专利名称：高强度耐热铝合金架空输电导线制造方法
技术领域：
本发明涉及电工新材料的制造与应用技术领域，具体是指一种高强度耐热铝合金架空输电导线制造方法。
背景技术：
随着我国国民经济的高速发展，电力工业的建设呈现突飞猛进的趋势，使输电线路向高压化、大容量化、远距离化方面发展和延伸。同时，也对架空输电线路提出了更高的要求。仅使用早先开发、应用的高强度铝-镁-硅合金导线已不能满足国家“西电东送、南北互供、全国联网”的战略部署，远距离、大容量、超高压等级架空输电线路的建设势在必行。
2005年，国家973计划项目---三峡输电工程用大跨越导线系列研究中，对三峡电网送出工程即将建成的六条跨越长江和汉江大跨越导线工程提出了新要求。为了有效地增加送电容量，需要用高强度耐热铝合金导线替代常用的高强度铝-镁-硅合金导线，其中高强度耐热铝合金导线主要技术指标为导电率不小于52.5％，抗拉强度不小于250MPa，耐热性能不小于150℃(以高强度耐热铝合金单线直径4.63mm为例)。
在我国，随着国民经济、电力工业的高速发展，输电能力满足不了城市发展的现象比比皆是。这些城市和地区都将因电力需求的增长而成为经济发展的制约，安装新的线路成本很高、也没有足够的时间和用地来架设新线路，许多城市和地区的发展也限制更改线路，而在原有的线路上采用耐热铝合金系列导线替换旧线，其容量倍增，并可保持线路原有的架设环境。
由于该导线长期使用温度可达150℃，亦适用严重覆冰地区防覆冰导线。我国西北地区冬季覆冰严重，输电导线承受较大的冰雪载荷，每年都会造成倒杆、断线事故，目前只能用加大电流来融冰雪，造成能源大量损耗，而融冰效果也不理想。用高强度耐热铝合金导线可除冰雪之苦。上世纪60年代日本根据本国地少、人口稠密、敷设新线路困难等地理和国情的特点，投入了大量人力、财力率先进行耐热铝合金的研究，并开发出抗拉强度为225Mpa、最小伸长率为1.5％、导电率为55％IACS、强度残存为90％、长期使用温度为150℃的高强度耐热铝合金导线(以高强度耐热铝合金单线直径4.63mm为例)。
上世纪八十年代末，武汉电缆厂在上海电缆研究所的技术全面支持下，试制过高强度耐热铝合金，其中主要技术指标为抗拉强度为225Mpa、最小伸长率为1.5％、导电率为55％IACS、强度残存为90％、长期使用温度为150℃(以高强度耐热铝合金单线直径4.63mm为例)，与日本同类产品基本性能相仿。与此同时，浙江杭州电缆厂、上海铝线厂也在2005年根据三峡电网送出工程的需要，对新型的高强度耐热铝合金导线进行研究、试制。但最终导线的抗拉强度没能达到250MPa。
目前，国内制造高强度耐热铝合金导线的技术水平(以高强度耐热铝合金单线直径4.63mm为例)，其机、电性能指标为抗拉强度为225MPa，最小伸长率为1.5％、导电率为55％IACS、强度残存为90％、长期使用温度为150℃，这种高强度耐热铝合金线的抗拉强度不能满足于我国大跨越输变电线路的设计、使用要求。
发明内容
本发明是提供一种能制造出适用于大跨越输变电线路设计、使用要求的即抗拉强度为255Mpa、最小伸长率为2.0％、导电率为55％IACS、强度残存为90％、长期使用温度为150℃，的高强度耐热铝合金架空输电导线制造方法。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为该方法的具体操作步骤为选取99.7％纯度的标准铝锭，其杂质除硅、铁、铜除外含量不超过0.02％重量百分数；放入熔铝炉中熔化，加入0.05～0.20％重量百分数的锆、0.10～0.40％的铜、0.15～0.90％的铁，及0.05～0.4％的钇作为合金化的添加元素，合金化温度为725～750℃，熔炉为保温一体炉对高强度耐热铝合金的熔炼、保温、合金化采用一体化操作，既提高了生产效率又节约了能源，更重要的是一体化的操作在最大程度上消除了铝合金熔炼过程中最难解决的稳定均匀问题。
经搅拌、精炼除气、造渣、除渣，其炉中铝合金液的温度为725～750℃，用固体覆盖剂覆盖铝合金液表面，并静置45～60分钟；利用光电直读光谱仪进行炉前化学成分快速分析，监测、调整以控制元素含量。
经铝液流槽、炉外精炼机、铝渣过滤箱、入连铸机连续浇铸，除气炉中铝合金液的温度为700～760℃及新的分区浇铸冷却工艺，合理地调整浇铸冷却方位，结晶冷却水总压力为0.15～0.50Mpa，确保了铝合金铸锭在浇铸过程中均匀结晶、冷却，降低铝合金锭在浇铸过程中因温差所带来偏析现象，铸成合格的铝合金铸条。
连续浇铸成的铝合金铸条，进连轧机组连续轧成铝合金杆，铝合金杆的轧制过程中，对温度因素很敏感，对进轧温度、中轧温度、出轧温度都有严格的要求，因此，本发明将进轧温度设为450～530℃，连轧机冷却润滑乳化液总压力为0.20～0.30MPa、温度为25～45℃；铝合金杆的出轧温度为100～350℃。
在连续、高速拉线机上，其拉线速度为20米/秒，通过合理的配模，经过连续、高速的多道拉制，拉制成所需的高强度耐热铝合金圆线，确保批量生产进度的需要。
高强度耐热铝合金圆线在专用的热处理炉内进行调质热处理，炉内温差不大于±5℃，热处理温度为140～280℃，热处理时间为120～240分钟，热处理后冷却至室温即完成高强度耐热铝合金圆线的制造。
热处理后冷却至室温完成高强度耐热铝合金圆线的制造，在绞线机上进行绞制，经过退扭消应力装置，保证绞制时导线在架线不散股、松股，符合产品设计、使用要求。
依本发明方法制造的高强度耐热铝合架空输电导线，其机、电性能的指标为导电率不小于55％IACS，抗拉强度不小于255MPa，长期耐热温度为150℃。不仅能满足在建的几条三峡跨江、河的大跨越设计要求，可以投入使用，直接为西电东输建设服务，可摆脱我国大跨越输电导线主要依靠进口的局面，将为国家节省大量外汇，而且能满足城市、地区电网改造的需要，从而可达到减少线路消耗，提高输电质量，降低固定投资和维修费用。
同时我国正面临着，能源消耗量大、资源短缺，铜价居高不下的局面。高强度耐热铝合金还可制成扁线，替代铜扁线用于电机绕组线，能更有效地节约社会资源，降低生产成本。
当前广东省的铝材加工产业化规模较大，但涉及的大部分是建筑行业用铝材，铝合金产品的应用也基本局限在传统的机械加工行业。而本发明研究开发的高强度耐热铝合金导线是一种高性能的功能性产品，面向的是国家重点建设的电力电网行业，其推广应用的前景十分广阔，意义重大。随着本发明的产业化实施将会对广东省铝材加工产业结构的调整有着不可低估的示范作用。
图1为本发明制造方法流程图。
具体实施例方式参见附图1所示，以制造JGQNRLH/G3A-800/70中的单线直径4.63mm的高强度耐热铝合金架空输电导线为例选择99.7％纯度的标准铝锭，其杂质含量(硅、铁、铜除外)不超过0.02％重量百分数，放入熔铝炉中熔化，加入0.05～0.20％重量百分数的锆、0.10～0.40％的铜、0.15～0.90％的铁。及0.05～0.4％的钇作为合金化的元素，合金化温度以725～750℃为宜，经均匀化搅拌、精炼除气、铝合金液精炼温度为725～750℃，造渣、除渣，用固体覆盖剂覆盖铝合金液表面，静置45～60分钟；进行炉前化学成分快速分析，监测、调整以控制元素含量；经铝液流槽、炉外精炼机、铝渣过滤箱、入连铸机连续浇铸，采用由轮式铜质结晶轮组成的连铸机，连续浇铸铝合金液的温度为700～760℃及新的分区浇铸冷却工艺，合理地调整浇铸冷却方位，结晶冷却水总压力为0.15～0.50Mpa，确保了铝合金铸锭在浇铸过程中均匀结晶、冷却，降低铝合金锭在浇铸过程中因温差所带来偏析现象，铸成合格的铝合金铸条。连续浇铸成的铝合金铸条，进由十四个机架(前两个机架为二棍式、后十二个机架为Y型三棍式机架)组成的连轧机组连续轧成直径为9.5mm的铝合金杆，铝合金铸条进轧温度为450～530℃，连轧机冷却润滑乳化液总压力为0.20～0.30MPa、温度为25～45℃，铝合金杆的终出轧温度为100～350℃，在连续、高速拉线机上，拉线速度为20米/秒，经过多道次的拉制，拉制成所需的高强度耐热铝合金圆线。在专用的热处理炉内进行调质热处理，炉内温差不大于±5℃，热处理温度控制在140～280℃，热处理时间控制在120～240分钟，热处理后冷却至室温完成高强度耐热铝合金圆线的制造。在630型绞线机上进行绞制，经过退扭消应力装置，保证绞制时导线在架线不散股、松股，符合产品设计、使用要求。
权利要求
1.高强度耐热铝合金架空输电导线制造方法，其特征在于该方法的具体操作步骤为选取99.7％纯度的标准铝锭，其杂质除硅、铁、铜除外含量不超过0.02％重量百分数；放入熔铝炉中熔化，加入0.05～0.20％重量百分数的锆、0.10～0.40％的铜、0.15～0.90％的铁，及0.05～0.4％的钇作为合金化的元素，合金化温度为725～750℃；经均匀化搅拌、精炼除气、造渣、除渣，铝合金液精炼温度为725～750℃，用固体覆盖剂覆盖铝合金液表面，静置45～60分钟，进行炉前化学成分快速分析，监测、调整以控制元素含量；经铝液流槽、炉外精炼机、铝渣过滤箱、入连铸机连续浇铸，除气炉中铝合金液的温度为725～750℃，铝渣过滤箱连续过滤，入连铸机连续浇铸，成铝合金铸条，连续浇铸铝合金液的温度为700～760℃，结晶冷却水总压力为0.15～0.50Mpa；连续浇铸成的铝合金铸条，进连轧机组连续轧成铝合金杆，铝合金铸条进轧温度为450～530℃，连轧机冷却润滑乳化液总压力为0.20～0.30MPa、温度为25～45℃，铝合金杆的终轧温度为100～350℃；在连续、高速拉线机上，拉线速度为20米/秒，通过合理的配模，经过多道次的拉制，拉制成所需的高强度耐热铝合金圆线；在热处理炉内进行调质热处理，炉内温差不大于±5℃，热处理温度控制在140～280℃，热处理时间控制在120～240分钟；热处理后冷却至室温完成高强度耐热铝合金圆线的制造，在绞线机上进行绞制，经过退扭消应力装置，保证绞制时导线在架线不散股、松股，符合产品设计、使用要求。
全文摘要
本发明公开一种能制造出适用于大跨越输变电线路的高强度耐热铝合金架空输电导线制造方法，该方法为选取标准铝锭放入熔铝炉中熔化，加入锆、铜、铁，钇作为合金化的添加元素，经搅拌、精炼除气、造渣、除渣，用固体覆盖剂覆盖铝合金液表面，并静置45～60分钟；进行炉前分析，监测、调整，经铝液流槽、炉外精炼机、铝渣过滤箱、入连铸机连续浇铸成铝合金铸条，进连轧机组轧成铝合金杆，在连续、高速拉线机上拉制成所需的高强度耐热铝合金圆线。然后在热处理炉内进行调质热处理，热处理后冷却至室温，在绞线机上进行绞制。依本发明方法制造的高强度耐热铝合架空输电导线可减少线路消耗，提高输电质量，降低固定投资和维修费用。
文档编号B22D21/00GK101074465SQ20071002782
公开日2007年11月21日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者胡冬元, 刘光华, 刘灭资 申请人:广东雄力双利电缆有限公司