专利名称：：架空导线用铝导体的制作方法
技术领域：
：本发明是对架空导线用铝导体的改进，尤其涉及一种导电率和抗拉强度均高的架空导线用铝导体。
背景技术：
：现有输电架空导线用铝导体，主要由电工用铝熔炼，并经例如500°C左右轧制成铝杆，再经拉丝而成，20'C导体电阻率不大于28.264nQm，换算最高导电率为61%IACS，抗拉强度160-200Mpa(单丝直径5-1.25mm)。电工用铝的化学组成(GB/T3954-2001):Si《0.11，Fe《0.25，Cu《0.01，重金属(V+Ti+Mn+Cr)总含量《0.02，Al>99.6。有资料显示，导体导电率在61。/。IACS，电网损耗达传输电量的8.9%以上，地方电网差时可达20%。如果降低铝导体电阻率，可以提高导线的载流量，减少输电过程中无谓能耗，提高传输电量的传输效率，有统计导电率提高1%，损耗将降低1%左右。因此提高铝导体的导电率，为人们长期所期望和追求。人们曾采取多种方式来降低铝导体的电阻率，例如采用将铝以退火或挤压方式改变其状态，制得软铝导体，可使铝导电率由61%IACS提高到约62.5%IACS，如中国专利CN1011744卯、CN2699439所述软铝导线，均是通过此方法实现。然而通过退火或挤压制成的软铝导体，其导电率是得到了提高，但抗拉强度则大为下降，由原来硬铝时的160~200Ma下降仅为60~98Mpa，使得同截面导线拉断力下降25%~36%，导线安全和可靠性降低，因而不适用于大跨度架空导线。中国专利CN1271024公开的高导电率含硼铝合金，是在99.5%99.7%工业纯铝中加入0.05%0.13%硼及制杆后经(200320°C)x(1.53h)的退火或自退火，并配合铝液惰性气体净化处理及泡沬陶瓷过滤工艺，使铝导体电阻率达到(2.722.74)xl(T3Qm，相当于62.5%IACS。通过加入硼，以及采用退火工序，铝导体电阻率是得到了降低，但铝经退火后抗拉强度必然下降，实际强度仅为100-108Mpa，与软铝导体相仿，软铝导体的缺陷没有得到消除。中国专利CN1616696公开的高导电率含稀土、硼铝基材料，通过同时加入稀土元素和硼元素，以及退火工艺，2(TC导体电阻率27.0527.28(62°/。63°/。IACS)，抗拉强度105-115Mpa。仍然由于存在退火工艺，所得导体抗拉强度下降较大，仅稍高于软铝导体，同样不适用于大跨度架空导线。中国专利CN101074465公开的高强度耐热铝合金导线，选取99.7%纯度标准铝锭，其杂质除硅、铁、铜除外含量不超过0.02%重量百分数，通过添加合金元素提高导体强度，抗拉强度高达225Mpa，但大大降低了导体的导电性能，导电率仅为55。/。IACS，长期耐热温度15(TC。由上述现有技术可以看出，通过添加一些合金元素同时进行退火，可以降低铝导体的电阻率，但同时也降低了所得铝导体的抗拉强度，其抗拉强度只是稍高于软铝导体，所得铝导体仍然不适用作大跨度架空导线。同时，现有技术给出启示铝导体一个性能改变，就会影响到另一性能，例如导电率提高了，强度下降；耐热等级提高，导电率没有提高；导体强度提高，导电性能降低。因此同时提高铝导体的导电率，抗拉强度又要保持硬铝高水平，难度极大，现有技术中没有一种能同时实现降低导体电阻率，又能保持导体高的抗拉强度(表l)。
发明内容本发明目的在于克服上述已有技术不足，提供一种既有高的导电率，又有硬铝高抗拉强度的架空导线用铝导体。本发明经试验发现铝中硅及重金属会影响其导电性能，因此通过控制及降低铝中硅及重金属含量，能提高导电率；同时保持或提高铁含量，使铁/硅比大于1.5，保持达到硬铝的抗拉强度，这样不经退火工艺，就能实现电阻率的提高，并抗拉强度不下降，从而实现本发明目的。具体说，本发明架空导线用铝导体，其特征在于在电工铝锭熔炼中，视原料中硅、重金属、铁含量，分别加入/或不加富镧稀土铝合金、硼或铝硼合金、铁或铝铁合金，控制铝中含硅《0.05wt。/。，重金属《0.01wt。/。，铁0.12-0.16wt%，经拉丝得到铝导体的电阻率27.30027.650nQm，抗拉强度160~200Mpa。本发明中电工用铝锭，是指符合GB12768-91"重熔用电工铝锭"，或GB/T1196-2002"重熔用铝锭"，用于制造电线、电缆导电材料用铝锭。.加入富镧稀土铝合金作用，使杂质硅由固溶态转变为析出态，达到降低硅含量，减小对导体导电性能的影响；如果所选铝材中硅符合前述要求，则可以不加；如果含量超标，则通过加入富镧稀土铝合金，降低硅含量至前述要求。富镧稀土铝合金加入量则视铝材中硅含量而定，以降低后达到前述要求为准。'加入硼或铝硼合金作用，利用硼元素与铝液中Ti、V、Cr、Mn等重金属杂质元素生成TiB2、VB2、CrB2、MnB2化合物，并以难熔渣形态从铝液中析出，从而达到降低铝中影响导电性能的重金属含量；同时试验还发现:硼元素加入还可细化铸锭晶粒，改善铝杆的延伸率等机械性能。本发明硼元素加入，较好采用铝硼合金，有利于加入硼元素的均匀。加入铁或铝铁合金作用，主要是适当提高铝材中铁含量，使之有高的铁/硅比，例如大于1.5，以提高铝材的抗拉强度和伸长率。视铝原料中铁含量，决定加或不加及加入量。试验发现，如果铝中铁含量过低，会降低铝导体的抗拉强度；但明显过高，也会因杂质含量的提高，降低导电性能，因此本发明试验认为适宜含量为0.12-0.16wt%。本发明铁元素加入，较好采用铝铁合金，有利于加入铁元素的均匀。铝锭经上述熔炼调整指标后，经通用方法轧制成铝杆，拉制成制备绞合铝导线的铝导体细丝，电阻率在27.300~27.650nQ.rn，抗拉强度160200Mpa。本发明一种更好为控制铝中硅《0.03wt。/。，重金属《0.01wt。/。，铁0.12-0.14wt%。为使所得铝导体有更高的导电率，以及减少加工过程杂质去除，本发明所用电工铝锭纯度，显然是越纯越好，纯度越高，其他影响杂质显然越少，不仅对提高导电率是有利的，而且降低其含量也相对容易，但检验发现，铝中杂质含量过低，会降低导体的抗拉强度。因此，本发明试验确定，较好选用铝锭纯度^99.85，铜《0.002wt。/。，硅《0.03wt。/。，铁0.08~0.12wt%，铬钒锰钛等重金属总含量小于0.01wtM的高纯电工铝锭。本发明熔炼、制杆、拉丝工艺条件，与通常制备铝导体基本相仿，可以采用现有制备铝导体技术进行熔炼去杂、轧制得到铝杆，经拉丝得到铝导体。本发明架空导线用铝导体，由于在铝杆连铸连轧过程中，视原料中硅、重金属、铁含量，通过加入富镧稀土铝合金，控制硅《0.05wt。/。；加入硼或铝硼合金，降低重金属含量至《0.01wt°/。，从而提高了铝材的纯度，铝含量能够达到99.85以上，导电率得到提高，不用退火导电率就能达到62%~63%IACS，从而为不降低抗拉强度奠定了基础；再通过加入铁或铝铁合金，使铝中铁含量在0.12-0.16wt%，以及使铁/硅比大于1.5，保持了原铝导体强度。本发明经上述调质，所制得的铝丝导体，2(TC导体电阻率为27.300~27.650nQm，平均导电率62.6%IACS，实际检测铝导体丝径范围抗拉强度在160200Mpa，平均175Mpa(表2)。所得铝导体强度保持硬铝导体标准，导电率则得到提高，使得不用退火工艺，也能提高铝丝导体的导电率，并保持抗拉强度基本不变，能够用于架空导线，主要技术指标明显优于国标GB/T17048-1997硬铝导体。使用本发明导体制备的架空导线，可以明显提高载流量，相同线径提高了导线输送容量，降低了线路损耗，并能确保线路的安全和可靠性。以下结合二个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。附图为本发明架空导线用铝导体制备工艺流程简图。具体实施例方式实施例l:按附图工艺，检验原料，选用牌号AL99.85A铝锭(成份见表3)，放入铝锭熔炼炉中熔化，加入0.03wtc/。的铁铝合金(牌号为AlFe20)、0.02wt。/。的硼铝合金(牌号为A旧3)。经均匀搅拌、精练除气、取样分析(视结果决定是否补充加料)，除渣，精炼温度740750°C，精炼时间812分钟，静置时间15分钟，(进行炉前化学快速分析，监测调控元素含量，见表4)后进行浇铸，浇铸温度70071(TC，经轧制温度为50(TC左右，轧制成CU2.0mm的铝杆，在高速拉丝机上，以16米/秒拉丝速度，配模为7道模具拉制C3.99mm铝丝。铝丝导体杂质成份含量及性能见表4。实施例2:按附图工艺，检验原料，选用牌号AL99.70A铝锭(成份见表3)。放入熔铝炉中熔化，加入0.05wt。/。的富镧稀土铝合金，加入0.04wt%的硼铝合金(牌号为A1B3)。经均匀搅拌、精练除气、除渣，精炼温度740750°C，精炼时间812分钟，静置时间15分钟，(进行炉前化学快速分析，监测调控元素含量，见表4)后进行浇铸，浇铸温度700710°C，入轧温度控制在50(TC左右，轧制成(？12.0mm的铝杆，在高速拉丝机上，拉丝速度16米/秒，配模为7道模具进行拉C3.99mm铝丝。铝丝导体杂质成份含量及性能见表4。比较例l:选用牌号AL99.85A的铝锭，添加A1B4、ALFe20后铝杆的性能见表5，其余工艺参数同上述实施例基本保持不变。比较例2:选用牌号AL99.85A的铝锭，不添加A1B4、ALFe20后铝杆的性能见表5，其余工艺参数同上述实施例基本保持不变。对于本领域技术人员来说，在本发明构思启示下，能够从本专利公开内容直接导出或联想到的一些变形，或现有技术中常用公知技术的替代，例如镁、铁元素，采用金属镁、铁粉加入等等，都能实现与上述实施例基本相同功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。本发明导体与现有技术导体主要性能比较表1<table>complextableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>说明除本发明外，均没有导电率和抗拉强度均高的铝导体。本发明抗拉强度与GB/T17048-1997硬铝及GB3955-1983软铝对比表2<table>complextableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注本发明导体20'C导体电阻率nQtn《0.027585，相当于62.5Q/。IACS，线膨胀系数1厂C，23X10-6，20。C时电阻温度系数1/°C，0.00403;GB/T17048-1997铝导线，20。C导体电阻率nQm《28.264，相当于61。/。IACS，线膨胀系数1厂C，23X10'6，2(TC时的电阻温度系数1厂C,0.00403;软铝导线，20'C导体电阻率nQ'm《0.02800，相当于61.6°/。IACS，线膨胀系数1厂C，23X10-6，20'C时的电阻温度系数1厂C，0.00407。实施例及比较例原料铝材化学组分wt%表3<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例结果表4<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>比较例表明，重金属杂质对导电性能的影响，以及铁含量对机械性能的影响。熔铝中添加A1B3、ALFe20，降低了电阻率，伸长率得到提高，提高了加工性能。权利要求1、架空导线用铝导体，其特征在于在电工铝锭熔炼中，视原料中硅、重金属、铁含量，分别加入/或不加富镧稀土铝合金、硼或铝硼合金、铁或铝铁合金，控制铝中含硅≤0.05wt％，重金属≤0.01wt％，铁0.12-0.16wt％，经拉丝得到铝导体的电阻率27.300～27.650nΩ·m，抗拉强度160～200Mpa。2、根据权利要求1所述架空导线用铝导体，其特征在于硼为铝硼合金。3、根据权利要求1所述架空导线用铝导体，其特征在于铁为铝铁合金。4、根据权利要求1所述架空导线用铝导体，其特征在于拉丝铝导体中含硅《0.03wt。/。，铁0.12-0.14wt。/。，重金属《0.01wt0/。。5、根据权利要求1所述架空导线用铝导体，其特征在于铝导体中铁/硅比大于1.5。'6、根据权利要求l、2、3、4或5所述架空导线用铝导体，其特征在于电工铝锭纯度》99.85，铜《0.002wt0/。，硅0.030.04wt%，铁0.08~0.10wt%，铬钒锰钛等重金属总含量小于0.01wt%。全文摘要本发明是对架空导线用铝导体的改进，其特征是在电工铝锭熔炼中，视原料中硅、重金属、铁含量，分别加入/或不加富镧稀土铝合金、硼或铝硼合金、铁或铝铁合金，控制铝中含硅≤0.05wt％，重金属≤0.01wt％，铁0.12-0.16wt％，经拉丝得到铝导体的电阻率27.300～27.650nΩ·m，抗拉强度160～200MPa。既保持了硬铝导体抗拉强度，又使得导电率得到提高，主要技术指标明显优于国标GB/T17048-1997硬铝导体，用于架空导线，可以明显提高载流量。文档编号H01B1/02GK101345098SQ200810195708公开日2009年1月14日申请日期2008年8月22日优先权日2008年8月22日发明者钰冯,静徐,汪传斌,盛金伟,龚欣明申请人:远东电缆有限公司;江苏新远东电缆有限公司;远东复合技术有限公司