一种超高压电力电缆用导体材料及其制备方法与流程

文档序号:15457755发布日期:2018-09-15 01:38

本发明涉及合金技术领域,尤其是涉及一种超高压电力电缆的导体及其制备方法。



背景技术:

超高压电力电缆是指输送电压在275~800千伏的电缆。超高压电力电缆一般可以分为充油电缆和交联聚乙烯电缆;其中交联聚乙烯电缆具有介质损耗小、防火性能好、安装敷设方便等优点,逐渐成为发展的主流。以500kV的交联聚乙烯绝缘电缆为例,从导体开始向外依次包括导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层、阻水缓冲层、金属护层及外护套等。

目前,国内外电缆导体材质主要有铜芯、铝芯两种。铜芯电缆比铝芯电缆有明显的优势。主要体现在以下几点:(1)铜芯电缆导体电阻率低:铝的电阻率约是铜的1.68倍;(2)铜芯电缆导体弹性模量高,是铝芯电缆的1.63倍,可以弯曲、易延展。(3)铜芯电缆导体抗拉强度是铝芯电缆导体的2倍。(4)铜芯电缆抗腐蚀性能好。(5)铜芯电缆的载流量比铝芯电缆大:同截面的铜芯电缆要比铝芯电缆允许的载流量高30%左右。

但是,从经济角度考虑,铜价格比铝价格高很多,大概是铝的3倍左右;以2018年4月16日长江有色金属基本行情为例,1#铜的均价为50460元/吨,A00铝的均价为14450元/吨,铜的价格是铝的3.5倍,铝芯的经济优势明显。对于超高压电力电缆导体材质的选择,既需考虑经济性,更要考虑其较大截面特点和包含连接部位的可靠安全性,因此设计一种即能满足使用要求、又能降低成本的导体迫在眉睫。



技术实现要素:

针对现有技术存在的上述问题,本申请提供了一种超高压电力电缆用导体材料及其制备方法。本发明所得导体成本较纯铜导体低30~40%,电阻率低,抗拉强度大,弹性模量高,密度小,耐腐蚀性好,适用于作为超高压电缆的导体材料。

本发明的技术方案如下:

一种超高压电力电缆用导体材料,由如下质量百分数的元素组成:

Al:65~75%;Cu:20~30%;Mg:2~3.5%;RE:0.5~0.8%;In:0.3~0.5%;Ce:0.1~0.2%;Co:0.1~0.2%。

优选的,所述的超高压电力电缆用导体材料由如下质量百分数的元素组成:

Al:69%;Cu:27%;Mg:2.7%;RE:0.6%;In:0.4%;Ce:0.15%;Co:0.15%。

进一步的,上述超高压电力电缆用导体材料的制备方法包括如下步骤:

(1)将高纯铜锭投炉,升温至1200~1250℃,使铜锭完全熔化;然后加入高纯铝锭,加入量为所需Al元素用量的30~40%;同时加入重量为全部Al元素所需量的0.1~0.15%的精炼剂,进行第一次精炼30~40分钟,结束后进行扒渣,把表面的浮渣扒干净;

(2)然后加入所需用量一半的RE以及剩余的Al元素所需量的高纯铝锭,同时加入重量为全部Al元素所需量的0.3~0.5wt%的精炼剂,进行第二次精炼30~40分钟,结束后进行扒渣;

(3)然后加入高纯Mg、In金属原料,完全熔化后,加入重量为全部Al元素所需量的0.05~0.15%的精炼剂,对铝液进行第三次精炼30~40分钟,结束进行扒渣;

(4)最后加入高纯Ce、Co金属原料和剩余的RE合金,加入覆盖剂对合金液体进行保温,精炼30~40分钟,使铝液中杂、氢气进行上浮;清理杂质、准备铸造;

(5)铸造前进行二级除气和除渣,用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.05~0.06ml/100g;然后进行过滤袋初级过滤、过滤板二级过滤,连铸连轧获得杆料;

(6)对杆料进行回火处理,回火温度580~605℃;保温3~5小时,自然冷却到室温,随后在拉丝机中进行拉丝和退火,获得导体用单丝。

步骤(6)所述拉丝和退火是指连拉连退工艺,线速为25-30m/s,退火电流为4-5kA,电压为35-45V。

将步骤(6)中获得的导体用单丝进行多根绞合,制成超高压电力电缆所需的导体。

本发明有益的技术效果在于:

本发明通过优化合金的主体元素配比,集合了铜、铝、镁三者的优点,在合金熔炼的过程中,通过RE细化晶粒、In软化合金、Ce和Co净化晶体的综合效果,获得的合金材料晶粒细小、结构均匀,最大程度的保持了主体元素的优越性,并进一步提升了整个材料的电阻率,抗拉强度,弹性模量,密度,耐腐蚀性等物理化学性能。

具体实施方式

下面结合实施例,对本发明进行具体描述。下述实施例中所用元素原料均为高纯原料,纯度在99.99%以上;所用精炼剂、覆盖剂均为市面上常规原料。

实施例1

本实施例提供的超高压电力电缆用导体材料,由如下质量百分数的元素组成:Al:69%;Cu:27%;Mg:2.7%;RE:0.6%;In:0.4%;Ce:0.15%;Co:0.15%。其制备方法包括如下步骤:

(1)将高纯铜锭投炉,升温至1220℃,使铜锭完全熔化;然后加入高纯铝锭,加入量为所需Al元素用量的35%;同时加入重量为全部Al元素所需量的0.12%的精炼剂,进行第一次精炼35分钟,结束后进行扒渣,把表面的浮渣扒干净;

(2)然后加入所需用量一半的RE以及剩余的Al元素所需量的高纯铝锭,同时加入重量为全部Al元素所需量的0.4wt%的精炼剂,进行第二次精炼35分钟,结束后进行扒渣;

(3)然后加入高纯Mg、In金属原料,完全熔化后,加入重量为全部Al元素所需量的0.1%的精炼剂,对铝液进行第三次精炼35分钟,结束进行扒渣;

(4)最后加入高纯Ce、Co金属原料和剩余的RE合金,加入覆盖剂对合金液体进行保温,精炼35分钟,使铝液中杂、氢气进行上浮;清理杂质、准备铸造;

(5)铸造前进行二级除气和除渣,用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.05~0.06ml/100g;然后进行过滤袋初级过滤、过滤板二级过滤,连铸连轧获得杆料;

(6)对杆料进行回火处理,回火温度580℃;保温5小时,自然冷却到室温,随后在拉丝机中进行拉丝和退火,获得导体用单丝。所述拉丝和退火是指连拉连退工艺,线速为25m/s,退火电流为4kA,电压为35V。

(7)将步骤(6)中获得的导体用单丝进行多根绞合,制成超高压电力电缆所需的导体。

实施例2

本实施例提供的超高压电力电缆用导体材料,由如下质量百分数的元素组成:Al:65%;Cu:30%;Mg:3.5%;RE:0.8%;In:0.3%;Ce:0.2%;Co:0.2%。其制备方法包括如下步骤:

(1)将高纯铜锭投炉,升温至1250℃,使铜锭完全熔化;然后加入高纯铝锭,加入量为所需Al元素用量的30%;同时加入重量为全部Al元素所需量的0.1%的精炼剂,进行第一次精炼30分钟,结束后进行扒渣,把表面的浮渣扒干净;

(2)然后加入所需用量一半的RE以及剩余的Al元素所需量的高纯铝锭,同时加入重量为全部Al元素所需量的0.3wt%的精炼剂,进行第二次精炼30分钟,结束后进行扒渣;

(3)然后加入高纯Mg、In金属原料,完全熔化后,加入重量为全部Al元素所需量的0.05%的精炼剂,对铝液进行第三次精炼30分钟,结束进行扒渣;

(4)最后加入高纯Ce、Co金属原料和剩余的RE合金,加入覆盖剂对合金液体进行保温,精炼30分钟,使铝液中杂、氢气进行上浮;清理杂质、准备铸造;

(5)铸造前进行二级除气和除渣,用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.05~0.06ml/100g;然后进行过滤袋初级过滤、过滤板二级过滤,连铸连轧获得杆料;

(6)对杆料进行回火处理,回火温度595℃;保温4小时,自然冷却到室温,随后在拉丝机中进行拉丝和退火,获得导体用单丝。所述拉丝和退火是指连拉连退工艺,线速为28m/s,退火电流为4.5kA,电压为40V。

(7)将步骤(6)中获得的导体用单丝进行多根绞合,制成超高压电力电缆所需的导体。

实施例3

本实施例提供的超高压电力电缆用导体材料,由如下质量百分数的元素组成:Al:74.3%;Cu:22.5%;Mg:2%;RE:0.5%;In:0.5%;Ce:0.1%;Co:0.1%。其制备方法包括如下步骤:

(1)将高纯铜锭投炉,升温至1200℃,使铜锭完全熔化;然后加入高纯铝锭,加入量为所需Al元素用量的40%;同时加入重量为全部Al元素所需量的0.15%的精炼剂,进行第一次精炼40分钟,结束后进行扒渣,把表面的浮渣扒干净;

(2)然后加入所需用量一半的RE以及剩余的Al元素所需量的高纯铝锭,同时加入重量为全部Al元素所需量的0.5wt%的精炼剂,进行第二次精炼40分钟,结束后进行扒渣;

(3)然后加入高纯Mg、In金属原料,完全熔化后,加入重量为全部Al元素所需量的0.15%的精炼剂,对铝液进行第三次精炼40分钟,结束进行扒渣;

(4)最后加入高纯Ce、Co金属原料和剩余的RE合金,加入覆盖剂对合金液体进行保温,精炼40分钟,使铝液中杂、氢气进行上浮;清理杂质、准备铸造;

(5)铸造前进行二级除气和除渣,用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.05~0.06ml/100g;然后进行过滤袋初级过滤、过滤板二级过滤,连铸连轧获得杆料;

(6)对杆料进行回火处理,回火温度605℃;保温3小时,自然冷却到室温,随后在拉丝机中进行拉丝和退火,获得导体用单丝。所述拉丝和退火是指连拉连退工艺,线速为30m/s,退火电流为5kA,电压为45V。

(7)将步骤(6)中获得的导体用单丝进行多根绞合,制成超高压电力电缆所需的导体。

测试例

对实施例1制备得到的杆料进行物理化学性能测试,测试方法按照常规电力电缆导体材料的测试标准进行,与纯铜和纯铝的性能对比如表1所示。

表1

从表1的数据可以看到,本发明电缆导体材料的性能在铝芯和铜芯之间,但是成本仅为铜芯的30~40%,具有很强的市场竞争力。

再多了解一些
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