專利名稱：高強(qiáng)度耐熱鋁合金架空輸電導(dǎo)線制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電工新材料的制造與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種高強(qiáng)度耐熱鋁合金架空輸電導(dǎo)線制造方法。
背景技術(shù)：
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力工業(yè)的建設(shè)呈現(xiàn)突飛猛進(jìn)的趨勢，使輸電線路向高壓化、大容量化、遠(yuǎn)距離化方面發(fā)展和延伸。同時(shí)，也對架空輸電線路提出了更高的要求。僅使用早先開發(fā)、應(yīng)用的高強(qiáng)度鋁-鎂-硅合金導(dǎo)線已不能滿足國家“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的戰(zhàn)略部署，遠(yuǎn)距離、大容量、超高壓等級架空輸電線路的建設(shè)勢在必行。
2005年，國家973計(jì)劃項(xiàng)目---三峽輸電工程用大跨越導(dǎo)線系列研究中，對三峽電網(wǎng)送出工程即將建成的六條跨越長江和漢江大跨越導(dǎo)線工程提出了新要求。為了有效地增加送電容量，需要用高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線替代常用的高強(qiáng)度鋁-鎂-硅合金導(dǎo)線，其中高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線主要技術(shù)指標(biāo)為導(dǎo)電率不小于52.5％，抗拉強(qiáng)度不小于250MPa，耐熱性能不小于150℃(以高強(qiáng)度耐熱鋁合金單線直徑4.63mm為例)。
在我國，隨著國民經(jīng)濟(jì)、電力工業(yè)的高速發(fā)展，輸電能力滿足不了城市發(fā)展的現(xiàn)象比比皆是。這些城市和地區(qū)都將因電力需求的增長而成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約，安裝新的線路成本很高、也沒有足夠的時(shí)間和用地來架設(shè)新線路，許多城市和地區(qū)的發(fā)展也限制更改線路，而在原有的線路上采用耐熱鋁合金系列導(dǎo)線替換舊線，其容量倍增，并可保持線路原有的架設(shè)環(huán)境。
由于該導(dǎo)線長期使用溫度可達(dá)150℃，亦適用嚴(yán)重覆冰地區(qū)防覆冰導(dǎo)線。我國西北地區(qū)冬季覆冰嚴(yán)重，輸電導(dǎo)線承受較大的冰雪載荷，每年都會造成倒桿、斷線事故，目前只能用加大電流來融冰雪，造成能源大量損耗，而融冰效果也不理想。用高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線可除冰雪之苦。上世紀(jì)60年代日本根據(jù)本國地少、人口稠密、敷設(shè)新線路困難等地理和國情的特點(diǎn)，投入了大量人力、財(cái)力率先進(jìn)行耐熱鋁合金的研究，并開發(fā)出抗拉強(qiáng)度為225Mpa、最小伸長率為1.5％、導(dǎo)電率為55％IACS、強(qiáng)度殘存為90％、長期使用溫度為150℃的高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線(以高強(qiáng)度耐熱鋁合金單線直徑4.63mm為例)。
上世紀(jì)八十年代末，武漢電纜廠在上海電纜研究所的技術(shù)全面支持下，試制過高強(qiáng)度耐熱鋁合金，其中主要技術(shù)指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度為225Mpa、最小伸長率為1.5％、導(dǎo)電率為55％IACS、強(qiáng)度殘存為90％、長期使用溫度為150℃(以高強(qiáng)度耐熱鋁合金單線直徑4.63mm為例)，與日本同類產(chǎn)品基本性能相仿。與此同時(shí)，浙江杭州電纜廠、上海鋁線廠也在2005年根據(jù)三峽電網(wǎng)送出工程的需要，對新型的高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線進(jìn)行研究、試制。但最終導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度沒能達(dá)到250MPa。
目前，國內(nèi)制造高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線的技術(shù)水平(以高強(qiáng)度耐熱鋁合金單線直徑4.63mm為例)，其機(jī)、電性能指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度為225MPa，最小伸長率為1.5％、導(dǎo)電率為55％IACS、強(qiáng)度殘存為90％、長期使用溫度為150℃，這種高強(qiáng)度耐熱鋁合金線的抗拉強(qiáng)度不能滿足于我國大跨越輸變電線路的設(shè)計(jì)、使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供一種能制造出適用于大跨越輸變電線路設(shè)計(jì)、使用要求的即抗拉強(qiáng)度為255Mpa、最小伸長率為2.0％、導(dǎo)電率為55％IACS、強(qiáng)度殘存為90％、長期使用溫度為150℃，的高強(qiáng)度耐熱鋁合金架空輸電導(dǎo)線制造方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為該方法的具體操作步驟為選取99.7％純度的標(biāo)準(zhǔn)鋁錠，其雜質(zhì)除硅、鐵、銅除外含量不超過0.02％重量百分?jǐn)?shù)；放入熔鋁爐中熔化，加入0.05～0.20％重量百分?jǐn)?shù)的鋯、0.10～0.40％的銅、0.15～0.90％的鐵，及0.05～0.4％的釔作為合金化的添加元素，合金化溫度為725～750℃，熔爐為保溫一體爐對高強(qiáng)度耐熱鋁合金的熔煉、保溫、合金化采用一體化操作，既提高了生產(chǎn)效率又節(jié)約了能源，更重要的是一體化的操作在最大程度上消除了鋁合金熔煉過程中最難解決的穩(wěn)定均勻問題。
經(jīng)攪拌、精煉除氣、造渣、除渣，其爐中鋁合金液的溫度為725～750℃，用固體覆蓋劑覆蓋鋁合金液表面，并靜置45～60分鐘；利用光電直讀光譜儀進(jìn)行爐前化學(xué)成分快速分析，監(jiān)測、調(diào)整以控制元素含量。
經(jīng)鋁液流槽、爐外精煉機(jī)、鋁渣過濾箱、入連鑄機(jī)連續(xù)澆鑄，除氣爐中鋁合金液的溫度為700～760℃及新的分區(qū)澆鑄冷卻工藝，合理地調(diào)整澆鑄冷卻方位，結(jié)晶冷卻水總壓力為0.15～0.50Mpa，確保了鋁合金鑄錠在澆鑄過程中均勻結(jié)晶、冷卻，降低鋁合金錠在澆鑄過程中因溫差所帶來偏析現(xiàn)象，鑄成合格的鋁合金鑄條。
連續(xù)澆鑄成的鋁合金鑄條，進(jìn)連軋機(jī)組連續(xù)軋成鋁合金桿，鋁合金桿的軋制過程中，對溫度因素很敏感，對進(jìn)軋溫度、中軋溫度、出軋溫度都有嚴(yán)格的要求，因此，本發(fā)明將進(jìn)軋溫度設(shè)為450～530℃，連軋機(jī)冷卻潤滑乳化液總壓力為0.20～0.30MPa、溫度為25～45℃；鋁合金桿的出軋溫度為100～350℃。
在連續(xù)、高速拉線機(jī)上，其拉線速度為20米/秒，通過合理的配模，經(jīng)過連續(xù)、高速的多道拉制，拉制成所需的高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線，確保批量生產(chǎn)進(jìn)度的需要。
高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線在專用的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，爐內(nèi)溫差不大于±5℃，熱處理溫度為140～280℃，熱處理時(shí)間為120～240分鐘，熱處理后冷卻至室溫即完成高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線的制造。
熱處理后冷卻至室溫完成高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線的制造，在絞線機(jī)上進(jìn)行絞制，經(jīng)過退扭消應(yīng)力裝置，保證絞制時(shí)導(dǎo)線在架線不散股、松股，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)、使用要求。
依本發(fā)明方法制造的高強(qiáng)度耐熱鋁合架空輸電導(dǎo)線，其機(jī)、電性能的指標(biāo)為導(dǎo)電率不小于55％IACS，抗拉強(qiáng)度不小于255MPa，長期耐熱溫度為150℃。不僅能滿足在建的幾條三峽跨江、河的大跨越設(shè)計(jì)要求，可以投入使用，直接為西電東輸建設(shè)服務(wù)，可擺脫我國大跨越輸電導(dǎo)線主要依靠進(jìn)口的局面，將為國家節(jié)省大量外匯，而且能滿足城市、地區(qū)電網(wǎng)改造的需要，從而可達(dá)到減少線路消耗，提高輸電質(zhì)量，降低固定投資和維修費(fèi)用。
同時(shí)我國正面臨著，能源消耗量大、資源短缺，銅價(jià)居高不下的局面。高強(qiáng)度耐熱鋁合金還可制成扁線，替代銅扁線用于電機(jī)繞組線，能更有效地節(jié)約社會資源，降低生產(chǎn)成本。
當(dāng)前廣東省的鋁材加工產(chǎn)業(yè)化規(guī)模較大，但涉及的大部分是建筑行業(yè)用鋁材，鋁合金產(chǎn)品的應(yīng)用也基本局限在傳統(tǒng)的機(jī)械加工行業(yè)。而本發(fā)明研究開發(fā)的高強(qiáng)度耐熱鋁合金導(dǎo)線是一種高性能的功能性產(chǎn)品，面向的是國家重點(diǎn)建設(shè)的電力電網(wǎng)行業(yè)，其推廣應(yīng)用的前景十分廣闊，意義重大。隨著本發(fā)明的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施將會對廣東省鋁材加工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整有著不可低估的示范作用。


圖1為本發(fā)明制造方法流程圖。
具體實(shí)施例方式參見附圖1所示，以制造JGQNRLH/G3A-800/70中的單線直徑4.63mm的高強(qiáng)度耐熱鋁合金架空輸電導(dǎo)線為例選擇99.7％純度的標(biāo)準(zhǔn)鋁錠，其雜質(zhì)含量(硅、鐵、銅除外)不超過0.02％重量百分?jǐn)?shù)，放入熔鋁爐中熔化，加入0.05～0.20％重量百分?jǐn)?shù)的鋯、0.10～0.40％的銅、0.15～0.90％的鐵。及0.05～0.4％的釔作為合金化的元素，合金化溫度以725～750℃為宜，經(jīng)均勻化攪拌、精煉除氣、鋁合金液精煉溫度為725～750℃，造渣、除渣，用固體覆蓋劑覆蓋鋁合金液表面，靜置45～60分鐘；進(jìn)行爐前化學(xué)成分快速分析，監(jiān)測、調(diào)整以控制元素含量；經(jīng)鋁液流槽、爐外精煉機(jī)、鋁渣過濾箱、入連鑄機(jī)連續(xù)澆鑄，采用由輪式銅質(zhì)結(jié)晶輪組成的連鑄機(jī)，連續(xù)澆鑄鋁合金液的溫度為700～760℃及新的分區(qū)澆鑄冷卻工藝，合理地調(diào)整澆鑄冷卻方位，結(jié)晶冷卻水總壓力為0.15～0.50Mpa，確保了鋁合金鑄錠在澆鑄過程中均勻結(jié)晶、冷卻，降低鋁合金錠在澆鑄過程中因溫差所帶來偏析現(xiàn)象，鑄成合格的鋁合金鑄條。連續(xù)澆鑄成的鋁合金鑄條，進(jìn)由十四個(gè)機(jī)架(前兩個(gè)機(jī)架為二棍式、后十二個(gè)機(jī)架為Y型三棍式機(jī)架)組成的連軋機(jī)組連續(xù)軋成直徑為9.5mm的鋁合金桿，鋁合金鑄條進(jìn)軋溫度為450～530℃，連軋機(jī)冷卻潤滑乳化液總壓力為0.20～0.30MPa、溫度為25～45℃，鋁合金桿的終出軋溫度為100～350℃，在連續(xù)、高速拉線機(jī)上，拉線速度為20米/秒，經(jīng)過多道次的拉制，拉制成所需的高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線。在專用的熱處理爐內(nèi)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，爐內(nèi)溫差不大于±5℃，熱處理溫度控制在140～280℃，熱處理時(shí)間控制在120～240分鐘，熱處理后冷卻至室溫完成高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線的制造。在630型絞線機(jī)上進(jìn)行絞制，經(jīng)過退扭消應(yīng)力裝置，保證絞制時(shí)導(dǎo)線在架線不散股、松股，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)、使用要求。
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)度耐熱鋁合金架空輸電導(dǎo)線制造方法，其特征在于該方法的具體操作步驟為選取99.7％純度的標(biāo)準(zhǔn)鋁錠，其雜質(zhì)除硅、鐵、銅除外含量不超過0.02％重量百分?jǐn)?shù)；放入熔鋁爐中熔化，加入0.05～0.20％重量百分?jǐn)?shù)的鋯、0.10～0.40％的銅、0.15～0.90％的鐵，及0.05～0.4％的釔作為合金化的元素，合金化溫度為725～750℃；經(jīng)均勻化攪拌、精煉除氣、造渣、除渣，鋁合金液精煉溫度為725～750℃，用固體覆蓋劑覆蓋鋁合金液表面，靜置45～60分鐘，進(jìn)行爐前化學(xué)成分快速分析，監(jiān)測、調(diào)整以控制元素含量；經(jīng)鋁液流槽、爐外精煉機(jī)、鋁渣過濾箱、入連鑄機(jī)連續(xù)澆鑄，除氣爐中鋁合金液的溫度為725～750℃，鋁渣過濾箱連續(xù)過濾，入連鑄機(jī)連續(xù)澆鑄，成鋁合金鑄條，連續(xù)澆鑄鋁合金液的溫度為700～760℃，結(jié)晶冷卻水總壓力為0.15～0.50Mpa；連續(xù)澆鑄成的鋁合金鑄條，進(jìn)連軋機(jī)組連續(xù)軋成鋁合金桿，鋁合金鑄條進(jìn)軋溫度為450～530℃，連軋機(jī)冷卻潤滑乳化液總壓力為0.20～0.30MPa、溫度為25～45℃，鋁合金桿的終軋溫度為100～350℃；在連續(xù)、高速拉線機(jī)上，拉線速度為20米/秒，通過合理的配模，經(jīng)過多道次的拉制，拉制成所需的高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線；在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，爐內(nèi)溫差不大于±5℃，熱處理溫度控制在140～280℃，熱處理時(shí)間控制在120～240分鐘；熱處理后冷卻至室溫完成高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線的制造，在絞線機(jī)上進(jìn)行絞制，經(jīng)過退扭消應(yīng)力裝置，保證絞制時(shí)導(dǎo)線在架線不散股、松股，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)、使用要求。
全文摘要
本發(fā)明公開一種能制造出適用于大跨越輸變電線路的高強(qiáng)度耐熱鋁合金架空輸電導(dǎo)線制造方法，該方法為選取標(biāo)準(zhǔn)鋁錠放入熔鋁爐中熔化，加入鋯、銅、鐵，釔作為合金化的添加元素，經(jīng)攪拌、精煉除氣、造渣、除渣，用固體覆蓋劑覆蓋鋁合金液表面，并靜置45～60分鐘；進(jìn)行爐前分析，監(jiān)測、調(diào)整，經(jīng)鋁液流槽、爐外精煉機(jī)、鋁渣過濾箱、入連鑄機(jī)連續(xù)澆鑄成鋁合金鑄條，進(jìn)連軋機(jī)組軋成鋁合金桿，在連續(xù)、高速拉線機(jī)上拉制成所需的高強(qiáng)度耐熱鋁合金圓線。然后在熱處理爐內(nèi)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，熱處理后冷卻至室溫，在絞線機(jī)上進(jìn)行絞制。依本發(fā)明方法制造的高強(qiáng)度耐熱鋁合架空輸電導(dǎo)線可減少線路消耗，提高輸電質(zhì)量，降低固定投資和維修費(fèi)用。
文檔編號B22D21/00GK101074465SQ20071002782
公開日2007年11月21日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者胡冬元, 劉光華, 劉滅資 申請人:廣東雄力雙利電纜有限公司