CN109487100B

CN109487100B - 一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法及装置

Info

Publication number: CN109487100B
Application number: CN201811443983.0A
Authority: CN
Inventors: 周天国; 彭程
Original assignee: Yangtze Normal University
Current assignee: Yangtze Normal University
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: CN109487100A

Abstract

本发明公开一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法及装置，包括如下步骤：S1：将工业纯铝在熔炼炉中加热熔融，在铝熔体温度达到730‑750℃时，通过放流流槽将铝熔体从熔炼炉倒入保温炉中；S2：对保温炉中的对铝熔体合金成分净化处理；S3：铝熔体从放流流槽流出，在放流流槽靠近保温炉的一端持续喂入Al‑B中间合金线材，使铝熔体与Al‑B中间合金线材在放流流槽中充分接触并反应后进入底部设有排渣口的在线除气装置；S4：静置后的铝熔体通过放流流槽进入陶瓷过滤装置过滤后，再通过浇铸流槽进入水平浇铸系统浇入连续铸造机中形成铝合金线锭并连续分离；S5：经连续成形轧制得到铝合金杆，铝合金杆经过在线冷却装置冷却后被收杆机绕成盘杆即可。

Description

一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法及装置

技术领域

本发明涉及铝合金制备领域，具体涉及一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法及装置。

背景技术

我国地域宽广，发展很不平衡，西部资源丰富，工业落后；东部沿海地区，工业发达，资源稀缺，特别是电力资源。国家电力西电东送、实现远距离、大容量、大跨度的输电为提高电力安全、减少输电损失，需要高导电率铝及铝合金导线。

目前，我国用于高压及超高压（≥110KV）架空线路中主要采用铝及铝合金导线为导体。国外采用铝纯度为99.81%～99.66%、含硅量在0.05%左右的超高纯、高纯、中高纯和中低纯铝生产电工铝杆，以确保输电安全。而我国电缆工业原料为：少量电工级铝锭、大量的重熔铝锭、硅量较低而有害微量元素较高的进口铝锭、用进口氧化铝生产的国产铝锭和线路上换下的废铝线等，这就使得生产铝及铝合金导线的工序和控制不同，制备难度较大。

为了稳定地工业化生产合格的铝及铝合金导线，首先要分析铝的主要杂质元素硅、铁、铜、钛、钒、锰、铬等七个元素的含量，再通过合理配料实现原材料取长补短，控制铝液的成份，从而生产出高质量的铝及铝合金导线。铝合金中微量的“Cr、Mn、V、Ti”四个元素严重降低导线的导电性能，因此必须对铝溶体进行硼化处理。由于铝熔体的硼含量达到2%及以上时，会在铝熔体中形成无定型的AlB₂网状结构，此时铝熔体呈浆糊状，流动性能很差，基本无法进行Al-B中间合金的线锭浇注。目前主要是在铝合金生产线的保温炉中加入Al-3%B中间合金锭进行硼化处理。具体的处理方法为：制备含硼量为3%的Al-B中间合金，用铁模浇注得到块状锭；将块状锭加入到铝熔体中，使B元素与铝熔体中“Cr、Mn、V、Ti”四素反应，生成比铝熔体重的化合物，沉积于炉底；当炉底沉积多时，停炉清理沉积于炉底的化合物，从而降低铝熔体中上述四种元素的含量。

这种方法虽然有一定效果，但仍存在如下不足：1、炉内温度高，B元素在炉内的损失也较高，使得铝熔体的硼化不够彻底；2、熔池面积大，炉内搅拌易造成硼化不均匀，硼化效果不佳；3、硼与合金熔体中的Cr、Mn、V、Ti等元素发生反应后，生成比铝熔体重的化合物沉积于炉底，在生产过程中，一般需要定期剃炉进行清理，影响生产进度，不利于连续生产；4、在连续生产的过程中，硼化物越积越多，其在铝熔体中进行二次熔解，造成铝熔体变化，导致熔体成分的不均匀，影响产品的性能，降低产品的合格率。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有导电铝合金在硼化过程中硼化不彻底、膨化效果差、需要定期剃炉影响连续生产以及现有的硼化方法使得铝熔体成分不均匀导致产品合格率低等问题，提供一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法，实现在导电铝合金连铸连轧过程中对铝熔体进行在线净化，提高溶体的硼化效果，且使用该方法硼化后的铝合金成分均匀，合格率高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法，包括如下步骤：

S1：将工业纯铝在熔炼炉中加热熔融，在铝熔体温度达到730～750℃时，通过放流流槽将铝熔体从熔炼炉倒入保温炉中；

S2：对保温炉中的对铝熔体合金成分进行炉前快速分析并进行合金化处理，再对铝熔体进行净化处理；

S3：经过净化处理后的铝熔体从放流流槽流出，在放流流槽靠近保温炉的一端持续喂入Al-B中间合金线材，使铝熔体与Al-B中间合金线材在放流流槽中充分接触并反应后进入底部设有排渣口的在线除气装置；铝熔体在在线除气装置中动态静置，生成的硼化物沉淀后从在线除气装置底部的排渣口排出；

S4：动态静置后的铝熔体通过放流流槽进入陶瓷过滤装置过滤后，再通过浇铸流槽进入水平浇铸系统，从水平浇铸系统中浇入连续铸造机中形成铝合金线锭；铝合金线锭在连续铸造机中的剔锭器作用下，实现铝合金线锭与连铸结晶铜轮的连续分离；

S5：分离后的铝合金线锭，通过曲线锭引桥，在铸锭牵引机的牵引下，经过辊剪机剪掉线锭料头后进入校直机校直，再通过加热器加热后喂入连轧机组中进行连续成形轧制，得到铝合金杆，铝合金杆经过在线冷却装置冷却后被收杆机绕成盘杆，即为导电铝合金杆成品。

进一步，所述在线硼化装置中的放线机构和喂丝机的运动速度为：0.15～2.5m/Min。

进一步，所述步骤S2中的净化处理为：在铝合金熔体的温度达到740℃时，对铝熔体进行高纯氮气或高纯氩气的连续除气保护；再进行扒渣；扒渣后在铝熔体表面均匀撒上一层覆盖剂，保温静置30～45分钟。

进一步，所述Al-B中间合金线材中B含量为3%～8%。

本发明还提供一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理的装置，包括：熔炼炉、保温炉、在线除气装置、陶瓷过滤装置、水平浇铸系统、连续铸造机、铸锭牵引机、辊剪机、校直机、加热器、连轧机组、在线冷却装置和收杆机；其中，所述熔炼炉与保温炉之间通过转流流槽连通，所述保温炉与在线除气装置、在线除气装置与陶瓷过滤装置之间分别通过放流流槽连通；所述陶瓷过滤装置与水平浇铸系统之间设有浇铸流槽；在保温炉和在线除气装置之间设有在线硼化装置；所述在线硼化装置包括放线机构、喂丝机和导向管，所述喂丝机的一端与所述放线机构出线口相连，另一端与所述导向管相连，该导向管延伸至所述放流流槽靠近保温炉一端，并向该放流流槽的槽底弯曲。

进一步，所述加热器为倍频感应加热器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、采用本发明方法减少了合金元素B在炉内的损失，硼与合金熔体中的Cr、Mn、V、Ti等元素发生反应后，生成比铝熔体重的化合物，在生产过程中通过设置在在线除气系统的实时排渣口进行排除，避免了炉内鹏化沉积的定期剃炉清理与停产，提高了铝合金溶体的鹏化效果和提高了生产过程的连续性。

采用本发明方法避免了炉内鹏化铝熔体中形成的硼化物的二次熔解，提高了产品质量和产品的导电性能，本发明铝及铝合金导电杆的导电率可提高2～3%IACS，导电性能偏差可控制在5%以内。

3、本发明装置由于在保温炉和在线除气装置之间设置了在线硼化装置，在导电铝合金的连铸连轧过程中，通过在线硼化装置对放流流槽喂入Al-B中间合金的线材，实现了对铝合金熔体的在线净化，使得Al-B中间合金中的B与铝熔体中的Cr、Mn、V、Ti四种元素的接触增加，从而使得B与Cr、Mn、V、Ti的反应更加均匀，Cr、Mn、V、Ti四种元素的净化更加彻底，去除了铝熔体中的这四种严重降低铝导线的导电性能的元素，从而提高了铝合金的导电性能。

4、由于喂入的Al-B中间合金的线材与流入放流流槽中的铝熔体不断接触，铝熔体将Al-B中间合金的线材熔化并充分反应，使得B元素在炉内的损失大大降低，提高了铝熔体的净化效率的同时，也降低了Al-B中间合金的使用，为企业节约了大量的生产成本。同时，在线除气装置的底部设有用于排出硼化物的排渣口，与B反应后生成的CrB₂、TiB₂、VB₂和MnB₂等化合物，大部分通过在线除气装置的静置室沉淀到底部，并通过底部的排渣口清除，避免了炉内鹏化铝熔体中形成的硼化物的二次熔解，从而保持铝合金熔体成分的均匀性，提高了产品质量和产品的导电性能。避免了炉内鹏化沉积的定期剃炉清理与停产，提高了生产过程的连续性。

5、本发明在线硼化装置为独立装置，不改变原有的连铸连轧装置，只需要将在线硼化装置的导向管与连铸连轧装置的放流流槽对应起来，因此，能适用大多数连铸连轧装置，且改造简单。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明的中线硼化装置图。

图中：1、熔炼炉；2、转流流槽；3、保温炉；4、放流流槽；5、在线硼化装置；6、放线机构；7、喂丝机；8、导向管；9、中间合金线材；10、在线除气装置；11、陶瓷过滤装置；12、水平浇铸系统；13、连续铸造机；14、铝合金线锭；15、铸锭牵引机；16、辊剪机；17、校直机；18、倍频感应加热器；19、导向轮；20、连轧机组；21、在线冷却装置；22、收杆机；23、成品铝合金线杆。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明的工艺方法主要为：将电工铝锭在熔炼炉1中进行熔化、然后经转流流槽2转入保温炉3进行合金化，然后对合金化的铝熔体除气、除杂、扒渣、覆盖剂覆盖、保温静置等净化处理，保温静置后的铝熔体从保温炉3出来后经放流流槽4流过接在后边的在线硼化装置5、在线除气装置10和陶瓷过滤装置11，然后经由上浇包、中间浇包、下浇包、水平浇铸流槽构成的水平浇铸系统12平稳的浇入连续铸造机13中。铝熔体流本入连铸机铜轮槽口与钢带构成的型腔中，在连续铸造机13冷却系统的冷却作用下不断的连续凝固成铝合金线锭14，铝合金线锭14和连续铸造机13脱离后由引桥进入铸锭牵引机15，在牵引机15的牵引作用下进入辊剪机16剪去料头，然后经校直机17校直再进入倍频感应加热器18进行加热，加热后的高温铝合金线锭14在导向轮19的定位作用下准确进入连轧机组20进行加工得到高温铝合金线杆，然后经在线冷却装置21冷却，被收杆机22绕制成成品铝合金线杆23。

进一步，参见图2，本发明还提供一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理的装置，包括：熔炼炉1、保温炉3、在线除气装置10、陶瓷过滤装置11、水平浇铸系统12、连续铸造机13、铸锭牵引机15、辊剪机16、校直机17、倍频感应加热器18、连轧机组20、在线冷却装置21和收杆机22；所述熔炼炉1与保温炉3之间通过转流流槽2连通，所述保温炉3与在线除气装置10、在线除气装置10与陶瓷过滤装置11之间分别通过放流流槽4连通；所述陶瓷过滤装置11与水平浇铸系统12之间设有浇铸流槽。实际生产时，一般采用倍频感应加热器18对轧制前的线材加热，易于控制且加热速度快。

为了实现铝熔体的在线净化，在保温炉3和在线除气装置10之间设有在线硼化装置5。所述在线硼化装置5包括放线机构6、喂丝机7和导向管8。所述喂丝机7的一端与所述放线机构6出线口对齐，用于硼化的Al-B中间合金线材9从放线机构6水平伸出，并从与放线机构6出线口对齐的喂丝机7的一端进入喂丝机7，在喂丝机7驱动轮的驱动下，Al-B中间合金线材9从导向管8弯曲的一端伸出，并深入到放流流槽4中铝熔体的中下部，从而实现铝熔体的在线硼化。

在线硼化装置5工作原理：由铝硼中间合金制作成的中间合金线材9盘绕在放线机构6上，中间合金线材9的一端进入喂丝机7，在喂丝机7驱动轮的驱动下通过导向管8进入放流流槽4中铝液中下部。

本发明在铝及铝合金导电杆连铸连轧过程中，将AL-B中间合金线材9由炉外连续加入到流槽内的铝熔体中，Al-B合金线材熔化加入的速度可以根据Cr、Mn、V、Ti含量进行调整，从而使Al-B中间合金中B元素与铝溶体中Cr、Mn、V、Ti 等充分反应，形成CrB₂、TiB₂、VB₂和MnB₂化合物，大部分通过在线除气装置10的静置室静沉淀到底部借助底部的排渣口清除，避免了溶体中的可逆反应，保持铝及铝合熔体成分的均匀性，提高熔体的纯度、减少杂质和有害元素对铝及铝合金导电杆力学性能和导电性能的影响，使铝及铝合金导体的综合力学性能和导电性能达到最佳，减少Al–B中间合金的用量。导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法，包括如下步骤：

S1：将工业纯铝在熔炼炉1中加热熔融，当铝液温度达到730～750℃时，通过和熔炼炉1与保温炉3相连的转流流槽2将铝液从熔炼炉1倒入保温炉3中。

S2：对保温炉3中熔体进行净化处理，净化处理包括除气、除杂、扒渣、覆盖，对铝熔体合金成分进行炉前快速分析，对熔体成分进行调整，直至达到成分要求，当铝合金熔体的温度达到740℃时，对熔体进行高纯氮气/氩气的连续除气保护，扒渣后在铝熔体表面均匀撒上一层覆盖剂，保温静置30～45分钟。

S3：经过净化处理后的铝熔体从保温炉3经放流流槽4流出，在在线硼化装置5的作用下，以0.15～2.5m/Min的速度将Al-B中间合金线材9送至放流槽流中铝熔体的中下部。Al-B合金线材的加入的速度可以根据Cr、Mn、V、Ti含量进行调整，以确保铝熔体中的Cr、Mn、V、Ti能够充分与Al-B合金中的B元素反应后除去。铝熔体将Al-B中间合金线材9熔化，并在放流流槽4中与熔化的Al-B中间合金线材9充分反应，反应后的铝熔体进入在线除气装置10中静置。一般采用硼含量为3%或8%的Al-B中间合金。该Al-B中间合金线材9的直径为9.5mm。由于硼与铝熔体中的Cr、Mn、V、Ti反应后生成的CrB₂、TiB₂、VB₂和MnB₂等硼化物都比铝熔体重，因此在静置过程中，CrB₂、TiB₂、VB₂和MnB₂等硼化物沉淀到在线除气装置10的底部，从在线除气装置10底部的排渣口清除掉，这样，通过实时去除生成的硼化物，避免了硼化物在铝熔体中发生溶解的可逆反应，使得整个铝熔体的成分不均匀，从而提高了铝熔体的纯度，使得铝熔体的导电性能更好；也避免了硼化物堆积需要定期剃炉的麻烦；而且，采用这样的硼化方式，也减少了硼在铝熔体中的损失，从而节约了Al–B中间合金的用量，节约了生产成本。

S4：静置后的铝熔体通过放流流槽4进入陶瓷过滤装置11过滤后，再通过浇铸流槽进入水平浇铸系统12。该水平浇铸系统12包括上浇包、中间浇包、下浇包和水平浇铸流槽。铝熔体经过上浇包、中间浇包、下浇包和水平浇铸流槽，并通过水平浇铸流槽浇入连续铸造机13中形成铝合金线锭14。铝合金线锭14在连续铸造机13中的剔锭器作用下，实现铝合金线锭14与连铸结晶铜轮的连续分离。

S5：分离后的铝合金线锭14，通过曲线锭引桥，在铸锭牵引机15的牵引下，经过辊剪机16剪掉线锭料头后进入校直机17校直，再通过倍频感应加热器18加热后喂入连轧机组20中进行连续成形轧制，得到铝合金线杆，铝合金线杆经过在线冷却装置21冷却后被收杆机22绕成盘杆，即为成品铝合金线杆23，经过后续处理即可成为铝导线。

采用上述工艺制备的导电铝合金线杆的成分(Wt,%)以及制得的铝合金线杆的等效导电率如下表所示：

	Al	Si	Mg	Fe	Cr+Mn+V+Ti	等效导电率/IACS
							实施例1	余量	0.09	/	0.12	0.15	62.35%
实施例2	余量	0.58	0.59	0.11	0.22	55.65%
							实施例3	余量	0.06	/	0.09	0.24	63.05%

普通铝杆的导电率为61%IACS，合金杆的导电率为54.5%IACS。采用本发明方法生产的铝合金导电杆的导电率可提高2～3%IACS，导电性能偏差可控制在5%以内。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

S3：经过净化处理后的铝熔体从放流流槽流出，在放流流槽靠近保温炉的一端，通过在线硼化装置以0.15～2.5m/min 的速度将Al-B中间合金线材送至放流槽流中铝熔体的中下部，使铝熔体与Al-B中间合金线材在放流流槽中充分接触并反应后进入底部设有排渣口的在线除气装置；铝熔体在在线除气装置中动态静置，生成的硼化物沉淀后从在线除气装置底部的排渣口排出；所述Al-B中间合金线材中B含量为3%～8%；

2.如权利要求1所述的导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法，其特征在于：所述步骤S2中的净化处理为：在铝合金熔体的温度达到740℃时，对铝熔体进行高纯氮气或高纯氩气的连续除气保护；再进行扒渣；扒渣后在铝熔体表面均匀撒上一层覆盖剂，保温静置30～45分钟。

3.一种导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理的装置，其特征在于：用于如权利要求1所述的导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理方法中，包括：熔炼炉、保温炉、在线除气装置、陶瓷过滤装置、水平浇铸系统、连续铸造机、铸锭牵引机、辊剪机、校直机、加热器、连轧机组、在线冷却装置和收杆机；其中，所述熔炼炉与保温炉之间通过转流流槽连通，所述保温炉与在线除气装置、在线除气装置与陶瓷过滤装置之间分别通过放流流槽连通；所述陶瓷过滤装置与水平浇铸系统之间设有浇铸流槽；其特征在于：在保温炉和在线除气装置之间设有在线硼化装置；所述在线硼化装置包括放线机构、喂丝机和导向管，所述喂丝机的一端与所述放线机构出线口相连，另一端与所述导向管相连，该导向管延伸至所述放流流槽靠近保温炉一端，并向该放流流槽的槽底弯曲。

4.根据权利要求3所述的导电铝合金杆连铸连轧及硼化处理的装置，其特征在于：所述加热器为倍频感应加热器。