CN113345625A - 一种节能型倍容导线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型倍容导线及其制备方法，该节能型倍容导线由高导电率耐热铝合金型线与铝包钢线同心绞合而成，高导电率耐热铝合金型线与铝包钢线完全不接触且二者之间的间隙内填充耐高温油脂，高导电率耐热铝合金型线在制备过程中，在铝锭熔炼时加入合金元素，节能型倍容导线的20℃时直流电阻≤0.0688Ω/km，整根拉力≥126.9kN。本发明的节能型倍容导线输电容量大，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，弧垂特性好、拉重比大、直流电阻小，线路损耗低、节能效果好，性能稳定，使用安全可靠，解决现有增容导线线路损耗大的行业难题，将广泛应用和替代现有增容导线。

Description

一种节能型倍容导线及其制备方法
技术领域
本发明属于架空导线技术领域，具体涉及一种节能型倍容导线及其制备方法。
背景技术
随着我国经济建设的快速发展，电力需求逐年攀升。如何充分利用现有线路走廊及线路设施，尽可能多输送电量、降低线损，提高输电功率已成为电力运行部门必须考虑的问题。目前我国架空输电线路常用钢芯铝绞线，该导线的生产和应用技术基本成熟，但其输电线损高，耐腐蚀性能差，载流量低。
耐热铝合金导线是一种良好的输电线路增容导线，导线耐热性好，载流量高，已得到人们的更多关注。但是，现服役的耐热铝合金导线的导电率为60％IACS，较钢芯铝绞线的硬铝线导电率低，使其在线路运行过程中线路损耗大于钢芯铝绞线，制约其大规模替代钢芯铝绞线。因此，急需开发一种直流电阻较钢芯铝绞线线小、节能效果好，又可实现输电容量增加一倍以上的节能型倍容导线。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种节能型倍容导线及其制备方法。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种节能型倍容导线，为由若干根高导电率耐热铝合金型线与若干根铝包钢线同心绞合而成的三层结构，包括位于中心位置的铝包钢线层及由内至外依次排布于铝包钢线层外部的第一型线层和第二型线层，所述铝包钢线层中的铝包钢线与第一型线层的高导电率耐热铝合金型线完全不接触且二者之间的间隙内填充耐高温油脂，第一型线层和第二型线层紧密贴合，高导电率耐热铝合金型线在制备过程中，在铝锭熔炼时加入合金元素，合金元素的重量百分比为5.73～7.72％，余量为铝锭，节能型倍容导线的20℃时直流电阻≤0.0688Ω/km，整根拉力≥126.9kN。
进一步的，所述铝包钢线层由7根单丝直径3.07mm的LB20A铝包钢线绞合而成，第一型线层由9根单丝等效直径4.70mm的高导电率耐热铝合金型线绞合而成，第二型线层由14根单丝等效直径4.70mm的高导电率耐热铝合金型线绞合而成。
进一步的，按重量百分比计，所述合金元素包括：Zr 0.2～0.3wt％，Fe 0.6～0.7wt％，Cu 0.3～0.4wt％，Mg 0.3～0.4wt％，Si 0.1～0.2wt％，Zn 4.2～5.6wt％，Re0.03～0.12wt％。
进一步的，所述高导电率耐热铝合金型线采用以下步骤制备得到：
铝锭熔炼-合金成份配置-精炼-浇铸-轧制-淬火-收铝合金杆-拉丝-时效；
所述铝合金杆通过连铸连轧工艺生产得到，水平浇铸温度为695～720℃，浇铸速度为830～850rpm，冷却水温度为20～27℃，铝合金杆的抗拉强度控制在116～128MPa，伸长率10～16％，20℃时导体电阻率≤0.02779Ω·mm2/m；
对铝合金杆拉丝后得到的高导电率耐热铝合金型线的20℃导体电阻率为≤0.027953Ω·mm2/m，抗拉强度200～220MPa，伸长率1.8～2.2％；
时效后的高导电率耐热铝合金型线的20℃导体电阻率为0.027628～0.027894Ω·mm2/m，抗拉强度170～195MPa，伸长率1.8～2.2％，于230℃、1h条件下的强度保持率≥96％。
进一步的，所述铝包钢线采用以下步骤制备得到：
将直径为9.5mm的铝杆通过430～450℃的挤出温度、80～130m/min的速度包覆在6.0淬火钢坯上，包覆后得到直径为6.88mm的坯料杆，坯料杆拉丝后制得直径为3.07mm的铝包钢线单丝，所述铝包钢线单丝的抗拉强度≥1310MPa，1％伸长应力≥1180MPa，伸长率≥1.0％，20℃导体电阻率为≤0.08480Ω·mm2/m，再将若干根铝包钢线单丝绞合得到所需铝包钢线。
本发明公开了一种节能型倍容导线的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、铝锭熔炼
将铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；
步骤二、合金成份配置
先按配比将铝锆合金锭、铝铁合金锭、铝铜合金锭、镁锭、铝硅合金锭、铝稀土合金锭混合，并在750℃下熔化，再升温至770～780℃，精炼、扒渣；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20～30min；
按重量百分比计，在铝锭熔炼过程中加入的合金元素包括：Zr 0.2～0.3wt％，Fe0.6～0.7wt％，Cu 0.3～0.4wt％，Mg 0.3～0.4wt％，Si 0.1～0.2wt％，Zn 4.2～5.6wt％，Re 0.03～0.12wt％；
步骤三、连续铸造
采用水平浇铸，浇铸温度为695～720℃，浇铸速度为830～850RPM，冷却水温度为20～27℃，采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；
步骤四、连续轧制
对锭坯进行连续轧制，轧制速度为5～5.5m/s，控制乳化液压力为250～280kpa，乳化液温度为60～70℃，润滑油压力为80～90kpa；
通过连铸连轧工艺生产得到的铝合金杆的抗拉强度控制在116～128MPa，伸长率10～16％，20℃时导体电阻率≤0.02779Ω·mm2/m；
步骤五、淬火
淬火压力控制在200～300kpa，淬火水温度控制在低于28℃；
步骤六、拉丝
淬火后的铝合金金杆经拉丝机后拉出高导电率耐热铝合金型线，拉丝后高导电率耐热铝合金型线的性能控制在单丝等效直径为4.70mm、20℃导体电阻率为≤0.027953Ω·mm2/m、抗拉强度200～220MPa、伸长率1.8～2.2％；
步骤七、时效
将拉丝后的高导电率耐热铝合金型线在时效炉内进行温度200±2℃、6h的时效处理；时效后高导电率耐热铝合金型线的性能控制在20℃导体电阻率为0.027628～0.027894Ω·mm2/m，抗拉强度170～195MPa，伸长率1.8～2.2％，于230℃、1h条件下的强度保持率≥96％；
步骤八、制备铝包钢线
铝杆通过430～450℃的挤出温度、80～130m/min的速度包覆在6.0淬火钢坯上，包覆后得到直径为6.88mm的坯料杆，坯料杆拉丝后制得单丝直径为3.07mm、导电率20.3％IACS的铝包钢线，再经过去应力轮验证是否存在缺陷，其中，铝包钢线(单丝)的抗拉强度≥1310MPa，1％伸长应力≥1180MPa，伸长率≥1.0％，20℃导体电阻率为≤0.08480Ω·mm2/m；随后，将7根铝包钢线绞合得到铝包钢线层，绞向为左向；
步骤九、绞合
将23根高导电率耐热铝合金型线与步骤八所得铝包钢线进行同心绞合，形成具有三层结构的节能型倍容导线。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种节能型倍容导线及其制备方法，该节能型倍容导线为由若干根高导电率耐热铝合金型线与若干根铝包钢线同心绞合而成的三层结构，包括位于中心位置的铝包钢线层及由内至外依次排布于铝包钢线层外部的第一型线层和第二型线层，铝包钢线层中的铝包钢线与第一型线层的高导电率耐热铝合金型线完全不接触且二者之间的间隙内填充耐高温油脂，高导电率耐热铝合金型线在制备过程中，在铝锭熔炼时加入合金元素，合金元素的重量百分比为5.73～7.72％，余量为铝锭，节能型倍容导线的20℃时直流电阻≤0.0688Ω/km，整根拉力≥126.9kN。本发明提供的节能型倍容导线及其制备方法，节能型倍容导线输电容量大，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，同时该导线直流电阻小，直流电阻较同规格钢芯铝绞线降低5％，导电性能好，线路损耗低、节能效果好，性能稳定，使用安全可靠，解决现有增容导线线路损耗大的行业难题，将广泛应用和替代现有增容导线。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的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。
实施例1
如图1所示，一种节能型倍容导线，为由23根单丝等效直径4.70mm的高导电率耐热铝合金型线1与7根单丝直径3.07mm的铝包钢线2同心绞合而成的三层结构，该三层结构具体包括位于中心位置的铝包钢线层及由内至外依次排布于铝包钢线层外部的第一型线层和第二型线层，第一型线层和第二型线层紧密结合，第一型线层由9根单丝等效直径4.70mm的高导电率耐热铝合金型线1绞合而成，第二型线层由14根单丝等效直径4.70mm的高导电率耐热铝合金型线1绞合而成，铝包钢线层由7根单丝直径3.07mm的LB20A型号的铝包钢线2绞合而成，铝包钢线2与第一型线层的高导电率耐热铝合金型线1完全不接触且二者之间的间隙内填充耐高温油脂3，节能型倍容导线的20℃时直流电阻≤0.0688Ω/km，整根拉力≥126.9kN。
高导电率耐热铝合金型线1的截面可为圆形、梯形或其他异形形状，高导电率耐热铝合金型线1在制备过程中，在铝锭熔炼时加入合金元素，合金元素的重量百分比为5.73～7.72％，余量为铝锭。
本发明提供的一种节能型倍容导线的制备方法，包括以下步骤：
1)、制备高导电率耐热铝合金型线；
高导电率耐热铝合金型线1采用以下步骤制备得到：
铝锭熔炼-合金成份配置-精炼-浇铸-轧制-淬火-收铝合金杆-拉丝-时效；具体包括：
步骤一、铝锭熔炼
将铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；铝锭采用电工铝，纯度为≥99.7％；
步骤二、合金成份配置
先按配比将铝锆合金锭、铝铁合金锭、铝铜合金锭、镁锭、铝硅合金锭、铝稀土合金锭混合，并在750℃下熔化，再升温至770～780℃；充分混合后，再通入精炼剂(质量分数43％的C2Cl6与57％的CCl4混合氯盐的混合)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20～30min；炉内采用电磁搅拌或人工搅拌，确保成份均匀；
按重量百分比计，在铝锭熔炼过程中加入的合金元素包括：Zr 0.2～0.3wt％，Fe0.6～0.7wt％，Cu 0.3～0.4wt％，Mg 0.3～0.4wt％，Si 0.1～0.2wt％，Zn 4.2～5.6wt％，Re 0.03～0.12wt％。锆Zr的添加会提高高导电率耐热铝合金型线1的耐热性能，但是锆会急剧增大导体的电阻，本发明控制锆含量0.2-0.3％，提高Mg、Zn、Re的添加量，在保证高导电率耐热铝合金型线1耐热性能的前提下，通过Mg、Zn、Re提高导体的导电性，降低电阻率；
步骤三、连续铸造
采用水平浇铸，浇铸温度为695～720℃，浇铸速度为830～850RPM，冷却水温度为20～27℃。采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；
步骤四、连续轧制
锭坯通过由粗轧机和高轧机两台轧机串联形成的14辊轧机进行连续轧制，轧制速度为5～5.5m/s，控制乳化液压力为250～280kpa，乳化液温度为60～70℃，润滑油压力为80～90kpa；
通过连铸连轧工艺生产得到的铝合金杆的抗拉强度控制在116～128MPa，伸长率10～16％，20℃时导体电阻率≤0.02779Ω·mm2/m；
本实施例中，通过连铸连轧工艺生产得到的直径9.5mm的铝合金杆的性能控制在20℃导体电阻率为0.02775Ω·mm2/m、抗拉强度124MPa、伸长率14％；
步骤五、淬火
淬火压力控制在200～300kpa，淬火水温度控制在低于28℃；
步骤六、拉丝
经连铸连轧生产出的铝合金金杆淬火后再经拉丝机后拉出高导电率耐热铝合金型线1，拉丝后高导电率耐热铝合金型线1的性能控制在单丝等效直径为4.70mm、20℃导体电阻率为≤0.027953Ω·mm2/m、抗拉强度200～220MPa、伸长率1.8～2.2％；
步骤七、时效
将拉丝后的高导电率耐热铝合金型线1在时效炉内进行温度200±2℃、6h的时效处理。时效后高导电率耐热铝合金型线1的性能控制在20℃导体电阻率为0.027628～0.027894Ω·mm2/m，抗拉强度170～195MPa，伸长率1.8～2.2％，于230℃、1h条件下的强度保持率≥96％(一般为96～98％)。
2)、制备铝包钢线：
铝包钢线2采用以下步骤制备得到：
清洗-包覆-拉丝-复绕-绞线；具体包括：
清洗铝杆，去除杂质后，将直径为9.5mm的铝杆通过430～450℃的挤出温度、80～130m/min的速度包覆在6.0淬火钢坯上，包覆后得到直径为6.88mm的坯料杆，坯料杆拉丝后制得单丝直径为3.07mm、导电率20.3％IACS的铝包钢线2，再经过3道去应力轮，验证是否存在缺陷，其中，铝包钢线2的抗拉强度≥1310MPa，1％伸长应力≥1180MPa，伸长率≥1.0％，20℃导体电阻率为≤0.08480Ω·mm2/m。
3)、将7根铝包钢线2绞合得到铝包钢线层，绞向为左向。
4)、将23根高导电率耐热铝合金型线1与步骤3)所得铝包钢线层经框式绞线机按照需要的绞合方式进行绞合，形成具有三层结构的节能型倍容导线，其20℃时直流电阻≤0.0688Ω/km，整根拉力≥126.9kN，优选≥128.1kN。
其中，步骤1)与步骤2)无先后顺序。
将本实施例1制备的JNRLH61.5/LB20A-400/50铝包钢芯高导电率耐热铝合金绞线与现有JL/G1A-400/50钢芯铝绞线进行性能测试，测试表如表1所示。
表1
Figure BDA0003090116480000061
Figure BDA0003090116480000071
由表1可知，本发明制备的JNRLH61.5/LB20A-400/50铝包钢芯高导电率耐热铝合金绞线即节能型倍容导线，重量轻、拉断性能优良，拉重比大，直流电阻小，载流量大，线路损耗低、节能效果好，具有广阔的应用前景。
本发明未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种节能型倍容导线，其特征在于，为由若干根高导电率耐热铝合金型线与若干根铝包钢线同心绞合而成的三层结构，包括位于中心位置的铝包钢线层及由内至外依次排布于铝包钢线层外部的第一型线层和第二型线层，所述铝包钢线层中的铝包钢线与第一型线层的高导电率耐热铝合金型线完全不接触且二者之间的间隙内填充耐高温油脂，高导电率耐热铝合金型线在制备过程中，在铝锭熔炼时加入合金元素，合金元素的重量百分比为5.73～7.72％，余量为铝锭，节能型倍容导线的20℃时直流电阻≤0.0688Ω/km，整根拉力≥126.9kN。
2.根据权利要求1所述的一种节能型倍容导线，其特征在于，所述铝包钢线层由7根单丝直径3.07mm的LB20A铝包钢线绞合而成，第一型线层由9根单丝等效直径4.70mm的高导电率耐热铝合金型线绞合而成，第二型线层由14根单丝等效直径4.70mm的高导电率耐热铝合金型线绞合而成。
3.根据权利要求1所述的一种节能型倍容导线，其特征在于，按重量百分比计，所述合金元素包括：Zr 0.2～0.3wt％，Fe 0.6～0.7wt％，Cu 0.3～0.4wt％，Mg 0.3～0.4wt％，Si0.1～0.2wt％，Zn 4.2～5.6wt％，Re 0.03～0.12wt％。
4.根据权利要求1所述的一种节能型倍容导线，其特征在于，所述高导电率耐热铝合金型线采用以下步骤制备得到：
铝锭熔炼-合金成份配置-精炼-浇铸-轧制-淬火-收铝合金杆-拉丝-时效；
所述铝合金杆通过连铸连轧工艺生产得到，水平浇铸温度为695～720℃，浇铸速度为830～850rpm，冷却水温度为20～27℃，铝合金杆的抗拉强度控制在116～128MPa，伸长率10～16％，20℃时导体电阻率≤0.02779Ω·mm2/m；
对铝合金杆拉丝后得到的高导电率耐热铝合金型线的20℃导体电阻率为≤0.027953Ω·mm2/m，抗拉强度200～220MPa，伸长率1.8～2.2％；
时效后的高导电率耐热铝合金型线的20℃导体电阻率为0.027628～0.027894Ω·mm2/m，抗拉强度170～195MPa，伸长率1.8～2.2％，于230℃、1h条件下的强度保持率≥96％。
5.根据权利要求1所述的一种节能型倍容导线，其特征在于，所述铝包钢线采用以下步骤制备得到：
将直径为9.5mm的铝杆通过430～450℃的挤出温度、80～130m/min的速度包覆在6.0淬火钢坯上，包覆后得到直径为6.88mm的坯料杆，坯料杆拉丝后制得直径为3.07mm的铝包钢线单丝，所述铝包钢线单丝的抗拉强度≥1310MPa，1％伸长应力≥1180MPa，伸长率≥1.0％，20℃导体电阻率为≤0.08480Ω·mm2/m，再将若干根铝包钢线单丝绞合得到所需铝包钢线。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种节能型倍容导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、铝锭熔炼
将铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；
步骤二、合金成份配置
先按配比将铝锆合金锭、铝铁合金锭、铝铜合金锭、镁锭、铝硅合金锭、铝稀土合金锭混合，并在750℃下熔化，再升温至770～780℃，精炼、扒渣；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20～30min；
按重量百分比计，在铝锭熔炼过程中加入的合金元素包括：Zr 0.2～0.3wt％，Fe 0.6～0.7wt％，Cu 0.3～0.4wt％，Mg 0.3～0.4wt％，Si 0.1～0.2wt％，Zn 4.2～5.6wt％，Re0.03～0.12wt％；
步骤三、连续铸造
采用水平浇铸，浇铸温度为695～720℃，浇铸速度为830～850RPM，冷却水温度为20～27℃，采用浇铸机进行连续铸造得到锭坯；
步骤四、连续轧制
对锭坯进行连续轧制，轧制速度为5～5.5m/s，控制乳化液压力为250～280kpa，乳化液温度为60～70℃，润滑油压力为80～90kpa；
通过连铸连轧工艺生产得到的铝合金杆的抗拉强度控制在116～128MPa，伸长率10～16％，20℃时导体电阻率≤0.02779Ω·mm2/m；
步骤五、淬火
淬火压力控制在200～300kpa，淬火水温度控制在低于28℃；
步骤六、拉丝
淬火后的铝合金金杆经拉丝机后拉出高导电率耐热铝合金型线，拉丝后高导电率耐热铝合金型线的性能控制在单丝等效直径为4.70mm、20℃导体电阻率为≤0.027953Ω·mm2/m、抗拉强度200～220MPa、伸长率1.8～2.2％；
步骤七、时效
将拉丝后的高导电率耐热铝合金型线在时效炉内进行温度200±2℃、6h的时效处理；时效后高导电率耐热铝合金型线的性能控制在20℃导体电阻率为0.027628～0.027894Ω·mm2/m，抗拉强度170～195MPa，伸长率1.8～2.2％，于230℃、1h条件下的强度保持率≥96％；
步骤八、制备铝包钢线
铝杆通过430～450℃的挤出温度、80～130m/min的速度包覆在6.0淬火钢坯上，包覆后得到直径为6.88mm的坯料杆，坯料杆拉丝后制得单丝直径为3.07mm、导电率20.3％IACS的铝包钢线，再经过去应力轮验证是否存在缺陷，其中，铝包钢线的抗拉强度≥1310MPa，1％伸长应力≥1180MPa，伸长率≥1.0％，20℃导体电阻率为≤0.08480Ω·mm2/m；随后，将7根铝包钢线绞合得到铝包钢线层，绞向为左向；
步骤九、绞合
将23根高导电率耐热铝合金型线与步骤八所得铝包钢线进行同心绞合，形成具有三层结构的节能型倍容导线。
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