一种节能型铝丝制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种节能型铝丝制备工艺，该制备工艺按下述步骤进行：先进行第一次冷却，熔炼炉内的铝液依次经过入模热轭的入模型腔、拔模热轭的拔模型腔以及至少一组第一热泵的冷体进行拔制和降温，完成第一次冷却；上述拔制而成的铝棒返回依次经过至少一组第二热泵的热体、第一热泵的热体、所述拔模热轭的回丝温抜腔、所述入模热轭的回丝加热腔后完成进一步的加热和拔制；铝丝再经过所述第二热泵的冷体后快速降温和拔制，形成合格的铝丝，完成第二次冷却。本发明采用热轭法利用铝液凝固和铝棒冷却的热量对铝丝进行在线热处理，利用热泵的原理最大限度提取铝棒和铝丝的残余热量用于铝丝热处理时的预热，节省能源，提高生产效率，降低生产成本。
【专利说明】一种节能型铝丝制备工艺
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种铝丝制备工艺。
【背景技术】
[0002]和铜相比，铝由于地表含量高，价格低、密度低、导电性虽不及铜但较其它金属好，因此广泛用于输电线路架空导线和电缆的材料，为了增加导线、电缆的柔韧性，通常采用铝丝绞制结构。制备铝丝通常需要熔炼、涛铝锭、热处理、制铝棒、再热处理、拔丝、等多个过程。其中为了促过相变和细化晶粒，需要用水等介质进行强制冷却。强制冷却时大量的热量通过水等介质浪费掉，热处理时还需要再次消耗大量的能源，能源消耗大，生产周期长，生产效率低，生产成本高。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、且能大量节约能源、提高生产效率的节能型铝丝制备工艺。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种节能型铝丝制备工艺，其关键技术在于:该制备工艺按下述步骤进行:
1)第一次冷却
熔炼炉内的铝液依次经过入模热轭的入模型腔、拔模热轭的拔模型腔以及至少一组第一热泵的冷体进行拔制和降温，完成第一次冷却；
2)加热
上述拔制而成的铝棒返回依次经过至少一组第二热泵的热体、第一热泵的热体、所述拔模热轭的回丝温抜腔、所述入模热轭的回丝加热腔后完成进一步的加热和拔制；
3)第二次冷却
经过上述步骤2)的铝丝再经过所述第二热泵的冷体后快速降温和拔制，形成合格的铝丝。
[0005]优选的，所述入模热轭包括轭体，所述轭体上设有带锥度的入模型腔以及回丝加热腔。
[0006]优选的，所述拔模热轭包括拔模热轭体，所述拔模热轭体上设有回丝温抜腔和拔模腔，所述回丝温抜腔和拔模腔均为带锥度的孔。
[0007]优选的，所述热泵包括热体和冷体，所述热体和冷体为结构相同的冷拔模；所述冷拔模包括模体，所述模体内设有冷拔模腔，该模体内设有螺旋冷却腔，所述螺旋冷却腔环绕冷拔模腔设置；
所述热体内的螺旋冷却腔的进口依次经第一单向阀、压缩泵、第二单向阀与冷体内的螺旋冷却腔的出口连通，所述热体内的螺旋冷却腔的出口经蒸发器与冷体内的螺旋冷却腔的进口连通。
[0008]优选的，所述蒸发器为一管接头，其包括一圆柱形基体，基体的两端分设有经孔道连通的高压腔和低压腔，所述高压腔与热体内螺旋冷却腔的出口连通，所述低压腔与冷体内的螺旋冷却腔的进口连通。
[0009]本发明的原理如下:
利用金属良导热体材料如铁合金、铜合金及其组合可以制成热轭，热轭中加工有一个冷却腔和一个加热腔，冷却腔用于铝液、铝棒的冷却，加热腔用于铝丝热处理加热，利用热量在金属中传递和蓄积形成的温度差实现铝液、铝棒的冷却和铝丝的加热两个过程。另外利用热泵的原理，在冷媒介质蒸发一端形成低温端，同时在冷媒介质压缩一端形成高温端，低温端用于铝棒和铝丝的冷却，高温端用于铝丝热处理前的预热，同时实现铝棒和铝丝的冷却以及铝丝的加热。这样利用热轭和热泵两种原理完成了铝丝生产中的冷却和加热过程，避免降温时浪费热量而加热时又消耗能源，起到节能作用，同时改炉内热处理为在线热处理，实现铝丝连续生产，大大提高了生产效率，降低了生产成本。另外，根据铝的结晶特点，采用冷却相变和形变相变相结合，双重细化晶粒，提高铝丝的各项性能。
[0010]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明采用热轭法利用铝液凝固和铝棒冷却的热量对铝丝进行在线热处理，利用热泵的原理最大限度提取铝棒和铝丝的残余热量用于铝丝热处理时的预热，节省能源，提高生产效率，降低生产成本；
2、本发明利用生产过程中产生的余热在线热处理，取消了热处理炉热处理工序，提高了生产效率、降低了生产成本。
[0011]3、本发明利用热轭和热泵冷却作用和拔制变形作用同时起到冷却相变和变形相变作用，细化晶粒，提高了铝丝机械性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明入模热轭的示意图；
图3是图2的俯视不意图；
图4是拔模热轭的结构示意图；
图5是图4的俯视不意图；
图6是热泵的结构示意图；
图7是冷拔模的结构示意图；
图8是图7的侧视不意图；
图9是蒸发器的结构示意图；
其中，1、模体；2、螺旋冷却腔；3、冷拔模腔；4、轭体；5、回丝加热腔；6、入模型腔；7、拔模热轭体；8、回丝温抜腔；9、拔模腔；10、热体；11、第一单向阀；12、压缩泵；13、蒸发器；14、冷体；15、熔炼炉；16、入模热轭；17、拔模热轭；18、第一热泵；19、第二热泵；20、高压腔；21、基体；22、孔道；23、低压腔。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0014]我们知道，铝丝组织中晶粒越细，其抗拉强度越高，韧性越好。晶粒的大小和铝液凝固冷却速度有关，速度越快晶粒越细小。另外晶粒的大小还与相变过程中的变形率有关，变形越大晶粒破碎越多，形成的最终晶粒越细小。但冷却速度过快时，一些合金元素会固熔到铝基体中，降低导电能力，为了让这些合金元素形成的第二相析出，需要对铝棒进行加热。第二相析出完成后的铝棒再次冷却即可得到导电性和机械性能良好的铝丝。因此为了得到细晶铝丝，我们设计了如下方案:
参见附图1，本发明制备工艺按下述步骤进行:
1、第一次冷却
熔炼炉15内的铝液依次经过入模热轭16的入模型腔、拔模热轭17的拔模型腔以及至少一组第一热泵18的冷体进行拔制和降温，完成第一次冷却；
2、加热
上述拔制而成的铝棒返回依次经过至少一组第二热泵19的热体、第一热泵18的热体、所述拔模热轭17的回丝温抜腔、所述入模热轭16的回丝加热腔后完成进一步的加热和拔制；
3、第二次冷却
经过上述步骤2的铝丝再经过所述第二热泵19的冷体后快速降温和拔制，形成合格的铝丝。
[0015]以上所述装置中，熔炼炉15用于熔炼和存放铝液；入模热轭16用于铝液第一次冷却并初步成型，同时将热量转移给同体的回丝加热腔5用于再次加热铝丝；拔模热轭17用于接收来自入模热轭16的铝丝并拉拔变细，同时将热量传递给同体的回丝温拔腔8，用于再次加热铝丝，拔模热轭17根据需要可设多级(如3?4级)；热泵(包括第一热泵18和第二热泵19)的作用是进一步拔细铝棒，同时热泵的冷体14吸收铝棒的热量通过热泵传递给热泵的热体10用于预热铝丝，热泵冷体14可达到一 10°C以下，热泵热体10可达到100°C以上，其消耗的电能仅为提取热量的1/6，流程中热泵可以有多组(如5组)，多次冷却和拉拔最终达到铝棒需要的规格。
[0016]本发明由三个过程构成:第一次冷却过程、加热过程、第二次冷却过程。具体过程如下:熔炼炉15中的铝液进入入模热轭16后初步凝固成型，然后多级拔模热轭17进步冷却和拔制，然后进入多级热泵的冷体14进行降温和拔制，完成第一次冷却过程，此时组织中合金元素固熔在铝基体内。铝棒反回进入多级热泵18的热体10进行预热和拔制变成铝丝，然后穿过多级拔模热轭17的回丝温拔腔8进一步升温和拔制，最后穿过入模热轭16的回丝加热腔5，完成加热过程，此时合金元素以第二相沿晶界析出，导电性提高。加热好的铝丝，穿过多级热泵D冷拔模A冷体14，快速降温和拔制，加工硬化，提高机械性能，形成合格的铝丝。
[0017]参见附图2和附图3，所述入模热轭16包括轭体4，所述轭体4上设有带锥度的入模型腔6以及回丝加热腔5。所述回丝加热腔5和入模型腔6带有一定的锥度，铝液在一定的压力下通过料口挤入入模型腔6中迅速冷却，在较大的过冷度条件下迅速形核凝固，细化原始晶粒。同时由于入模型腔6带有一定的锥度，铝液凝固并向前运动过程中受到腔壁的挤压，避免了凝固缺陷的产生。回丝加热腔5的作用是接收铝液通过入模型腔6传导给入模热轭体4的热量形成加热腔，将需要进行二次加热的铝丝穿过回丝加热腔5达到加热的目的，同时利用回丝加热腔5的锥度增加铝丝与回丝加热腔5的接触面积提高换热效率。由于丝的运动速度较快，可以通过加长回丝加热腔5的长度解决加热时间短的问题。由于加热利用的是铝液冷却散热，无需进行炉内加热，减小了能源消耗。
[0018]参见附图4和附图5，所述拔模热轭17包括拔模热轭体7，所述拔模热轭体7上设有回丝温抜腔8和拔模腔9，所述回丝温抜腔8和拔模腔9均为带锥度的孔。从入模热轭16出来的铝棒穿过拔模热轭17的拔模腔9进行拉拔，同时将铝棒迅速降温，促进铝棒相变，同时产生强烈的形变。二次相析出和晶粒破碎作用同时发生，起到细化晶粒的目的。拔模热轭体7吸收铝棒通过回丝温拔腔8传来的热量温度升高，回丝温拔腔8位于拔模热轭体7中温度较高，铝丝穿过回丝温拔腔8时被加热，再次被加热。回丝温拔腔8的温度低于入模热轭B中回丝加热腔5的温度。由于加热铝丝利用的是铝棒的散热，因此可以节省因再次加热而消耗能源。
[0019]参见附图6、附图7和附图8，所述第一热泵和第二热泵结构相同，其包括热体10和冷体14，所述热体10和冷体14为结构相同的冷拔模；所述冷拔模包括模体I，所述模体I内设有冷拔模腔3，该模体I内设有螺旋冷却腔2，所述螺旋冷却腔2环绕冷拔模腔3设置；所述冷拔模的螺旋冷却腔2中通有循环的冷媒介质，当铝棒穿过冷拔模腔3时，由于螺旋冷却腔2的强烈冷却作用，模体I吸收铝棒的热量使铝棒温度迅速降低，促进铝棒组织相变进行，细化晶粒，同时强度迅速提升，在拉拔变形作用下铝棒晶粒破碎，达到细化晶粒的目的。该冷拔模在热泵中构成热体10和冷体14。
[0020]所述热体10内的螺旋冷却腔2的进口依次经第一单向阀11、压缩泵12、第二单向阀14与冷体14内的螺旋冷却腔2的出口连通，所述热体内的螺旋冷却腔2的出口经蒸发器13与冷体内的螺旋冷却腔2的进口连通。热体10和冷体14中的螺旋冷却腔2通过循环管路相连通，管路中串有单向阀11、压缩泵12、蒸发器13，管路中充有冷媒介质，压缩泵12压缩介质流向热体10并放出热量，然后通过蒸发器低压蒸发吸收冷体14中的热量。由于热泵效率较高，将冷体14轻松转移至热体10中，充分利用了余热，减少能源的损耗。
[0021]参见附图9，所述蒸发器13为一管接头，其包括一圆柱形基体21，基体21的两端分设有经孔道22连通的高压腔20和低压腔23，所述高压腔20与热体内螺旋冷却腔的出口连通，所述低压腔23与冷体内的螺旋冷却腔2的进口连通。
【权利要求】
1.一种节能型铝丝制备工艺，其特征在于:该制备工艺按下述步骤进行: 1)第一次冷却 熔炼炉(15)内的铝液依次经过入模热轭(16)的入模型腔、拔模热轭(17)的拔模型腔以及至少一组第一热泵(18)的冷体进行拔制和降温，完成第一次冷却； 2)加热 上述拔制而成的铝棒返回依次经过至少一组第二热泵(19)的热体、第一热泵(18)的热体、所述拔模热轭(17)的回丝温抜腔、所述入模热轭(16)的回丝加热腔后完成进一步的加热和拔制； 3)第二次冷却 经过上述步骤2)的铝丝再经过所述第二热泵(19)的冷体后快速降温和拔制，形成合格的铝丝。
2.根据权利要求1所述的节能型铝丝制备工艺，其特征在于:所述入模热轭(16)包括轭体(4)，所述轭体(4)上设有带锥度的入模型腔(6)以及回丝加热腔(5)。
3.根据权利要求1所述的节节能型铝丝制备工艺，其特征在于:所述拔模热轭(17)包括拔模热轭体(7 )，所述拔模热轭体(7 )上设有回丝温抜腔(8 )和拔模腔(9 )，所述回丝温抜腔(8)和拔模腔(9)均为带锥度的孔。
4.根据权利要求1所述的节能型铝丝制备工艺，其特征在于:所述第一热泵和第二热泵结构相同，其包括热体(10)和冷体(14)，所述热体(10)和冷体(14)为结构相同的冷拔模；所述冷拔模包括模体(I)，所述模体(I)内设有冷拔模腔(3)，该模体(I)内设有螺旋冷却腔(2)，所述螺旋冷却腔(2)环绕冷拔模腔(3)设置； 所述热体(10)内的螺旋冷却腔(2)的进口依次经第一单向阀(11)、压缩泵(12)、第二单向阀(14)与冷体(14)内的螺旋冷却腔(2 )的出口连通，所述热体内的螺旋冷却腔(2 )的出口经蒸发器(13 )与冷体内的螺旋冷却腔(2 )的进口连通。
5.根据权利要求4所述的节能型铝丝制备工艺，其特征在于:所述蒸发器(13)为一管接头，其包括一圆柱形基体(21)，基体(21)的两端分设有经孔道(22)连通的高压腔(20)和低压腔(23)，所述高压腔(20)与热体内螺旋冷却腔的出口连通，所述低压腔(23)与冷体内的螺旋冷却腔(2)的进口连通。
【文档编号】B21C9/00GK103736760SQ201410010712
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月10日 优先权日:2014年1月10日
【发明者】冯砚厅 申请人:国家电网公司, 国网河北省电力公司电力科学研究院, 河北省电力建设调整试验所