CN105976890A - 一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，步骤一：连铸连轧；连铸连轧的工艺依次为铝锭熔炼－合金成份配置－浇铸－感应加热－轧杆－收杆；合金成份配置时控制保温炉内各元素质量百分数如下：Si：0.2～0.3wt％，Mg：在0.3～0.35wt％，Fe：在0.26～0.30wt％，Ti：在0.01～0.02wt％，稀土：0.09～0.12wt％，其余为铝和不可避免的杂质；在保温炉上设置五个测控点进行取样分析，每个测控点的样品取三个试样的平均值进行化学分析，元素的含量的绝对误差控制在0.004％的范围内；否则，应重新进行搅拌，重新取样分析；步骤二：铝合金型线拉丝；步骤三：时效；步骤四：多根绞合；步骤五：绝缘挤出；步骤六：温水交联。本发明的电缆外径小、单位长度重量轻、拉重比大、弧垂小和无磁滞损耗。

Description

一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法
技术领域
本发明涉及一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法。
背景技术
自上世纪八十年代以来，架空绝缘电缆在我国各地电网中逐渐得到了推广应用。采用架空绝缘电缆代替裸导线，实现配电线路绝缘化，能够提高供电的可靠性、稳定性和安全性，节约线路维护管理费用，有利于提高供电企业的经济效益，当用于杆塔之间间距较大的场合，架空绝缘电缆多采用绞合紧压钢芯铝绞线导体，而钢芯的增加同时也增大了电缆的单位长度重量，导致电缆架设弧垂大，使我们在生活中常见到架空绝缘线离地面距离很低这一令人头疼的问题。线路增容改造时，需提高杆塔高度，并且钢芯铝绞线芯架空绝缘电缆输电时钢芯会使线路产生磁滞损耗。
为解决钢芯铝绞线芯架空绝缘电缆弧垂大，离地面距离低这一难题，开发一种新型的弧垂小的架空绝缘电缆势在必行。
发明内容
本发明的目的是克服铝芯架空绝缘电缆拉力小，钢芯铝绞线芯架空绝缘电缆单位长度重量大，弧垂低的缺点，提供一种重量轻、弧垂小、档距大和无磁滞损耗的中强度铝合金导体架空绝缘电缆，即节约电能又提高线路运行安全性。
实现本发明目的的技术方案是一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：连铸连轧；所述连铸连轧的工艺依次为铝锭熔炼－合金成份配置－浇铸－感应加热－轧杆－收杆；其中合金成份配置时控制保温炉内各元素质量百分数如下：Si：0.2～0.3wt％，Mg：在0.3～0.35wt％，Fe：在0.26～0.30wt％，Ti：在0.01～0.02wt％，稀土：0.09～0.12wt％，其余为铝和不可避免的杂质；在保温炉上设置五个测控点进行取样分析，每个测控点的样品取三个试样的平均值进行化学分析，元素的含量的绝对误差控制在0.004％的范围内；否则，应重新进行搅拌，重新取样分析；
步骤二：铝合金型线拉丝；
步骤三：时效；
步骤四：多根绞合；
步骤五：绝缘挤出；
步骤六：温水交联。
所述步骤一中，合金成份配的配置为：在熔炼的电工铝锭中加入硅合金、镁锭、硼合金、铁剂、钛合金和稀土合金，然后均匀搅拌、精炼除气，精炼温度为735℃，精炼时间为10分钟，然后除渣、静置，静置时间为40～60分钟；精炼时采用高效精炼剂，所述高效精炼剂的成分为冰晶粉或者1号精炼剂或其它氟、氯盐，加入量为铝液总重2‰；精炼除渣后静置40～60分钟，炉中铝液温度控制在740～760℃保温。精炼剂与铝液的氧化膜及内部的非金属氧化物反应，形成固体夹杂物，在除渣过程中除去，除渣后静置，保证合金熔体洁净。
所述步骤一中，选用原材料电工铝锭的纯度≥99.70％，熔炼炉内温度控制在730～750℃，浇铸温度控制在700～720℃，入轧温度520～530℃，收杆温度不高于50℃；生产的铝合金杆抗张强度为170～195MPa，伸长率≥6％，铝合金杆20℃时导体电阻率≤0.03150Ω·mm2/m。
所述步骤一中，铝液从保温炉出来进入浇铸前，经除气炉过滤，除气炉的温度为760～780℃，转子转速控制在250±5rpm，并将H含量控制在0.15ml/100g以下；在浇铸过程中采取泡沫陶瓷微孔过滤再次除渣；采用水平浇铸***，轧制速度恒定、轧制温度恒定；在浇铸过程中控制结晶轮冷却水各区的压力和流量，浇铸时结晶轮转速1.8RPM，出锭温度460～480℃。
所述步骤一中，所述浇铸过程中结晶轮冷却水的总压力位400KPa；通过PLC操作屏严格控制冷却水各区的压力和流量，保证锭坯的质量最优：结晶轮内侧的冷却水压力值为75KPa，冷却水流量为133L/min；结晶轮外侧的冷却水压力值为75KPa，冷却水流量为130L/min；结晶轮左侧的冷却水压力值为100KPa，冷却水流量为30L/min；结晶轮右侧的冷却水压力值为100KPa，冷却水流量为65L/min。
所述步骤二中，经连铸连轧生产出的铝合金金杆经过铝合金高速拉丝机拉丝，得到各种规格各种形状的中强度铝合金型线，铝合金线拉丝速度为8～13m/s；拉丝后的中强度铝合金型线的抗张强度≥260MPa，伸长率≥2.8％，铝合金线20℃时导体电阻率≤0.03200Ω·mm2/m。
所述步骤二中，型线拉丝中采用水润滑，型线拉丝面积为设计值的1.01倍，拉丝张力为在0.2～0.4MPa，牵引股轮圈数为3圈，拉丝速度为8～13m/s。
所述步骤三中，时效处理温度为175±5℃，时间为6-8小时，时效处理后中强度铝合金型线的抗张强度≥240MPa，伸长率≥3.5％，铝合金线20℃时导体电阻率≤0.029350Ω·mm2/m。
所述步骤五中，绞合后的导线通过直径为65mm以及直径为120mm的双层共挤挤塑机，挤出耐候交联聚乙烯绝缘和半导电屏蔽层。
所述步骤六中，成型电缆在100℃蒸汽房内温水交联6-8小时，使聚乙烯分子从线结构转变为网状的交联聚乙烯。
采用上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明的方法制得的电缆的导体采用中强度铝合金型线绞合结构，填充系数不小于0.93，绞合紧密，导体外径小，可减少绝缘料，降低电缆重量，提高电缆架空运行安全性。
(2)本发明的方法制得的电缆弧垂特性好，电缆的总拉断力与单位重量之比为9.4km，而常用钢芯铝绞线芯架空绝缘电缆为7～8km，因其弧垂特性好，可解决农网中架空绝缘线离地面很低这一令人头疼的问题。
(3)本发明的方法制得的电缆延伸率大，为铝线的2倍，因而该导线具有优良的过载能力及疲劳特性。
(4)本发明的方法制得的电缆没有钢芯要产生的磁滞损失和涡流损失，故交流电阻比钢芯铝绞线芯架空绝缘电缆低，所以电能损失减少，特别是大容量输电时降耗明显。
具体实施方式
检测原材料，选择牌号为AL99.70铝锭8T，抽样进行化学分析(成份见表 1)，放入铝锭熔炼炉中熔化，加入牌号为AlSi12的铝硅合金锭160kg，牌号为Mg9990镁锭33kg，牌号是AlB3的铝硼合金锭26kg，铁剂14kg，牌号是AlTi10的铝钛合金锭8kg，牌号是AlRe10稀土合金锭80kg，经均匀搅拌、精炼除气，精炼温度735℃，精炼时间10分钟，除渣，静置，静置时间15分钟，取样分析(根据成份分析结果适时补充材料，检测调控各元素含量，见表 2)，然后进行浇铸，浇铸温度705℃，入轧温度520-530℃，轧制成￠9.5的铝合金杆，铝合金杆的性能如表 3，铝合金杆经高速铝合金拉丝机拉出铝合金型线，拉丝速度为8～13m/s，铝合金线截面为8.3mm2和11.2mm2，铝合金型线的性能见表 4，铝合金型线经过绞线机绞合成标称截面为150mm2的中强度铝合金型线绞合导体，铝合金型线绞合导体的性能见表 5。
表 1原材料各成份情况
表 2炉内成份情况(wt％)
表 3铝合金杆性能
表 4铝合金线性能
表 5绞合后铝合金导体和铝合金单线性能
本发明工艺制得的电缆与等直流电阻的铝芯、钢芯铝绞线芯架空绝缘电缆对比如表 6、表 7
表 6等直流电阻条件下与铝芯架空绝缘电缆性能对比
与铝芯架空绝缘电缆对比，因采用型线绞合结构，导体绞合更紧密，外径比铝线架空绝缘电缆外径小，铝合金芯架空绝缘电缆的拉断力是铝芯的1.66倍，拉重比是铝芯的1.67倍。
表 7等直流电阻条件下与钢芯铝绞线芯架空绝缘电缆性能对比
等直流电阻的条件下，中强度铝合金导体架空绝缘电缆的拉重比较钢芯铝绞线芯的略高，但单位长度重量是钢芯铝绞线芯的74％，因此中强度铝合金芯架空绝缘电缆的单位长度重量轻，弧垂特性好。且该电缆的外径是钢芯铝绞线芯的89％，抗风载能力要优于钢芯铝绞线芯架空绝缘电缆。
中强度铝合金导体架空绝缘电缆可以降低杆塔载荷，在老线路上可不改变杆塔负载就能够增加输电容量，在新建线路上可增大杆塔间的档距，减少投资成本，大幅度降低线路造价。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：连铸连轧；所述连铸连轧的工艺依次为铝锭熔炼－合金成份配置－浇铸－感应加热－轧杆－收杆；其中合金成份配置时控制保温炉内各元素质量百分数如下：Si：0.2～0.3wt％，Mg：在0.3～0.35wt％，Fe：在0.26～0.30wt％，Ti：在0.01～0.02wt％，稀土：0.09～0.12wt％，其余为铝和不可避免的杂质；在保温炉上设置五个测控点进行取样分析，每个测控点的样品取三个试样的平均值进行化学分析，元素的含量的绝对误差控制在0.004％的范围内；否则，应重新进行搅拌，重新取样分析；
步骤二：铝合金型线拉丝；
步骤三：时效；
步骤四：多根绞合；
步骤五：绝缘挤出；
步骤六：温水交联。
2.根据权利要求1所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，合金成份配的配置为：在熔炼的电工铝锭中加入硅合金、镁锭、硼合金、铁剂、钛合金和稀土合金，然后均匀搅拌、精炼除气，精炼温度为735℃，精炼时间为10分钟，然后除渣、静置，静置时间为40～60分钟；精炼时采用氟或氯盐，加入量为铝液总重2‰；精炼除渣后静置40～60分钟，炉中铝液温度控制在740～760℃保温。
3.根据权利要求2所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，选用原材料电工铝锭的纯度≥99.70％，熔炼炉内温度控制在730～750℃，浇铸温度控制在700～720℃，入轧温度520～530℃，收杆温度不高于50℃；生产的铝合金杆抗张强度为170～195MPa，伸长率≥6％，铝合金杆20℃时导体电阻率≤0.03150Ω·mm2/m。
4.根据权利要求3所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，铝液从保温炉出来进入浇铸前，经除气炉过滤，除气炉的温度为760～780℃，转子转速控制在250±5rpm，并将H含量控制在0.15ml/100g以下；在浇铸过程中采取泡沫陶瓷微孔过滤再次除渣；采用水平浇铸***，轧制速度恒定、轧制温度恒定；在浇铸过程中控制结晶轮冷却水各区的压力和流量，浇铸时结晶轮转速1.8RPM，出锭温度460～480℃。
5.根据权利要求4所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，所述浇铸过程中结晶轮冷却水的总压力位400KPa；结晶轮内侧的冷却水压力值为75KPa，冷却水流量为133L/min；结晶轮外侧的冷却水压力值为75KPa，冷却水流量为130L/min；结晶轮左侧的冷却水压力值为100KPa，冷却水流量为30L/min；结晶轮右侧的冷却水压力值为100KPa，冷却水流量为65L/min。
6.根据权利要求5所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，经连铸连轧生产出的铝合金金杆经过铝合金高速拉丝机拉丝，得到各种规格各种形状的中强度铝合金型线，铝合金线拉丝速度为8～13m/s；拉丝后的中强度铝合金型线的抗张强度≥260MPa，伸长率≥2.8％，铝合金线20℃时导体电阻率≤0.03200Ω·mm2/m。
7.根据权利要求6所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，型线拉丝中采用水润滑，型线拉丝面积为设计值的1.01倍，拉丝张力为在0.2～0.4MPa，牵引股轮圈数为3圈，拉丝速度为8～13m/s。
8.根据权利要求7所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，时效处理温度为175±5℃，时间为6-8小时，时效处理后中强度铝合金型线的抗张强度≥240MPa，伸长率≥3.5％，铝合金线20℃时导体电阻率≤0.029350Ω·mm2/m。
9.根据权利要求8所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤五中，绞合后的导线通过直径为65mm以及直径为120mm的双层共挤挤塑机，挤出耐候交联聚乙烯绝缘和半导电屏蔽层。
10.根据权利要求9所述的一种中强度铝合金导体架空绝缘电缆的制造方法，其特征在于：所述步骤六中，成型电缆在100℃蒸汽房内温水交联6-8小时，使聚乙烯分子从线结构转变为网状的交联聚乙烯。
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