CN108376576B - 一种大截面铝线生产工艺及采用该铝线的复合导线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大截面铝线生产工艺及采用该铝线的复合导线。工艺按照制得铝杆——铝杆拉成硬铝线胚——对硬铝线胚进行高温时效得到软铝线——冷却——拉丝的工艺得到等效直径在2.5～6.0mm的圆形或型线，20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m，抗张强度120～130MPa，伸长率≥6.0％，导电率≥62.5％IACS；所述硬铝线胚为拉拔成绞线用的铝丝所用的圆形硬铝杆。本发明的工艺采用先拉成硬铝线胚，时效，冷却后再次拉丝的方式，虽然增加了一道拉丝工序，但总体生产效率仍然较高，铝丝性能稳定，工艺控制难度相对较低，可得到20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m，抗张强度120～130MPa，伸长率≥6.0％的铝丝。
Description
技术领域
本发明涉及一种大截面铝线生产工艺及采用该铝线的复合导线。
背景技术
目前复合材料芯导线多采用软铝、硬铝等材质作为导体，在特高压输电线路中存在一些弊端：软铝导线铝丝强度在60～95MPa之间，运输时易磕碰损伤，架线时铝丝易松股、起灯笼，铝丝在受到外力时容易产生塑性变形；硬铝导电率为61％IACS，特高压工程载流量大，损耗多，铝丝伸长率一般≤2％，与复合芯之间的匹配度较差，只能发挥复合芯拉断力发挥75～85％之间。
现有半硬态铝线技术(如201610453464.7《一种复合芯半硬态铝绞线及其制造方法》和201710711341.3《一种大截面碳纤维复合芯半硬铝导线》)均为直接拉丝后进行长时间的时效处理，这种时效处理需要在250℃左右进行时效处理4～6h，时效工艺波动在2h内，工艺控制难度大，如果时效温度波动超过±5℃，铝丝性能就很难掌控，而且盘具外层和内层铝丝性能差别较大，稳定性不高，强度在110～125MPa之间，甚至盘具外端铝丝强度＜110MPa；伸长率在4～10％，盘具外端铝丝伸长率较大，盘具底端伸长率较小，控制不好甚至达不到4％，在进行拉断力试验时铝丝难以同时发挥最大拉力，伸长率较小铝丝会先断裂。或者如201610739439.5《一种中间态高导电铝单线及其制造方法》采用挤铝工艺，铝线坯挤压速度在10～15m/min，生产效率较低，由于铝杆配方之间存在一定差异，伸长率无法控制在6％以上。
发明内容
本发明的目的是提供一种大截面铝线的生产工艺和采用这种大截面铝线的复合导线。
实现本发明目的的技术方案是一种大截面铝线的生产工艺，按照制得铝杆——铝杆拉成硬铝线胚——对硬铝线胚进行高温时效得到软铝线——冷却——拉丝的工艺得到等效直径在2.5～6.0mm的圆形或型线，20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m，抗张强度120～130MPa，伸长率≥6.0％，导电率≥62.5％IACS；所述硬铝线胚为拉拔成绞线用的铝丝所用的圆形硬铝杆。
所述铝杆拉成硬铝线胚的拉丝速度8～15m/s，硬铝线胚直径在3.5～8.5mm，20℃导体电阻率≤0.02780Ω·mm2/m，抗张强度为110～170MPa。
所述对硬铝线胚进行高温时效得到软铝线，时效温度≥280℃，时效时间1h，制得软态铝线，软态铝单线的性能控制在20℃导体电阻率≤0.02730Ω·mm2/m，抗张强度60～95MPa，伸长率≥20％。
所述制得铝杆中，将铝杆的性能控制在直径为9.50mm，20℃导体电阻率≤0.02760Ω·mm2/m，抗张强度为85～105MPa，伸长率9～12％。
所述制得铝杆的方法为：将99.85％铝锭通过熔炼、成分配置、连铸连轧工序形成强度为85～120MPa、直径￠9.5mm的铝杆；其中各成分质量百分数控制在：Fe：0.145～0.165％、稀土：0.035～0.04％、Si≤0.025％、V<0.007％、Ti<0.0025％、Mn<0.002％、Cr<0.0015％、Zn<0.008％、Ni<0.008％，其余为铝和不可避免的杂质。
所述冷却时间为8小时以上。
所述拉丝的速度为8～15m/s，经过4道模具完成拉丝，延伸系数控制在1.15。
所述硬铝线胚与拉丝得到的铝线的截面积比为2：1。
一种复合导线，包括位于内部的复合材料芯和外部绞合的铝线绞合层；所述内复合材料芯的抗拉强度为2100～2800MPa，伸长率为2.0％～3.5％，Tg≥150℃；所述铝线绞合层所用铝线为由前工艺制得。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的积极的效果：(1)本发明的工艺采用先拉成硬铝线胚，时效，冷却后再次拉丝的方式，虽然增加了一道拉丝工序，但总体生产效率仍然较高，铝丝性能稳定，工艺控制难度相对较低，可得到20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m，抗张强度120～130MPa，伸长率≥6.0％的铝丝。
(2)本发明的工艺得到的大截面导线用于特高压输电工程，用来克服软铝和硬铝的弊端，其中铝丝绞前强度120～130MPa，伸长率≥6％，导电率≥62.5％IACS，可以与复合芯在拉断试验时有良好的配合，发挥复合芯100％的拉断力，导电率接近软铝型线，拉断力可以提高15％，降低运输和施工时的风险，可提高导线运行时的负载、大风、覆冰等能力。
(3)采用本发明的工艺得到的铝线与复合材料芯棒绞合以后，铝丝伸长率大于芯棒伸长率，可以发挥复合芯100％的拉断力，铝丝95％以上的拉断力，比复合芯硬铝拉断力提高15％左右，但导电率提高到62.5％IACS，降低线路运行损耗2～3％；导电率接近软铝型线，拉断力可以提高15％，降低运输和施工时的风险，可提高导线运行时的负载、大风、覆冰等能力，同时可改善软铝型线在特高压工程应用的截面限制，最大截面可达到1600mm2。
具体实施方式
(实施例1)
一种大截面铝线的生产工艺，按照制得铝杆——铝杆拉成硬铝线胚——对硬铝线胚进行高温时效得到软铝线——冷却——拉丝的工艺得到等效直径在2.5～6.0mm的圆形或型线，20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m，抗张强度120～130MPa，伸长率≥6.0％，导电率≥62.5％IACS；硬铝线胚为拉拔成绞线用的铝丝所用的圆形硬铝杆。
具体来说：制得铝杆的方法为：将99.85％铝锭通过熔炼、成分配置、连铸连轧工序形成强度为85～120MPa、直径￠9.5mm的铝杆；其中各成分质量百分数控制在：Fe：0.145～0.165％、稀土：0.035～0.04％、Si≤0.025％、V<0.007％、Ti<0.0025％、Mn<0.002％、Cr<0.0015％、Zn<0.008％、Ni<0.008％，其余为铝和不可避免的杂质。最佳实施例为：Fe：0.15％、稀土：0.035、Si：0.02％、V：0.0065％、Ti：0.002％、Mn：0.0018％、Cr：0.0013％、Zn：0.007％、Ni：0.006％，其余为铝和不可避免的杂质。
制得铝杆中，将铝杆的性能控制在直径为9.50mm，20℃导体电阻率≤0.02760Ω·mm2/m，抗张强度为85～105MPa，伸长率9～12％。
铝杆拉成硬铝线胚的拉丝速度为8～15m/s，硬铝线胚直径在3.5～8.5mm，20℃导体电阻率≤0.02780Ω·mm2/m，抗张强度为110～170MPa。
对硬铝线胚进行高温时效得到软铝线，时效温度≥280℃，时效时间1h，制得软态铝线，软态铝单线的性能控制在20℃导体电阻率≤0.02730Ω·mm2/m，抗张强度60～95MPa，伸长率≥20％。
冷却时间为8小时以上。
最后一步，拉丝的速度为8～15m/s，经过4道模具完成拉丝，延伸系数控制在1.15。硬铝线胚与拉丝得到的铝线的截面积比为2：1。
一种复合导线，包括位于内部的复合材料芯和外部绞合的铝线绞合层；内复合材料芯的抗拉强度为2100～2800MPa，伸长率为2.0％～3.5％，Tg≥150℃；复合材料芯由环氧树脂作为基体材料，碳纤维、玻璃纤维两种作为增强材料，通过固化工艺成型的棒材，可以是单根棒材，也可以是多根绞合。
铝线绞合层所用铝线为前述工艺得到的铝单线绞合，铝单线为圆形线、或者型线、或者圆形线和型线的组合体，可以是紧密绞合，也可以是疏绞型；绞合后的铝单线20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m、抗张强度≥115MPa、伸长率≥5.0％、导电率≥62.5％IACS。
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 (8)
1.一种大截面铝线的生产工艺，其特征在于：按照制得铝杆——铝杆拉成硬铝线胚——对硬铝线胚进行高温时效得到软铝线——冷却——拉丝的工艺得到等效直径在2.5～6.0mm的圆形线或型线，20℃导体电阻率≤0.027585Ω·mm2/m，抗张强度120～130MPa，伸长率≥6.0％，导电率≥62.5％IACS；所述硬铝线胚为拉拔成绞线用的铝丝所用的圆形硬铝杆；所述铝杆拉成硬铝线胚中，硬铝线胚直径在3.5～8.5mm，抗张强度为110～170MPa；所述对硬铝线胚进行高温时效得到软铝线中，时效温度≥280℃，时效时间1h，软态铝单线的抗张强度为60～95MPa；所述冷却时间为8小时以上。
2.根据权利要求1所述的一种大截面铝线的生产工艺，其特征在于：所述铝杆拉成硬铝线胚的拉丝速度8～15m/s，硬铝线胚直径在3.5～8.5mm，20℃导体电阻率≤0.02780Ω·mm2/m，抗张强度为110～170MPa。
3.根据权利要求1所述的一种大截面铝线的生产工艺，其特征在于：所述对硬铝线胚进行高温时效得到软铝线，时效温度≥280℃，时效时间1h，制得软态铝线，软态铝单线的性能控制在20℃导体电阻率≤0.02730Ω·mm2/m，抗张强度60～95MPa，伸长率≥20％。
4.根据权利要求1所述的一种大截面铝线的生产工艺，其特征在于：所述制得铝杆中，将铝杆的性能控制在直径为9.50mm，20℃导体电阻率≤0.02760Ω·mm2/m，抗张强度为85～105MPa，伸长率9～12％。
5.根据权利要求1所述的一种大截面铝线的生产工艺，其特征在于：所述制得铝杆的方法为：将99.85％铝锭通过熔炼、成分配置、连铸连轧工序形成强度为85～120MPa、直径￠9.5mm的铝杆；其中各成分质量百分数控制在：Fe：0.145～0.165％、稀土：0.035～0.04％、Si≤0.025％、V<0.007％、Ti<0.0025％、Mn<0.002％、Cr<0.0015％、Zn<0.008％、Ni<0.008％，其余为铝和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的一种大截面铝线的生产工艺，其特征在于：所述拉丝的速度为8～15m/s，经过4道模具完成拉丝，延伸系数控制在1.15。
7.根据权利要求1所述的一种大截面铝线的生产工艺，其特征在于：所述硬铝线胚与拉丝得到的铝线的截面积比为2：1。
8.一种复合导线，其特征在于：包括位于内部的复合材料芯和外部绞合的铝线绞合层；所述内复合材料芯的抗拉强度为2100～2800MPa，伸长率为2.0％～3.5％，Tg≥150℃；所述铝线绞合层所用铝线为由权利要求1-7之一所述工艺制得。
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