電工鋁合金相關(guān)

電工鋁合金相關(guān)資料第一部分綜述電工鋁即用作電導(dǎo)體的特殊工業(yè)純鋁，說它特殊是因?yàn)槠滗X含量處于工業(yè)純鋁的范疇，但雜質(zhì)含量卻要低于一般工業(yè)純鋁，尤其是硅含量須低于0.10%，因此，電工鋁就單獨(dú)制定了標(biāo)準(zhǔn)并賦予專用型號(hào)-AL99.70E和AL99.65E。但由于我國(guó)的鋁土礦含硅量高，而且鋁廠生產(chǎn)電工鋁的成本高，因此，重溶用電工鋁錠的產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電線電纜的生產(chǎn)需要，于是，電纜廠不得不拓寬電工鋁的原材料，而采用工業(yè)純鋁的某些牌號(hào)來(lái)加工，其中用的最多的就是引《GB/T1195-重溶用鋁錠》規(guī)定的“AL99.70A“和”AL99.70“俗稱“雙0鋁”.雖然“雙0鋁”的雜質(zhì)含量比專用電工鋁略高，但只要重溶精煉和軋制工藝控制得當(dāng)，拉制鋁線的性能完全可以滿足《GB3955-電工圓鋁線》和《GB/T17048-架空絞線用硬鋁線》要求，常用作電工鋁的工業(yè)純鋁型號(hào)及其主要化學(xué)成分。2003年我國(guó)電纜工業(yè)電工鋁導(dǎo)體的總用量已達(dá)90萬(wàn)t，名列世界前茅?，F(xiàn)在，我國(guó)電纜工業(yè)已可按國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)各種架空導(dǎo)線，達(dá)到了材料全部國(guó)產(chǎn)化，不需進(jìn)口和內(nèi)外銷兩旺的可喜局面。在舉世矚目的三峽工程中已應(yīng)用了以直流超高壓(土500kV)、長(zhǎng)距離(1000km級(jí))和大截面(ACSR720／50)為代表的技術(shù)要求高的鋼芯鋁絞線，以及AAcsR／EsT(450／200和640／290)特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線、光纖復(fù)合架空地線(OPGw)、鋁包鋼導(dǎo)線、耐熱鋁合金導(dǎo)線等新產(chǎn)品。當(dāng)今，中國(guó)的電力需求十分迫切，大容量的輸、配電線路，無(wú)論新建的大容量輸電線路或老線路的市場(chǎng)需求，又開發(fā)了經(jīng)改進(jìn)的高導(dǎo)電(60％隊(duì)cS)、耐熱150℃鋁合金線，以滿足架空輸、配電線路的需要。我國(guó)高端架空導(dǎo)線產(chǎn)品，諸如高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線、耐熱鋁合金導(dǎo)線、鋼芯鋁絞錢、鋁包鋼導(dǎo)線、特種導(dǎo)線等，應(yīng)用滯后，并不是因?yàn)檫@些產(chǎn)品的技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)能力不足，而是因?yàn)槭袌?chǎng)用量太少。而市場(chǎng)用量不大的原因，主要是用戶太偏重于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，而忽視了產(chǎn)品的性價(jià)比和應(yīng)用的必要性。然爾，這種狀況正在逐步改變。來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)家電網(wǎng)對(duì)特種導(dǎo)線的使用量明顯增加。國(guó)網(wǎng)一批特種導(dǎo)線招標(biāo)總量2011年與2010年同比增加439.41%。國(guó)網(wǎng)二批特種導(dǎo)線招標(biāo)總量2011年與2010年同比增加82.35%。地方特種導(dǎo)線2011年一季度與2010年一季度投標(biāo)總量同比增加274.77%，中標(biāo)量同比增加196.62%。長(zhǎng)江三峽及西部水電站的輸電線路建設(shè)會(huì)帶動(dòng)至少90萬(wàn)噸架空導(dǎo)線增長(zhǎng)，各類架空導(dǎo)線平均每年增長(zhǎng)10%。有資料表明，今后2~3年，架空導(dǎo)線和電力電纜市場(chǎng)將以6%~8%的速度增長(zhǎng)。在今后一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，鋼芯鋁絞線(包括鋁絞線)仍然是我國(guó)高壓線路所采用的主要品種，其中鋁合金導(dǎo)線在鋼芯鋁絞線中比例將有所擴(kuò)大。鋁合金線包括鋁合金絞線，鋼芯鋁合金線等。第二部分稀土電工鋁我國(guó)稀土資源豐富，列世界第一。我們采用了豐富的混合稀土金屬優(yōu)化處理非電工級(jí)鋁，并在鋁連鑄連軋生產(chǎn)線上生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的電工圓鋁桿，然后生產(chǎn)出“稀土鋁導(dǎo)線”。“稀土鋁導(dǎo)線”不是一種新的鋁．而是用混合稀土金屬對(duì)非電工級(jí)鋁進(jìn)行工藝處理而制成的電工鋁導(dǎo)線，簡(jiǎn)稱“稀土鋁”或“稀土鋁線”或“稀土鋁導(dǎo)體”。2.1稀土材料在國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀稀土金屬具有獨(dú)特的化學(xué)活性,加入鋁和鋁合金熔煉過程和材料中,顯示出明顯的凈化、細(xì)化和合金化效果而被廣泛應(yīng)用。我國(guó)鋁稀土合金的應(yīng)用開發(fā)萌芽于二十世紀(jì)六十年代,雖然比國(guó)外晚約30年,但發(fā)展速度快,后來(lái)居上,首先將稀土金屬用于66-1Al-Si活塞合金。七十年代為初創(chuàng)時(shí)期,鋁稀土在Al-Mg-Si加強(qiáng)型輸電線和FeCrAl電熱絲中獲得應(yīng)用。1980-1985年為發(fā)展時(shí)期。在應(yīng)用方面,廣州有色院發(fā)現(xiàn)加入稀土可以提高鋁的導(dǎo)電率和耐腐蝕性,在稀土電工鋁和鋁制品中的應(yīng)用取得突破性進(jìn)展。在冶煉方面,中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所筆者領(lǐng)導(dǎo)的研究室創(chuàng)造性地獲得了“在較低溫度下(690～750℃),電解制取鋁稀土中間合金系列”,為研發(fā)稀土在鋁和鋁合金中的應(yīng)用提供了物質(zhì)條件;中國(guó)相繼發(fā)明了往鋁電解槽中添加稀土化合物,直接生產(chǎn)鋁稀土合金新工藝。1984年長(zhǎng)春應(yīng)化所主辦了我國(guó)鋁稀土合金生產(chǎn)、應(yīng)用和分析學(xué)習(xí)班,30多個(gè)單位66名技術(shù)人員參加形成一個(gè)高潮。1988年稀土電工鋁通過國(guó)家鑒定,國(guó)務(wù)院稀土辦和能源部科技司聯(lián)合下文推廣應(yīng)用1990～1995年為黃金時(shí)期,我國(guó)將稀土和鋁這兩門不同學(xué)科更緊密地結(jié)合起來(lái)推動(dòng)稀土鋁的科研、生產(chǎn)和應(yīng)用以驚人的速度全面發(fā)展,與我國(guó)自己開發(fā)的稀土農(nóng)用、毛織物染色、稀土鑄鐵等并駕齊驅(qū),在世界上頗具特色,處于領(lǐng)先地位。稀土元素的加入使得稀土鋁合金成為一種性能優(yōu)良、用途廣泛的新型材料。目前稀土鋁合金的產(chǎn)量已近全國(guó)鋁產(chǎn)量的1/4。2.2稀土材料在電工用鋁合金中的作用稀土在鋁和鋁合金中應(yīng)用相當(dāng)廣泛,使用它做合金添加劑和混合稀土金屬相比,燒損率大大下降,不僅降低了成本,而且使稀土在合金中的含量增高.使用稀土鋁合金的材料,其性能優(yōu)越,一般可使其耐磨、抗蝕、機(jī)械強(qiáng)度及其延伸率等都有較大提高.如加入0.15%～0.25%稀土的鋁導(dǎo)線,其導(dǎo)電率可提高1%～3%,達(dá)到并超過國(guó)際電工委會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)[1].用稀土鋁合金生產(chǎn)的鋼芯鋁絞線,耐振性顯著增強(qiáng),振動(dòng)3000萬(wàn)次未發(fā)現(xiàn)有疲勞斷股.用稀土鋁合金生產(chǎn)的金屬鋁箔由于稀土的作用使合金基體得到了強(qiáng)化,其平均比容較純鋁箔提高25%～50%,機(jī)械強(qiáng)度提高14.3%～42.8%,延伸率提高25%～50%,用在10V10-4F電容器上,體積縮小了2個(gè)殼號(hào),重量減輕47%,因此稀土鋁箔是一種生產(chǎn)電子原器件較為理想的材料具體到電工行業(yè)，稀土的應(yīng)用一般如下：1.高導(dǎo)電稀土鋁導(dǎo)線(鋁盤條、鋁絞線、鋼芯鋁絞線)：除氣、除雜、細(xì)化組織,提高導(dǎo)電率和耐腐蝕性,改善物理和加工性能。2鋁母排(大電流輸電)：除氣、除雜、細(xì)化組織,提高導(dǎo)電率和耐腐蝕性,改善物理和加工性能。3高強(qiáng)度稀土鋁合金導(dǎo)線(大跨越、高山、高壓輸電線和電車線)：改善耐震性能,強(qiáng)度高,重量輕,弧垂性能好,使用壽命長(zhǎng)4耐熱稀土鋁合金導(dǎo)線(變電站和大電流母線)：載流量為純鋁線的116～2倍,使用溫度高(可達(dá)150℃5鋁箔(包裝、裝飾和電容器)\鋁簿板和帶:除氣、除雜,細(xì)化組織,提高熱軋與冷軋板、帶、箔變形塑性,減少斷裂,提高加工成品率鋯和稀土在耐熱鋁合金導(dǎo)線中應(yīng)用廣泛,其中添加了鋯元素的耐熱鋁合金導(dǎo)線,可以在基本保持導(dǎo)電性的同時(shí),大幅度提高導(dǎo)線的耐熱性,從而使導(dǎo)線可以通過更大的電流;而稀土可以提高鋁合金的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能等.第三部分鋁圓桿在電工侶導(dǎo)體生產(chǎn)中,鋁桿的質(zhì)量直接影響鋁線的性能和拉線的生產(chǎn)率,因此設(shè)法生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的鋁桿對(duì)電工鋁導(dǎo)體生產(chǎn)具有決定性的作用。目前，全世界生產(chǎn)的鋁約有14%用作電工材料，連鑄連軋生產(chǎn)的電工圓鋁桿作為基礎(chǔ)加工材料，經(jīng)過進(jìn)一步的加工，是電力行業(yè)應(yīng)用最廣泛導(dǎo)電材料，在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家均有很大的市場(chǎng)需求量。3.1電工圓鋁桿的技術(shù)與發(fā)展電工圓鋁桿在我國(guó)的發(fā)展、研究與應(yīng)用大致經(jīng)過了普通純鋁電工圓鋁桿、稀土電工圓鋁桿、高強(qiáng)度鋁合金桿、高純度電工圓鋁桿階段，現(xiàn)向高導(dǎo)耐熱方向發(fā)展。3.1.1普通純鋁電工圓鋁桿導(dǎo)電用鋁既要求有高的導(dǎo)電率，又要求有足夠好的力學(xué)性能。國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定導(dǎo)電純鋁的成分為:Si≤0.10%Fe≤0.40%Cu≤0.05%Mg≤0.01%Cr≤0.01%Zn≤0.05%B≤0.05%V+Ti≤0.02%其他元素每種≤0.03%其他元素總和≤0.10%Al≥99.5%。世界鋁工業(yè)大國(guó)及有關(guān)組織在此基礎(chǔ)上根據(jù)本國(guó)或本地區(qū)鋁工業(yè)發(fā)展情況分別制定了相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，雖各具特色，但主體元素與國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的含量要求基本一致；抗拉強(qiáng)度介于60MPa～150MPa之間；在20℃時(shí)電阻率維持在國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn)（IACS）62.6%～60.3%之間，根據(jù)加工狀態(tài)，一般分為5個(gè)檔次。1983年，根據(jù)當(dāng)時(shí)鋁工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，我國(guó)頒布實(shí)施了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3954《電工圓鋁桿》，受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)工藝的影響，Si含量只有控制在0.09%以下，才能生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品。根據(jù)力學(xué)性能，分為4個(gè)檔次，抗拉強(qiáng)度分別為60MPa～80MPa、80MPa～110MPa、95MPa～130MPa、115MPa～1470MPa；對(duì)應(yīng)等效電阻率分別為（IACS）62.58%、61.90%、61.55%、61.55%，為了符合我國(guó)當(dāng)時(shí)的拉制工藝要求、保證最終產(chǎn)品品質(zhì)，對(duì)純鋁電工圓鋁桿的伸長(zhǎng)率作出要求，分別為25%、14%、12%、8%。3.1.2稀土電工圓鋁桿在普通純鋁電工圓鋁桿在電線電纜行業(yè)得到廣泛應(yīng)用之時(shí)，有些性能缺陷在特殊的生產(chǎn)工藝下顯現(xiàn)出來(lái)，為了消除缺陷、獲得更高品質(zhì)的產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家和科研院所從不同的角度對(duì)純鋁電工圓鋁桿進(jìn)行研究。20世紀(jì)末21世紀(jì)初，各項(xiàng)研究表明稀土在鋁中起到除氣除雜、晶粒細(xì)化的特性，能提高鋁的耐腐蝕性、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度，對(duì)導(dǎo)電率也有一定的提高作用，可顯著改善加工性能。包頭鋁業(yè)、云南鋁業(yè)、上海電纜研究所等均進(jìn)行了相關(guān)研究，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。2001年，根據(jù)有色工業(yè)協(xié)會(huì)安排，包頭鋁業(yè)等單位負(fù)責(zé)修訂1983版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3954《電工圓鋁桿》時(shí)，稀土電工圓鋁桿作為單獨(dú)的材料分列出來(lái)，稀土元素含量要求為0.10%～0.30%。本次標(biāo)準(zhǔn)修訂，各項(xiàng)指標(biāo)等效采用國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，為國(guó)際市場(chǎng)的開拓奠定了技術(shù)支持。3.1.3高強(qiáng)度鋁合金桿制造電線與電纜的普通純鋁電工圓鋁桿在冷作硬化狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度是150MPa～170MPa，約相當(dāng)導(dǎo)電率相同的鋼強(qiáng)度的65%。一般情況下，強(qiáng)度可滿足要求，但在冰動(dòng)、大風(fēng)等惡劣的氣候下，危險(xiǎn)較大，故只能制作小載荷或無(wú)載荷的電線和電纜。于是，研發(fā)了高強(qiáng)度的合金電工圓鋁桿來(lái)解決這個(gè)問題。通常用的、國(guó)際上較為成熟的合金電工圓鋁桿主要有6101、6201、3003、5005等。3.1.4高純度電工圓鋁桿研究表明，高純度的鋁（鋁含量在99.99%）在20℃的導(dǎo)電性能：電阻率為26.548nΩ·m；等體積的電阻率為（IACS）64.94%。在低溫時(shí)，鋁的導(dǎo)電性能對(duì)純度十分敏感，99.996%或純度更高的鋁在1.1～1.2K時(shí)可能成為超導(dǎo)體。含鋁在99.5%以上的工業(yè)純鋁擠出的95mm2、150mm2和240mm2截面積實(shí)芯鋁電線特別軟，容易鋪設(shè)，經(jīng)應(yīng)用證實(shí)，高壓地下電纜不再需要采用絞合導(dǎo)線，可直接使用實(shí)芯鋁導(dǎo)線。目前，國(guó)內(nèi)有些廠家已經(jīng)掌握高純鋁電工圓鋁桿的軋制技術(shù)，具備批量生產(chǎn)的能力，且工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到了世界先進(jìn)水平，部分高純圓鋁桿牌號(hào)已納入相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。3.1.5高導(dǎo)耐熱鋁合金桿目前國(guó)際架空輸電線路用鋁合金導(dǎo)體材料的研究和開發(fā)，已由高強(qiáng)度領(lǐng)域轉(zhuǎn)向耐熱方向。電力工業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)，迫使輸電線路向高壓化、大容量化、遠(yuǎn)距離化方面發(fā)展和延伸。在電壓一定的前提下，提高輸電電流密度，即提高導(dǎo)線單位面積的輸電容量就顯得尤為重要。在三峽水利工程及北京奧運(yùn)場(chǎng)館的建設(shè)中有些耐熱鋁合金導(dǎo)線已經(jīng)得到應(yīng)用。3.2生產(chǎn)過程、處理和質(zhì)量監(jiān)控下圖為電工用鋁圓桿生產(chǎn)流程圖：3.2.1鋁錠成分鋁錠的成份對(duì)導(dǎo)體的性能,特別是導(dǎo)電率具有決定性的作用。國(guó)外采用最低純度為的99.81-99.66%、含硅量在0.05%左右的超高純、高純、中高純和中低純鋁生產(chǎn)電工用鋁桿。我國(guó)電線電纜廠的進(jìn)料鋁錠品位比較雜,有電工級(jí)的和非電工級(jí)的國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口鋁錠。我國(guó)有一部份鋁礦資源的含硅量比較高,因此侶錠的含硅水平比較高,這樣都為生產(chǎn)符合要求的電工用鋁導(dǎo)體在技術(shù)上增加了難度,因此必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施。目前我國(guó)已可采用最低純度為99.65%，含硅量不大于0.08%或最低純度為99.5%、含硅量不大于0.13%(使用稀土優(yōu)化處理工藝)的鋁錠,生產(chǎn)出符合國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)要求的電工用鋁桿和鋁線。3.2.2工藝過程鋁錠在豎爐中連續(xù)熔化,豎爐可用燃料油、城市煤氣、天然氣、熱煤氣和煤等形式能源加熱,爐體中的部分爐壁采用鐵磚以增加爐齡。熔融的鋁液經(jīng)預(yù)處理裝置進(jìn)入兩個(gè)交替使用的保溫爐。預(yù)處理裝置具有加入中間合金、爐外精煉、瓜份均勻化和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度的作用。保溫爐可選用電、燃料油、城市煤氣、熱煤氣和天然氣等多種能源加熱。每個(gè)爐子的容量為8t左右,在爐中監(jiān)測(cè)鋁液的關(guān)鍵元素鐵、硅和稀土,并完成必要的工藝處理,精煉、均勻化,實(shí)現(xiàn)鋁液自動(dòng)控溫。鋁液流經(jīng)流槽（普通流槽或電磁流槽）,通過玻璃絲布或其他要求較高的過濾裝置過濾后,進(jìn)入中間澆包,然后進(jìn)入鑄機(jī)。進(jìn)入鑄機(jī)的流股籍澆包上一級(jí)或二級(jí)天秤裝置和人工操作保持穩(wěn)定。3.2.3為了保證鋁桿和鋁線穩(wěn)定地符合規(guī)定的要求,不僅要嚴(yán)格控制工藝參數(shù),而且特別在采用非電工級(jí)鋁,品位雜、含硅較高的情況下,通過配料,在最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下有選擇地和有針對(duì)性地采取必要的工藝處理措施是很重要的。①配料：影響鋁導(dǎo)休導(dǎo)電率和強(qiáng)度的主要雜質(zhì)元素是硅、鐵、銅、鈦、釩、錳、鉻。在采用一部份非電工級(jí)鋁或全部為非電工級(jí)鋁的條件下,通過配料控制鋁液的成份,使不同的鋁錠配在一起取長(zhǎng)補(bǔ)短,達(dá)到規(guī)定的成份要求,并為以后在最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下進(jìn)行工藝處理創(chuàng)造條件。②稀土優(yōu)化處理：因?yàn)橄⊥猎卦陔姽やX導(dǎo)體中具有變質(zhì)的作用,可降低硅對(duì)導(dǎo)電率和工藝性能的有害影響。所以在我們的連鑄連軋生產(chǎn)線中,已發(fā)展了一種稀土優(yōu)化處理的方法,成功地解決了稀上的加入方法、加入工藝,找到了稀土的較優(yōu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)加入量。稀土優(yōu)化處理是在連鑄連軋生產(chǎn)線上連續(xù)生產(chǎn)的過程中,用稀土含量10%左右的鋁一混合稀土中間合金,對(duì)鋁液進(jìn)行處理的一種方法應(yīng)用稀土優(yōu)化處理,可采用含硅量較高的鋁錠,從而可擴(kuò)大電纜工業(yè)所需原料鋁的來(lái)源。③硼化處理：硼在鋁中可降低鈦、釩、錳、鉻微量雜質(zhì)對(duì)導(dǎo)電率的有害影響,用硼鋁中間合金在預(yù)處理裝置中加入,由于流過預(yù)處理槽的鋁液溫度不高,一般在700℃左右,所以硼鋁中間合金慢慢地溶于鋁液中,并且由于預(yù)處理槽的自攪拌作用使硼化劑在鋁液中分布較為均勻,同時(shí)硼與4根據(jù)國(guó)產(chǎn)鋁含硅比較高,鈦、釩、錳、鉻含量比較低,而進(jìn)口鋁含硅低,鈦、釩、錳、鉻高的特點(diǎn),從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面考慮,取長(zhǎng)補(bǔ)短按一定比例搭配使用,施行低硼量的硼化處理。硼化劑的加入量與4種微量元素的含量、鋁桿的導(dǎo)電率要求以及處理每噸鋁的費(fèi)用密切相關(guān),當(dāng)含硼量達(dá)到一定程度時(shí),再加入更多的硼化劑不會(huì)明顯地提高鋁導(dǎo)體的導(dǎo)電率,反而引起經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。④加鐵處理：為了保證直徑4.0毫米以上硬拉鋁線的抗拉強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定的要求,當(dāng)原料鋁中含鐵量偏低時(shí),需要進(jìn)行必要的加鐵處理。加鐵處理應(yīng)在保證導(dǎo)電率合格的條件下,在鋁液中加入適量的鐵鋁中間合金。⑤質(zhì)量監(jiān)控：質(zhì)量監(jiān)控對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)起著很重要的作用。在電工鋁導(dǎo)體生產(chǎn)中,應(yīng)建立以鋁桿為中心的全面質(zhì)量控制體系。這個(gè)體系主要包括工藝監(jiān)控、制品監(jiān)測(cè)和鋁桿質(zhì)量分等管理三個(gè)部份。工藝監(jiān)控的主要環(huán)節(jié)是成份、溫度和冷卻。制品監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容是對(duì)鋁桿的導(dǎo)電率、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率,及時(shí)檢測(cè)、統(tǒng)計(jì)和反饋,與工藝監(jiān)控互相配合。鋁桿質(zhì)量分等管理,是按鋁導(dǎo)線的用途對(duì)鋁桿質(zhì)量進(jìn)行分等使用的辦法。在電線電纜廠里為制造架空導(dǎo)線用的硬拉鋁線,質(zhì)量要求最高,因此通過分等使用可達(dá)到物盡其用,充份利用原材料的目的。第四部分鋁導(dǎo)線4.1鋁導(dǎo)線應(yīng)用情況及發(fā)展前景全鋁合金架空線的使用,迄今已有近60多年歷史,所用的鋁合金主要是以鋁一鎂一硅系列為基準(zhǔn)。在此期間,由于鋁合金性能的改善,以及人們對(duì)所有鋁合金導(dǎo)線比鋼芯鋁絞線更優(yōu)越的認(rèn)識(shí),使全鋁合金架空線的使用已非常廣泛。全鋁合金架空線帶給用戶的利益包括:提高了載流量,降低運(yùn)行成本,簡(jiǎn)化了安裝架設(shè)以及其它許多問題。全鋁合金架空線現(xiàn)有較多的標(biāo)準(zhǔn),如英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(BS)、法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(NF)、國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(IEC)、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)、美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等等,這些標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)組成導(dǎo)線的鋁合金單線的性能規(guī)定上略有差異。有些電力公用事業(yè)單位也編制了自己的技術(shù)參數(shù)規(guī)范,它們都是基于以上標(biāo)準(zhǔn)附加了一些特殊要求。2003年我國(guó)電纜工業(yè)電工鋁導(dǎo)體的總用量已達(dá)90萬(wàn)t，名列世界前茅。現(xiàn)在，我國(guó)電纜工業(yè)已可按國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)各種架空導(dǎo)線，達(dá)到了材料全部國(guó)產(chǎn)化，不需進(jìn)口和內(nèi)外銷兩旺的可喜局面。在舉世矚目的三峽工程中已應(yīng)用了以直流超高壓(土500kV)、長(zhǎng)距離(1000km級(jí))和大截面(ACSR720／50)為代表的技術(shù)要求高的鋼芯鋁絞線，以及AAcsR／EsT(450／200和640／290)特強(qiáng)鋼芯高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線、光纖復(fù)合架空地線(OPGw)、鋁包鋼導(dǎo)線、耐熱鋁合金導(dǎo)線等新產(chǎn)品。目前，我國(guó)已是鋁的世界第一生產(chǎn)大國(guó)。我國(guó)的鋁礦資源含硅較高，在深脫硅技術(shù)沒有解決的情況下，曾嚴(yán)重影響電工鋁導(dǎo)體的性能和生產(chǎn)。其主要問題是導(dǎo)電率低下，達(dá)不到國(guó)際公認(rèn)的61％1ACS的水平及與其相制約的強(qiáng)度問題。。稀土優(yōu)化綜合處理技術(shù)為我國(guó)電工鋁導(dǎo)體和稀土電工鋁導(dǎo)體提高導(dǎo)電率，解決量大面廣的國(guó)產(chǎn)的材料來(lái)源和達(dá)到工業(yè)化的穩(wěn)定生產(chǎn)等方面實(shí)現(xiàn)了具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)創(chuàng)新，使我國(guó)的電工鋁導(dǎo)體生產(chǎn)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)的水平；在電工鋁導(dǎo)體的生產(chǎn)裝備上，適合中國(guó)國(guó)情的生產(chǎn)設(shè)備亦已基本配套。當(dāng)今，中國(guó)的電力需求十分迫切，大容量的輸、配電線路，無(wú)論新建的大容量輸電線路或老線路的市場(chǎng)需求，又開發(fā)了經(jīng)改進(jìn)的高導(dǎo)電(60％隊(duì)cS)、耐熱150℃鋁合金線，以滿足架空輸、配電線路的需要。我國(guó)高端架空導(dǎo)線產(chǎn)品，諸如高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線、耐熱鋁合金導(dǎo)線、鋼芯鋁絞錢、鋁包鋼導(dǎo)線、特種導(dǎo)線等，應(yīng)用滯后，并不是因?yàn)檫@些產(chǎn)品的技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)能力不足，而是因?yàn)槭袌?chǎng)用量太少。而市場(chǎng)用量不大的原因，主要是用戶太偏重于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，而忽視了產(chǎn)品的性價(jià)比和應(yīng)用的必要性。然爾，這種狀況正在逐步改變。來(lái)自國(guó)家電網(wǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)家電網(wǎng)對(duì)特種導(dǎo)線的使用量明顯增加。國(guó)網(wǎng)一批特種導(dǎo)線招標(biāo)總量2011年與2010年同比增加439.41%。國(guó)網(wǎng)二批特種導(dǎo)線招標(biāo)總量2011年與2010年同比增加82.35%。地方特種導(dǎo)線2011年一季度與2010年一季度投標(biāo)總量同比增加274.77%，中標(biāo)量同比增加196.62%。長(zhǎng)江三峽及西部水電站的輸電線路建設(shè)會(huì)帶動(dòng)至少90萬(wàn)噸架空導(dǎo)線增長(zhǎng)，各類架空導(dǎo)線平均每年增長(zhǎng)10%。有資料表明，今后2~3年，架空導(dǎo)線和電力電纜市場(chǎng)將以6%~8%的速度增長(zhǎng)。在今后一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，鋼芯鋁絞線(包括鋁絞線)仍然是我國(guó)高壓線路所采用的主要品種，其中鋁合金導(dǎo)線在鋼芯鋁絞線中比例將有所擴(kuò)大。鋁合金線包括鋁合金絞線，鋼芯鋁合金線等。4.2鋁包鋼芯鋁導(dǎo)線架空輸電線的導(dǎo)線的基本要求：要有良好的導(dǎo)電率；具有一定的機(jī)械強(qiáng)度以支持其自身的重量及外來(lái)的自然荷重(風(fēng)荷載、冰荷載)。鋁比銅有更高的強(qiáng)度重量比以及更好的導(dǎo)電性能與重量比。即某一特定的強(qiáng)度及導(dǎo)電率可以從較輕的重量中獲得。鋁的比重小。而且資源豐富．價(jià)格也比銅低得多。大檔距的高壓架空輸電線路，則需由一種高強(qiáng)度的鋼絞線作為輸電線路導(dǎo)線的加強(qiáng)芯，組成鋼芯鋁絞線。由于科技的高速發(fā)展，在線路上用鋁合金絞線代替鋼芯鋁絞線已在國(guó)際上廣泛應(yīng)用。鋁包鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁絞線相比有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)普通鋼芯鋁絞線的內(nèi)層鋁單絲與鍍鎂鋼絲直接接觸，在外界水汽和污染浸漬下兩種金屬之間產(chǎn)生電位腐蝕，加速了鋼芯的老化。而鋁包鋼芯鋁絞線的鋼絲被鋁層包裹而不與鋁股接觸，避免了電腐蝕，且與空氣中的水汽隔絕，進(jìn)一步提高了抗腐能力，延長(zhǎng)了導(dǎo)線使用壽命。(2)鋁包鋼芯比鍍鋅鋼芯、稀土鋅鋁合金鍍層鋼芯和鍍鋁鋼芯的耐霧腐能力分別提高11倍、5.5倍和2.1倍，可見采用鋁包鋼芯對(duì)延長(zhǎng)鍍鋅使用壽命有顯著效果。(3)采用20％IAcs的鋁包鋼鋅可使鋁包鋼芯鋁絞線的鋁截面比鋼芯鋁絞線增加，導(dǎo)線電導(dǎo)率增加。(4)鋁包鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁絞線相比，水平荷載相同，最大使用張力相差不大，但由于單位自重輕，弧垂略小，施放檔距略大。(5)鋁包鋼芯鋁絞線在國(guó)外有較長(zhǎng)的運(yùn)行歷史，國(guó)內(nèi)近年已有生產(chǎn)廠家引進(jìn)國(guó)外制線設(shè)備生產(chǎn)，并在華東、華北地區(qū)使用?，F(xiàn)就目前幾種常用的導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)、特性、載流量等參數(shù)等進(jìn)行對(duì)比介紹。4.2.1導(dǎo)線防腐能力傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線的鍍鋅鋼芯在內(nèi)層，與鋁層接觸，當(dāng)導(dǎo)線暴露在有一定濕度的大氣環(huán)境中，由于表面的吸附作用，使鋼絲與絞線表面形成一層水膜。鋅鋁接觸形成電位差，再加上水膜的電解作用，加劇了鋼絲表面的腐蝕作用。鋁包鋼絞線的內(nèi)層鋼線表面是純度很高的鋁層(>99．5％)。水氣無(wú)法滲透人內(nèi)層鋼絲，而鋁層與外層的鋁線接觸也不會(huì)產(chǎn)生電位差，耐腐蝕能力大大提高另外，傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線的易腐蝕的鋼芯在導(dǎo)線內(nèi)層，當(dāng)導(dǎo)線運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)(超過10a)，在污染比較嚴(yán)重的地區(qū)(或者鹽霧區(qū))，由于外層是較耐腐蝕的鋁線，導(dǎo)線表面狀況雖可能良好，但是內(nèi)層鋼線的腐蝕可能已經(jīng)非常嚴(yán)重，運(yùn)行單位判斷導(dǎo)線的腐蝕情況相當(dāng)困難}而鋁包鋼絞線的內(nèi)外層都是鋁層，腐蝕情況基本一致，可以最大限度的利用舊導(dǎo)線，提高導(dǎo)線的使用壽命。4.2.2導(dǎo)電性能與載流量(1)導(dǎo)電性能導(dǎo)線的導(dǎo)電性能與鋁鋼比有直接的關(guān)系，鋁鋼比越高，導(dǎo)電性能越好。由于鋁包鋼絞線用包覆鋁層的加強(qiáng)鋼線取代了鍍鋅鋼線，鋁的總面積增加，導(dǎo)電率也會(huì)相應(yīng)增加，電阻下降。對(duì)兩種結(jié)構(gòu)、截面、外徑均相同的絞線進(jìn)行對(duì)照,可以看出兩種導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)參數(shù)基本相同，但鋁包鋼芯鋁絞線的直流電阻比鋼芯鋁絞線小了1．6％；而重量則前者比后者要輕1．5％(正因?yàn)檫@樣，廠家在鋁包鋼芯鋁絞線的成本提高的前提下能夠做到等長(zhǎng)等價(jià))。(2)裁流量架空導(dǎo)線的載流量是受導(dǎo)線載流發(fā)熱后的強(qiáng)度損失制約的。我國(guó)對(duì)架空線的允許溫度定為70C。在相同溫度時(shí)導(dǎo)線載流量與交流電阻成平方根反比關(guān)系。因此，電阻越小，載流量越大。4.2.3在相同條件下，鋁包鋼芯鋁絞線的機(jī)械特與傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線基本相同．在較大檔距時(shí)，弧垂甚至優(yōu)于鋼芯鋁絞線，這樣可能減少鐵塔數(shù)量，節(jié)約投資。4.3全鋁合金導(dǎo)線工藝全鋁合金架空線是比較容易架設(shè)安裝的,并且其生產(chǎn)工藝狀況對(duì)導(dǎo)體最終特性的影響是顯而易見的。全鋁合金架空線在輸電線路中使用正呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì),因?yàn)樵絹?lái)越多的電力部門已認(rèn)識(shí)到它比鋼芯絞線有著更好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。安裝是否簡(jiǎn)單迅速,能否簡(jiǎn)化維護(hù)保養(yǎng)和降低傳輸損耗,都是新建線路或改造老線路時(shí)選擇導(dǎo)線的重要因素,相對(duì)于鋼芯鋁絞線而言,全鋁合金架空線的額外費(fèi)用將會(huì)在使用中迅速回收。鋁導(dǎo)線制造的正常工藝路線是:將熔融金屬澆鑄軋制成杭經(jīng)拉線后絞制成導(dǎo)線。對(duì)于全鋁合金架空線,則在上述工藝路線中必須增加金屬合金化、固溶、淬火和人工時(shí)效熱處理等步驟。所以,全鋁合金架空線的工藝路線為:在金屬熔融中對(duì)金屬進(jìn)行合金化,鑄軋成托固溶處理,淬火,拉線,人工時(shí)效熱處理和最終絞制成導(dǎo)線。為了獲得成品導(dǎo)線所要求的性能,上述每一道工藝都是必須的。對(duì)于工藝有許多混淆,這是因?yàn)楣に囘^程可以有一些靈活性,并且有可能將多道工序結(jié)合成為一道工序。由于隨生產(chǎn)狀況不同而建立的工藝差異是存在的,但是下表所列出的基本要求都必須達(dá)到,這樣才能獲得所需要的最終特性參數(shù)。合金化即獲得正確配比的合金組成,只能在熔融態(tài)進(jìn)行。它不僅應(yīng)對(duì)硅和鎂的含量要仔細(xì)控制,而且對(duì)其它雜質(zhì),特別是鐵以及鉻、鈦、錳和釩的含量亦要嚴(yán)格控制。熔融的鋁合金必須馬上鑄造。其途徑有兩條,一種是先將金屬鑄成錠子,再在后一工序軋制成桿另一種是在Properzi機(jī)組上連鑄連軋成鋁合金桿。連鑄連軋則是更好的一種工藝路線,這不光是技術(shù)的原因,更主要的是其經(jīng)濟(jì)性。在熔融狀態(tài)下將合金元素加入溶體中,因而在連鑄連軋過程中可以通過控制溫度來(lái)獲得固溶體。否則將需要分別進(jìn)行固溶處理和淬火。拉線可按通常方式進(jìn)行。但因?yàn)殇X合金比純鋁要硬,因而需要采用功率更大的拉線機(jī)進(jìn)行拉制。在拉線過程中,如果線材溫度過高,則會(huì)導(dǎo)致線材部分熱處理的更為復(fù)雜狀況,故在拉線時(shí)調(diào)節(jié)線溫是重要的。至于線模方面,由于桿材硬度高,聚晶線模被廣泛使用,碳化鎢模也可使用,但必須小心。對(duì)拉制后的成盤單線進(jìn)行人工時(shí)效,通常是在電阻爐或煤氣爐中完成,時(shí)效時(shí)間及溫度應(yīng)根據(jù)最終所要得到的性能參數(shù)而定,整個(gè)過程需要嚴(yán)格控制。人工時(shí)效的另一種方法是在拉線前的軋桿過程中進(jìn)行,其進(jìn)一步的變化是利用拉線過程中所產(chǎn)生的熱量,實(shí)施人工時(shí)效熱處理,其間應(yīng)特別注意控制拉線速度和溫度。絞制通常在星式紋線機(jī)本剛體紋線機(jī)上進(jìn)行。由于全鋁合金導(dǎo)線相當(dāng)“活潑”,在絞制時(shí)還必須采取前成型或后成型措施。這意味著導(dǎo)線通過牽引后需處理成為螺旋形。由于采用單線的前成型使之成為螺旋形,或?qū)?dǎo)線采用校直滾筒的后成型,任何由單線的剛性所形成的殘余彈性便會(huì)得到消除。4.4耐熱鋁合金導(dǎo)線我國(guó)急需開發(fā)用于高架輸電線路中的新型耐熱鋁合金導(dǎo)線,此類導(dǎo)線應(yīng)具有較高的強(qiáng)度(不低于295MPa)、高導(dǎo)電率(60%IACS左右);短期與長(zhǎng)期運(yùn)行溫度分別不低于150℃與230℃。新型導(dǎo)線的研發(fā)必須綜合考慮強(qiáng)度與導(dǎo)電率、載流量與線損及弧垂的關(guān)系。導(dǎo)線還需具有良好的抗熱膨脹性、抗蠕變性、一定的延伸率、較好的耐蝕性等以延長(zhǎng)其使用壽命。在線路狹窄地區(qū),只需更換相近截面規(guī)格的舊導(dǎo)線,基本上不需要征用土地更換鐵塔,就能滿足增加輸電容量的要求,使原有線路提高了輸電容量40%至60%,不僅能節(jié)約大量的工程投資、架塔所需的土地資源,而且施工快速。新型導(dǎo)線也有一些缺點(diǎn),如價(jià)格比普通導(dǎo)線高、線損較大等,但是從綜合經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看缺點(diǎn)完全可以彌補(bǔ)。目前國(guó)內(nèi)使用新型耐熱鋁合金的輸電線路很少,我們應(yīng)對(duì)這些線路進(jìn)行調(diào)研并總結(jié)設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)已具備了一般耐熱導(dǎo)線與金具的研制和生產(chǎn)能力。1導(dǎo)線的分類耐熱鋁合金線根據(jù)耐熱等級(jí)和強(qiáng)度分為高導(dǎo)電超耐熱(ZTAL)、超耐熱(UTAL)、特耐熱(XTAL)、耐熱(TAL)和高強(qiáng)度耐熱鋁合金(KTAL)五種,按導(dǎo)電率分有58%、60%、55%IACS等幾檔[1]。在幾十年的發(fā)展中盡管牌號(hào)甚多,但都屬Al2Zr系合金。2導(dǎo)線的特點(diǎn)耐熱鋁合金導(dǎo)線具有很多普通導(dǎo)線所不及的特點(diǎn),由于Zr的添加提高了其耐熱性,即導(dǎo)線允許的工作溫度,從而提高了載流量;高溫下較高的強(qiáng)度保證了較小的弧垂;具有較好的耐蝕性能等。3生產(chǎn)的工藝目前主要采用連鑄連軋技術(shù)來(lái)生產(chǎn)耐熱鋁合金導(dǎo)線。(1)選料。選擇合適材料一般Al≥99.5%。(2)主要合金元素。加入Zr元素可提高合金再結(jié)晶溫度、抗蠕變性能、細(xì)化晶粒、提高力學(xué)性能等,但會(huì)降低導(dǎo)電率;Fe、Mg、Si等元素可提高合金強(qiáng)度;Y、B元素可提高導(dǎo)電率;Ti元素可細(xì)化晶粒提高耐熱性。(3)澆注工藝。鋁液從流槽經(jīng)過,進(jìn)入澆包前需進(jìn)行過濾,以除去雜物。澆注時(shí)需合理調(diào)整鑄造速度、冷卻方式,以消除鑄造常見缺陷(如開裂、縮孔、冷隔等),獲得均勻的組織。(4)均勻化處理。Zr從α(Al)中充分析出,并以ZrAl3彌散質(zhì)點(diǎn)均勻分布在晶粒內(nèi)部,可同時(shí)獲得較高的電導(dǎo)率、較好的強(qiáng)度和耐熱性。(5)軋制。按金屬變形溫度分為熱軋和冷軋,通過軋制使金屬的形狀、尺寸和性能發(fā)生改變。(6)拉制。軋制鋁合金線材經(jīng)過模具,使其截面積減小,長(zhǎng)度增大的拉伸加工過程。(7)人工時(shí)效處理。通過時(shí)效析出適量的第二相,蠕變裂紋擴(kuò)展抗力明顯增加[12],時(shí)效還可以提高合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率。(8)絞制。將多根耐熱鋁合金單線與鋼芯(鋼絞線)通過盤式或籠式絞線機(jī)絞制成鋼芯耐熱鋁合金導(dǎo)線(或絞線)。第五部分高強(qiáng)度、高電阻電工鋁合金鋁應(yīng)用于電工方面,可追溯至上世紀(jì)末,然而,鋁在這方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,還僅僅是最近幾十年的事鋁之所以大量用于電工領(lǐng)域,是因?yàn)樗艽驺~的一種導(dǎo)電材料。因此對(duì)這兩種材料加以比較是正確的。首先,以鋁代銅,可取得相當(dāng)大的經(jīng)濟(jì)效益,盡管鋁與銅的價(jià)值差不多。此外,作為導(dǎo)體材料,純鋁具有某些特別有意義的性質(zhì),即重量輕,耐腐蝕,導(dǎo)電率高以及易回收。盡管如此,鋁在電工方面的應(yīng)用,還是有某些困難,如導(dǎo)體的韌性差和端部連接方面的一些問題,從而明顯地減慢了鋁在電工方面的發(fā)展制造高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低起動(dòng)電流的電動(dòng)機(jī),需要高電阻率、高機(jī)械強(qiáng)度的鑄鋁合金,鋁-錳-鈦-鉻-鋯合金是一種較為理想的材料。這時(shí),疲勞強(qiáng)度為一般鋁合金的4倍,是其它鋁合金所無(wú)法比擬的。其抗熱裂性,抗腐蝕性也相當(dāng)優(yōu)異。5.1化學(xué)成分及其影響鋁合金中除基本成份鋁而外,尚有錳、鈦、鉻、鋯等4種元素。另外,鐵和硅作為雜質(zhì)存在,當(dāng)然它們的含量越少越好。下面就來(lái)談?wù)勫i、鈦、鉻、鋯以及雜質(zhì)對(duì)鋁合金性能的作用。1.錳(Mn)(1)錳對(duì)電阻率的影響:錳原子固熔在鋁合金中打破鋁點(diǎn)陣?yán)飯?chǎng)的周期性,使點(diǎn)陣產(chǎn)生畸變,電子被錳原子偏轉(zhuǎn)而增加電阻。,當(dāng)錳的含量大于2.8%～3.8%時(shí),電阻率卻隨錳的含量增加而降低。除此以外,錳的含量在0～2.8%及3.8%以上時(shí),電阻率均按錳含量增加而增加。(2)錳對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響:錳使鋁合金形成球狀結(jié)晶的金相組織,不同于硅鋁片狀結(jié)晶,因此鋁合金的韌性極好。但是,錳含量不宜過高,一般大于2%就要出現(xiàn)MnAl6初晶,從而降低鋁合金的強(qiáng)度。2.鈦(Ti)其對(duì)鋁合金電阻率增加起輔助作用,而對(duì)合金強(qiáng)度有