CN107358994A - 智能电网用特高强度钢芯高强耐热铝合金导线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电网用特高强度钢芯高强耐热铝合金导线及其制备方法，一种智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线，由54根单丝直径为4.33mm的高强耐热铝合金线与19根单丝直径为2.60mm的特高强度钢芯同心绞合而成，导线的20℃时直流电阻≤0.0403Ω/km，整根拉力≥335.27kN；所述高强耐热铝合金线20℃导体电阻率为≤0.031065Ω·mm²/m、最小抗张强度228～238MPa、伸长率1.8～2.2％、导电率≥55％IACS，230℃高温处理1小时后，其抗张强度残存率≥90％；所述特高强度钢芯单丝抗张强度≥1870MPa，1％伸长应力≥1550MPa，伸长率≥2.0％。本发明的导线具有运行温度高，运行温度为150℃，载流量大，整根拉断力大、弧垂特性好等优点，应用于大跨越输电线路中不更换杆塔就能将输电容量增大一倍，应用该导线经济效益好。

Description

智能电网用特高强度钢芯高强耐热铝合金导线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线及其制备方法。

背景技术

目前我国架空输电线路用铝合金导体材料的研究和开发，已由高强度领域转向耐热方向。而且发展迅猛，并取得了显著的效果。随着我国国民经济的高速发展，电力工业的建设呈现突飞猛进的趋势。迫使输电线路向高压化、大容量化、远距离化方面发展和延伸。同时，也向架空输电线路提出了更高的要求。仅使用早先开发、应用的高强度铝-镁-硅合金导线已不能满足“西电东送、南北互供、全国联网”的战略部署。

由于耐热铝合金导线输送电能的容量明显地高与同规格的普通钢芯铝绞线。因此，在该导线研制成功后即备受世人的关注。随着耐热铝合金性能的不断提高及新品种的问世，数十年来，在日本已得到了广泛的应用。高强度耐热铝合金绞线的输电量和强度，均明显的优于同规格的普通钢芯铝绞线和普通耐热铝合金导线，因此，研制高强度耐热铝合金架空绞线，无疑对行业相关技术的开发和电力行业的节能具有十分重要的意义。

目前架空输电线路用的铝合金主要有中强度铝合金、高强度铝合金、普通强度耐热、高强耐热铝合金，高强耐热铝合金的制造工艺都需进行退火处理，即通过连铸连轧－拉丝－退火－绞合等工序生产。人们知道由于铝合金丝的电性能和机械性能是相互制约的，为了保证铝合金丝的机械性能，需要通过退火处理来满足单丝性能从而满足导线整体性能，这就增加了制造成本，且铝丝在退火过程中由于温度不均匀容易产生废丝，进一步加大成本投入及风险。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术的不足缺点，提供一种具有既具有电工铝的电性能，又具有抗蠕变性能和延伸性能好、高温稳定性好的一种智能电网用非热处理型高强耐热铝合金导线，同时提供一种性能稳定一种非热处理型高强耐热铝合金导线工艺制造方法。

实现本发明的目的的技术方案是：一种智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线，由54根单丝直径为4.33mm的高强耐热铝合金线与19根单丝直径为2.60mm的特高强度钢芯同心绞合而成，导线的20℃时直流电阻≤0.0403Ω/km，整根拉力≥ 335.27kN；所述高强耐热铝合金线20℃导体电阻率为≤0.031065Ω·mm²/m、最小抗张强度228～238MPa、伸长率1.8～2.2％、导电率≥55％IACS，230℃高温处理1小时后，其抗张强度残存率≥90％；所述特高强度钢芯单丝抗张强度≥1870MPa，1％伸长应力≥ 1550MPa，伸长率≥2.0％。

智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线的制备方法：

步骤一：制备高强耐热铝合金线：工艺步骤为：熔炼—配料精炼—连续铸造—连续轧制—淬火—拉丝；配料精炼中各元素质量百分数控制如下：Zr控制在0.03～0.04wt％，Fe控制在0.35wt％，Cu控制在0.4～0.6wt％，Yb控制在0.1～0.12wt％，生产的铝合金杆抗张强度控制在125～135MPa，伸长率10～14％，20℃时导体电阻率≤0.03053Ω· mm²/m；

步骤二：制备特高强度钢芯：

步骤三：将高强耐热铝合金线和特高强度钢芯绞合。

所述步骤一包括：

a：熔炼：将纯度≥99.70％的铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；

b：配料精炼：先按配比将铝铁合金、铝铜合金、铝钇合金、铝锆合金锭在750℃下熔化，再升温至770～780℃；充分混合后，再通入精炼剂进行精炼、扒渣；然后分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料将所得铝液在750～760℃下保温40～50min；

c：连续铸造：采用水平浇铸，浇铸温度为680～710℃，浇铸速度为830～850RPM，冷却水温度为28～35℃；采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；

d：连续轧制：通过感应加热加热到480～510℃，进行连续轧制；所述轧制系统由两台轧机串联而成，包括粗轧机和高轧机，轧制速度为4.2～4.9m/s；控制乳化液压力为 200～240kpa，乳化液温度为60～70℃，润化油压力为100～130kpa；

e：淬火：淬火压力控制在200～300kpa，淬火水温度控制在低于32℃；

f：拉丝：经连铸连轧生产出的铝合金金杆经拉丝机后拉出铝合金线；拉丝工序配置的模具控制进出模压缩比1.1～1.3。

所述步骤二的工艺为：放线→碱洗→清水洗→水帘密封酸洗→清水洗→助镀→烘干→热镀锌→电磁抹拭→风冷+水冷→绞线→收线；特高强度钢芯的化学成分:C控制在0.60～0.62wt％，Si控制在0.16～0.26wt％，Mn控制在0.5～0.7wt％，P控制在≤0.04wt％，S控制在≤0.04wt％；镀锌时采用ZnC1₂、NH₄Cl作为助镀剂，热镀锌温度455℃，浸镀时间为17秒，镀锌速度为10米/分钟；19根特高强度钢芯单丝左向绞合为特高强度钢芯。

所述步骤三为：将54根高强耐热铝合金圆线与特高强度钢芯经框式绞线机绞合，形成特高强度钢芯高强耐热铝合金绞线成品导线，成品导线的20℃时直流电阻≤0.0403Ω/km，整根拉力≥335.27kN。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：本发明的配方采用锆、铁、铜、钇，提高铜含量高来提高铝合金的抗拉强度，然后用钇细化晶粒，提高高强耐热铝合金线的伸长率，同时采用特高强度钢芯和高强耐热铝合金线绞合，导线的整根拉断力大，载流量大，采用该工艺方法生产的特高强度钢芯高强耐热铝合金导线具有输电容量大，是传统钢芯铝绞线载流量的2倍，在不更换杆塔的条件下就可实现扩容1倍，该导线还具有弧垂特性好、拉重比大的优点。同时采用该导线制造工艺不需时效，提高了生产效率，节约了制造成本，为大跨越输电线路和旧线路增容改造提供了一种性能优越且十分稳定架空输电导线。

具体实施方式

一种智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线，由54根单丝直径为4.33mm的高强耐热铝合金线与19根单丝直径为2.60mm的特高强度钢芯同心绞合而成，导线的 20℃时直流电阻≤0.0403Ω/km，整根拉力≥335.27kN；所述高强耐热铝合金线20℃导体电阻率为≤0.031065Ω·mm²/m、最小抗张强度228～238MPa、伸长率1.8～2.2％、导电率≥55％IACS，230℃高温处理1小时后，其抗张强度残存率≥90％；所述特高强度钢芯单丝抗张强度≥1870MPa，1％伸长应力≥1550MPa，伸长率≥2.0％。

智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线的制备方法：

步骤一：制备高强耐热铝合金线：工艺步骤为：熔炼—配料精炼—连续铸造—连续轧制—淬火—拉丝；

a：熔炼：将纯度≥99.70％的铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；

b：配料精炼：先按配比将铝铁合金、铝铜合金、铝钇合金、铝锆合金锭在750℃下熔化，各元素质量百分数控制如下：Zr控制在0.03～0.04wt％，Fe控制在0.35wt％，Cu 控制在0.4～0.6wt％，Yb控制在0.1～0.12wt％，再升温至770～780℃；充分混合后，再通入精炼剂进行精炼、扒渣；然后分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料将所得铝液在750～760℃下保温40～50min；

c：连续铸造：采用水平浇铸，浇铸温度为680～710℃，浇铸速度为830～850RPM，冷却水温度为28～35℃；采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；

d：连续轧制：通过感应加热加热到480～510℃，进行连续轧制；所述轧制系统由两台轧机串联而成，包括粗轧机和高轧机，轧制速度为4.2～4.9m/s；控制乳化液压力为 200～240kpa，乳化液温度为60～70℃，润化油压力为100～130kpa；

e：淬火：淬火压力控制在200～300kpa，淬火水温度控制在低于32℃；生产的铝合金杆抗张强度控制在125～135MPa，伸长率10～14％，20℃时导体电阻率≤0.03053Ω·mm²/m；

f：拉丝：经连铸连轧生产出的铝合金金杆经拉丝机后拉出铝合金线；拉丝工序配置的模具控制进出模压缩比1.1～1.3。

步骤二：制备特高强度钢芯：放线→碱洗→清水洗→水帘密封酸洗→清水洗→助镀→烘干→热镀锌→电磁抹拭→风冷+水冷→绞线→收线；特高强度钢芯的化学成分:C控制在0.60～0.62wt％，Si控制在0.16～0.26wt％，Mn控制在0.5～0.7wt％，P控制在≤0.04wt％，S控制在≤0.04wt％；镀锌时采用ZnC1₂、NH₄Cl作为助镀剂，热镀锌温度 455℃，浸镀时间为17秒，镀锌速度为10米/分钟；19根特高强度钢芯单丝左向绞合为特高强度钢芯。

步骤三：将高强耐热铝合金线和特高强度钢芯绞合：将54根高强耐热铝合金圆线与特高强度钢芯经框式绞线机绞合，形成特高强度钢芯高强耐热铝合金绞线成品导线，成品导线的20℃时直流电阻≤0.0403Ω/km，整根拉力≥335.27kN。

本实施例的导线输电容量是等规格钢芯铝绞线2倍，整根拉力是等规格钢芯铝绞线 1.38倍，是线路增容改造的优选导线。具体性能见表1

表1同种导线性能对比

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，以上所述仅为本实用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 (5)

1.一种智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线，其特征在于：由54根单丝直径为4.33mm的高强耐热铝合金线与19根单丝直径为2.60mm的特高强度钢芯同心绞合而成，导线的20℃时直流电阻≤0.0403Ω/km，整根拉力≥335.27kN；所述高强耐热铝合金线20℃导体电阻率为≤0.031065Ω·mm²/m、最小抗张强度228～238MPa、伸长率1.8～2.2％、导电率≥55％IACS，230℃高温处理1小时后，其抗张强度残存率≥90％；所述特高强度钢芯单丝抗张强度≥1870MPa，1％伸长应力≥1550MPa，伸长率≥2.0％。

2.根据权利要求1所述的智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：

步骤一：制备高强耐热铝合金线：工艺步骤为：熔炼—配料精炼—连续铸造—连续轧制—淬火—拉丝；配料精炼中各元素质量百分数控制如下：Zr控制在0.03～0.04wt％，Fe控制在0.35wt％，Cu控制在0.4～0.6wt％，Yb控制在0.1～0.12wt％，生产的铝合金杆抗张强度控制在125～135MPa，伸长率10～14％，20℃时导体电阻率≤0.03053Ω·mm²/m；

步骤二：制备特高强度钢芯：

步骤三：将高强耐热铝合金线和特高强度钢芯绞合。

3.根据权利要求2所述的智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：

所述步骤一包括：

a：熔炼：将纯度≥99.70％的铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；

b：配料精炼：先按配比将铝铁合金、铝铜合金、铝钇合金、铝锆合金锭在750℃下熔化，再升温至770～780℃；充分混合后，再通入精炼剂进行精炼、扒渣；然后分析后根据配方中各组分的重量比调整铝液组分，对铝液进行补料将所得铝液在750～760℃下保温40～50min；

c：连续铸造：采用水平浇铸，浇铸温度为680～710℃，浇铸速度为830～850RPM，冷却水温度为28～35℃；采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；

d：连续轧制：通过感应加热加热到480～510℃，进行连续轧制；所述轧制系统由两台轧机串联而成，包括粗轧机和高轧机，轧制速度为4.2～4.9m/s；控制乳化液压力为200～240kpa，乳化液温度为60～70℃，润化油压力为100～130kpa；

e：淬火：淬火压力控制在200～300kpa，淬火水温度控制在低于32℃；

f：拉丝：经连铸连轧生产出的铝合金金杆经拉丝机后拉出铝合金线；拉丝工序配置的模具控制进出模压缩比1.1～1.3。

4.根据权利要求2所述的智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：

所述步骤二的工艺为：放线→碱洗→清水洗→水帘密封酸洗→清水洗→助镀→烘干→热镀锌→电磁抹拭→风冷+水冷→绞线→收线；特高强度钢芯的化学成分:C控制在0.60～0.62wt％，Si控制在0.16～0.26wt％，Mn控制在0.5～0.7wt％，P控制在≤0.04wt％，S控制在≤0.04wt％；镀锌时采用ZnC1₂、NH₄Cl作为助镀剂，热镀锌温度455℃，浸镀时间为17秒，镀锌速度为10米/分钟；19根特高强度钢芯单丝左向绞合为特高强度钢芯。

5.根据权利要求2所述的智能电网特高强度钢芯高强耐热铝合金导线的制备方法，其特征在于：

所述步骤三为：将54根高强耐热铝合金圆线与特高强度钢芯经框式绞线机绞合，形成特高强度钢芯高强耐热铝合金绞线成品导线，成品导线的20℃时直流电阻≤0.0403Ω/km，整根拉力≥335.27kN。