.0002％/m，总量参考150～200m)。
9.3.8钙处理要求：钙处理前5min之内不得加入铝合金调整钢中Als成分，喂入金属钙铝线200～300m(根据过程喷溅情况适当调整)，喂线速度≥240m/min；出站钢水Ca/Als目标：0.10～0.12；钙处理后净吹时间5～8min；关闭底吹氩至钢包开浇期间的时间大于15min。
9.3.9出站前关闭底吹氩，并加入8～12袋无碳覆盖剂。
9.4RH炉出站成分控制要求(见表6)
表6 RH炉出站成分控制要求
成分 C Si Mn P S Als
％ ≤0.0045 ≤0.03 ≤0.18 ≤0.02 ≤0.008 0.030～0.050
10、连铸工艺
10.1液相线1530～1533℃，中间包温度1550～1570℃。
10.2中包使用无碳覆盖剂，结晶器使用超低碳钢保护渣浇注
10.3温度与拉速匹配(见表7)
表7温度与拉速匹配
Figure BDA0003316166800000141
10.4典型拉速匹配(参考)(见表8)
表8典型拉速匹配
Figure BDA0003316166800000142
Figure BDA0003316166800000151
11、判定要求(％)(见表9)
表9判定要求(％)
成分 C Si Mn P S Als
判定 0.002～0.005 0.015～0.03 ≤0.18 ≤0.018 ≤0.008 0.005～0.045
12、渣样和气体试样的取样要求
12.1渣样要求(见表10)
表10渣样要求
取样点 样品名称 样品标识 备注
转炉终点 渣样 炉次号-终点
RH 渣样 炉次号-RH-进站、吹氧结束、钙处理前、出站
12.2气体样要求(见表11)
表11气体样要求
取样点 样品名称 样品标识 备注
RH 气体样 炉次号-RH-进站、吹氧结束、出站 主检[N]、[O]
中间包 气体样 炉次号-CCM 主检[N]、[O]
本发明中还提供了特有的高强高导电性扁钢的现场轧制工艺，如下所示：
均热温度1200～1250℃，开轧温度1000～1100℃，终轧温度750～850℃，冷却至400～500℃。
本发明的高强高导电性扁钢通过成分控制，使得所述扁钢的电阻率δ≤11×10-8Ω·m(20℃)，屈服强度Rp0.2≥355MPa；本发明的高强高导电性扁钢的冶炼及加工方法，通过精确控制扁钢中各成分的含量、加工过程中轧制温度、冷却温度，使电极扁钢的导电性大幅提升，强度也因Ti元素的加入大幅提升。
本发明通过降低钢中C含量，加入Ti元素，使钢基体中的间隙C、N元素以Ti(C、N)的形式析出。在加工过程中，精准控制轧制温度、冷却温度，由此对钢铁材料加工过程中的再结晶及相变行为进行控制，使钢基体中晶粒大小在10～20μm左右，在使电阻率δ≤11×10-8Ω·m(20℃)，最大程度的产生细晶强化作用，以提高其强度。同时，通过在钢中加入Ti元素使钢基体中的间隙C、N元素以Ti(C、N)的形式析出，降低基体晶格畸变能提高其导电性，同时，由于Ti(C、N)粒子析出，产生很强的析出强化作用，使电极扁钢强度大幅提高。本发明的高强高导电性扁钢作为电解铝的阴极材料，通过提高其强度，使电极扁钢的服役性能大幅提升，由目前普通电极扁钢的1年提升为1.5年左右，导电性提高，使电解铝生产消耗的电能减少15％。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
本实施例所述的高强高导电性扁钢其按重量百分比计含有C 0.006％，Ti0.025％，Si 0.05％，Mn 0.2％，P 0.02％，S 0.004％，其余为Fe。
实施例2
本实施例所述的高强高导电性扁钢其按重量百分比计含有C 0.001％，Ti0.03％，Si 0.05％，Mn 0.1％，P 0.015％，S 0.003％，其余为Fe。
实施例3
本实施例所述的高强高导电性扁钢其按重量百分比计含有C 0.005％，Ti0.04％，Si 0.045％，Mn 0.1％，P 0.015％，S 0.003％，其余为Fe。
实施例4
本实施例所述的高强高导电性扁钢其按重量百分比计含有C 0.006％，Ti0.05％，Si 0.01％，Mn 0.16％，P 0.01％，S 0.004％，其余为Fe。
实施例5
本发明实施例1中所述的高强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C 0.002～0.005％、Si0.15～0.25％、Mn≤0.18％、P≤0.015％、S≤0.003％、Als≥0.010％，优选C 0.006％、Si 0.15～0.20％、Mn≤0.15％、P≤0.013％、S≤0.025％、Als 0.015～0.030％。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CaO、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Ti线，Ti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≤0.006％，Ti≤0.05％，Si≤0.05％，Mn≤0.2％，P≤0.02％，S≤0.004％。其中，所述Ti线为钛铁合金线，所述钛铁合金中Ti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C 0.01％，Ti 0.06％，Si 0.05％，Mn0.2％，P 0.02％，S 0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。
比较例2
比较例2的扁钢中按重量百分比计含有C 0.006％，Si 0.07％，Mn 0.2％，P0.02％，S 0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。
比较例3
比较例3的扁钢中按重量百分比计含有C 0.006％，Ti 0.1％，Si 0.03％，Mn0.3％，P 0.02％，S 0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。
比较例4
比较例4的扁钢中按重量百分比计含有C 0.1，Si 0.03％，Mn 0.3％，P 0.04％，S0.004％，其余为Fe及不可避免的杂质。
比较例5
比较例3的扁钢中按重量百分比计含有C 0.006％，Ti 0.025％，Si 0.03％，Mn0.2％，P 0.02％，S 0.002％，其余为Fe及不可避免的杂质。
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所述的扁钢和比较例1的扁钢的性能，参照实施例2中的冶炼方法以及连铸成型制造出断面为220×1580的大断面扁钢，对实施例1和比较例1所对应得到的扁钢的性能进行测试，结果见表14。
表14不同扁钢的性能测试结果
Figure BDA0003316166800000181
Figure BDA0003316166800000191
由上表可知，本发明所述的高强高导电性扁钢具有优异的导电性和强度，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。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强高导电性扁钢，其特征在于，所述高强高导电性扁钢按重量百分比计，由C≤0.006％，Si≤0.05％，0.15％≤Mn≤0.20％，P≤0.02％，S≤0.004％，Ti≤0.05％，以及余量Fe组成。
2.如权利要求1所述的高强高导电性扁钢，其特征在于，所述扁钢中Ti的含量为0.01～0.05％；所述Ti的含量为0.05％。
3.如权利要求1所述的高强高导电性扁钢，其特征在于，所述扁钢中C的含量为0.001～0.006％。
4.如权利要求1所述的高强高导电性扁钢，其特征在于，所述扁钢中Mn的含量为0.15～0.2％，所述扁钢中Mn的含量优选为0.1～0.2％；
所述Mn与S的质量比≥20。
5.如权利要求1所述的高强高导电性扁钢，其特征在于，所述高强高导电性扁钢按重量百分比计，由C 0.006％，Ti 0.05％，Si 0.05％，Mn 0.2％，P 0.02％，S 0.004％，以及余量Fe组成。
6.一种应用如权利要求1～5任意一项所述的高强高导电性扁钢的高强高导电性扁钢的制造方法，其特征在于，所述高强高导电性扁钢的制造方法包括以下步骤：
步骤一，将钢液转炉冶炼：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；
步骤二，LF精炼：经转炉冶炼的物料，精炼脱硫，喂SiCa线和Ti线；
步骤三，LF精炼后，RH真空脱气，浇筑成连铸方坯，再经过轧制即得。
7.如权利要求6所述的高强高导电性扁钢的制造方法，其特征在于，所述转炉冶炼的出钢温度为1640～1680℃，所述转炉冶炼输送至LF精炼的时间为5～10min；
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℃。
8.如权利要求6所述的高强高导电性扁钢的制造方法，其特征在于，步骤二中，采用中包连浇精炼，所述中包温度为1535～1555℃；所述Ti线为钛铁合金线；
所述钛铁合金包括Ti和Fe；
所述钛铁合金包括20±3wt％的Ti和80±3wt％的Fe；
所述合成渣包括CaO、Al2O3、SiO2、MgO、S和P；
所述合成渣按重量分数计包括65～66％的CaO、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；
所述合成渣按重量分数计包括65.74％的CaO、16.74％的Al2O3、4.06％的SiO2、2.18％的MgO、0.044％的S和0.01％的P；
所述Ti线的喂入量为10kg±0.5kg每吨钢液；
所述AlFe合金的喂入量为1.5～3.5kg/t；
所述Al线的喂线速率≥5m/min，优选为15m/min；
所述SiCa线的喂线速率≥4m/min，优选为4～5m/min；
所述合成渣的用量占出钢时钢液的质量的0.3～0.4％。
9.如权利要求6所述的高强高导电性扁钢的制造方法，其特征在于，步骤三中，采用连铸工艺成型或轧制工艺成型；
所述连铸工艺成型的拉速为1.0±0.2m/min；
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℃。
10.一种如权利要求1～5任意一项所述的高强高导电性扁钢在电解铝领域的应用。
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