专利名称：一种高导电率硬铝导线及制造方法
技术领域：
本发明公开了一种高导电率硬铝导线，本发明还公开了一种高导电率硬铝导线的 制造方法。
背景技术：
“节能减排”也是国家产业长期发展的政策方针。同时国家电网公司也提出了建设 “资源节约型、环境友好型、新技术、新材料、新工艺”的新型智能电网。目前架空输电线路常 用的输送导线是普通的钢芯铝绞线，而普通的钢芯铝绞线所用铝线导电率为61% IACS的 硬铝线，一般电阻率在0. 02790 0. 028264 Ω .mm2/m,而架空导线中，主要依靠铝线来传输 电流，如果能提高铝线的导电率，则可降低线路能耗，从而降低线路的运行成本。有不少企业在开发钢芯软铝导线，将拉制的铝线经退火工艺处理，使其再结 晶变成软铝线，在绞制成软铝导线，软铝线的导电率可达到63% IACS，一般电阻率在 0.027151 0.027586 Ω · mm7m。钢芯软铝导线虽然提高了铝线的导电率，但铝线的强度 及硬度降低，导致施工展放困难，同时安全性能降低。铝线的强度及硬度降低后，施工中易 擦伤导线表面，从而引起线路运行噪音，电磁干扰增强、抗电晕能力下降，使其环保性能及 节能效果不尽人意。同时展放中还会因单线延伸产生浮线(起灯笼)，跳股等现象，影响导 线的整体性能。硬铝作为传输导线导体在国际上已经使用了 100多年，运行安全、可靠。从提高硬 铝线的导电率着手探索一种安全、可靠、节能产品，是各国工程技术人员努力的方向。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种可以提高输电线路的 传输电容量，降低线路损耗，从而有效降低运行成本的高导电率硬铝导线。本发明的另一目的是提供一种上述高导电率硬铝导线的制造方法。按照本发明提供的技术方案，所述高导电率硬铝导线，包括中心加强构件与高导 电率硬铝导体绞层构件，中心加强构件由单根中心加强线构成或者由多根加强线绞合构 成，高导电率硬铝导体绞层构件由多根高导电率硬铝单线绞制而成，高导电率硬铝导体绞 层构件螺旋缠绕在中心加强构件上，所述高导电率硬铝单线中包含如下重量百分含量的各 组份硅元素含量< 0. 06%，铁元素含量< 0. 138%，铁硅比例控制在1. 8 2. 3之间；钛元 素含量为0. 005% 0. 06%，硼元素含量为0. 01% 0. 12%，其余为铝元素。所述的高导电率硬铝导线的制备方法包含如下步骤a、采用牌号AL99. 70A或以上牌号的铝锭用熔铝炉熔炼，熔炼后的铝液流入保温 炉内，通过铝锭配比调节铝液中铁硅含量比例，控制在1. 8 2. 3之间，且硅元素重量百分 含量< 0. 06%，铁元素重量百分含量< 0. 138% ；b、熔铝过程中当保温炉内的铝液上升过半时，在熔铝炉至保温炉的流槽内加入硼 铝中间合金，控制铝液中硼元素重量百分含量在0. 01% 0. 06% ；
C、熔炼完成后，用氮气或者惰性气体为载体往保温炉底部铝液中吹入相对铝液重 量0. 1 % 0. 5 %的精炼剂进行净化处理，并将混合铝液温度控制在720 760V，静置8 15min后，打开扒渣门，清理混合铝液表面的铝渣；d、往步骤c处理后的混合铝液中加入钛硼合金晶粒细化剂进行净化处理，细化铸 件晶粒，确保混合铝液中钛元素重量百分含量控制在0. 005% 0. 06%，硼元素重量百分 含量在0. 01% 0. 12%，静置5 IOmin后，打开扒渣门，再次清理混合铝液表面的铝渣；e、步骤d处理后的铝液静置5 15min后，在连铸连轧上轧制出直径范围在 8-12mm的高导电率铝杆；f、步骤e生产的铝杆冷却至室温后在铝拉丝机上按压缩率25% 30%配模拉制 硬铝单线粗品，可使拉制对导电性能影响最小；g、硬铝单线粗品进行低温回复处理，面积为12mm2以及12mm2以下的铝线在100 160°C条件下保持3 5小时，面积在12mm2以上的铝线需要在100 160°C条件下保持处 理2 4小时，低温回复处理后制得高导电率硬铝单线——铝单线强度> 160MPa，导电率 ^ 63% IACS ；
h、铝线在成型绞制过程中，每层导体绞合成型后，要经过一道加热装置，消除绞制 过程中产生的应力。加热装置的温度根据生产速度来设定生产速度在15m/min以下的，力口 热装置的温度控制在280 330°C ；生产速度在15 25m/min之间的，加热装置的温度控 制在330 380°C ；生产速度在25m/min以上的，加热装置的温度控制在380 450°C。所述精炼剂为15 25 %的氯化钠、30 40 %的氯化钾、5 12 %的六氯乙烷、3 7%的氟硼酸钾、12 16%的氟铝酸钠与10 20%的木炭粉混合而成，单位为重量百分数。 所述钛硼合金晶粒细化剂为4 8%的钛、0. 5 2%的硼，余为铝，单位为重量百分数。在 钛硼合金晶粒细化剂的配制和添加过程中要合理的控制时间，避免过多的生产形成TiAl3, TiAl3相在铝液中溶解，连铸快速冷却的条件下会固溶于铝基体中，对铝线导电率带来不利 影响。本发明优点是为了能够提高硬铝导线的导电率，从工艺中严格控制有害杂质 的带入，确保Si、Fe含量比在1. 8 2. 3之间；同时生产中进行硼化、精炼、钛化处理，然 后经过结晶、轧制、拉制、回复等处理工艺可制造出导电率> 63% IACS的硬态铝线，强度 ^ 160Mpa，这种铝线的截面积在5. 0 25mm2可为圆形、异型，其余性能满足架空导线用硬 铝线的技术要求。该硬铝线配合中心加强构件绞合可制造出导电率在63% IACS以上高导 电率硬铝导线。该导线具有高载流，低电阻，高安全性、可采用传统的施工工艺；在线路运行 使用该导线中可降低线路损耗，节省施工费用，给输变电行业带来巨大的经济效益和社会 效益。
图1是本发明的高导电率硬铝导线实施例1的整体结构示意图。图2是图1的A-A剖视图。图3是本发明的高导电率硬铝导线实施例2的整体结构示意图。图4是图3的B-B剖视图。图5是本发明的高导电率硬铝导线实施例3的整体结构示意图。
图6是图5的C-C剖视图。图7是本发明的高导电率硬铝导线绞制生产工艺流程图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例1采用8吨牌号A199. 70A的铝锭进行熔化，熔化过程中加入20kg硼铝中间合金(Al-B)，在保温炉中用氮气在炉底吹入25kg的精炼剂进行净化处理，所述精炼剂由重量百 分含量为16%的氯化钠、重量百分含量为38%的氯化钾、重量百分含量为6%的六氯乙烷、 重量百分含量为6%的氟硼酸钾、重量百分含量为14%的氟铝酸钠与重量百分含量为11% 的木炭粉混合而成，净化处理时炉温控制在740°C，静置IOmin后，打开扒渣门扒渣，扒渣结 束后加入IOkg钛硼合金晶粒细化剂(Al-Ti-B)，所述钛硼合金晶粒细化剂由重量百分含 量为8 %的钛、重量百分含量为1 %的硼与重量百分含量为91 %的铝构成，静置5min后取 样，采用ICP发射光谱仪分析铝液中Si含量0. 0453% ;Fe含量0. 1083%，铁硅含量比例为 1. 92，Ti含量0. 0156%, B含量0. 0564% ；静置IOmin后，打开保温炉阀门，铝液流入淌槽， 用玻璃纤维过滤网过滤处理后进入结晶轮，铸锭进轧温度为480°C，轧制皂化液温度控制为 450C，出杆终轧温度为250°C，铝杆直径为9. 5mm ；铝杆经冷却36小时后，在高速铝拉丝机上 用7道模具拉制45盘直径为4. 53mm圆形的硬铝单线粗品；将硬铝单线粗品送入时效炉， 在140°C条件下进行回复处理，保持150分钟，得到高导电率硬铝单线，冷却后检测高导电 率硬铝单线的电性能和机械性能，其电阻率为0. 027152 0. 027356 Ω · mm2/m，导电率为 63. 5 63. 02% IACS，伸长率平均值为2%，强度平均值169Mpa。中心加强构件1采用7根 直径为3. 02mm高强度镀锌钢绞线制成。利用以上材料采用前文所述工艺制造图1所示的高导电率硬铝导线。将45盘经低 温回复处理的高导电率硬铝单线，其中9盘置于第一框体12中、15盘置于第二框体14中、 21盘置于第三框体16中；中心加强构件1置于绞线机末端的放线架11上，将高导电率硬铝 单线同心绞合在中心加强构件1上形成高导电率硬铝导体绞层构件2，外层绞向为右向，相 邻层方向相反；生产速度28m/min，第一加热装置13的长度为3. 5米，温度设定400°C，第二 加热装置15的长度为4米，温度设定400°C，第三加热装置17长度为5米，温度设定400°C ； 在通过牵引装置18牵引，在成圈卷绕到收线装置19的盘具上。生产出外径为36. 24mm三层 导体结构的高导电率硬铝单线，绞合结构紧密，成型完好，无反弹、松股现象，经测试导体绞 层构件2的铝单线为硬态铝线，电阻率在0. 027148 0. 027365 Ω · mm2/m，导电率63. 5 63. 0% IACS，伸长率平均值为2%，强度平均值165Mpa。实施例2采用8吨牌号A199. 70A的铝锭进行熔化，熔化过程中加入25kg硼铝中间合金 (Al-B)，在保温炉中用氮气在炉底吹入30kg的精炼剂进行净化处理，所述精炼剂由重量百 分含量为20%的氯化钠、重量百分含量为34%的氯化钾、重量百分含量为8%的六氯乙烷、 重量百分含量为5%的氟硼酸钾、重量百分含量为15%的氟铝酸钠与重量百分含量为18% 的木炭粉混合而成，净化处理时炉温控制在760°C，静置Smin后，打开扒渣门扒渣，扒渣结 束后加入8kg钛硼合金晶粒细化剂(Al-Ti-B)，所述钛硼合金晶粒细化剂由重量百分含量为6%的钛、重量百分含量为1 %的硼与重量百分含量为93 %的铝构成，静置IOmin后取样，采用ICP发射光谱仪分析铝液中Si含量0. 0516% ；Fe含量0. 1103%，铁硅含量比例 为2. 14，Ti含量0. 0234%, B含量0. 0613% ；静置15min后，打开保温炉阀门，铝液流入 淌槽，用玻璃纤维过滤网过滤处理后进入结晶轮，铸锭进轧温度为460°C，轧制皂化液温度 控制为45°C，出杆终轧温度为230°C，铝杆直径为9. 5mm ；铝杆经冷却36小时后，在高速铝 拉丝机上用7道模具拉制42盘截面积为17. 2mm2的断面为“Ζ”型的高导电率硬铝单线粗 品；将高导电率硬铝单线粗品送入时效炉，在125°C条件下进行回复处理，保持180分钟， 得到高导电率硬铝单线，冷却后检测高导电率硬铝单线的电性能和机械性能，其电阻率为 0. 027168 0. 027361 Ω ·ι πι2/ΠΙ，导电率为63. 5 63. 0% IACS，伸长率平均值为2%，强度 平均值173Mpa。中心加强构件1采用7根直径为3. 21mm镀锌钢绞线。利用以上材料采用前文所述工艺制造图3所示的高导电率硬铝导线。将42盘经 低温回复处理的高导电率硬铝单线，其中9盘置于第一框体12中、14盘置于第二框体14 中、19盘置于第三框体16中；中心加强构件1置于绞线机末端的放线架11上，将高导电 率硬铝单线同心绞合在中心加强构件1上，得到高导电率硬铝导体绞层构件2，外层绞向为 右向，相邻层方向相反；生产速度为17. Sm/min，第一加热装置13长度为3. 5米，温度设定 350°C，第二加热装置15长度为4米，温度设定350°C，第三加热装置17长度为5米，温度 设定350°C ；在通过牵引装置18的牵引，成圈卷绕到收线装置19的盘具上。生产出外径为 32. 98mm三层导体结构的高导电率硬铝单线，绞合结构紧密，成型完好，无反弹、松股现象， 经测试导体绞层构件2的铝单线为硬态铝线，电阻率0. 027213 0. 027364 Ω ·πιπι2/πι，导电 率为63. 35 63. 0% IACS，伸长率平均值为2%，强度平均值169Mpa。实施例3采用6吨牌号A199.85的铝锭进行熔化，熔化过程中加入18kg硼铝中间合金 (Al-B)，在保温炉中用氮气在炉底吹入20kg的精炼剂进行净化处理，所述精炼剂由重量 百分含量为24%的氯化钠、重量百分含量为31%的氯化钾、重量百分含量为12%的六氯 乙烷、重量百分含量为4%的氟硼酸钾、重量百分含量为12%的氟铝酸钠与重量百分含量 为17%的木炭粉混合而成，净化处理时炉温控制在720°C，静置15min后，打开扒渣门扒 渣，扒渣结束后加入6kg钛硼合金晶粒细化剂(Al-Ti-B)，所述钛硼合金晶粒细化剂由重量 百分含量为4%的钛、重量百分含量为1. 5%的硼与重量百分含量为94. 5%的铝构成，静 置IOmin后取样，采用ICP发射光谱仪分析铝液中Si含量0. 0398% ；Fe含量0. 0876%, 铁硅含量比例为2. 20，Ti含量0.0121%，B含量0. 0643% ；静置15min后，打开保温炉阀 门，铝液流入淌槽，用玻璃纤维过滤网过滤处理后进入结晶轮，铸锭进轧温度为460°C，轧制 皂化液温度控制为40°C，出杆终轧温度为240°C，铝杆直径为9. 5mm ；铝杆经冷却48小时 后，在高速铝拉丝机上用7道模具拉制40盘截面积为18mm2的梯型的高导电率硬铝单线粗 品；将高导电率硬铝单线粗品送入时效炉，在125°C条件下进行回复处理，保持180分钟， 得到高导电率硬铝单线，冷却后经检测高导电率硬铝单线的电性能和机械性能，电阻率为 0. 027096 0. 027274 Ω .mm2/m,导电率为63. 6 63. 2 % IACS,伸长率平均值为2 %，强度 平均值165Mpa。中心加强构件1采用7根直径为3. 21mm镀锌钢绞线。利用以上材料采用前文所述工艺制造图5所示的高导电率硬铝导线。将40盘经 低温加热时效处理的高导电率硬铝单线，其中8盘置于第一框体12中、13盘置于第二框体14中、19盘置于第三框体16中；中心加强构件1置于绞线机末端的放线架11上，将高 导电率硬铝单线同心绞合在中心加强构件1上，得到高导电率硬铝导体绞层构件2，外层绞 向为右向，相邻层方向相反；生产速度15m/min，第一加热装置13长度为3. 5米，温度设定 330°C，第二加热装置15长度为4米，温度设定330°C，第三加热装置17长度为5米，温度 设定330°C ；在通过牵引装置18牵引，成圈卷绕到收线装置19的盘具上。生产出外径为 32. 98mm三层导体结构的高导电率硬铝单线，绞合结构紧密，成型完好，无反弹、松股现象， 经测试导体绞层构件2的铝单线为硬态铝线，电阻率0. 027106 0. 027283 Ω ·πιπι2/πι，导电 率为63. 6 63. 2% IACS，伸长率平均值为2%，强度平均值1 68Mpa。
上述仅是对本发明的简述及展示。该发明并不局限于此，除非所附的要求有所界 定，本领域技术人员在本说明书的指导下，显然可以调整产品配方、工艺参数和删减部分工 艺环节，从而制出适合其它领域用的线材产品，这些都在本发明的保护之内。
权利要求
一种高导电率硬铝导线，包括中心加强构件(1)与高导电率硬铝导体绞层构件(2)，中心加强构件(1)由单根中心加强线构成或者由多根加强线绞合构成，高导电率硬铝导体绞层构件(2)由多根高导电率硬铝单线绞制而成，高导电率硬铝导体绞层构件(2)螺旋缠绕在中心加强构件(1)上，其特征在于所述高导电率硬铝单线中包含如下重量百分含量的各组份硅元素含量≤0.06％；铁元素含量≤0.138％，铁硅比例控制在1.8～2.3之间；钛元素含量为0.005％～0.06％，硼元素含量为0.01％～0.12％，其余为铝元素。
2.权利要求1所述的高导电率硬铝导线的制备方法包含如下步骤a、采用牌号AL99.70A或以上牌号的铝锭用熔铝炉熔炼，熔炼后的铝液流入保温炉内， 通过铝锭配比调节铝液中铁硅含量比例，控制在1. 8 2. 3之间，且硅元素重量百分含量 ^ 0. 06%，铁元素重量百分含量< 0. 138% ；b、熔铝过程中当保温炉内的铝液上升过半时，在熔铝炉至保温炉的流槽内加入硼铝中 间合金，控制铝液中硼元素重量百分含量在0. 01% 0. 06% ；c、熔炼完成后，用氮气或者惰性气体为载体往保温炉底部铝液中吹入相对铝液重量 0. 1 % 0. 5 %的精炼剂进行净化处理，并将混合铝液温度控制在720 760°C，静置8 15min后，打开扒渣门，清理混合铝液表面的铝渣；d、往步骤c处理后的混合铝液中加入钛硼合金晶粒细化剂进行净化处理，细化铸件晶 粒，确保混合铝液中钛元素重量百分含量控制在0. 005% 0. 06%，硼元素重量百分含量 在0. 01% 0. 12%，静置5 lOmin后，打开扒渣门，再次清理混合铝液表面的铝渣；e、步骤d处理后的铝液静置5 15min后，在连铸连轧上轧制出直径范围在8_12mm的 高导电率铝杆；f、步骤e生产的铝杆冷却至室温后在铝拉丝机上按压缩率25% 30%配模拉制硬铝 单线粗品；g、硬铝单线粗品进行低温回复处理，面积为12mm2以及12mm2以下的铝线在100 160°C条件下保持3 5小时，面积在12mm2以上的铝线需要在100 160°C条件下保持处 理2 4小时，低温回复处理后制得高导电率硬铝单线——铝单线强度> 160MPa，导电率 ^ 63% IACS ；h、铝线在成型绞制过程中，每层导体绞合成型后，要经过一道加热装置，消除绞制过程 中产生的应力。加热装置的温度根据生产速度来设定生产速度在15m/min以下的，加热装 置的温度控制在280 330°C ；生产速度在15 25m/min之间的，加热装置的温度控制在 330 380°C ；生产速度在25m/min以上的，加热装置的温度控制在380 450°C。
3.根据权利要求2所述的高导电率硬铝导线的制备方法，其特征是所述精炼剂为 15 25%的氯化钠、30 40%的氯化钾、5 12%的六氯乙烷、3 7%的氟硼酸钾、12 16%的氟铝酸钠与10 20%的木炭粉混合而成，单位为重量百分数。
4.根据权利要求2所述的高导电率硬铝导线的制备方法，其特征是所述钛硼合金晶 粒细化剂为4 8%的钛、0. 5 2%的硼，余为铝，单位为重量百分数。
5.如权利要求2所述高导电率硬铝导线的制备方法，其特征在于，硬铝单线粗品经过 低温回复处理后，消除或降低铝线内部的残余内应力，使硬铝单线粗品的导电性能提高，机 械性能基本不变。
全文摘要
本发明公开了一种高导电率硬铝导线，本发明还公开了一种高导电率硬铝导线的制造方法。高导电率硬铝导线，包括中心加强构件(1)与高导电率硬铝导体绞层构件(2)，中心加强构件(1)由单根中心加强线构成或者由多根加强线绞合构成，高导电率硬铝导体绞层构件(2)由多根高导电率硬铝单线绞制而成，高导电率硬铝导体绞层构件(2)螺旋缠绕在中心加强构件(1)上，其特征在于所述高导电率硬铝单线中包含如下重量百分含量的各组份硅元素含量≤0.06％；铁元素含量≤0.138％，铁硅比例控制在1.8～2.3之间；钛元素含量为0.005％～0.06％，硼元素含量为0.01％～0.12％，其余为铝元素。本发明可以提高输电线路的传输电容量，降低线路损耗，从而有效降低运行成本。
文档编号H01B13/00GK101834012SQ20101015344
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者叶胜平, 徐俊, 杨怀, 鞠霖, 项建新 申请人:无锡华能电缆有限公司