CN104831127A

CN104831127A - 一种高导电耐热铝合金线及其制备方法

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Publication number: CN104831127A
Application number: CN201510240879.1A
Authority: CN
Inventors: 杨怀; 鞠霖; 周瑾; 席方伟
Original assignee: Wuxi Huaneng Electric Cable Co Ltd
Current assignee: Wuxi Huaneng Electric Cable Co Ltd
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2015-08-12

Abstract

本发明涉及一种高导电耐热铝合金线及其制备方法，高导电耐热铝合金线中所含的化学成分及质量百分比为：锆0.03～0.06%，硅0.07～0.10%，铁0.14～0.25%，镱0.03~0.06%，硼0.01～0.04%，钛、锰、铬、钒元素的总量不超过0.02%；其余为铝，按质量比为6000～7000:50～95:15～55:18～20:40～85:35～90分别称取原料铝锭、铝锆合金、铝硅合金、铝铁合金、铝镱合金、铝硼合金后，将各原料熔化后经过净化处理，铝液成分调整，扒渣保温静置后将铝液过滤并浇铸结晶，将铸锭成型的铝合金锭经轧制成型后铝合金线拉拔制成高导电耐热铝合金线。本发明制备出的高导电耐热铝合金线的导电率大于61%IACS，抗拉强度大于160MPa，耐热性能好，且生产工艺步骤简单，利用该铝合金线生产的电线电缆，能够提高线路的运行速度，提高载流量。

Description

一种高导电耐热铝合金线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高导电耐热铝合金及其制备方法，属于铝合金导线制备技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，电力需求不断增长，电力负荷不断增加，而耐热铝合金导线可提高线路的运行温度，大幅提升线路的输送容量，同时较普通导线可以节省10%-15%的投资。目前，耐热铝合金主要有耐热铝合金、超耐热铝合金、特耐热铝合金、高强度耐热铝合金四种，其导电率为60%、58%、55%IACS几档，与常规铝线导电率61%IACS均有所下降，在提升线路容量的同时也增加了传输线路损耗。目前耐热铝合金主要用作大容量导线、大电流地线、大跨越导线和变电站用的大电流母线，及用电峰谷落差大、要求施工周期短的地区。因此，研发高导电耐热铝合金并推广应用具有较大的社会意义和经济意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中耐热铝合金导电率比铝导线导电率低，用作导线传输时能耗较大的问题，提供了一种的导电率为61%IACS以上的高导电耐热铝合金线及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：一种高导电耐热铝合金线，所述高导电耐热铝合金线中所含的化学成分及质量百分比为：锆0.03～0.06%，硅0.07～0.10%，铁0.14～0.25%，镱0.03~0.06%，硼0.01～0.04%，钛、锰、铬、钒元素的总量不超过0.02%；其余为铝。

高导电耐热铝合金线的制备方法，包括如下步骤：

（1）原料的选取：按质量比为6000～7000:50～95:15～55:18～20:40～85:35～90分别称取原料铝锭、铝锆合金、铝硅合金、铝铁合金、铝镱合金、铝硼合金，其中铝锭为基体材料，铝锆合金、铝硅合金、铝铁合金、铝镱合金、铝硼合金为中间合金；

（2）铝液熔炼：首先将称取好的原料铝锭、铝铁合金和铝硅合金加入熔铝炉中进行熔化，熔化后的铝液进入保温炉中，再将铝硼合金从熔铝炉至保温炉的淌槽内连续均匀加入，待熔化后均匀搅拌；铝液熔化结束，将保温炉中的铝液温度加热到750～780℃，当铝液温度稳定750～780℃时依次将铝锆合金和铝镱合金放入至保温炉的加料钟罩中，在炉内预热2～4min后迅速将加料钟罩浸入铝液中，然后使加料钟罩前后左右做“米”字型移动，对铝液进行充分搅拌至铝液均匀；

（3）净化处理：使保温炉升温，铝液温度达到760～790℃时对铝液进行精炼处理，以含氮为99.99%及以上的高纯氮气为载体，采用不锈钢管向铝液中吹入炉料总质量0.1～0.2%的精炼剂，控制氮气流量使铝液微微沸腾，防止铝液翻滚中氧化；

（4）铝液成分调整：用直读光谱仪对铝液进行快速炉前分析，监测和调整各元素含量，确保整炉铝液成分均匀；

（5）扒渣：将铝液温度控制为760～790℃，静置10～15min，使铝渣漂浮致铝液表面，打开扒渣门，用扒渣器将液面表面的浮渣扒去，扒渣时由内到外、扒到炉门口内斜坡时稍作停留，让带出的铝液回流入炉内，然后将渣扒出炉外；

（6）保温静置：上述各工序完成后，对铝溶液进行保温静置处理，静置保温的温度为760～790℃，时间为20～30min；

（7）保温炉出料：控制保温炉倾斜速度，使铝液不溢出淌槽，并与浇铸速度相匹配；

（8）铝液过滤：铝液浇注前采用25～40pp陶瓷纤维过滤板过滤，滤除铝液中的渣核；

（9）浇铸结晶：铝液浇铸温度为730～750℃，将铝液流入结晶轮启动连轧机进行水平浇铸，铝液经结晶轮浇铸成锭；

（10）进轧控制：铸锭成型的铝合金锭通过中频加热器，铝合金锭的进轧温度为500-550℃；

（11）终轧温度控制：轧制成型的铝合金杆的出轧温度为360～450℃，终轧1～2s后将轧制成型的铝合金杆降温至30～60℃，实现对铝合金杆淬火处理，提高各元素在铝中的固溶度；

（12）绕杆收线：轧制成型的铝合金杆通过绕杆装置绕杆收线；

（13）铝合金线拉拔：轧制出来的铝合金杆直径为9.0～15mm，采用拉丝设备，将合金铝杆拉制成需要的线径，铝合金拉制道次配模延伸系数控制在23～35%。

进一步的，所述步骤（1）中铝锆合金中各元素的质量百分比为：Zr 4.8~5.2%，Fe≤0.4%，Si≤0.2%，Ti+Mn+Cr+V≤0.2%，其它杂质含量≤0.03%，铝硅合金中各元素的质量百分比为：Si 9.5~10.5%，Fe≤0.2%，Ti+Mn+Cr+V≤0.1%，其它杂质含量≤0.03%，铝铁合金中各元素的质量百分比为：Fe 4.8~5.2%，Si≤0.2%， Ti+Mn+Cr+V≤0.1%，其它杂质含量≤0.03%，铝镱合金中各元素的质量百分比为：Yb 9.5~10.5%，Si≤0.2%，Fe≤0.25%，其它杂质含量≤0.03%，铝硼合金中各元素的质量百分比为：B 2.8~3.2%；Fe≤0.4%，Si≤0.2%，其余杂质含量≤0.03%。

进一步的，所述步骤（2）中若保温炉中铝液化满后铝硼合金仍未溶解完，则将余下的铝硼合金均匀的投入铝液的中心和四角

进一步的，所述步骤（3）中的精炼液的成分按质量百分数计为：20~22%的氯化钠、12~14%的氯化钾、10~12%的六氯甲烷、5~6%的氟硼酸钾、6~8%的氟铝酸钠、2~4%氟化钙，6~8%的木炭粉，20~28%耐火砖屑。

本发明制备出的高导电耐热铝合金线的导电性能好，抗拉强度好，能够抑制AL3Zr晶粒的长大、使其均匀分布，提高合金耐热性能；本发明生产工艺步骤简单，经过硼化、精炼，时效等步骤，制备成的高导电耐热铝合金线的导电率大于61%IACS，抗拉强度大于160MPa，经230℃加热恒温保持400小时后，室温测试，其极限抗拉强度不小于初始水平的90%的耐热铝合金线，利用该铝合金线生产的电线电缆，能够提高线路的运行速度，提高载流量，也能够用于对老旧线路进行扩容，降低线路损耗，节省施工费用，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的生产工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例一：

材料选择：铝锭选用 6000kg牌号为Al99.70的铝锭，各元素的质量百分比为：Si 0.065%；Fe 0.18%； Ti+Mn+Cr+V 0.018%；铝锆合金选用50kg，各元素的质量百分比为：Zr 4.53%；Fe 0.4%；Si 0.2%；Ti+Mn+Cr+V 0.18%的铝锆合金，铝铁合金选用15kg，各元素的质量百分比为：Fe 4.92%；Si 0.19%； Ti+Mn+Cr+V 0.033%的铝铁合金；铝硅合金选用18kg，各元素的质量百分比为：Si 9.84%；Fe 0.18%； Ti+Mn+Cr+V 0.049%的铝硅合金；铝镱合金选用40kg，各元素的质量百分比为：Yb 9.85%；Si 0.2%；Fe 0.25%的铝镱合金；铝硼合金选用35kg，各元素的质量百分比为：B 2.97%；Si 0.19%；Fe 0.24%的铝硼合金。

将称量好的铝锭、铝铁合金、铝硅合金混合均匀加入熔炉中进行熔化；铝液从熔炉中流出时，在淌槽中加入铝硼合金；铝液熔化结束，对保温的铝液进行搅拌，控制保温炉中铝液的温度为750℃，用加料钟罩分批将铝锆、铝镱合金均匀搭配浸入铝液中熔化，充分搅拌；用含氮99.99%的高纯氮气为载体用直径为18mm的不锈钢管往保温炉底部铝液中均匀吹入10kg的精炼剂（22%的氯化钠、14%的氯化钾、12%的六氯甲烷、6%的氟硼酸钾、6%的氟铝酸钠、4%氟化钙， 8%的木炭粉， 28%耐火砖屑）,对铝液进行精炼处理，氮气让铝液微微翻腾，精炼时间为10min；从保温炉中部进行取样，进行铝前快速分析：锆Zr0.035%，硅Si 0.97%，铁Fe 0.194%，镱Yb0.032%，硼0.015%，钛、锰、铬、钒(Ti+Mn+Cr+V)元素之和0.0185，其它杂质元素含量均小于0.02%，其余为铝。成份满足导电率61%IACS耐热铝合金组分要求。铝液温度780℃时，打开扒渣门，用扒渣器将液面表面的浮渣扒出，关上扒渣门；保温静置25min后，铝液温度保持780℃，慢慢倾斜保温炉，铝液从保温炉经淌槽进入滤装置过滤，经浇煲通过铸机成锭，再通过中频加热器，将铝合金锭的进轧温度控制在500-550℃，通过调整乳化液大小，使铝杆的出轧温度要大于360℃。对轧制成型的铝合金杆进行立即冷却，使绕杆温度降达到70℃以下。将轧制的铝杆放置48h后，在拉丝机上采用延伸率1.23配模，将直径9.5mm的合金杆拉制成为直径3.83mm铝合金单线，经检测铝合金线的导电率61.37~ 62.01% IACS，强度172~185MPa；经230℃加热恒温保持400 h后，室温测试，其极限抗拉强度为168~172 MPa，铝合金线经230℃加热恒温保持400h后，其极限抗拉强度残存率大于90%。

实施例二：

材料选择：铝锭选用 7000kg牌号Al99.70的铝锭，各元素的质量百分比为：Si-0.043%；Fe 0.14%； Ti+Mn+Cr+V 0.015%；铝锆合金选用95kg，各元素的质量百分比为：Zr 4.55%；Fe 0.4%；Si 0.2%；Ti+Mn+Cr+V 0.18%的铝锆合金，铝铁合金选用55kg，各元素的质量百分比为：Fe 4.95%；Si 0.19%； Ti+Mn+Cr+V 0.030%的铝铁合金；铝硅合金选用18kg，各元素的质量百分比为：Si 9.98%；Fe 0.2%； Ti+Mn+Cr+V 0.068%的铝硅合金；铝镱合金选用85kg，各元素的质量百分比为：Yb 9.76%；Si 0.2%；Fe 0.24%的铝镱合金；铝硼合金选用90kg，各元素的质量百分比为：B 2.97%；Si 0.19%；Fe 0.24%的铝硼合金。

将铝锭、铝铁合金、铝硅合金按比例均匀搭配加入熔炉中进行熔化；铝液从熔炉中流出时，在淌槽中加入铝硼合金；铝液熔化结束，对保温的铝液进行搅拌，控制保温炉中铝液的温度为780℃，用加料钟罩分批将铝锆、铝镱合金均匀搭配浸入铝液中熔化，充分搅拌；用含氮99.99%的高纯氮气为载体用直径18mm的不锈钢管往保温炉底部铝液中均匀吹入12kg的精炼剂（21%的氯化钠、13%的氯化钾、12%的六氯甲烷、6%的氟硼酸钾、8%的氟铝酸钠、4%氟化钙， 8%的木炭粉，27%耐火砖屑）,对铝液进行精炼处理，氮气让铝液微微翻腾，精炼时间10 min；从保温炉中部进行取样，进行铝前快速分析：锆Zr 0.059%，硅Si 0.74%，铁Fe 0.182%，镱Yb 0.058%，硼0.036%，钛、锰、铬、钒(Ti+Mn+Cr+V)元素之和0.0112，其它杂质元素含量均小于0.02%，其余为铝。成份满足导电率61%IACS耐热铝合金组分要求。铝液温度785℃时，打开扒渣门，用扒渣器将液面表面的浮渣扒出，关上扒渣门；保温静置25min后，铝液温度保持780℃，慢慢倾斜保温炉，铝液从保温炉经淌槽进入滤装置过滤，经浇煲通过铸机成锭，再通过中频加热器，将铝合金锭的进轧温度控制在500-550℃，通过调整乳化液大小，使铝杆的出轧温度要大于360℃。对轧制成型的铝合金杆进行立即冷却，使绕杆温度降达到70℃以下。将轧制的铝杆放置48小时后，在拉丝机上采用延伸率1.35配模，将直径9.5mm的合金杆拉制成为直径4.22mm铝合金单线，经检测铝合金线的导电率61.31~ 61.93% IACS，强度165~180MPa；经230℃加热恒温保持400h后，室温测试，其极限抗拉强度为165~175 MPa，铝合金线经230℃加热恒温保持400h后，其极限抗拉强度残存率大于90%。

Claims

1.一种高导电耐热铝合金线，其特征在于：所述高导电耐热铝合金线中所含的化学成分及质量百分比为：锆0.03～0.06%，硅0.07～0.10%，铁0.14～0.25%，镱0.03~0.06%，硼0.01～0.04%，钛、锰、铬、钒元素的总量不超过0.02%；其余为铝。

2.如权利要求1所述的高导电耐热铝合金线的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（2）铝液熔炼：首先将称取好的原料铝锭、铝铁合金和铝硅合金加入熔铝炉中进行熔化，熔化后的铝液进入保温炉中；再将铝硼合金从熔铝炉至保温炉的淌槽内连续均匀加入，待熔化后均匀搅拌；铝液熔化结束，将保温炉中的铝液温度加热到750～780℃，当铝液温度稳定750～780℃时依次将铝锆合金和铝镱合金放入至保温炉的加料钟罩中，在炉内预热2～4min后迅速将加料钟罩浸入铝液中，然后使加料钟罩前后左右做“米”字型移动，对铝液进行充分搅拌至铝液均匀；

3.如权利要求2所述的高导电耐热铝合金线的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中铝锆合金中各元素的质量百分比为：Zr 4.8~5.2%，Fe≤0.4%，Si≤0.2%，Ti+Mn+Cr+V≤0.2%，其它杂质含量≤0.03%，铝硅合金中各元素的质量百分比为：Si 9.5~10.5%，Fe≤0.2%，Ti+Mn+Cr+V≤0.1%，其它杂质含量≤0.03%，铝铁合金中各元素的质量百分比为：Fe 4.8~5.2%，Si≤0.2%， Ti+Mn+Cr+V≤0.1%，其它杂质含量≤0.03%，铝镱合金中各元素的质量百分比为：Yb 9.5~10.5%，Si≤0.2%，Fe≤0.25%，其它杂质含量≤0.03%，铝硼合金中各元素的质量百分比为：B 2.8~3.2%；Fe≤0.4%，Si≤0.2%，其余杂质含量≤0.03%。

4.如权利要求2所述的高导电耐热铝合金线的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中若保温炉中铝液化满后铝硼合金仍未溶解完，则将余下的铝硼合金均匀的投入铝液的中心和四角。

5.如权利要求2所述的高导电耐热铝合金线的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的精炼液的成分按质量百分数计为：20~22%的氯化钠、12~14%的氯化钾、10~12%的六氯甲烷、5~6%的氟硼酸钾、6~8%的氟铝酸钠、2~4%氟化钙，6~8%的木炭粉，20-28%耐火砖屑。