CN109234580A - 一种高强度导电率铝杆材料及生产方法 - Google Patents

一种高强度导电率铝杆材料及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度导电率铝杆材料及生产方法，该铝杆材料按重量百分比进行合金组分配比，铁0.16%～0.19%，硅0.03%～0.45%，铁硅比例控制在3.5～6，硼0.02～0.05%，镧0.02～0.2%，锰钛铬钒小于0.01%，其余为铝。本申请中生产出的高强度导电率铝杆材料，其主要性能指标均满足GB/T3954的要求，即抗拉强度在140MPa以上、导电率62.5%IACS、单盘铝杆强度偏差4MPa的高强度高导电率铝杆，用这种铝杆生产的大截面导线铝线抗拉强度≥180MPa，抗拉强度极差≤20MPa，导电率62.5%IACS，在特高压输电过程中减少不必要的能耗。

Description

一种高强度导电率铝杆材料及生产方法
技术领域
本发明涉及铝导线生产技术领域，更具体地说，特别涉及高强度导电率铝杆材料及生产方法。
背景技术
众所周知，导线的电阻越高，其在线路上的损耗也就越大。 据有关资料报道，我国电网输电线路每年电能损耗是传输电量的 8.0% 以上，约有四千至六千亿度电能在线路上发热而白白浪费掉。如何降低传统导线面临的线损大、提高电能传输效率，做到节能环保经济运行，是当前广大导线制造企业需要思考的问题。影响导线电阻的因素主要为导体的导电率和导线的截面积。随着国网特高压电网的迅猛发展，线路的传输容量递增，导线截面积已由常规的630mm2增加到1250mm2， 在现有截面基础上，再附加以提高材料的导电率将会极大降低线路损耗。 现在输电架空导线用铝导体，主要为硬铝线，其主要性能指标满足 GB/T3954的要求，即导线中各硬铝单线的抗拉强度≥ 160MPa，20℃时导体电阻率≤ 0.028264Ω·mm2/m. 铝线的导电率为 61%IACS。有统计如将导体的导电率从 61%IACS 提高到62.5%IACS，线路上的损耗将降低 2.5%左右。行业内曾采取多种方式来降低铝导体的电阻率，但是铝的电阻率和强度一般情况下是相互制约的。 例如 ：采用退火方式改变铝的组织状态，可以使铝的导电率由 61%IACS提高到 63%IACS 以上，但是，铝的状态由硬态转变为软态，导致其强度大大下降，由原来的160～200MPa 下降到 60～95MPa，使得同截面导线整体拉断力下降 25%～30%，导线的安全性和可靠性大大降低，因此不适用于架空敷设应用；也可通过选用低杂质含量的优质高纯铝锭来生产高导电铝丝，但是原材料纯度的增加，必然导致原材料成本的增加，使得高导电率导线的价格远高于普通导线成本。
目前随着特高压节能型大截面导线的逐步应用，为了安全运行的考虑，工程建设在保证导电率62.5%IACS基础上，又提出铝线的抗拉强度≥180MPa，抗拉强度极差≤20MPa的要求，指标有了很大的提高，对铝杆的制造加工是更加苛刻的考验。
发明内容
本发明的第一目的是解决现有技术中的技术问题，从而提供一种能够通保证导电率62.5%IACS基础上，又提出铝线的抗拉强度≥180MPa，抗拉强度极差≤20MPa的要求的铝杆材料。
本发明的第二目的是提供一种生产上述高强度导电率铝杆材料的生产方法；
为了实现本发明的第一目的，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种高强度导电率铝杆材料，按重量百分比进行合金组分配比，铁 0.16%～0.19%，硅0.03%～0.45%，铁硅比例控制在3.5～6，硼 0.02～0.05%，镧0.02～0.2%，锰钛铬钒小于0.01%，其余为铝。
为了实现本发明的第二目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种生产上述高强度导电率铝杆材料的生产方法，包括以下步骤：
S1、熔化炉中熔化铝锭；
S2、转入保温炉，加入铝硼合金、铝稀土合金、铝铁合金，调整至金属含量符合比例要求；
S3、添加精炼剂精炼；
S4、静置后铝液流入在线除气净化炉，净化槽中通入氮气；
S5、净化后经过陶瓷过滤板过滤经过上下浇包；
S6、采用水平浇铸模式进入铸机、经连轧机、经爬杆冷却成圈收杆；
进一步地，所述步骤S1中，铝锭纯度99.7%以上。
进一步地，所述步骤S2中保温炉温度保持 740～760℃。
进一步地，所述步骤S3中，搅拌30分钟，温度保持740～760℃静置30～40分钟。
进一步地，所述步骤S4中，氮气通入压力为0.6～0.8kg/cm2、温度为750～800℃。
进一步地，所述步骤S5中采用40目陶瓷过滤板。
进一步地，所述步骤S6中，浇铸温度 690～710℃，进轧温度 450～480℃，收盘温度110～140℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、所用铝锭铝含量在99.70%，成本低；2、在铝液中加入铝硼合金，硼元素能够减少铝中钛、钒、锰、铬等微量元素对导电率的影响；3、在铝液中加入铝稀土合金，减小多余硅对导电率影响；4、突破原有的铁硅比例1.5～2的限制，提高铁含量，铁硅比放大至3.5～6，提高铝杆抗拉强度；5、采用熔剂精炼和在线除气净化、过滤相结合的措施，进一步细化晶粒，提高导电率；6、改变原有的5°倾斜浇铸为水平浇铸，减少紊流避免铸锭内部气孔；7、通过在线冷却控制收盘温度，避免收杆后退火效应，提高内外圈铝杆的强度均匀性。
本申请中生产出的高强度导电率铝杆材料，抗拉强度在140MPa以上、导电率62.5%IACS、单盘铝杆强度偏差4MPa的高强度高导电率铝杆，用这种铝杆生产的大截面导线铝线抗拉强度≥180MPa，抗拉强度极差≤20MPa，导电率62.5%IACS，在特高压输电过程中减少不必要的能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的高强度导电率铝杆材料的生产方法的方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明中高强度导电率铝杆材料，按重量百分比进行合金组分配比，铁 0.16%～0.19%，硅0.03%～0.45%，铁硅比例控制在3.5～6，硼 0.02～0.05%，镧0.02～0.2%，锰钛铬钒小于0.01%，其余为铝。为了制备本申请中的铝杆材料，可以采用下列方法制备。
实施例一
参阅图1所示，
依以下步骤生产铝杆
熔化炉中投入99.70%铝锭，转入保温炉，调整温度保持 740℃，加入铝硼合金、铝稀土合金、铝铁合金；调整元素质量比例为铁 0.17%，硅0.035%，硼 0.03%，镧0.08%，锰钛铬钒控制0.01%以下，添加精炼剂精炼；搅拌30分钟，温度保持740℃静置30分钟；静置后铝液流入在线除气净化炉，净化槽中氮气通入压力为 0.6kg/cm2、温度为 750℃；净化后经过40目陶瓷过滤板过滤经大上下浇包，采用水平浇铸模式进入铸机、经连轧机、经爬杆冷却成圈收杆；其中浇铸温度 690℃，进轧温度 460℃，收盘温度140℃。
实施例二
依以下步骤生产铝杆
熔化炉中投入99.70%铝锭，转入保温炉，调整温度保持 750℃，加入铝硼合金、镧系铝稀土合金、铝铁合金；调整铁 0.19%，硅0.04%，硼 0.05%，镧0.1%，锰钛铬钒控制0.01%以下，添加精炼剂精炼；搅拌35分钟，温度保持750℃静置40分钟；静置后铝液流入在线除气净化炉，净化槽中氮气通入压力为 0.7kg/cm2、温度为 760℃；净化后经过40目陶瓷过滤板过滤经大上下浇包，采用水平浇铸模式进入铸机、经连轧机、经爬杆冷却成圈收杆 ；其中浇铸温度 700℃，进轧温度 470℃，收盘温度120℃。
实施例1与实施例2中生产的铝杆材料经检验，结果如下：
铝杆材料检测结果
导电率 抗拉强度 伸长率 抗拉强度极差
实施例1 62.6%IACS 141MPa 6% 3MPa
实施例2 62.8%IACS 145MPa 6% 3MPa
由上可见，本申请中生产出的高强度导电率铝杆材料，其主要性能指标满足 GB/T3954的要求，即抗拉强度在140MPa以上、导电率62.5%IACS、单盘铝杆强度偏差4MPa的高强度高导电率铝杆，用这种铝杆生产的大截面导线铝线抗拉强度≥180MPa，抗拉强度极差≤20MPa，导电率62.5%IACS，在特高压输电过程中减少不必要的能耗。
在本申请的优点在于1、所用铝锭铝含量在99.70%，成本低；2、在铝液中加入铝硼合金，硼元素能够减少铝中钛、钒、锰、铬等微量元素对导电率的影响；3、在铝液中加入铝稀土合金，减小多余硅对导电率影响；4、突破原有的铁硅比例1.5～2的限制，提高铁含量，铁硅比放大至3.5～6，提高铝杆抗拉强度；5、采用熔剂精炼和在线除气净化、过滤相结合的措施，进一步细化晶粒，提高导电率；6、改变原有的5°倾斜浇铸为水平浇铸，减少紊流避免铸锭内部气孔；7、通过在线冷却控制收盘温度，避免收杆后退火效应，提高内外圈铝杆的强度均匀性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高强度导电率铝杆材料，其特征在于,按重量百分比进行合金组分配比，铁0.16%～0.19%，硅0.03%～0.45%，铁硅比例控制在3.5～6，硼 0.02～0.05%，镧0.02～0.2%，锰钛铬钒小于0.01%，其余为铝。
2.一种制造权利要求1所述的高强度导电率铝杆材料的生产方法，其特征在于,包括以下步骤：
S1、熔化炉中熔化铝锭；
S2、转入保温炉，加入铝硼合金、铝稀土合金、铝铁合金，调整至金属含量符合比例要求；
S3、添加精炼剂精炼；
S4、静置后铝液流入在线除气净化炉，净化槽中通入氮气；
S5、净化后经过陶瓷过滤板过滤经过上下浇包；
S6、采用水平浇铸模式进入铸机、经连轧机、经爬杆冷却成圈收杆。
3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S1中，铝锭纯度99.7%以上。
4. 根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S2中保温炉温度保持 740～760℃。
5.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S3中，搅拌30分钟，温度保持740～760℃静置30～40分钟。
6.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S4中，氮气通入压力为0.6～0.8kg/cm2、温度为750～800℃。
7.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S5中采用40目陶瓷过滤板。
8. 根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于：所述步骤S6中，浇铸温度 690～710℃，进轧温度 450～480℃，收盘温度110～140℃。
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