CN114406220A - 一种电工铝导体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种电工铝导体及其制备方法。在本发明中，电工铝导体的金属熔体经可控电磁能处理后，金属熔体中短程有序结构的团簇数量增加，这些团簇在随后的熔体流动过程中逐渐长大，使熔体中尺寸接近临界晶核的团簇数量增多；在后续连铸连轧的结晶凝固阶段，这些团簇将优先转变为晶核，提高形核率，细化铸坯凝固组织，使得本发明在不使用晶粒细化剂的条件下实现电工铝导体晶粒的细化，同时减少铸造缺陷，提高连铸连轧中所得铸坯的强度和塑性，连轧过程中不易出现断锭、断杆；同时由于细晶强化作用，电工铝导体的力学性能得以显著提升。此外，由于没有使用晶粒细化剂，本发明制备方法所得的电工铝导体纯净度提升。

Description

一种电工铝导体及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种电工铝导体及其制备方法。
背景技术
电工铝导体具有重量轻、导电性好、弧垂小和抗外负荷过载能力强的优点，被广泛应用于高压输电线路。目前，电工铝导体采用连铸连轧的方式生产，铸坯中的夹杂、缩孔、晶粒粗大等铸造缺陷容易导致在后续轧制过程中出现断杆、断锭的问题，同时，电工铝导体的力学性能和电学性能差。因此电工铝导体铸坯的质量对电工铝导体性能有极大影响。细化电工铝导体铸坯的凝固组织可有效减少铸坯中的铸造缺陷。
现有电工铝导体(如A4电工铝导体)的生产工艺是通过在铝合金熔体中添加晶粒细化剂来细化铸坯凝固组织。晶粒细化剂在铝合金熔体中容易偏聚，造成夹杂等缺陷，劣化电工铝导体的力学性能和电学性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电工铝导体及其制备方法，本发明提供的制备方法无需使用晶粒细化剂即可以实现电工铝导体铸坯的细化，所得的电工铝导体由于不存在晶粒细化剂，无晶粒细化剂偏聚，纯净度高。
为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种电工铝导体的制备方法，不使用晶粒细化剂，包括以下步骤：
提供电工铝导体的金属熔体；
将所述金属熔体进行可控电磁能处理后进行连铸连轧，得到所述电工铝导体。
优选的，所述金属熔体的出炉温度为750～770℃。
优选的，所述可控电磁能处理的温度为710～720℃，磁感应强度为5～200mT，脉冲电流为10～300A，脉冲频率为20～70Hz，占空比为0.1～0.6，时间为30～40s。
优选的，所述可控电磁能处理中磁场激励电流的波形为矩形波。
优选的，所述连铸连轧为：将可控电磁能处理后的熔体进行结晶，将所得的铸坯进行轧制。
优选的，所述轧制的开轧温度为500～560℃，轧制速度为1.2～12.3m/s。
优选的，所述电工铝导体的直径为7.5～24mm。
优选的，所述可控电磁能处理前，还包括：将金属熔体依次进行精炼、静置、除气和过滤。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的电工铝导体。
本发明提供了一种电工铝导体的制备方法，不使用晶粒细化剂，包括以下步骤：提供电工铝导体的金属熔体；将所述金属熔体进行可控电磁能处理后进行连铸连轧，得到所述电工铝导体。
在本发明中，电工铝导体的金属熔体经可控电磁能处理后，金属熔体中短程有序结构的团簇数量增加，这些团簇在随后的熔体流动过程中逐渐长大，使熔体中尺寸接近临界晶核的团簇数量增多；在后续连铸连轧的结晶凝固阶段，这些团簇将优先转变为晶核，从而提高形核率，形核率提升可以细化铸坯凝固组织，使得本发明在不使用晶粒细化剂的条件下实现电工铝导体晶粒的细化，同时减少铸造缺陷；晶粒细化后，连铸连轧中所得铸坯的强度和塑性显著提高，连轧过程中不易出现断锭、断杆的生产事故；同时由于细晶强化作用，电工铝导体的力学性能得以显著提升。此外，由于没有使用晶粒细化剂，本发明制备方法所得的电工铝导体纯净度提升，避免外来元素对电工铝导体电阻率的不良影响，提升了所得电工铝导体的电学性能。
实施例测试结果表明，由本发明提供的制备方法得到的电工铝导体组织晶粒细小；电工铝导体的抗拉强度为102～106MPa，延伸率为14～17％，强度和塑性优异；25℃电阻率为27.91～28.03Ω·mm2/mm，导电性好。
附图说明
图1为实施例1连铸连轧中所得铸坯的低倍组织图；
图2为实施例2连铸连轧中所得铸坯的低倍组织图；
图3为实施例3连铸连轧中所得铸坯的低倍组织图；
图4为对比例1连铸连轧中所得铸坯的低倍组织图。
具体实施方式
本发明提供了一种电工铝导体的制备方法，不使用晶粒细化剂，包括以下步骤：
提供电工铝导体的金属熔体；
将所述金属熔体进行可控电磁能处理后进行连铸连轧，得到所述电工铝导体。
本发明提供电工铝导体的金属熔体。
本发明对所述电工铝导体的化学组成没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的电工铝导体的化学组成即可。
本发明优选将符合电工铝导体化学组成的原料混合后进行熔炼。在本发明中，所述熔炼的温度优选为800～850℃，更优选为810～840℃。
本发明对所述电工铝导体的原料的来源和种类没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的原料即可。
本发明对所述熔炼的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的设备即可；在本发明的实施例中，所述熔炼的设优选备为天然气反射炉。
在本发明中，所述金属熔体的出炉温度优选为750～770℃，更优选为755～765℃。
得到金属熔体后，本发明将所述金属熔体进行可控电磁能处理后进行连铸连轧，得到所述电工铝导体。在本发明中，所述制备方法中不使用晶粒细化剂。
在本发明中，所述可控电磁能处理的方法优选为：将所述金属熔体置于电磁脉冲设备中，进行可控电磁能处理。
在本发明中，所述可控电磁能处理的温度优选为710～720℃，更优选为712～718℃；磁感应强度优选为5～200mT，更优选为5～100mT；脉冲电流优选为10～300A，更优选为15～150A；脉冲频率优选为20～70Hz，更优选为20～50Hz；占空比优选为0.1～0.6，更优选为0.15～0.5；时间优选为30～40s，更优选为30～38s。在本发明中，所述可控电磁能处理中磁极与金属熔体的距离优选为5～70mm，更优选为10～60mm。
在本发明中，所述可控电磁能处理中磁场激励电流的波形优选为矩形波。
所述可控电磁能处理前，本发明优选还包括：将金属熔体依次进行精炼、静置、除气和过滤。
在本发明中，所述精炼优选为向金属熔体中加入精炼剂和造渣剂，进行搅拌。在本发明中，所述精炼的温度优选为780～790℃。本发明对所述精炼剂和造渣剂没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的精炼剂和造渣剂即可。
在本发明中，所述静置的保温温度优选为760～770℃，时间优选为35～45min。
在本发明中，所述除气和过滤的温度独立地优选为720～750℃，更优选为730～750℃。本发明对所述除气和过滤的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的除气和过滤的操作即可。本发明通过除气和过滤，去除金属熔体中的气体和大颗粒杂质。
在本发明中，所述连铸连轧优选为：将可控电磁能处理后的熔体进行结晶，将所得的铸坯进行轧制。
在本发明中，所述结晶优选包括：将可控电磁能处理后的熔体经流槽导入结晶设备中连续铸造。
在本发明中，按照熔体流向，所述溜槽优选包括第一流槽和第二流槽。在本发明中，所述熔体流入第一流槽时的温度优选为700～710℃，更优选为702～708℃。在本发明中，所述熔体流入第二流槽时的温度优选为700℃。
在本发明中，所述结晶设备优选为结晶轮。在本发明中，所述结晶轮的驱动电机转速优选为200～1925rpm，更优选为250～1500rpm。在本发明中，所述结晶轮的材质优选为紫铜。所述结晶轮中的冷却介质为水；所述水的温度优选为30℃。
本发明优选将连续铸造所得的铸坯经连铸机矫直辊进入轧机进行轧制。
在本发明中，所述轧制的开轧温度优选为500～560℃，更优选为520～560℃；轧制速度优选为1.2～12.3m/s，更优选为1.5～12m/s。
在本发明中，所述电工铝导体的直径优选为7.5～24mm，更优选为8～22mm。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的电工铝导体。
本发明对所述铝合金导体的应用没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的铝合金导体的应用即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种电工铝导体及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将符合A4电工铝导体化学组成的原料经天然气反射炉加热、熔化，精炼、静置后出炉，将所得的金属熔体经过除气、过滤，将所得金属熔体距离磁极60mm，利用矩形波的磁场激励电流，在温度为710℃、磁感应强度为5mT、脉冲电流为20A、脉冲频率为20Hz、占空比为0.2进行可控电磁能处理30s，然后经第一流槽导入第二流槽，再经第二流槽导入驱动电机转速为1254rpm的结晶轮，结晶凝固得到铸坯，所得铸坯经连铸机矫直辊进入开轧温度为540℃、轧制速度为7.7m/s的轧机，得到直径为9.5mm的电工铝导体。
实施例2
将符合A4电工铝导体化学组成的原料经天然气反射炉加热、熔化，精炼、静置后出炉，将所得的金属熔体经过除气、过滤，将所得金属熔体距离磁极10mm，利用矩形波的磁场激励电流，在温度为720℃、磁感应强度为10mT、脉冲电流为35A、脉冲频率为20Hz、占空比为0.2进行可控电磁能处理30s，然后经第一流槽导入第二流槽，再经第二流槽导入驱动电机转速为1260rpm的结晶轮，结晶凝固得到铸坯，所得铸坯经连铸机矫直辊进入开轧温度为560℃、轧制速度为7.8m/s的轧机，得到直径为9.5mm的电工铝导体。
实施例3
将符合A4电工铝导体化学组成的原料经天然气反射炉加热、熔化，精炼、静置后出炉，将所得的金属熔体经过除气、过滤，将所得金属熔体距离磁极60mm，利用矩形波的磁场激励电流，在温度为710℃、磁感应强度为15mT、脉冲电流为60A、脉冲频率为20Hz、占空比为0.2进行可控电磁能处理30s，然后经第一流槽导入第二流槽，再经第二流槽导入驱动电机转速为1254rpm的结晶轮，结晶凝固得到铸坯，所得铸坯经连铸机矫直辊进入开轧温度为560℃、轧制速度为7.7m/s的轧机，得到直径为9.5mm的电工铝导体。
对比例1
不进行可控电磁能处理，其余技术手段与实施例2一致，得到电工铝导体。
将实施例1～3和对比例1所得的铸坯分别进行酸蚀(酸蚀液组成为HF：HCl：H2O＝10：15：90，v：v：v，酸蚀时间为30min)，然后进行低倍组织观察测试，所得低倍组织图见图1～4，其中，图1为实施例1连铸连轧中所得铸坯的低倍组织图；图2为实施例2连铸连轧中所得铸坯的低倍组织图；
图3为实施例3连铸连轧中所得铸坯的低倍组织图；图4为对比例1连铸连轧中所得铸坯的低倍组织图。由图1～4可见，本发明提供的制备方法，可以有效细化电工铝导体的组织晶粒。
按照《GBT 16865-2013变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》，使用万能拉伸机实施例1～3和对比例1所得电工铝导体进行力学性能测试；按照《GB/T3048.2电线电缆电性能测试方法第2部分：金属材料电阻率试验》，使用keysight 34420A微欧表对实施例1～3和对比例1所得电工铝导体进行电阻率测试，测试结果见表1。
表1实施例1～3和对比例1所得电工铝导体的测试结果
抗拉强度(MPa) 延伸率(％) 25℃电阻率(Ω·mm<sup>2</sup>/mm)
实施例1 105 14 28.02
实施例2 102 16 28.03
实施例3 106 17 27.91
对比例1 97 15 28.12
由表1可见，由本发明提供的制备方法得到的电工铝导体的抗拉强度为102～106MPa，延伸率为14～17％，强度和塑性优异；25℃电阻率为27.91～28.03Ω·mm2/mm，导电性好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电工铝导体的制备方法，其特征在于，不使用晶粒细化剂，包括以下步骤：
提供电工铝导体的金属熔体；
将所述金属熔体进行可控电磁能处理后进行连铸连轧，得到所述电工铝导体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属熔体的出炉温度为750～770℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可控电磁能处理的温度为710～720℃，磁感应强度为5～200mT，脉冲电流为10～300A，脉冲频率为20～70Hz，占空比为0.1～0.6，时间为30～40s。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述可控电磁能处理中磁场激励电流的波形为矩形波。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连铸连轧为：将可控电磁能处理后的熔体进行结晶，将所得的铸坯进行轧制。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述轧制的开轧温度为500～560℃，轧制速度为1.2～12.3m/s。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电工铝导体的直径为7.5～24mm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可控电磁能处理前，还包括：将金属熔体依次进行精炼、静置、除气和过滤。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法得到的电工铝导体。
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