CN105369073A - 智能电网用高强耐热铝合金单线、导线及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能电网用高强耐热铝合金单线、导线及其加工工艺，高伸率高强耐热铝合金单线由下列重量百分比的元素组成：锆Zr为0.05～0.15％，钇Y或镧La为0.01～0.30％，铁Fe为0.15～0.30％，硅Si为0.01～0.40％，镁Mg为0.01～0.50％，其他杂质元素含量≤0.10％，其余为铝。由本发明的单线绞合而成的导线可大大提高导线强度，提高拉重比，提高导线使用安全性，同时大大提高导线的运行温度，将导线的运行温度从常规70℃提高到150℃，从而大大提高载流量，可满足大容量、大跨越的特高压线路的使用要求。

Description

智能电网用高强耐热铝合金单线、导线及其加工工艺
技术领域
本发明属于铝合金导线制造技术领域，具体为一种智能电网用的高强度、高伸率的耐热铝合金单线、导线及其加工工艺。
背景技术
随着我国国民经济的高速发展，输电线路向高压化、远距离化和大容量化方向发展。而我国地形复杂，架空线路大多数要跨江、跨河、丘陵和山区等大跨越地区，为了提高输送容量，许多输电线路特别是许多城乡供电输变线路会选择耐热导线，这种普通耐热导线，其单线强度仅为普通硬铝的强度，为了提高导线整根拉断力，一般在耐热铝合金线内部加钢芯，组成钢芯耐热铝合金绞线。这种绞线存在一定的缺陷，其一，增加钢芯，存在电磁损耗，增加了线路损耗；其二，即使增加了钢芯，其整根重量大大增加，增加了线路弧垂；其三，即使增加了钢芯，其整根拉断力仍不能满足某些大档距的要求；为了进一步提高耐热铝合金线的强度，人们开始研发一种高强度的耐热铝合金线，如中国专利ZL2011100502625《高强高导耐热铝合金线材及制备方法》，该发明高强耐热铝合金导线抗拉强度达到255MPa，长期运行温度达180℃，该发明技术的缺点在于：其一添加元素Sc的价格过于昂贵，很难在工业上进行大规模的应用，其二，这种导线由于普通耐热铝合金线的伸率只有1.5％～2.0％，其耐疲劳特性较差，经长期风震动后容易出现断股现象，造成安全性下降。
发明的内容
本发明的第一个目的是提供一种耐热性能好、过载能力强、载流量大、强度高、安全性好、抗疲劳性好的智能电网用高强耐热铝合金单线。
实现本发明第一个目的的技术方案是一种智能电网用高强耐热铝合金单线，由下列重量百分比的元素组成：锆Zr为0.05～0.15％，钇Y或镧La为0.01～0.30％，铁Fe为0.15～0.30％，硅Si为0.01～0.40％，镁Mg为0.01～0.50％，其他杂质元素含量≤0.10％，其余为铝；所述硅Si为0.25～0.40％；所述镁Mg为0.35～0.50％。所述智能电网用高强耐热铝合金线分圆线和型线；所述圆线直径为2.0～5.5mm；所述型线截面积为5～30mm2；所述智能电网用高强耐热铝合金线抗拉强度大于230MPa，导电率大于55％IACS，伸长率大于3.5％，加热230℃，1h或加热180℃，400h，高强耐热铝合金线强度残存率大于90％。
本发明的第二个目的是提供一种耐热性能好、过载能力强、载流量大、强度高、安全性好、抗疲劳性好的智能电网用高强耐热铝合金导线。
实现本发明的第二个目的的技术方案是一种智能电网用高强耐热铝合金导线，由多根前述的智能电网用高强耐热铝合金线绞合而成；或者由多根智能电网用高强耐热铝合金线与钢芯或复合芯绞合而成；或者由多根智能电网用高强耐热铝合金线与空心扩径铝管、铝合金管或镀锌软铁管绞合而成。
本发明的第三个目的是提供一种耐热性能好、过载能力强、载流量大、强度高、安全性好、抗疲劳性好的高强耐热铝合金线的加工工艺。
实现本发明的第三个目的的技术方案是一种智能电网用高强耐热铝合金单线的加工工艺，括以下步骤：
步骤一：轧杆：按照铝锭熔化——配料——搅拌、精炼除气、除渣、静置——连铸连轧——轧杆——淬火的顺序制得铝合金杆；确保铝合金杆由下列重量百分比的元素组成：锆Zr为0.05～0.15％，钇Y或镧La为0.01～0.30％，铁Fe为0.15～0.30％，硅Si为0.01～0.40％，镁Mg为0.01～0.50％，其他杂质元素含量≤0.10％，其余为铝；
步骤二：拉丝：
步骤三：时效处理；对拉制的铝合金线进行时效处理，热处理温度为165～190℃，热处理时间为5～15小时。
所述步骤一中，将纯度大于或者等于99.7％的铝锭放在熔炉中熔化，流入保温炉，保温炉中铝液温度为720～760℃；在保温炉中按顺序分别加入铝锆、铝钇中间合金或铝镧合金、铝铁合金或铁剂、铝硅合金和镁锭，其加入量确保其成分满足铝液中各元素重量百分比要求；保温炉内充分搅拌、精炼除气、除渣、静置30～50min；将炉温升到750℃～800℃后放水，铝水经过除气炉除气，喂入铝钛硼合金丝，进入连铸连轧生产线，铸成铝合金铸坯，浇铸温度控制在695～710℃，出坯温度控制在460～480℃；将铝合金铸坯经过感应加热炉进入轧机进行热轧，感应加热炉加热温度确保铝合金锭坯进轧温度为500～530℃，轧制后的杆材通过淬火系统生产成铝合金杆。
所述步骤二中，对铝合金杆采用模具在铝合金拉丝机上进行拉丝，拉丝机速比控制在1.10～1.30之间。
所述步骤三中，时效处理温度为165～190℃，热处理时间为5～15小时。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明组成的高强耐热铝合金导线可大大提高导线强度，提高拉重比，提高导线使用安全性，同时大大提高导线的导线运行温度，将导线的运行从常规70℃提高到150℃，从而大大提高载流量，可满足大容量、大跨越的特高压线路的使用要求。
(2)本发明的高强耐热铝合金线具有高伸率，其伸率大于3.5％,可大大增强线路运行抗疲劳性，提高线路寿命。
(3)本发明的高伸率高强耐热铝合金导线，其绞线中所有单线均为高伸率高强耐热铝合金线组成的单一绞线，也可以为钢芯、复合等加强芯与多根高伸率高强耐热铝合金线组成的组合绞线；当高强耐热与钢芯配合时，其伸率与加强钢芯伸率相匹配，可大大提高导线的整根拉断力，可适合特大档距场合使用。
(4)本发明的高强耐热铝合金导线，其绞线中所有单线可以为圆线，也可以为梯形、Z、S等各种型线。
(5)本发明的高伸率高强耐热铝合金线，可与空心扩径铝管、铝合金管、镀锌软铁管绞合，形成高强耐热扩径绞线，作为变电站母线使用。
(6)本发明的工艺采用轧杆、拉丝、时效处理三步，工艺简单，时效处理中形成Mg2Si，能提高强度。
(7)本发明能够综合解决目前架空输电线路所遇到的强度、容量和疲劳等一系列问题，提供的导线和绞线具有耐热性能好、过载能力强、载流量大、强度高、安全性好、抗疲劳性好等特点。
具体实施方式
本实施例的智能电网用高强耐热铝合金导线由多根高伸率高强耐热铝合金单线绞合构成，高伸率高强耐热铝合金线有三层，每层的单线的截面均为圆形，当然也可以为其他梯形等其他异形形状，单根高伸率耐热铝合金单线圆线直径为2.0～5.5mm，型线面积为5～30mm2，抗拉强度大于230MPa，导电率大于55％IACS，伸长率大于3.5％，230℃高温处理1h或180℃高温处理400h后高伸率高强耐热铝合金线强度残存率大于90％。
制造方法，包括以下步骤：
步骤一：轧杆：按照铝锭熔化——配料——搅拌、精炼除气、除渣、静置——连铸连轧——轧杆——淬火的顺序制得铝合金杆；确保铝合金杆由下列重量百分比的元素组成：锆Zr为0.07％，钇Y或镧La为0.01～0.30％，铁Fe为0.15～0.30％，硅Si为0.01～0.40％，镁Mg为0.01～0.50％，其他杂质元素含量≤0.10％，其余为铝；具体来讲：将纯度大于或者等于99.7％的铝锭放在熔炉中熔化，流入保温炉，保温炉中铝液温度为720～760℃；在保温炉中按顺序分别加入铝锆、铝钇中间合金或铝镧合金、铝铁合金或铁剂、铝硅合金和镁锭，其加入量确保其成分满足铝液中各元素重量百分比要求；保温炉内充分搅拌、精炼除气、除渣、静置30～50min；将炉温升到750℃～800℃后放水，铝水经过除气炉除气，喂入铝钛硼合金丝，进入连铸连轧生产线，铸成铝合金铸坯，浇铸温度控制在695～710℃，出坯温度控制在460～480℃；将铝合金铸坯经过感应加热炉进入轧机进行热轧，感应加热炉加热温度确保铝合金锭坯进轧温度为500～530℃，轧制后的杆材通过淬火系统生产成铝合金杆；
步骤二：拉丝；对铝合金杆采用模具在铝合金拉丝机上进行拉丝，拉丝机速比控制在1.10～1.30之间；
步骤三：时效处理；对拉制的铝合线进行时效处理，热处理温度为165～190℃，热处理时间为5～15小时；
步骤四：绞线：将将经过热处理的高伸率高强耐热铝合金线进行多根绞合生产成高伸率高强耐热铝合金导线。
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 (7)

1.一种智能电网用高强耐热铝合金单线，其特征在于：高强耐热铝合金单线由下列重量百分比的元素组成：锆Zr为0.05～0.15％，钇Y或镧La为0.01～0.30％，铁Fe为0.15～0.30％，硅Si为0.01～0.40％，镁Mg为0.01～0.50％，其他杂质元素含量≤0.10％，其余为铝。
2.根据权利要求1所述的一种智能电网用高强耐热铝合金单线；其特征在于：所述硅Si为0.25～0.40％；所述镁Mg为0.35～0.50％。
3.根据权利要求2所述的一种智能电网用高强耐热铝合金单线；其特征在于：所述智能电网用高强耐热铝合金线分圆线和型线；所述圆线直径为2.0～5.5mm；所述型线截面积为5～30mm2；所述智能电网用高强耐热铝合金线抗拉强度大于230MPa，导电率大于55％IACS，伸长率大于3.5％，加热230℃，1h或加热180℃，400h，高强耐热铝合金线强度残存率大于90％。
4.一种智能电网用高强耐热铝合金导线，其特征在于：由多根权利要求1或2所述的智能电网用高强耐热铝合金线绞合而成；或者由多根权利要求1或2所述的智能电网用高强耐热铝合金线与钢芯或复合芯绞合而成；或者由多根权利要求1或2所述的智能电网用高强耐热铝合金线与空心扩径铝管、铝合金管或镀锌软铁管绞合而成。
5.一种智能电网用高强耐热铝合金单线的加工工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：轧杆：按照铝锭熔化——配料——搅拌、精炼除气、除渣、静置——连铸连轧——轧杆——淬火的顺序制得铝合金杆；确保铝合金杆由下列重量百分比的元素组成：锆Zr为0.05～0.15％，钇Y或镧La为0.01～0.30％，铁Fe为0.15～0.30％，硅Si为0.01～0.40％，镁Mg为0.01～0.50％，其他杂质元素含量≤0.10％，
步骤二：拉丝；
步骤三：时效处理；对拉制的铝合线进行时效处理，热处理温度为165～190℃，热处理时间为5～15小时。
6.根据权利要求5所述的一种智能电网用高强耐热铝合金单线的加工工艺，其特征在于：所述步骤一中，将纯度大于或者等于99.7％的铝锭放在熔炉中熔化，流入保温炉，保温炉中铝液温度为720～760℃；在保温炉中按顺序分别加入铝锆、铝钇中间合金或铝镧合金、铝铁合金或铁剂、铝硅合金和镁锭，其加入量确保其成分满足铝液中各元素重量百分比要求；保温炉内充分搅拌、精炼除气、除渣、静置30～50min；将炉温升到750℃～800℃后放水，铝水经过除气炉除气，喂入铝钛硼合金丝，进入连铸连轧生产线，铸成铝合金铸坯，浇铸温度控制在695～710℃，出坯温度控制在460～480℃；将铝合金铸坯经过感应加热炉进入轧机进行热轧，感应加热炉加热温度确保铝合金锭坯进轧温度为500～530℃，轧制后的杆材通过淬火系统生产成铝合金杆。
7.根据权利要求6所述的一种智能电网用高强耐热铝合金单线的加工工艺，其特征在于：所述步骤二中，对铝合金杆采用模具在铝合金拉丝机上进行拉丝，拉丝机速比控制在1.10～1.30之间。
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