一種高強度、高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)線的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋁合金導(dǎo)線制造領(lǐng)域，具體是涉及一種高強度、高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)線的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國現(xiàn)有長距離、大跨越架空輸電線路的電纜主要是由純鋁導(dǎo)線加工而成的鋼芯鋁絞線，這種鋼芯鋁絞線的電能損耗較大。為了降低輸電線路的電能損耗，迫切需要開發(fā)高強度、高導(dǎo)電率的鋁合金導(dǎo)線來制造全鋁合金絞線，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼芯鋁絞線。但高強度、高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)線的生產(chǎn)難度較大，原因是鋁合金導(dǎo)線的強度和導(dǎo)電率很難同時達到較高值。
[0003]對文獻資料檢索發(fā)現(xiàn)，為了提高鋁合金導(dǎo)線的強度，現(xiàn)有技術(shù)通常添加大量的Fe、Cu、Zn、Zr、Sc、Cr、T1、Mn等元素來增強銷合金導(dǎo)線的強度。但是，添加大量的這些合金元素會使鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率大幅下降，導(dǎo)電率很難達到較高值。
現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)鋁合金導(dǎo)線都是采用爐內(nèi)熔劑精煉、爐外單級除氣或者單級過濾的方法來凈化鋁合金液。為了提高鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率，現(xiàn)有技術(shù)通常添加B元素以及La、Ce、Y等稀土元素來進一步凈化銷合金液，達到除氣、除雜的目的。添加少量的這些元素對銷合金液的凈化效果非常有限，而添加大量的這些元素不僅會增加鋁合金導(dǎo)線的生產(chǎn)成本，還會使鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率出現(xiàn)下降。
[0004]Al-Mg-Si合金是一種可熱處理強化變形銷合金，Mg、Si元素含量越高，時效處理后Mg2Si強化相越多，鋁合金的強度也越高。但是隨著Mg、Si元素含量的升高，連鑄連軋鋁合金圓桿容易發(fā)生斷裂，會嚴(yán)重影響生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性受。企業(yè)目前生產(chǎn)的鋁合金導(dǎo)線的Mg、Si元素含量通常都低于0.9%，導(dǎo)線的抗拉強度低于300MPa，導(dǎo)電率低于55%IACS，難以滿足長距離、大跨越架空輸電線路對全鋁合金絞線的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種高強度、高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)線的生產(chǎn)方法，使企業(yè)能夠連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)鋁合金導(dǎo)線，鋁合金導(dǎo)線的抗拉強度為330-365MPa，導(dǎo)電率為 56_58%IACS。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
本發(fā)明所述的高強度、高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)線的生產(chǎn)方法，其特點是包括如下步驟:第一步:制備鋁液:選用Al質(zhì)量百分比含量為99.8%的鋁錠加入到熔鋁爐內(nèi)熔化成鋁液，控制鋁液溫度在760-780°C，通過流槽將鋁液轉(zhuǎn)移到保溫爐內(nèi)；
第二步:配制鋁合金液:選用Mg質(zhì)量百分比含量為99.9%的鎂錠和Si質(zhì)量百分比含量為99.9%的結(jié)晶硅加入到保溫爐內(nèi)攪拌熔化，配制成Mg質(zhì)量百分比含量為1.2-1.8%、Si質(zhì)量百分比含量為1.0-1.5%的鋁合金液；
第三步:爐外雙級除氣和雙級過濾:控制鋁合金液溫度在740-760°C，將保溫爐內(nèi)的鋁合金液流入流槽，依次流過設(shè)置在流槽上的旋轉(zhuǎn)石墨轉(zhuǎn)子和泡沫陶瓷過濾板，進行一級除氣和一級過濾，石墨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為200-300轉(zhuǎn)/分鐘，氬氣的壓力為300KPa，泡沫陶瓷過濾板的孔隙度為50-60ppi ;鋁合金液再依次流過旋轉(zhuǎn)噴吹除氣箱和管式過濾箱，進行二級除氣和二級過濾，旋轉(zhuǎn)噴吹除氣箱內(nèi)的石墨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為400-500轉(zhuǎn)/分鐘，氬氣的壓力為400KPa，管式過濾箱內(nèi)的陶瓷過濾管的孔隙度為120-140ppi ；
第四步:超聲連鑄連軋:經(jīng)過二級除氣和二級過濾的鋁合金液的溫度控制在680-700°C后，通過導(dǎo)流槽將鋁合金液注入設(shè)有超聲波振動桿的連鑄機結(jié)晶輪的輪槽內(nèi)，在超聲波作用下將鋁合金液連續(xù)鑄造成連鑄坯，連鑄坯經(jīng)過矯直后進入連軋機軋制成直徑為9.5毫米的鋁合金圓桿，超聲波振動桿的直徑為10毫米，超聲波振動桿的材料為鈦合金，超聲波輸出頻率為30kHz，輸出功率為400-500瓦，連軋機的終軋速度為7-8米/秒；
第五步:退火:將鋁合金圓桿放入退火爐進行退火處理，退火溫度為530-540°C，退火時間為2-3小時；
第六步:拉拔:將退火后的鋁合金圓桿放入連續(xù)拉拔機上拔成直徑為1-5毫米的鋁合金導(dǎo)線，拉拔速度為16-18米/秒；
第七步:時效處理:將鋁合金導(dǎo)線放入時效爐內(nèi)進行時效強化處理，時效溫度為180-190°C，時效時間為10-12小時，得到高強度高導(dǎo)電率的鋁合金導(dǎo)線。
[0007]上述鋁合金導(dǎo)線的合金成分和質(zhì)量百分比含量為:Mg:1.2-1.8%，S1:1.0-1.5%，F(xiàn)e:0.1-0.2%, Zn:0.04-0.07%, Cu:0.03-0.05%, Mn:0.01-0.03%，其余為 Al 和不可避免的其它雜質(zhì)元素，所述不可避免的其它雜質(zhì)元素中每種元素的含量均< 0.01 %，不可避免的其它雜質(zhì)元素的總量< 0.05%。
[0008]上述超聲波振動桿是傾斜地設(shè)置在連鑄機的鋁合金液注入口處，超聲波振動桿的下端位于連鑄機結(jié)晶輪的輪槽中心位置，其上端與超聲波換能器固定連接，超聲波換能器通過電纜與超聲波發(fā)生器連接。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
(1)本發(fā)明提高了鋁合金導(dǎo)線的Mg、Si元素含量，大幅度增強了鋁合金導(dǎo)線的強度，避免添加Fe、Cu、Zn、Zr、Sc、Cr、T1、Mn等元素而造成對鋁合金導(dǎo)線導(dǎo)電率的影響，使鋁合金導(dǎo)線同時獲得高的強度和高的導(dǎo)電率；
(2)本發(fā)明采用爐外雙級除氣和雙級過濾來大幅度提高鋁合金液的純凈度，進一步提高鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率。其中流槽旋轉(zhuǎn)石墨轉(zhuǎn)子噴吹一級除氣后可使鋁合金液的含氣量降低至0.14毫升/100克鋁，旋轉(zhuǎn)噴吹除氣箱二級除氣后可使鋁合金液的含氣量降低至0.11毫升/100克鋁，流槽泡沫陶瓷過濾板一級過濾后可去除鋁合金液中15微米以上的非金屬夾雜物，陶瓷管管式過濾箱二級過濾后可以去除鋁合金液中I微米以上的非金屬夾雜物；
(3)本發(fā)明采用超聲連鑄連軋生產(chǎn)鋁合金圓桿，通過在連鑄機鋁合金液注入口處安裝超聲波振動桿，將超聲波引入到連鑄機結(jié)晶輪的輪槽內(nèi)而作用于鋁合金液，利用超聲波的振動作用和聲空化效應(yīng)，可以大幅度細(xì)化鋁合金連鑄坯的晶粒，提高鋁合金連鑄坯的塑性及組織致密度，防止連鑄連軋鋁合金圓桿發(fā)生斷裂；
(4)采用本發(fā)明可使企業(yè)連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)高強度、高導(dǎo)電率的鋁合金導(dǎo)線，鋁合金導(dǎo)線的抗拉強度為330-365MPa，導(dǎo)電率為56_58%IACS，滿足長距離、大跨越架空輸電線路建設(shè)對全鋁合金絞線的需要，降低輸電線路的電能損耗。
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0012]實施例1:
采用本發(fā)明生產(chǎn)直徑為5毫米的鋁合金導(dǎo)線。主要生產(chǎn)設(shè)備為15噸天然氣熔鋁爐、15噸傾動式保溫爐、四輪輪帶式連鑄機、15機架Y型連軋機。連鑄機結(jié)晶輪直徑為1.5米，連鑄機結(jié)晶輪的輪槽橫截面面積為2400平方毫米，連鑄機的鋁合金液注入口處傾斜地布置有超聲波振動桿，該超聲波振動桿的下端位于連鑄機結(jié)晶輪的輪槽中心位置，其上端與超聲波換能器固定連接，超聲波換能器通過電纜與超聲波發(fā)生器連接，且超聲波換能器連同超聲波振動桿一起固定在立于地面的腳架上，超聲波振動桿的直徑為10毫米，超聲波振動桿的材料為TC4鈦合金。生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，其生產(chǎn)方法如下:
第一步:制備鋁液:稱量10噸、Al質(zhì)量百分比含量為99.8%的鋁錠加入到熔鋁爐內(nèi)熔化成鋁液，控制純鋁液溫度在760°C，通過流槽將鋁液轉(zhuǎn)移到保溫爐內(nèi)；
第二步:配制鋁合金液:稱量122.7公斤、Mg質(zhì)量百分比含量為99.9%的鎂錠和102.2公斤、Si質(zhì)量百分比含量為99.9%的結(jié)晶硅加入到保溫爐內(nèi)攪拌熔化，配制成Mg質(zhì)量百分比含量為1.2%、Si質(zhì)量百分比含量為1.0%的鋁合金液；
第三步:爐外雙級除氣和雙級過濾:控制鋁合金液溫度在740°C，將保溫爐內(nèi)的鋁合金液流入流槽，依次流過設(shè)置在流槽上的旋轉(zhuǎn)石墨轉(zhuǎn)子和泡沫陶瓷過濾板，進行一級除氣和一級過濾，石墨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，氬氣的壓力為300KPa，泡沫陶瓷過濾板的孔隙度為50ppi ;鋁合金液再依次流過旋轉(zhuǎn)噴吹除氣箱和管式過濾箱，進行二級除氣和二級過濾，旋轉(zhuǎn)噴吹除氣箱內(nèi)的石墨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為400轉(zhuǎn)/分鐘，氬氣的壓力為400KPa，管式過濾箱內(nèi)的陶瓷過濾管的孔隙度為120ppi ；
第四步:超聲連鑄連軋:經(jīng)過二級除氣和二級過濾的鋁合金液的溫度控制在680°C后，通過導(dǎo)流槽將鋁合金液注入設(shè)有超聲波振動桿的連鑄機結(jié)晶輪的輪槽內(nèi)，在超聲波作用下將鋁合金液連續(xù)鑄造成連鑄坯，連鑄坯經(jīng)過矯直后進入連軋機軋制成直徑為9.5毫米的鋁合金圓桿，超聲波振動桿的直徑為10毫米，超聲波振動桿的材料為鈦合金，超聲波輸出頻率為30kHz，輸出功率為400瓦，連軋機的終軋速度為8米/秒；
第五步:退火:將鋁合金圓桿放入退火爐進行退火處理，退火溫度為530°C，退火時間為2小時；
第六步:拉拔:將退火后的鋁合金圓桿放入連續(xù)拉拔機上拔成直徑為5毫米的鋁合金導(dǎo)線，拉拔速度為18米/秒；
第七步:時效處理:將鋁合金導(dǎo)線放入時效爐內(nèi)進行時效強化處理，時效溫度為180°C，時效時間為10小時，得到高強度高導(dǎo)電率鋁合金導(dǎo)線。
[0013]經(jīng)分析檢測，本實施例中鋁合金導(dǎo)線的成分按質(zhì)量百分比計算為:1.2%的Mg，1.0%的Si，0.2%的Fe，0.07%的Zn，0.05%的Cu，0.03%的Mn，其余為Al和不可避免的其它雜質(zhì)元素，所述不可避免的其它雜質(zhì)元素中每種元素的含量均< 0.01 %，不可避免的其它雜質(zhì)元素的總量彡0.05%。鋁合金導(dǎo)線的抗拉強度為330MPa，導(dǎo)電率為56%IACS。
[0014]實施例2:
采用本發(fā)明生產(chǎn)直徑為2.5毫米的鋁合金導(dǎo)線。主要生產(chǎn)設(shè)備為15噸天然氣熔鋁爐、15噸傾動式保溫爐、四輪輪帶式連鑄機、15機架Y型連軋機。連鑄機結(jié)晶輪直徑為1.5米，連鑄機結(jié)晶輪的輪槽橫截面面積為2400平方毫米，連鑄機