CN104307917A - 以优质铝锭为原料的电工用铝及铝合金母线的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以优质铝锭为原料的电工用铝及铝合金母线的制备方法。本发明包括：①上引连铸铝及铝合金杆；其中，以优质铝锭为原料，在670℃～750℃下熔化保温，经在线除气搅拌装置对熔体进行搅拌、除气，用牵引机组离合式真空上引铝及铝合金杆。②连续挤压铝及铝合金母线；其中，以铝及铝合金杆为原料，采用连续挤压机组生产铝及铝合金母线。③拉伸。采用上述步骤制备的铝及铝合金母线，R态母线伸长率大于25%，抗拉强度大于75MPa，其中Y态母线伸长率大于4%，抗拉强度大于120Mpa，导电率不小于62%IACS。本发明具有高效、节能、成材率高、生产效率高、产品导电率高、力学性能优异等优点。

Description

以优质铝锭为原料的电工用铝及铝合金母线的制备方法
本发明是申请号为201310061628.8、申请日为2013年2月27日、发明名称为“一种电工用铝及铝合金母线的生产工艺”的发明专利申请的分案申请。 
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，尤其涉及一种电工用铝及铝合金母线的制备方法。
背景技术
母线是指在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。母线主要包括铜及铜合金母线、铝及铝合金母线两类。随着我国电力及相关行业迅猛发展，铜的需求也不断增长，由于我国铜资源紧缺，加之铜价较高，国内外对铝及铝合金母线需求逐渐增长。与铜及铜合金母线相比，铝及铝合金母线具有更高的安全性和可靠性、安装更加简便、应用范围广、节能环保等优势。铝及铝合金母线的传统生产工艺是熔炼铸造—加热—挤压—轧制—矫直，该工艺主要存在工艺流程长、能耗高、成材率低、生产成本高等缺点。
发明内容
本发明提供一种以优质铝锭为原料的电工用铝及铝合金母线的制备方法，其工艺流程短、高效节能、导电率高、成材率高、生产成本低。
本发明采取的技术方案如下，一种以优质铝锭为原料的电工用铝及铝合金母线的制备方法，包括以下步骤：①上引连铸铝及铝合金杆：以优质铝锭为原料，在670℃～750℃下熔化保温，采用上引连铸机组，并经在线除气搅拌装置，对铝及铝合金熔体进行搅拌、除气，用牵引机组离合式真空上引铝及铝合金杆。②连续挤压铝及铝合金母线：以铝及铝合金杆为原料，采用连续挤压机组生产铝及铝合金母线，连续挤压机转速为10～20r/min，母线宽度最大可达到400mm，母线挤出速度：8～50m/min，母线挤出后经真空防氧化管及水槽冷却、吹干后卷取；合理设计模具和垫片的形状和尺寸，垫片安装在模具的上部，垫片为凹字形。③拉伸：采用全自动液压拉拔机，将铝及铝合金母线进行拉伸、精整。
采用上述步骤制备的铝及铝合金母线，R态母线伸长率大于25%，抗拉强度大于75MPa，其中Y态母线伸长率大于4%，抗拉强度大于120Mpa，导电率不小于62%IACS。
本发明的进一步的设置如下：
上述步骤①中，所述的在线除气、搅拌，是通过在线除气搅拌装置，向铝及铝合金熔体内充入99.996% 的氩气或氮气；通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的氩气或氮气压入铝及铝合金熔体中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铝及铝合金熔体中；气源出口压力0.2～0.5MPa，流量1～1.25Nm3/h；然后用牵引机组离合式真空上引铝及铝合金杆，引杆速度700～1200mm/min，引杆直径为Ф12～Ф40mm。
上述步骤①中，优质铝锭其铝含量不小于99.65%，Fe含量为0.09%～0.14%，Si含量为0.12～0.20%，稀土含量为0.08%～0.15%。
上述步骤②中，连续挤压机组的挤压工作体由挤压工作体面板、堵头、成型室、垫片、凹字形垫片、模具和盖板组成；垫片、凹字形垫片、模具按照自上而下的顺序装配；凹字形垫片设计为凹字形；垫片、凹字形垫片安装在模具的上部。
上述步骤③中，所述的拉伸系数λ为1.05～1.2。
本发明采用上述方案具有如下有益效果：（1）高效、节能、成材率高、生产效率高。利用上引连铸技术与连续挤压技术的完美结合，生产铝及铝合金母线，与传统工艺相比，生产流程缩短，减少了铸锭加热的工序，节省了大量的能源消耗。同时采用连续挤压技术可以实现母线生产的连续化，减少了传统挤压工艺生产中存在切头去尾的材料浪费，成材率和生产效率高。（2）采用独特的模具和垫片设计，大幅度提高母线产品的宽度和质量。本发明通过合理设计模具垫片的形状及厚度，提高流动的均匀性，解决了大扩展比和大宽厚比挤出工艺难题，可以生产宽度为400mm 的母线。（3）导电率高、力学性能优异。通过合理优化母线的化学成分，控制Fe/Si比值，并添加稀土元素，降低杂质元素对导电率的影响，其导电率不小于62%IACS。同时铸态的铝及铝合金杆经过连续挤压，其转变为再结晶组织，母线的内部组织致密，力学性能优异，其中R态母线伸长率大于25%，抗拉强度大于75MPa，其中Y态母线伸长率大于4%，抗拉强度大于120MPa。
附图说明
图1 为本发明一种电工用铝及铝合金母线的生产工艺流程图；
图2 为本发明挤压工作体结构图；
图3 为本发明模具和垫片的结构示意图。
上述附图中的标记如下：挤压工作体面板10、堵头11、成型室12、垫片13、凹字形垫片14、模具15、盖板16。
具体实施方式
本发明采用工艺方案流程如下：①上引连铸铝及铝合金杆；②连续挤压铝及铝合金母线；③拉伸。
①上引连铸铝及铝合金杆。
以优质铝锭为原料，在710℃～730℃下熔化保温，并经在线除气装置，对铝及铝合金熔体进行搅拌、除气，用牵引机组离合式真空上引铝及铝合金杆。
所述的在线除气、搅拌，通过在线除气搅拌装置，向铝及铝合金熔体内充入99.996%的氩气或氮气，通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的氩气或氮气压入铝及铝合金熔体中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铝及铝合金熔体中；气源出口压力0.2～0.5MPa，流量1～1.25Nm3/h；然后用牵引机组离合式真空上引无氧铜杆，引杆速度700～1200mm/min，引杆直径为Ф30mm。
所述的优质铝锭其铝含量不小于99.65%，Fe含量为0.09%～0.14%，Si含量为0.12～0.20%，稀土含量为0.08%～0.15%。
②连续挤压铝及铝合金母线。
以Ф30mm 铝及铝合金杆为原料，采用连续挤压机组生产铝及铝合金母线，连续挤压机转速为10～20r/min，母线规格到19.2×202mm，母线挤出速度：8～50m/min，母线挤出后经真空防氧化管及水槽冷却、吹干后卷取。
所述的连续挤压铝及铝合金母线包括合理设计模具和垫片的形状和尺寸，垫片安装在模具的上部，垫片为凹字形。
本发明为了提高流动的均匀性和模具的使用寿命，提高铝及铝合金母线的成型性能，改进了成型室12、凹字形垫片14的结构。如图2、图3所示，本发明独特的模具和成型室设计，包括挤压工作体由挤压工作体面板10、堵头11、成型室12、垫片13、凹字形垫片14、模具15和盖板16组成。垫片13、凹字形垫片14、模具15按照自上而下的顺序装配，凹字形垫片14设计为凹字形。本发明将垫片13、凹字形垫片14安装在模具15的上部，增加了挤压通道，合理设计凹字形垫片14的形状，有效减小挤压成型时边部与中部流动速度的差异。通过上述改进，本发明生产铝及铝合金母线的宽度可达到400mm。
③ 拉伸。采用全自动液压拉拔机，将铝及铝合金母线进行拉伸、精整。所述的拉伸系数λ为1.077。 

Claims (1)

1.一种以优质铝锭为原料的电工用铝及铝合金母线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①上引连铸铝及铝合金杆：以优质铝锭为原料，在670℃～750℃下熔化保温，采用上引连铸机组，并经在线除气搅拌装置，对铝及铝合金熔体进行搅拌、除气，用牵引机组离合式真空上引连铸铝及铝合金杆；
②连续挤压铝及铝合金母线：以铝及铝合金杆为原料，采用连续挤压机组生产铝及铝合金母线；连续挤压机转速为10～20r/min，母线的宽度最大可达到400mm，母线挤出速度：8～50m/min，母线挤出后经真空防氧化管及水槽冷却、吹干后卷取；合理设计模具和垫片的形状和尺寸，垫片安装在模具的上部，垫片为凹字形；
③拉伸：采用全自动液压拉拔机，将铝及铝合金母线进行拉伸、精整；
采用上述步骤制备的铝及铝合金母线，R态母线伸长率大于25%，抗拉强度大于75MPa，其中Y态母线伸长率大于4%，抗拉强度大于120Mpa，导电率不小于62%IACS；
上述步骤①中，所述的在线除气、搅拌，是通过在线除气搅拌装置，向铝及铝合金熔体内充入99.996% 的氩气或氮气；通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的氩气或氮气压入铝及铝合金熔体中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铝及铝合金熔体中；气源出口压力0.2～0.5MPa，流量1～1.25Nm3/h；然后用牵引机组离合式真空上引铝及铝合金杆，引杆速度700～1200mm/min，引杆直径为Ф12～Ф40mm；
上述步骤①中，优质铝锭其铝含量不小于99.65%，Fe含量为0.09%～0.14%，Si含量为0.12～0.20%，稀土含量为0.08%～0.15%；
上述步骤②中，连续挤压机组的挤压工作体由挤压工作体面板（10）、堵头（11）、成型室（12）、垫片（13）、凹字形垫片（14）、模具（15）和盖板（16）组成；垫片（13）、凹字形垫片（14）、模具（15）按照自上而下的顺序装配；凹字形垫片（14）设计为凹字形；垫片（13）、凹字形垫片（14）安装在模具（15）的上部。
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