高电导率钢芯铝绞线|高电导率铝杆|高电导率硬铝线-高电导率钢芯铝绞线的铝杆的制造-河北环亚线缆有限公司

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高电导率钢芯铝绞线的铝杆的制造

来源:http://www.hbhyxl.com 发布时间:2017/8/7 8:40:19

高电导率钢芯铝绞线的铝杆的制造

随着国民经济(尤其是长三角等区域经济)的快速发展,用电负荷急剧攀升。为了实现电能长距离输送,广大电力科技工作者面临着如何提高输电线路容量、降低线路损耗的难题。众所周知,若在一定电压条件下输送电能,则输送的容量越大,线路损耗也就越大。据有关资料报道,我国电网输电线路每年电能损耗高达传输电量的8.0%以上,约有四千亿至六千亿度电能在线路上因发热而白白浪费掉。针对传统导线线损大、电能传输效率低、难以节能环保经济运行的缺点,近年来国家电网公司大力倡导开发、推广应用节能型导线,在众多节能型导线中尤以高电导率钢芯铝绞线的节能 效果_为明显。因此,本公司积极响应国家电网公司的号召,组织力量快速开发了一种具有力学性能好、电导率高、能耗低等特点的高电导率(63%IACS)钢芯铝绞线节能导线产品为电网建设服务。

高电导率(63%IACS)钢芯铝绞线开发的关键技术主要有以下三方面:高电导率铝杆的制造、高电导率硬铝线的拉制、高电导率硬铝线的绞制成型。

高电导率铝杆的制造

为了得到高电导率铝杆,铝液成分的控制十分关键。众所周知,铝的纯度越高,其导电性能越好。目前,重熔用铝锭中铝的纯度基本保持在99.80%左右,通过各种措施提纯的高品位 的铝锭可达到99.95%~99.99%,而这种通过提高纯度的高品位铝锭的价格较普通铝锭要高出50%左右,这使其下游产业难以接受,因此完全通过提高铝锭的纯度来提高铝杆的电导率虽然能实现但十分不经济。

通过对重熔用铝锭化学分析发现,通常铝锭中的杂质主要为Fe、Si、Mg、Cu、Ti、V、Cr、Mn等。有资料表明,影响铝杆强度和电导率的主要元素为Fe、Si、Ti、V、Cr、Mn,由此可以通过控制铝锭中影响铝杆电导率的关键杂质元素的含量来改善铝杆的电导率。通过试验综合比较,选择了Al99.85牌号的铝锭,并对每件铝锭进行元素光谱抽样分析,筛选出各成分质量百分比符合要求(WSi≤0.05%、WFe≤0.10%、WAl≥99.85%)的铝锭用来生产高电导率铝杆。

铝杆连铸连轧工艺控制

铝杆连铸连轧工艺控制主要包括以下五方面:铝液成分的控制、铝液的精炼与净化处理的控制、浇铸温度和冷却工艺的控制、高电导率铝杆轧制的控制、高电导率铝杆性能的控制。

在铝液成分的控制过程中,为了保证炉内铝液成分能满足高电导率铝杆要求,先在熔铝前对熔炼炉进行彻底的清炉处理,避免炉内残余渣物对铝液造成二次污染。在熔铝时,对铝液成分进行取样分析,并根据分析结果加入适量的B,B与铝液中的有害杂质Ti、V、Cr、Mn等发生反应,生成硼化物或其去杂化合物,这些生成物在铝液固溶处理时转变为析出态而沉淀于炉底,降低铝液中因有害杂质引起的导体内部晶体畸变。通过加入适量的B还能增加铝液中结晶核的梳理,细化晶粒。但应注意,B的添加形式一般为铝硼中间合金锭 AlB3,而铝硼中间合金锭AlB3也含有杂质,如Fe、Si、Mg等,如果这些杂质含量超标,也会相应使铝液中的杂质成分提高,因此应严格控制铝硼中间合 金锭AlB3中的杂质成分,即必须确保铝硼中间合金锭AlB3采用的铝基体为99.85%铝锭。同时,多次试验发现,当B超过一定量时,铝杆的塑性会降低,因此铝硼中间合金锭AlB3的添加量必须适度。

通常炉内铝液成分质量百分比控制在一定范围内,即WFe=0.07%~0.12%、WSi≤0.06%、WB=0.010%~0.040%、WV+Cr+Mn+Ti≤0.002%。通过试验发现,WFe/WSi的比值越小,铝杆的电阻率越小,同时理论上仅当WFe/WSi>1时Fe、Al、Si才能形成α(Al12Fe3Si2)相为主的形态,从而减少β(Al9Fe2Si2)相造成的铸锭裂纹,有利于高电导率铝杆生产的连续性,因此根据实际生产验证结果将WFe/WSi严格控制在1.5~2.0。图1对比了常规铝锭与优化处理后高电导率铝锭的金相,可见经过在铝液中添加B优化处理,铝液中形成了AlB2、TiB2相粒子,从而增加了铝液凝固时的非均匀形核细化组织。


当铝液浇铸冷却时,铝液中的氢的溶解度会降低为原来的10%,析出的氢会在铸坯中造成气孔、空心等缺陷,使得坯料轧制后存在针眼、缩孔、起皮等缺陷,为了避免此现象,必须对 铝液进行精炼处理。在铝液的精炼与净化处理过程中,应根据实测100g铝液的含氢量(一般在0.25ml以上)进行工艺控制;待熔炼炉中铝液温度降至760~780℃时,将精炼剂(由纯净的KCl、NaCl、NaAlF6组成,按炉料量的0.10%~0.15%)随着N2自熔炼炉底部注入,精炼剂和N2在熔炼炉内缓慢移动,从里到外、从下而上、不留死角,铝液翻腾高度控制在50mm以下,使精炼剂和铝液充分接触,通过精炼剂和N2的吸附和化学作用把铝液中的杂质和H2带出液面,精炼时间控制在25~30min;精炼结束后应静置3~5min,待气泡停止冒出液面,再扒出浮渣。

在浇铸温度控制过程中,浇铸温度过高,则高电导率铝杆的晶粒粗大,力学性能降低;浇铸 温度过低,则铝液流动性相对较差,铝液内的气体排逸速度慢,如铝液凝固时不能及时补缩,在铸坯内易造成缩孔和松疏。理论上,在保证金属液体流动的前提下,应尽量降低浇铸温度,以获得晶粒度较好的组织。通过试验发现,在浇铸过程中应严格将保温炉内铝液温度控制在730~750℃,当铝液温度降至下限时应及时升温,当铝液温度过高时应通过调整铝液流量、添加冷料等方法及时降温;铝液浇铸温度应严格控制在690~720℃,并尽量减少液面波动,以获得较理想的细小、致密的结晶组织,在铸坯过程中应保持适宜的冷却强度。通过反复试验验证,在结晶铸坯冷却工艺控制过程中结晶轮外冷压力宜为0.05~0.20MPa,结晶轮内冷压力宜为0.10~0.25MPa,结晶轮侧冷压力宜为0.05~0.15MPa,采用分区冷却,冷却水温度宜低于35℃,应合理调整各区冷却水压力。

在高电导率铝杆轧制过程中,轧制速度、轧制温度和乳化液润滑温度均对轧制的高电导率铝杆性能有直接的影响。轧制速度快,则铝杆抗拉强度低、延伸率高,反之则抗拉强度高、延伸率低,生产中应根据高电导率铝杆的性能要求调整轧制速度。轧制温度由铝锭坯入轧温度、轧制速度以及乳化液温度所决定。由于铝杆经多道次轧制,各道次变形量不同,前后道次的轧制温度也不一样,导致各道次轧制变形硬化和再结晶软化各有差异,因此可通过调整铸坯时的冷却水温度和轧制速度以控制入轧温度,调整轧制过程中的乳化液温度和 流量以控制终轧温度。通过反复试验验证,轧制时入轧温度宜为480~510℃,乳化液温度宜为30~45℃,终轧温度宜为280~320℃。

由于高电导率铝杆中所含杂质成分有限,在其后续拉丝冷加工变形过程中制得的高电导率硬铝线抗拉强度提升程度稍低于由普通铝杆拉制的普通硬铝线,因此必须对高电导率铝杆的抗拉强度进行控制。对于拉制不同线径的高电导率硬铝线,高电导率铝杆的抗拉强度控制是不同的,而且铝杆在成圈过程中应进行适度的冷却处理,控制单件铝杆的重量,以确保硬铝线抗拉强度的均匀性。表1列出了本公司拉制高电导率(63%IACS)硬铝线所用的高电导率铝杆的性能指标。


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