CN102610294B - 节能高强度铝合金线的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种节能高强度铝合金线及其制造方法，具体地说是一种用于输电线路架空导线的导体材料制造技术，属于电力设备技术领域。本发明通过熔炼、调配铝合金、净化、炉前快速分析、细化晶体、除气、保温过滤、水平浇铸、进轧控制和铝杆轧制、铝线拉拔和实效退火制备出产品铝合金线。本发明可制造出导电率在53.5%IACS以上的铝合金线，强度≥325MPa，其余性能满足《架空导线用铝-镁-硅合金圆线》中LHA1的技术要求。该铝合金线可绞合成铝合金芯绞线，配合高导硬铝线可制造出导电率在63%IACS以上高导电率铝合金芯硬铝导线，该导线可有效降低线路损耗8%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能高强度铝合金线及其制造方法，具体地说是一种用于输电线路架空导线的导体材料制造技术，属于电力设备技术领域。
背景技术
当前世界电力工业发展大容量远距离输电，架空导线仍以采用大截面的钢芯铝绞线为主，但为了减少电能损耗，改善导线的弧垂特性，降低线路造价，铝合金导线开始走上舞台。在欧洲，以法国为例，其输电线路的导线绝大多数采用高强度铝合金导线，它不仅改善线路质量，延长导线使用寿命，同时还降低了线路造价。在美国铝合金导线也被作为重要品种来使用。在日本，不但为了要输送大容量的电能，而且由于土地限制，将在原有线路上架设新型导线输送更多的容量，因此耐热铝合金导线被广泛应用，在输电线路中已超过50%采用高强度铝合金和耐热铝合金。即使像印度这样发展中的国家，其超高压输电线路也采用高强度铝合金导线。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种节能高强度铝合金线及其制造方法。
按照本发明提供的技术方案，节能高强度铝合金线，按重量百分比计配方如下：Si 0.4%~0.7%； Fe 0.15%~0.25%；Mg 0.5%~1.0%，其余为Al；
所述铝合金线导电率≥53.5%IACS，强度≥295Mpa。
节能高强度铝合金线的制造方法，按质量百分比计步骤为：
（1）熔炼：精选铝锭，将精选后的铝锭放入冲天炉中进行熔化，熔铝过程中当保温炉内的铝液上升过半后，在熔铝炉至保温炉的流槽内加入Al-B硼铝中间合金，待熔融铝液将硼铝中间合金融化后，流入保温炉中，确保铝液中含硼量为0.02%~0.06%，随后进入可倾倒式保温炉内，保温炉可倾倒角为15~30度；
（2）调配铝合金：在步骤（1）所得铝液中加入0.3%~0.5%的硅和0.1%~1%的镁得到铝合金液；
（3）净化：以氮气为载体，采用不锈钢管往步骤（2）所得保温炉底部铝合金液中吹入0.2%~0.5%的精炼剂，控制温度720~760℃进行搅拌净化处理，搅拌10~20min后，静置5~10min，打开扒渣门，清理铝合金溶液表面的铝渣；
（4）炉前快速分析：用直读光谱仪对铝合金液做快速检测，调整元素含量，控制元素比例如下：Si 0.4%~0.7%、Fe 0.15%~0.25%和Mg 0.5%~1.0%，其余为Al；若含量低于控制比例，则添加铝铁合金和铝硅合金调整含量直到符合标准，若含量高于控制比例，则添加铝液调整到符合标准为止；
（5）细化晶体：向步骤（4）所得调整后的铝合金液中加入钛硼合金晶粒细化剂对铝铸件的晶粒进行细化处理，控制铝合金液中含钛量为0.005%~0.06%，含硼量为0.02%~0.12%，搅拌后静置5~10min；
（6）除气：铝合金液经出口滤网得到初级过滤，滤去50μm以上悬浮物及工业夹渣，然后经淌槽进入除气箱进行除气处理；除气箱中充入体积分数99.995%或99.995%以上的氮/氩气，通过高速石墨转子，速度范围为50-300rmp，带出氢气浮出杂质；
（7）保温过滤：铝合金液除气后经淌槽进入保温过滤装置，采用自动温控使铝合金液保持在700~800℃，采用40p陶瓷过滤板过滤去除30~50μm的渣核和氢核；
（8）水平浇铸：铝合金液流入结晶轮后，启动铸机进行水平浇铸得到铸锭，水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴；
（9）进轧控制和铝杆轧制：通过中频加热器控制步骤（8）所得铸锭的进轧温度为480~520℃，通过铝合金连轧机组轧制出直径9.4~9.6mm的铝合金圆铝杆，并冷却至室温；
（10）铝线拉拔：调整模具道次，各道次的拉制延伸率控制在1.20~1.35之间，在铝合金大拉机上拉制成规格型号的铝合金线；
（11）实效退火：将步骤（10）拉制所得的铝合金线通过时效炉低温热处理；热处理温度为160~220℃，时效时间为2~5h，即得产品铝合金线。
步骤（1）所述Al-B硼铝中间合金中按重量百分比计含硼1%~3%，其余为铝。
步骤（3）中的不锈钢管直径为18~20mm。
步骤（3）中的精炼剂按重量份数配方如下：氯化钠18~20份、氯化钾32~34份、六氯乙烷6~8份、氟硼酸钾3~5份、氟铝酸钠13~15份和木炭粉16~18份。
步骤（4）中所述铝铁合金中含Fe 24%~26%，其余为铝；铝硅合金中含Si 19%~21%，其余为铝。
步骤（5）所述钛硼合金晶粒细化剂按重量百分比计配方如下：钛24%~26%、硼2%~4%，其余为铝。
本发明具有如下优点：本发明为了提高铝合金线的导电率，在整个工艺技术中严格控制杂质元素的含量，该合金的主要组成物为Mg2Si，在热处理状态下，Mg2Si固溶于铝中，并通过人工时效进行硬化，将Mg2Si均匀的析出在合金单线表面，使合金单线获得足够的强度和塑性。
产品铝合金线中0.4%≤Si≤0.7%；0.15%≤Fe≤0.25%；0.5%≤Mg≤1.0%；经过工艺处理可制造出导电率在53.5%IACS以上的铝合金线，强度≥325Mpa，其余性能满足《架空导线用铝-镁-硅合金圆线》中LHA1的技术要求。该铝合金线可绞合成铝合金芯绞线，配合高导硬铝线可制造出导电率在63%IACS以上高导电率铝合金芯硬铝导线，该导线可有效降低线路损耗8%以上。
附图说明
图1 本发明生产工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
所述精炼剂购自四川兰德高科技产业有限公司，金属镁购自河北四通新型金属材料股份有限公司，钛硼合金晶粒细化剂购自河北四通新型金属材料股份有限公司，40p陶瓷过滤板购自上海鑫业熔铸设备制造有限公司。
实施例1
如图1所示，本发明的生产工艺流程图。采用牌号AL99.70或以上牌号的铝锭进行熔炼，保证铝液中Si≤0.05%；Fe≤0.10%；Cu≤0.005%。
将铝锭放入冲天炉中进行熔化，在熔铝过程中当保温炉内的铝液上升过半后，在熔铝炉至保温炉的流槽内加入硼铝(Al-B)中间合金（硼1%~3%、其余为铝），熔融铝液将硼铝中间合金融化后，流入保温炉中，确保铝液中含硼量控制在0.02%~0.06%，溶化后进入可倾倒式保温炉内，保温炉可倾倒角为15~30°。加入合金元素0.03%~0.05%的硅和0.1%~2%的镁。熔铝结束后，用直径18~20mm的不锈钢管把氮气为载体往保温炉底部铝液中吹入以铝合金液质量计0.2%~0.5%的精炼剂进行净化搅拌处理，并使温度控制在720~760℃，静置5~10min后，打开扒渣门，清理铝液表面的铝渣。用直读光谱仪对铝合金做快速检测，调整元素含量，控制元素比例Si 0.4%~0.7%、Fe 0.15%~0.25%、Mg 0.5%~1.0%；如果含量低于控制比例，则添加含Fe 24%~26%的铝铁合金和含Si 19%~21%的铝硅合金；如含量过高则继续添加铝液。铝渣清理结束后，往铝液中加入专用的钛硼合金晶粒细化剂（钛24%~26、硼2%~4%、其余为铝）进行净化处理，钛能细化铝铸件晶粒，确保铝液中含钛量控制在0.005%~0.06%，含硼量控制在0.02%~0.12%。静置5~10min后，铝液经淌槽进入在线处理，铝出口初级过滤去除50um以上悬浮物及工业夹渣，除气箱使用99.995%以上氮（氩）气，通过高速石墨转子50-300rmp带出氢气浮出杂质，40p陶瓷过滤板终极过滤去除30um以上渣核、氢核。铝液经淌槽进入保温过滤装置，采用自动温控，铝液保持在700~800℃。铝液流入结晶轮启动铸机进行水平浇铸，水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴，避免涡流提高铸胚质量。通过中频加热器，控制铸锭的进轧温度在480~520℃的范围内，确保结晶轮上冷却水0.2~0.4MPa。通过铝合金连轧机组轧制出直径9.4~9.6mm的铝合金圆铝杆，冷却至室温。调整模具道次，各道次的拉制延伸率控制在1.20~1.35之间，在铝合金大拉机上拉制成各种型号规格的铝线。将拉制的铝线通过时效炉低温热处理。铝线需要在160~220℃条件下时效2~5h，即得产品铝合金线。
实施例2
节能高强度铝合金线的制造方法，按质量百分比计步骤为：
（1）熔炼：将铝锭放入冲天炉中进行熔化，熔铝过程中当保温炉内的铝液上升过半后，在熔铝炉至保温炉的流槽内加入Al-B硼铝中间合金，待熔融铝液将硼铝中间合金融化后，流入保温炉中，确保铝液中含硼量为0.06%，随后进入可倾倒式保温炉内，保温炉可倾倒角为30度；
（2）调配铝合金：在步骤（1）所得铝液中加入0.5%的硅和1%的镁得到铝合金液；
（3）净化：以氮气为载体，采用不锈钢管往步骤（2）所得保温炉底部铝合金液中吹入以铝合金液质量计0.5%的精炼剂，控制温度720~760℃进行搅拌净化处理，搅拌20min后，静置10min，打开扒渣门，清理铝合金溶液表面的铝渣；
（4）炉前快速分析：用直读光谱仪对铝合金液做快速检测，调整元素含量，控制元素比例如下：Si 0.7%、Fe 0.25%和Mg 1.0%，其余为Al；若含量低于控制比例，则添加铝铁合金和铝硅合金调整含量直到符合标准，若含量高于控制比例，则添加铝液调整到符合标准为止；
（5）细化晶体：向步骤（4）所得调整后的铝合金液中加入钛硼合金晶粒细化剂对铝铸件的晶粒进行细化处理，控制铝合金液中含钛量为0.06%，含硼量为0.12%，搅拌后静置10min；
（6）除气：铝合金液经出口滤网得到初级过滤，滤去50μm以上悬浮物及工业夹渣，然后经淌槽进入除气箱进行除气处理；除气箱中充入体积分数99.995%或99.995%以上的氮/氩气，通过高速石墨转子，速度范围为50-300rmp，带出氢气浮出杂质；
（7）保温过滤：铝合金液除气后经淌槽进入保温过滤装置，采用自动温控使铝合金液保持在700~800℃，采用40p陶瓷过滤板过滤去除30~50μm的渣核和氢核；
（8）水平浇铸：铝合金液流入结晶轮后，启动铸机进行水平浇铸得到铸锭，水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴；
（9）进轧控制和铝杆轧制：通过中频加热器控制步骤（8）所得铸锭的进轧温度为480~520℃，通过铝合金连轧机组轧制出直径9.4~9.6mm的铝合金圆铝杆，并冷却至室温；
（10）铝线拉拔：调整模具道次，各道次的拉制延伸率控制在1.20~1.35之间，在铝合金大拉机上拉制成规格型号的铝合金线；
（11）实效退火：将步骤（10）拉制所得的铝合金线通过时效炉低温热处理；热处理温度为160~220℃，时效时间为5h，即得产品铝合金线。
所述Al-B硼铝中间合金中按重量百分比计含硼3%，其余为铝。不锈钢管直径为18~20mm。精炼剂按重量份数配方如下：氯化钠20份、氯化钾34份、六氯乙烷8份、氟硼酸钾5份、氟铝酸钠15份和木炭粉18份。所述铝铁合金中含Fe 26%，其余为铝；铝硅合金中含Si 21%，其余为铝。 所述钛硼合金晶粒细化剂按重量百分比计配方如下：钛26%、硼4%，其余为铝。
实施例3
节能高强度铝合金线的制造方法，按质量百分比计步骤为：
（1）熔炼：将铝锭放入冲天炉中进行熔化，熔铝过程中当保温炉内的铝液上升过半后，在熔铝炉至保温炉的流槽内加入Al-B硼铝中间合金，待熔融铝液将硼铝中间合金融化后，流入保温炉中，确保铝液中含硼量为0.04%，随后进入可倾倒式保温炉内，保温炉可倾倒角为20度；
（2）调配铝合金：在步骤（1）所得铝液中加入0.4%的硅和0.5%的镁得到铝合金液；
（3）净化：以氮气为载体，采用不锈钢管往步骤（2）所得保温炉底部铝合金液中吹入以铝合金液质量计0.4%的精炼剂，控制温度720~760℃进行搅拌净化处理，搅拌15min后，静置8min，打开扒渣门，清理铝合金溶液表面的铝渣；
（4）炉前快速分析：用直读光谱仪对铝合金液做快速检测，调整元素含量，控制元素比例如下：Si 0.6%、Fe 0.2%和Mg 0.8%，其余为Al；若含量低于控制比例，则添加铝铁合金和铝硅合金调整含量直到符合标准，若含量高于控制比例，则添加铝液调整到符合标准为止；
（5）细化晶体：向步骤（4）所得调整后的铝合金液中加入钛硼合金晶粒细化剂对铝铸件的晶粒进行细化处理，控制铝合金液中含钛量为0.04%，含硼量为0.1%，搅拌后静置8min；
（6）除气：铝合金液经出口滤网得到初级过滤，滤去50μm以上悬浮物及工业夹渣，然后经淌槽进入除气箱进行除气处理；除气箱中充入体积分数99.995%或99.995%以上的氮/氩气，通过高速石墨转子，速度范围为50-300rmp，带出氢气浮出杂质；
（7）保温过滤：铝合金液除气后经淌槽进入保温过滤装置，采用自动温控使铝合金液保持在750℃，采用40p陶瓷过滤板过滤去除30~50μm的渣核和氢核；
（8）水平浇铸：铝合金液流入结晶轮后，启动铸机进行水平浇铸得到铸锭，水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴；
（9）进轧控制和铝杆轧制：通过中频加热器控制步骤（8）所得铸锭的进轧温度为500℃，通过铝合金连轧机组轧制出直径9.4~9.6mm的铝合金圆铝杆，并冷却至室温；
（10）铝线拉拔：调整模具道次，各道次的拉制延伸率控制在1.20~1.35之间，在铝合金大拉机上拉制成规格型号的铝合金线；
（11）实效退火：将步骤（10）拉制所得的铝合金线通过时效炉低温热处理；热处理温度为160~220℃，时效时间为4h，即得产品铝合金线。
所述Al-B硼铝中间合金中按重量百分比计含硼2%，其余为铝。步骤（3）中的不锈钢管直径为19mm。精炼剂按重量份数配方如下：氯化钠19份、氯化钾33份、六氯乙烷7份、氟硼酸钾4份、氟铝酸钠14份和木炭粉17份。所述铝铁合金中含Fe 25%，其余为铝；铝硅合金中含Si 20%，其余为铝。所述钛硼合金晶粒细化剂按重量百分比计配方如下：钛25%、硼3%，其余为铝。
Claims (6)
1.节能高强度铝合金线的制造方法，其特征是按质量百分比计步骤为：
（1）熔炼：将铝锭放入冲天炉中进行熔化，熔铝过程中当保温炉内的铝液上升过半后，在熔铝炉至保温炉的流槽内加入Al-B硼铝中间合金，待熔融铝液将硼铝中间合金融化后，流入保温炉中，确保铝液中含硼量为0.02%~0.06%，随后进入可倾倒式保温炉内，保温炉可倾倒角为15~30度；
（2）调配铝合金：在步骤（1）所得铝液中加入0.3%~0.5%的硅和0.1%~1%的镁得到铝合金液；
（3）净化：以氮气为载体，采用不锈钢管往步骤（2）所得保温炉底部铝合金液中吹入以铝合金液质量计0.2%~0.5%的精炼剂，控制温度720~760℃进行搅拌净化处理，搅拌10~20min后，静置5~10min，打开扒渣门，清理铝合金溶液表面的铝渣；
（4）炉前快速分析：用直读光谱仪对铝合金液做快速检测，调整元素含量，控制元素比例如下：Si 0.4%~0.7%、Fe 0.15%~0.25%和Mg 0.5%~1.0%，其余为Al；若含量低于控制比例，则添加铝铁合金和铝硅合金调整含量直到符合标准，若含量高于控制比例，则添加铝液调整到符合标准为止；
（5）细化晶体：向步骤（4）所得调整后的铝合金液中加入钛硼合金晶粒细化剂对铝铸件的晶粒进行细化处理，控制铝合金液中含钛量为0.005%~0.06%，含硼量为0.02%~0.12%，搅拌后静置5~10min；
（6）除气：铝合金液经出口滤网得到初级过滤，滤去50μm以上悬浮物及工业夹渣，然后经淌槽进入除气箱进行除气处理；除气箱中充入体积分数99.995%或99.995%以上的氮/氩气，通过高速石墨转子，速度范围为50-300rmp，带出氢气浮出杂质；
（7）保温过滤：铝合金液除气后经淌槽进入保温过滤装置，采用自动温控使铝合金液保持在700~800℃，采用40p陶瓷过滤板过滤去除30~50μm的渣核和氢核；
（8）水平浇铸：铝合金液流入结晶轮后，启动铸机进行水平浇铸得到铸锭，水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴；
（9）进轧控制和铝杆轧制：通过中频加热器控制步骤（8）所得铸锭的进轧温度为480~520℃，通过铝合金连轧机组轧制出直径9.4~9.6mm的铝合金圆铝杆，并冷却至室温；
（10）铝线拉拔：调整模具道次，各道次的拉制延伸率控制在1.20~1.35之间，在铝合金大拉机上拉制成规格型号的铝合金线；
（11）实效退火：将步骤（10）拉制所得的铝合金线通过时效炉低温热处理；热处理温度为160~220℃，时效时间为2~5h，即得产品铝合金线。
2.如权利要求1所述节能高强度铝合金线的制造方法，其特征是：步骤（1）所述Al-B硼铝中间合金中按重量百分比计含硼1%~3%，其余为铝。
3.如权利要求1所述节能高强度铝合金线的制造方法，其特征是：步骤（3）中的不锈钢管直径为18~20mm。
4.如权利要求1所述节能高强度铝合金线的制造方法，其特征是：步骤（3）中的精炼剂按重量份数配方如下：氯化钠18~20份、氯化钾32~34份、六氯乙烷6~8份、氟硼酸钾3~5份、氟铝酸钠13~15份和木炭粉16~18份。
5.如权利要求1所述节能高强度铝合金线的制造方法，其特征是：步骤（4）中所述铝铁合金中含Fe 24%~26%，其余为铝；铝硅合金中含Si 19%~21%，其余为铝。
6.如权利要求1所述节能高强度铝合金线的制造方法，其特征是：步骤（5）所述钛硼合金晶粒细化剂按重量百分比计配方如下：钛24%~26%、硼2%~4%，其余为铝。
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