CN103854807A

CN103854807A - 一种高导电率硬铝导线及其制备工艺

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Publication number: CN103854807A
Application number: CN201410065843.XA
Authority: CN
Inventors: 汪传斌; 徐静
Original assignee: Far East Cable Co Ltd; New Far East Cable Co Ltd; Far East Composite Technology Co Ltd
Current assignee: Far East Cable Co Ltd; New Far East Cable Co Ltd; Far East Composite Technology Co Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: CN103854807B

Abstract

本发明公开了一种高导电率(63%IACS)硬铝导线及其制备工艺，包括以下步骤：步骤一：连铸连轧制备高导电铝杆；步骤二：将高导电铝杆拉制成高导电铝线；通过多道模具进行拉制，最后一道模具的延伸系数控制在1.35～1.50，其余各道延伸系数控制在1.30～1.40；步骤三：多根绞合；绞合过程中控制放线张力，控制气压≤3kg，使得制得的硬铝单线的抗张强度≥160MPa，20℃时导体电阻率≤0.027366Ω·mm²/m。本发明的工艺制得的架空导线中硬铝单线的抗张强度≥160MPa，20℃时导体电阻率≤0.027366Ω·mm²/m.即既保持了硬铝线的抗张强度，又使硬铝线的导电率提高到63%IACS，即比常规GB/T17937-2009中规定的硬铝线导电率提高了3.28%，用于架空导线中，可以大大减小线路电能的损耗，降低线路运行成本，又可以明显提高导线的载流量。

Description

一种高导电率硬铝导线及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种架空导线用的高导电率硬铝导线及其制备工艺。

背景技术

众所周知，导线的电阻越高，其在线路上的损耗也就越大。据有关资料报道，我国电网输电线路每年电能损耗是传输电量的8.0%以上，约有四千至六千亿度电能在线路上发热而白白浪费掉。如何降低传统导线面临的线损大、提高电能传输效率，做到节能环保经济运行。近年来，国家电网公司大力倡导开发、推广应用节能型导线。影响导线电阻的因素主要为导体的电阻率和导线的截面积。虽然可以通过提高导线的面积来降低导线的电阻，但是提高导线面积带来材料用量增加，成本增加。如何在导线截面不变、材料成本基本不变的情况下，降低导体的电阻是我们一直努力的目标。现在输电架空导线用铝导体，主要为硬铝线，其主要性能指标满足GB/T17048的要求，即导线中各硬铝单线的抗张强度≥160MPa，20℃时导体电阻率≤0.028264Ω·mm²/m.铝线的导电率为61%IACS。有统计，如将导体的导电率从61%IACS提高到63%IACS，线路上的损耗将降低3.3%左右。因此提高铝导体的导电率，为人们长期所期望和追求的。

行业内曾采取多种方式来降低铝导体的电阻率，但是铝的电阻率和强度一般情况下是相互制约的。例如：采用退火方式改变铝的组织状态，可以使铝的导电率由61%IACS提高到63%IACS以上，但是，铝的状态由硬态转变为软态，导致其强度大大下降，由原来的160～200MPa下降到60～100MPa，使得同截面导线整体拉断力下降25%～30%，导线的安全性和可靠性大大降低，因此，不适用于架空敷设应用；人们也通过选用低杂质含量的优质高纯铝锭来生产高导电铝丝，但是原材料纯度的增加，必然导致原材料成本的增加，使得高导电率导线的价格远高于普通导线成本；人们也曾通过除杂、绞合低温回复等工艺手段降低杂质、加工硬化等因素对铝导电性能的影响，虽然通过各种优化措施可以适当提高导电率，但是效果不是十分明显。

发明内容

本发明的第一个目的是克服上述技术的不足缺点，提供一种生产既具有硬铝线强度，又具有不低于63%IACS的较高导电率的架空导线用高导率电硬铝导线的方法。

实现本发明第一个目的的技术方案是一种高导电率硬铝导线的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一：连铸连轧制备高导电铝杆；连铸连轧高导电铝杆的具体步骤依次为铝锭熔炼——合金成份配置——浇铸——轧杆——收杆；在电工铝锭熔炼过程中加入铝硼等合金，进行精炼、除气过滤，控制炉内各元素质量百分数如下：Al≥99.82wt%,Si≤0.04wt％，(Cr+V+Mn+Ti)≤0.01wt％，B的含量为0.01～0.1wt％，Fe的含量为0.06～0.10wt％；高导电铝杆的直径为￠9.5mm～￠12.0mm，抗张强度控制在105～140MPa，20℃时导体电阻率≤0.02735Ω·mm²/m，伸长率≥8%；

步骤二：将高导电铝杆拉制成高导电铝线；通过多道模具进行拉制，最后一道模具的延伸系数控制在1.35～1.50，其余各道延伸系数控制在1.30～1.40；

步骤三：多根绞合；绞合过程中控制放线张力，控制气压≤3kg，使得制得的硬铝单线的抗张强度≥160MPa，20℃时导体电阻率≤0.027366Ω·mm²/m。

具体的工艺又可以分为两种，第一种：

所述步骤一中，控制炉内各元素质量百分数如下：Al≥99.82wt%,Si≤0.04wt％，(Cr+V+Mn+Ti)≤0.01wt％，B的含量为0.01～0.1wt％，Fe的含量为0.06～0.10wt％；高导电铝杆的直径为￠9.5mm～￠12.0mm，抗张强度控制在105～140MPa，20℃时导体电阻率≤0.02735Ω·mm²/m，伸长率≥8%。

所述步骤一中，选用原材料电工铝锭的纯度≥99.85%；连铸连轧过程中炉内温度控制在730～750℃，浇铸温度控制在690～710℃，入轧温度420～480℃。

所述步骤二中，高导电铝线的拉制拉丝润滑液的温度不大于60℃；拉制成的高导电铝线的强度控制在160MPa～180MPa，电阻率控制在≤0.027500Ω·mm²/m；若电阻率超过范围，则在140～160℃下低温回复热处理2～3h；拉制过程中，对铝线的面积压缩比最后一道控制在1.35～1.45，其余各道控制1.25～1.40，拉丝成品表面温度不超过65℃。

第二种：

所述步骤一中，控制炉内各元素质量百分数如下：Al≥99.80wt%，Si≤0.05wt％，(Cr+V+Mn+Ti)≤0.01wt％，B的含量为0.01～0.1wt％，Fe的含量为0.06～0.12wt％；高导电铝杆的直径为￠15.0mm，抗张强度控制在90～105MPa，20℃时导体电阻率≤0.02735Ω·mm²/m，伸长率≥8%；所述步骤二将高导电铝杆拉制成高导电铝线的具体步骤为：A、将高导电铝杆通过康仿挤出机挤出直径为￠7.0～￠12.0的高导铝线坯；B、将高导铝线坯拉制成高导电铝线；通过多道模具进行拉制，最后一道模具的延伸系数控制在1.35～1.50，其余各道延伸系数控制在1.30～1.40。

所述步骤一中，选用原材料电工铝锭的纯度≥99.80%；连铸连轧过程中炉内温度控制在730～750℃，浇铸温度控制在690～710℃，入轧温度420～480℃。

所述步骤二中，高导铝线坯挤出时挤出温度控制在380～420℃；高导电铝线坯的强度控制在85～105MPa，20℃时导体电阻率≤0.02725Ω·mm²/m，伸长率≥8%；高导电铝线坯的直径由下道工序中高导电硬铝线的直径来决定；线坯面积与铝线面积比一般控制在7.0～16.0之间；将高导电铝线坯拉制成高导电铝线的强度控制在160MPa～180MPa，电阻率控制在≤0.027500Ω·mm²/m。

本发明的第二个目的是提供一种既具有硬铝线强度，又具有不低于63%IACS的较高导电率的架空导线用高导率电硬铝导线。

实现本发明第二个目的的技术方案是一种高导率电硬铝导线包括多根绞合的高导电硬铝单线；每根高导电硬铝单线由前述的制备工艺制成；所述硬铝单线的截面形状为圆形或“凹”形或“凸”形或“Z”形或“S”形或梯形或瓦形；所述高导电率硬铝导线的导电率≥63%IACS。所述高导电硬铝单线的绞合层数为1～4层。还包括位于中心的加强芯；所述加强芯为钢芯或铝包钢芯或纤维增强树脂基复合芯。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益的效果：（1）采用本发明的工艺生产，使得制得的架空导线中硬铝单线的抗张强度≥160MPa，20℃时导体电阻率≤0.027366Ω·mm²/m.即既保持了硬铝线的抗张强度，又使硬铝线的导电率提高到63%IACS，即比常规GB/T17937-2009中规定的硬铝线导电率提高了3.28%。

（2）将本发明的高导硬铝线用于架空导线中，可以大大减小线路电能的损耗，降低线路运行成本，又可以明显提高导线的载流量，具有导电性能好、强度高等特点，提高了导线敷设及运行的可靠性和安全性，同时采用该工艺生产可以提高产品的合格率，能够成产出性能优越且十分稳定高导电硬铝导线。

（3）本发明提供了一种思路下两种不同的具体制备工艺，一种工艺对铝的纯度要求高，另一种工艺对铝的纯度要求低，生产成本可以大大降低，且同时采用先制成高导铝线坯，再拉丝绞合的方式，这样能使合金成分分布得更加均匀，导线的性能更好。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的导线的一种结构示意图。

图2为本发明的导线的另一种结构示意图。

附图中标号为：高导电硬铝单线1、加强芯2。

具体实施方式

（实施例1）

本实施例的高导电率(63%IACS)硬铝导线的制备工艺的步骤为：

步骤一：通过连铸连轧制备高导电铝杆，包括铝锭熔炼－杂质优化处理－除渣除气－浇铸－轧杆－绕杆等工序；具体来说，生产前进行冷清炉，去除炉内杂质，选择原材料铝锭中w(Si)≤0.04%、w(Fe)≤0.10%，w（V+Cr+Mn+Ti）≤0.005%，w（Al）≥99.85%牌号为AL99.85%的铝锭来生产，铝锭的实际成份如表1，生产过程中加入AlB35kg/T,精炼、除气，控制炉内铝液成分重量百分比为w(Fe)：0.07%～0.10%；w(Si)：≤0.04%；w(B)：0.010%～0.040%,w（V+Cr+Mn+Ti）≤0.01%，实际炉内的成份如表2。连铸连轧过程中炉内温度控制在730～750℃，浇铸温度控制在690～710℃，入轧温度420～480℃。生产的高导电铝杆的性能如表3。

表1原材料各成份情况(wt%)

	Al	Si	Fe	Cu	Mg	Ca	Cr+V+Mn+Ti	其它
									实施例1	99.87	0.030	0.086	0.0005	0.0009	0.0020	0.005	0.0085

表2炉内成份情况(wt%)

	Al	Si	Fe	B	Cr+V+Mn+Ti
						实施例1	99.85	0.032	0.071	0.015	0.008

表3高导电率铝杆性能

步骤二：根据所拉高导电铝线的规格选择合适直径和合适强度的高导电铝杆进行拉线；高导电铝线的拉制应合理控制拉制延伸系数，延伸系数最后一道模具控制1.35～1.50，其余各道延伸系数控制在1.30～1.40，拉制高导电硬铝单线的截面形状可以为圆形、“凹”形、“凸”形、“Z”、“S”、梯形或瓦形等。高导电铝线的拉制拉丝润滑液的温度不大于60℃；拉制的高导电铝线的强度控制在160MPa～180MPa，电阻率控制在≤0.027500Ω·mm²/m，如果超过范围，则需要在140～160℃下低温回复热处理2～3h。制得的Φ9.5高导电铝杆通过六模拉丝拉制成Φ3.99mm的高导电硬铝线，其模具配置如下Φ8.30、Φ7.20、Φ6.28、Φ5.40、Φ4.87、Φ4.02，拉丝速度8m/s，拉丝油温度45～50℃，拉出高导电铝丝经检测结果表4。

表4高导电率铝线的性能

步骤三：最后将多根单线按照设计的结构进行绞合，将制得的高导电铝丝24根放入框式绞线机中绞线，控制线盘气压为2.0kg,制得钢芯高导电率（63%IACS）铝绞线成品，绞合成品中各铝单线检测结果如表5。

表5绞合后高导电率（63.0%IACS）铝单线性能

如图1和图2所示的高导电率(63%IACS)硬铝导线均设置有加强芯2，图1的结构为加强芯2外部绞合三层高导电硬铝单线1，单线的截面形状为圆形。图2的结构为加强芯2外部绞合四层高导电硬铝单线，单线的截面形状为梯形。

（实施例2）

本实施例的高导电率(63%IACS)硬铝导线的制备工艺的步骤为：

步骤一：通过连铸连轧制备高导电铝杆，包括铝锭熔炼－杂质优化处理－除渣除气－浇铸－轧杆－绕杆等工序；具体来说，生产前进行冷清炉，去除炉内杂质，选择原材料铝锭中w(Si)≤0.05%、w(Fe)≤0.12%，w（V+Cr+Mn+Ti）≤0.005%，w（Al）≥99.85%牌号为AL99.85%的铝锭来生产，铝锭的实际成份如表6，生产过程中加入AlB35kg/T,精炼、除气，控制炉内铝液成分重量百分比为w(Fe)：0.07%～0.12%；w(Si)：≤0.05%；w(B)：0.010%～0.040%,w（V+Cr+Mn+Ti）≤0.01%，，w（Al）≥99.80%，实际炉内的成份如表7。连铸连轧过程中炉内温度控制在730～750℃，浇铸温度控制在690～710℃，入轧温度420～480℃。生产的高导电铝杆的性能如表8。

表6原材料各成份情况(wt%)

	Al	Si	Fe	Cu	Mg	Ca	Cr+V+Mn+Ti	其它
									实施例1	99.86	0.04	0.09	0.0005	0.0009	0.002	0.005	0.0085

表7炉内成份情况(wt%)

	Al	Si	Fe	B	Cr+V+Mn+Ti
						实施例1	99.83	0.045	0.10	0.02	0.006

表8高导电率铝杆性能

步骤二：将上述高导电铝杆通过康仿挤出机挤出高导电铝线线坯，线坯直径为￠8.0mm,挤出的高导电铝线线坯的性能如表9。

表9高导电率铝线坯性能

步骤三：根据所拉高导电铝线的规格选择合适直径和合适强度的高导电铝杆进行拉线；高导铝线线坯与高导电铝线成品的面积比一般控制在7.0～16.0之间，同时拉制应合理控制拉制延伸系数，延伸系数最后一道模具控制1.35～1.50，其余各道延伸系数控制在1.30～1.40，拉制高导电硬铝单线的截面形状可以为圆形、“凹”形、“凸”形、“Z”、“S”、梯形或瓦形等。高导电铝线的拉制拉丝润滑液的温度不大于60℃；拉制的高导电铝线的强度控制在160MPa～180MPa，电阻率控制在≤0.027500Ω·mm²/m，。制得的Φ8.00高导电铝杆通过7模拉丝拉制成Φ3.07mm的高导电硬铝线，其模具配置如下Φ7.20、Φ6.30、Φ5.50、Φ4.80、Φ4.20、Φ3.70、Φ3.10，拉丝速度8m/s，拉丝油温度45～50℃，拉出高导电铝丝经检测结果表10。

表10高导电率铝线的性能

步骤四：最后将多根单线按照设计的结构进行绞合，将制得的高导电铝丝54根放入框式绞线机中绞线，控制线盘气压为2.0kg,制得钢芯高导电率（63%IACS）铝绞线成品，绞合成品中各铝单线检测结果如表11。

表11绞合后高导电率（63.0%IACS）铝单线性能

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高导电率硬铝导线的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：通过连铸连轧制备高导电铝杆；连铸连轧高导电铝杆的具体步骤依次为铝锭熔炼——合金成份配置——浇铸——轧杆——收杆；在电工铝锭熔炼过程中加入铝硼合金，进行精炼、除气过滤，控制炉内各元素质量百分数如下：Al≥99.80wt%,Si≤0.05wt％，(Cr+V+Mn+Ti)≤0.01wt％，B的含量为0.01～0.1wt％，Fe的含量为0.06～0.12wt％；高导电铝杆的直径为￠9.5mm～￠15.0mm，抗张强度控制在90～140MPa，20℃时导体电阻率≤0.02735Ω·mm²/m，伸长率≥8%；

步骤三：多根绞合；绞合过程中控制放线张力，控制张力气压≤3kg，使得制得的硬铝单线的抗张强度≥160MPa，20℃时导体电阻率≤0.027366Ω·mm²/m，导电率≥63%IACS。

2.根据权利要求1所述的一种高导电率硬铝导线的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，控制炉内各元素质量百分数如下：Al≥99.82wt%,Si≤0.04wt％，(Cr+V+Mn+Ti)≤0.01wt％，B的含量为0.01～0.1wt％，Fe的含量为0.06～0.10wt％；高导电铝杆的直径为￠9.5mm～￠12.0mm，抗张强度控制在105～140MPa，20℃时导体电阻率≤0.02735Ω·mm²/m，伸长率≥8%。

3.根据权利要求2所述的一种高导电率硬铝导线的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，选用原材料电工铝锭的纯度≥99.85%；连铸连轧过程中炉内温度控制在730～750℃，浇铸温度控制在690～710℃，入轧温度420～480℃。

4.根据权利要求2所述的一种高导电率硬铝导线的制备工艺，其特征在于：所述步骤二中，高导电铝线的拉制拉丝润滑液的温度不大于60℃；拉制成的高导电铝线的强度控制在160MPa～180MPa，电阻率控制在≤0.027500Ω·mm²/m；若电阻率超过范围，则在140～160℃下低温回复热处理2～3h；拉制过程中，对铝线的面积压缩比最后一道控制在1.35～1.45，其余各道控制1.25～1.40，拉丝成品表面温度不超过65℃。

5.根据权利要求1所述的一种高导电率硬铝导线的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，控制炉内各元素质量百分数如下：Al≥99.80wt%，Si≤0.05wt％，(Cr+V+Mn+Ti)≤0.01wt％，B的含量为0.01～0.1wt％，Fe的含量为0.06～0.12wt％；高导电铝杆的直径为￠15.0mm，抗张强度控制在90～105MPa，20℃时导体电阻率≤0.02735Ω·mm²/m，伸长率≥8%；所述步骤二将高导电铝杆拉制成高导电铝线的具体步骤为：A、将高导电铝杆通过康仿挤出机挤出直径为￠7.0～￠12.0的高导铝线坯；B、将高导铝线坯拉制成高导电铝线；通过多道模具进行拉制，最后一道模具的延伸系数控制在1.35～1.50，其余各道延伸系数控制在1.30～1.40。

6.根据权利要求5所述的一种高导电率硬铝导线的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中，选用原材料电工铝锭的纯度≥99.80%；连铸连轧过程中炉内温度控制在730～750℃，浇铸温度控制在690～710℃，入轧温度420～480℃。

7.根据权利要求5所述的一种高导电率硬铝导线的制备工艺，其特征在于：所述步骤二中，高导铝线坯挤出时挤出温度控制在380～420℃；高导电铝线坯的强度控制在85～105MPa，20℃时导体电阻率≤0.02725Ω·mm²/m，伸长率≥8%；高导电铝线坯的直径由下道工序中高导电硬铝线的直径来决定；线坯面积与铝线面积比一般控制在7.0～16.0之间；将高导电铝线坯拉制成高导电铝线的强度控制在160MPa～180MPa，电阻率控制在≤0.027500Ω·mm²/m。

8.一种高导电率硬铝导线，其特征在于：包括多根绞合的高导电硬铝单线（1）；每根高导电硬铝单线（1）由权利要求1至7之一所述的制备工艺制成；所述硬铝单线（1）的截面形状为圆形或“凹”形或“凸”形或“Z”形或“S”形或梯形或瓦形；所述高导电率硬铝导线的导电率≥63%IACS。

9.根据权利要求8所述的一种高导电率硬铝导线，其特征在于：所述高导电硬铝单线（1）的绞合层数为1～4层。

10.根据权利要求9所述的一种高导电率硬铝导线，其特征在于：还包括位于中心的加强芯（2）；所述加强芯（2）为钢芯或铝包钢芯或纤维增强树脂基复合芯。