CN111816353B - 一种稀土高铁铝合金电缆及其制备方法 - Google Patents

一种稀土高铁铝合金电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稀土高铁铝合金电缆，属于电力电缆铝合金材料技术领域。稀土高铁铝合金电缆的单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.0‑1.5％，硅0.03‑0.08％，铜0.02‑0.08％，锰0.02‑0.08％，镁0.01‑0.05％，钛0.01‑0.08％，锆0.01‑0.08％，铬0.05‑0.1％，锶0.01‑0.05％，稀土0.8‑1.5％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。本发明还公开了一种稀土高铁铝合金电缆的制备方法。制备的稀土高铁铝合金单丝的伸长率＞35％，抗拉强度为＞120MPa，90°折弯次数38次以上，20℃时直流电阻率≤0.029，导电率≥62.0％IACS，弯曲半径7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％，使用寿命不低于40年。

Description

一种稀土高铁铝合金电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于电力电缆铝合金材料技术领域，尤其涉及一种稀土高铁铝合金电缆及其制备方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，电力工业已成为国民经济和社会发展的基础性产业，人们对电力的依赖程度也越来越高，作为电力传输的主要载体——电线电缆，以往均采用铜作为导体，由于我国的铜资源紧缺，加之铜的价格昂贵，市场上已推出一种普通铝合金电缆，由于普通铝合金电缆是采用ASTM-B800电工用8000系列铝合金线进行加工，该产品的一个主要缺点是脆度高，在电缆安装时只要一定角度的扭转，导体容易产生裂纹，裂口就会发热、腐蚀，容易引发火灾，限制了铝合金电缆的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土高铁铝合金电缆，解决铝合金电缆脆性高易产生裂纹的问题。本发明的另一个目的是提供一种稀土高铁铝合金电缆的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种稀土高铁铝合金电缆，包括稀土高铁铝合金导体和防护层，防护层的内部至少设置有一个稀土高铁铝合金导体，稀土高铁铝合金导体为采用稀土高铁铝合金单丝绞制而成；
所述稀土高铁铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.0-1.5％，硅0.03-0.08％，铜0.02-0.08％，锰0.02-0.08％，镁0.01-0.05％，钛0.01-0.08％，锆0.01-0.08％，铬0.05-0.1％，锶0.01-0.05％，稀土0.8-1.5％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
优选的，所述稀土高铁铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.3％，硅0.05％，铜0.05％，锰0.03％，镁0.02％，钛0.03％，锆0.03％，铬0.08％，锶0.03％，稀土1.0％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
优选的，所述稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
优选的，所述稀土高铁铝合金单丝为椭圆形或跑道形结构。
优选的，所述防护层的内部包裹有4根稀土高铁铝合金导体，每根稀土高铁铝合金导体的外部包裹有交联聚乙烯绝缘层，交联聚乙烯绝缘层与防护层之间填充有填充料；所述防护层包括从内向外依次同心设置的聚酯绝缘层、铝合金带自锁铠装和护套。
优选的，：所述护套为无铅无镉环保PVC护套。
优选的，所述交联聚乙烯绝缘层为单层或三层共挤结构。
上述稀土高铁铝合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为750-800℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝液进行浇注，浇铸成铝条；
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土高铁铝合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土高铁铝合金杆拉拔成椭圆形或跑道型的稀土高铁铝合金单丝；并将稀土高铁铝合金单丝在框绞上采用异型绞丝模绞合成稀土高铁铝合金导体；
S7、热处理，将稀土高铁铝合金导体放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h；待稀土高铁铝合金导体自然冷却后在稀土高铁铝合金导体的外部包裹上交联聚乙烯绝缘层和聚酯绝缘层，聚酯绝缘层和交联聚乙烯绝缘层之间填充橡胶的填充料，再经铠装、护套后形成稀土高铁铝合金电缆。
本发明所述的一种稀土高铁铝合金电缆及其制备方法的优点和积极效果是：
1、稀土高铁铝合金单丝呈椭圆形或跑道型结构，摒弃了以往的圆形单丝结构，使得在单位面积内可以设置更多的稀土高铁铝和合金单丝，稀土高铁铝合金单丝排列比较紧密，有利于减小电缆的横截面积。
2、在铝合金中添加稀土元素，稀土元素可以对铝合金进行变质处理，细化铝合金的晶粒，提高铝合金强度的同时能够提高铝合金的塑性。并且采用稀土元素对铝合金进行变质处理后稀土高铁铝合金单丝截面亮度高。
3、稀土高铁铝合金导体的密度只有铜导体的30.4％，具有密度小、重量轻的优点。
4、铝基体暴露在空气中会在电缆的表面形成一层厚度为2-4微米的致密氧化膜，减缓电缆继续腐蚀的速率，提高电缆的耐腐蚀性。
5、稀土高铁铝合金单丝的伸长率＞35％，抗拉强度为＞120MPa，90°折弯次数38次以上，20℃时直流电阻率≤0.029，导电率≥62.0％IACS，弯曲半径7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％，使用寿命不低于40年。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种稀土高铁铝合金电缆及其制备方法实施例的结构示意图。
附图标记
1、护套；2、铝合金带自锁铠装；3、聚酯绝缘层；4、填充料；5、交联聚乙烯绝缘层；6、稀土高铁铝合金导体。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
图1为本发明一种稀土高铁铝合金电缆及其制备方法实施例的结构示意图。如图所示，一种稀土高铁铝合金电缆，包括稀土高铁铝合金导体6和防护层，防护层的内部至少设置有一个稀土高铁铝合金导体6，稀土高铁铝合金导体6为采用稀土高铁铝合金单丝绞制而成。防护层的内部包裹有4根稀土高铁铝合金导体6，每根稀土高铁铝合金导体6的外部包裹有交联聚乙烯绝缘层5，交联聚乙烯绝缘层5与防护层之间填充有填充料4，填充料4可以选用绝缘的橡胶，提高电缆外部的绝缘效果。交联聚乙烯绝缘层5为单层或三层共挤结构。防护层包括从内向外依次同心设置的聚酯绝缘层3、铝合金带自锁铠装2和护套1。护套1为无铅无镉环保PVC护套1。
稀土高铁铝合金单丝为椭圆形或跑道形结构，稀土高铁铝合金单丝的结构摒弃了传统的圆形单丝，采用异型紧压合股的方式绞合成异型的稀土高铁铝合金导体6，采用椭圆形或跑道型的稀土高铁铝合金单丝一方面方便稀土高铁铝合金单丝的生产，另一方面可以提高稀土高铁铝合金单丝之间的紧密型，使得稀土高铁铝合金单丝之间能够紧密的排列，增加单位面积内稀土高铁铝合金单丝的数量。多个异型的稀土高铁铝合金导体6最后铠装成圆形的电缆。
实施例1
稀土高铁铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.1％，硅0.02％，铜0.03％，锰0.07％，镁0.01％，钛0.01％，锆0.07％，铬0.1％，锶0.02％，稀土0.8％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
上述稀土高铁铝合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用。
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为750℃，熔化后保温20min。
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温。
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝液进行浇注，浇铸成铝条。
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土高铁铝合金杆。
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土高铁铝合金杆拉拔成椭圆形的稀土高铁铝合金单丝；并将稀土高铁铝合金单丝在框绞上采用异型绞丝模绞合成稀土高铁铝合金导体6。
S7、热处理，将稀土高铁铝合金导体6放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6h；待稀土高铁铝合金导体6自然冷却后在稀土高铁铝合金导体6的外部包裹上交联聚乙烯绝缘层5和聚酯绝缘层3，聚酯绝缘层3和交联聚乙烯绝缘层5之间填充橡胶的填充料4，再经铠装、护套1后形成稀土高铁铝合金电缆。
采用上述方法制备的稀土高铁铝合金电缆单丝的伸长率37％，抗拉强度为121MPa，90°折弯次数38次，20℃时直流电阻率0.028，导电率62.0％IACS，弯曲半径7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％。
实施例2
稀土高铁铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.3％，硅0.05％，铜0.05％，锰0.03％，镁0.02％，钛0.03％，锆0.03％，铬0.08％，锶0.03％，稀土1.0％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
上述稀土高铁铝合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用。
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为780℃，熔化后保温20min。
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温。
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝液进行浇注，浇铸成铝条。
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土高铁铝合金杆。
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土高铁铝合金杆拉拔成椭圆形的稀土高铁铝合金单丝；并将稀土高铁铝合金单丝在框绞上采用异型绞丝模绞合成稀土高铁铝合金导体6。
S7、热处理，将稀土高铁铝合金导体6放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为8h；待稀土高铁铝合金导体6自然冷却后在稀土高铁铝合金导体6的外部包裹上交联聚乙烯绝缘层5和聚酯绝缘层3，聚酯绝缘层3和交联聚乙烯绝缘层5之间填充橡胶的填充料4，再经铠装、护套1后形成稀土高铁铝合金电缆。
采用上述方法制备的稀土高铁铝合金电缆单丝的伸长率39％，抗拉强度为128MPa，90°折弯次数39次，20℃时直流电阻率0.027，导电率65.0％IACS，弯曲半径7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％。
实施例3
稀土高铁铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.5％，硅0.07％，铜0.08％，锰0.02％，镁0.04％，钛0.08％，锆0.02％，铬0.06％，锶0.05％，稀土1.3％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
上述稀土高铁铝合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用。
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为780℃，熔化后保温20min。
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温。
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝液进行浇注，浇铸成铝条。
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土高铁铝合金杆。
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土高铁铝合金杆拉拔成跑道型的稀土高铁铝合金单丝；并将稀土高铁铝合金单丝在框绞上采用异型绞丝模绞合成稀土高铁铝合金导体6。
S7、热处理，将稀土高铁铝合金导体6放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为9h；待稀土高铁铝合金导体6自然冷却后在稀土高铁铝合金导体6的外部包裹上交联聚乙烯绝缘层5和聚酯绝缘层3，聚酯绝缘层3和交联聚乙烯绝缘层5之间填充橡胶的填充料4，再经铠装、护套1后形成稀土高铁铝合金电缆。
采用上述方法制备的稀土高铁铝合金电缆单丝的伸长率37％，抗拉强度为123MPa，90°折弯次数38次，20℃时直流电阻率0.028，导电率63.0％IACS，弯曲半径7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％。
因此，本发明采用上述稀土高铁铝合金电缆及其制备方法，能够解决铝合金电缆脆性高的问题，具有导电性能好、抗蠕变性能好的优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种稀土高铁铝合金电缆，其特征在于：包括稀土高铁铝合金导体和防护层，防护层的内部至少设置有一个稀土高铁铝合金导体，稀土高铁铝合金导体为采用稀土高铁铝合金单丝绞制而成；
所述稀土高铁铝合金单丝为椭圆形或跑道形结构；
所述防护层的内部包裹有4根稀土高铁铝合金导体，每根稀土高铁铝合金导体的外部包裹有交联聚乙烯绝缘层，交联聚乙烯绝缘层与防护层之间填充有填充料；所述防护层包括从内向外依次同心设置的聚酯绝缘层、铝合金带自锁铠装和护套；
所述稀土高铁铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.0-1.5％，硅0.03-0.08％，铜0.02-0.08％，锰0.02-0.08％，镁0.01-0.05％，钛0.01-0.08％，锆0.01-0.08％，铬0.05-0.1％，锶0.01-0.05％，稀土0.8-1.5％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
2.根据权利要求1所述的一种稀土高铁铝合金电缆，其特征在于：所述稀土高铁铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.3％，硅0.05％，铜0.05％，锰0.03％，镁0.02％，钛0.03％，锆0.03％，铬0.08％，锶0.03％，稀土1.0％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
3.根据权利要求1所述的一种稀土高铁铝合金电缆，其特征在于：所述稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种稀土高铁铝合金电缆，其特征在于：所述护套为无铅无镉环保PVC护套。
5.根据权利要求1所述的一种稀土高铁铝合金电缆，其特征在于：所述交联聚乙烯绝缘层为单层或三层共挤结构。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种稀土高铁铝合金电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为750-800℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝液进行浇注，浇铸成铝条；
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土高铁铝合金杆；
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S7、热处理，将稀土高铁铝合金导体放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h；待稀土高铁铝合金导体自然冷却后在稀土高铁铝合金导体的外部包裹上交联聚乙烯绝缘层和聚酯绝缘层，聚酯绝缘层和交联聚乙烯绝缘层之间填充橡胶的填充料，再经铠装、护套后形成稀土高铁铝合金电缆。
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