WO2020232990A1 - 高导电率耐热铝合金，其制备方法以及架空导线用合金铝杆 - Google Patents

高导电率耐热铝合金，其制备方法以及架空导线用合金铝杆 Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the technical field of aluminum alloy materials, in particular to a high-conductivity heat-resistant aluminum alloy, a preparation method thereof, and an alloy aluminum rod for overhead conductors made of the heat-resistant aluminum alloy.
  • Alloy aluminum pole is the main raw material for power overhead wire transmission. It is mainly used in the production of overhead wires for power transmission lines. It can increase power transmission capacity, increase current carrying capacity, and ensure wire sag under high temperature operation.
  • the raw material components of the existing alloy aluminum rods are: Zr: 0.03wt%, Fe: 0.12 ⁇ 0.2wt% and other trace elements.
  • the processing technology is: continuous casting and rolling, batching, casting, rolling, finished products, different drawing The thread warp monofilament is filtered and degassed online during the processing to ensure the purity of the molten aluminum.
  • the obtained alloy aluminum rod can meet the requirements of conductivity of 60% IACS and heat resistance of 150°C.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for preparing a heat-resistant aluminum alloy with high conductivity, and the conductivity of the heat-resistant aluminum alloy prepared by the method can reach 61.5% IACS.
  • the present invention provides a method for preparing a heat-resistant aluminum alloy with high conductivity, which is produced by a continuous casting and rolling method, and includes the following steps:
  • the prepared aluminum liquid is processed online by adding aluminum-boron alloy online.
  • the second phase particles of ZrB 2 are precipitated, so that part of the Zr element exists in the form of solid solution in the aluminum matrix. Exist in the form of ZrB 2 particles, thereby improving the conductivity of the alloy material.
  • step S1 in step S1, aluminum ingots with a purity of ⁇ 99.70%, AlB3 alloy, AlZr 10 alloy, AlRE 10 alloy and AlFe 20 alloy are selected as raw materials for batching.
  • step S2 the purpose of performing boronization treatment on the aluminum source is to reduce the content of V and Ti in the aluminum source to a target value.
  • the boronization can be achieved by using an existing boronization process, such as adding boride to the aluminum liquid.
  • step S2 the melting temperature is 750-780°C.
  • step S2 after each raw material is melted, it also includes the step of refining the molten aluminum with a refining agent.
  • the refining is: using 99.999% high-purity nitrogen as a carrier, and passing a powder-sprayed refining agent into the melt in the furnace for refining.
  • the target value refers to the mass percentage of each component in step S1.
  • step S3 the aluminum-boron alloy is AlB 3 , and the addition amount of the aluminum-boron alloy is 0.8-1 kg per ton of aluminum.
  • step S3 while the aluminum-boron alloy is added online, the aluminum liquid is degassed and stirred by the online degassing device.
  • step S4 the rolling temperature is 540-560°C.
  • step S4 during the rolling process, an emulsion is used to lubricate and cool the roll and the aluminum rod, and the final rolling temperature of the aluminum alloy is controlled to be 250-300°C.
  • Another aspect of the present invention also provides a heat-resistant aluminum alloy with high conductivity prepared by the method.
  • the present invention also provides an alloy aluminum rod for overhead wires, which is prepared by drawing the high-conductivity heat-resistant aluminum alloy.
  • the Zr element exists in the alloy in a solid solution state.
  • Zr is the main element to improve the heat resistance of the product. It raises the recrystallization temperature of the product and at the same time brings the negative effect of reducing the conductivity.
  • the element B that can form a compound with the Zr element is added online to make part of the Zr precipitate in the aluminum matrix to form ZrB 2 second phase particles.
  • the conductivity of the alloy material is improved.
  • the present invention ensures that the aluminum material has high original strength and heat resistance by controlling the rolling temperature of the cast slab to 550 ⁇ 10°C.
  • the electrical conductivity of the aluminum alloy of the present invention can reach 61.5% IACS, which greatly improves the electrical conductivity of the material, and in the subsequent production of overhead wires, reduces the power loss during the transmission of electrical energy by the wires.
  • This embodiment provides a method for preparing a heat-resistant aluminum rod with high conductivity, and the steps are as follows:
  • the composition of the molten aluminum reaches the target value, start casting the molten aluminum; during the casting process, the aluminum-boron alloy AlB 3 is added to the molten aluminum in an amount of 0.8kg per ton of aluminum, and the molten aluminum is fully stirred online; While adding the aluminum-boron alloy, the aluminum liquid is degassed and stirred through the online degassing equipment; the casting temperature is maintained at 675 ⁇ 690°C;
  • the aluminum material obtained after rolling is drawn into an aluminum rod with a wire diameter of 9.5 mm.
  • Table 1 shows the performance parameters of the aluminum rods prepared by the traditional process and the process of Example 1. It can be seen from the table that the conductivity of the aluminum rods prepared by the process of Example 1 exceeds 61.5% IACS, and the tensile strength and residual strength The other parameters are not lower than the aluminum rod prepared by traditional technology.
  • the aluminum rod is used as a wire for power transmission, which can greatly save the loss generated during power transmission.
  • This embodiment provides a method for preparing a heat-resistant aluminum rod with high conductivity, and the steps are as follows:
  • the aluminum ingot is melted and then boronized.
  • the purity of the processed aluminum liquid is Al: 99.8%, Ti+Mn+Cr+V: 0.008%; then the raw materials are added to the melting furnace and melted at 780°C.
  • the raw materials are fully stirred to make the aluminum liquid uniform; then 99.999% high-purity nitrogen is used as the carrier, and the powder-sprayed refining agent is passed into the furnace melt for refining, degassing and slagging; then sampling from the aluminum liquid, using direct reading
  • the spectrometer detects the content of each component in the aluminum liquid to confirm whether the content of each element reaches the target value; if it does not reach the target value, it should be adjusted and then sampled and analyzed;
  • the aluminum material obtained after rolling is drawn into an aluminum rod with a wire diameter of 9.5 mm.
  • Table 2 shows the performance parameters of the aluminum rod prepared by the process of Example 2. It can be seen that its conductivity can reach 61.5% IACS. As a wire for power transmission, it can greatly save the loss generated during power transmission.

Abstract

一种高导电率耐热铝合金的制备方法及该方法制备的铝合金和架空导线用合金铝杆，该方法使用连铸连轧方法生产，包括以下步骤：S1、按照以下比例进行原料的配料：Zr 0.025～0.030％、稀土元素0.08～0.12％、Fe 0.10～0.15％、Si≤0.05％、Al≥99.65％，Ti≤0.003％、V≤0.003％、Cr≤0.003％、Mn≤0.003％，其他杂质单个含量≤0.03％；所述稀土元素为Ce和La，且Ce占比≥50％；S2、对所铝源进行硼化处理，再将各原料熔化，取样检测确认各元素含量是否达到目标值；S3、当铝液成分达到目标值时，开始浇铸；在浇铸的过程中，向铝液中在线加入铝硼合金；S4、对浇铸得到的铸坯进行连续轧制，入轧的温度控制为550±10℃，收杆温度控制在250～300℃。该方法制备的耐热铝合金具有较高原始强度和耐热性能，导电率可达到61.5％IACS。

Description

高导电率耐热铝合金，其制备方法以及架空导线用合金铝杆
本申请要求2019年5月17日向中国国家知识产权局递交的申请号为201910412900.X的专利申请的优先权，该优先权文本内容明确通过援引加入并入本申请中。
技术领域
本发明涉及铝合金材料技术领域，具体涉及一种高导电率耐热铝合金，其制备方法以及由所述耐热铝合金制作而成的架空导线用合金铝杆。
背景技术
随着国民经济的高速发展，加速了电网建设。然而，电能的损耗也随之增加，据电力部门调查，国家电网损耗是电网传输电量的8.9％以上，巨大的电能损耗早已使电力工作者认识到提高铝的导电性，改善电网的输送效率的重要性和紧迫性。
合金铝杆是电力架空导线传输的主要原材料，主要应用于输电线路的架空导线生产，可以提高输电能力，提高载流量，并且保证高温运行下的导线弧垂。现有的合金铝杆的原材料成分为：Zr：0.03wt％、Fe：0.12～0.2wt％以及其他微量元素，加工工艺为：连铸连轧，配料、浇铸、轧制、成品，拉制不同线经单丝，在加工过程中在线过滤、除气，保障铝液纯度。得到的合金铝杆可以满足导电率60％IACS，耐热性150℃的要求。
由于现有的合金铝杆产品的导电率仅能做到60％IACS，如果可以进一步提高其导电能力，则可以降低电力传输过程中的损耗，节省电能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高导电率耐热铝合金的制备方法，由 该方法制备的耐热铝合金的导电率可达到61.5％IACS。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高导电率耐热铝合金的制备方法，使用连铸连轧方法生产，并包括以下步骤：
S1、按照以下成分的质量百分比进行原料的配料：Zr 0.025～0.030％、稀土元素0.08～0.12％、Fe 0.10～0.15％、Si≤0.05％、Al≥99.65％，Ti≤0.003％、V≤0.003％、Cr≤0.003％、Mn≤0.003％，其他杂质单个含量≤0.03％；所述稀土元素为Ce和La，且Ce占比≥50％；
S2、首先对所述原料中的铝源进行硼化处理；接着将各原料投入熔化炉中熔化，搅拌，使铝液均匀；再对铝液进行取样检测，确认各元素含量是否达到目标值；若未达到目标值，应进行调整，再取样分析；
S3、当铝液成分达到目标值时，开始浇铸；在浇铸的过程中，向铝液中在线加入铝硼合金，搅拌使铝液均匀；保持浇铸温度为675～690℃；
S4、对浇铸得到的铸坯进行连续轧制，入轧的温度控制为550±10℃，收杆温度控制在250～300℃，从而得到所述高导电率耐热铝合金。
本发明中，通过在线添加铝硼合金，对配置好的铝液进行在线处理，铝液在浇铸时，析出ZrB 2第二相粒子，使得Zr元素在铝基体中一部分以固溶形式存在，一部分以ZrB 2粒子形态存在，从而改善了合金材料的导电性能。
进一步地，步骤S1中，步骤S1中，选用纯度≥99.70％的铝锭、AlB3合金、AlZr 10合金、AlRE 10合金和AlFe 20合金为原料进行配料。
进一步地，步骤S2中，对铝源进行硼化处理的目的是：降低铝源中V和Ti的含量到目标值。硼化处理可采用现有的硼化工艺，例如在铝液中添加硼化物的方式实现。
进一步地，步骤S2中，所述熔化的温度为750～780℃。
进一步地，步骤S2中，各原料熔化后，还包括采用精炼剂对铝液进行精炼 的步骤。优选地，所述精炼为：采用99.999％的高纯氮气作载体，将喷粉精炼剂通入炉内熔体中进行精炼。
本发明步骤S2中，所述目标值指的是步骤S1中各成分的质量百分比。
进一步地，步骤S3中，所述铝硼合金为AlB 3，铝硼合金的添加量为：每吨铝添加0.8～1kg。
进一步地，步骤S3中，在线加入铝硼合金的同时，通过在线除气设备对铝液进行除气搅拌。
进一步地，步骤S4中，轧制温度为540～560℃。
进一步地步骤S4中，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝杆进行润滑和冷却，控制铝合金的终轧温度为250～300℃。
本发明另一方面还提供了由所述的方法制备的高导电率耐热铝合金。
此外，本发明还提供了一种架空导线用合金铝杆，其是由所述高导电率耐热铝合金经拉丝制备得到的。
本发明的有益效果：
1.现有工艺中，Zr元素在合金中的存在形式是以固溶状态存在。Zr是提高产品耐热性的主要元素，它在提高产品再结晶温度的同时带来了负面影响是降低了导电率。本发明根据材料学中的元素存在状态对导电率的影响规律，通过在线添加能够与Zr元素形成化合物的元素B，使部分Zr在铝基体中析出形成ZrB 2第二相粒子，在同等含量Zr元素的情况下，改善了合金材料的导电性能。
2.本发明通过控制铸坯的入轧温度为550±10℃，保证了铝材具有较高原始强度和耐热性能。
3.本发明的铝合金的导电率可以达到61.5％IACS，很大程度地提升了材料的导电性能，在后续架空导线生产上，降低了导线传输电能过程中的电能损耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种高导电率耐热铝杆的制备方法，其步骤如下：
S1、选用铝锭(Al99.7)、AlB 3合金、AlZr 10合金、AlRE 10合金和AlFe 20合金作为原材料，按照以下成分的质量百分比进行原料的配料：Zr 0.027％、稀土元素0.1％(La：0.036；Ce：0.064)、Fe 0.15％、Si 0.032％、Al 99.65％、Cr+Mn+V+Ti：0.008％；其他杂质单个含量≤0.03％；
S2、将铝锭熔化后进行硼化处理，降低V和Ti的含量到目标值；接着将各原料加入熔化炉中，在760℃下熔化各原料，充分搅拌使铝液均匀；然后采用99.999％的高纯氮气作载体，将喷粉精炼剂通入炉内熔体中进行精炼，除气除渣；接着从铝液中取样，使用直读光谱仪检测铝液中各成分的含量，确认各元素含量是否达到目标值；若未达到目标值，应进行调整，再取样分析；
S3、当铝液成分达到目标值时，开始浇铸铝液；在浇铸的过程中，按照每吨铝0.8kg的量向铝液中在线加入铝硼合金AlB 3，对铝液进行充分搅拌；在线加入铝硼合金的同时，通过在线除气设备对铝液进行除气搅拌；保持浇铸温度为675～690℃；
S4、对浇铸得到的铸坯进行连续轧制，入轧的温度控制为550～560℃，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝杆进行润滑和冷却，使铝材料的终轧温度控制在250～280℃；
S5、将轧制后得到的铝材拉制成线径为9.5mm的铝杆。
表1是采用传统工艺和实施例1工艺制备的铝杆的性能参数，从表中可以看出，实施例1工艺制备的铝杆的导电率均超过61.5％IACS，且抗拉强度、残 存强度等参数均不低于采用传统工艺制备的铝杆。该铝杆作为电力传输用导线，能够大大节省电力传输过程中产生的损耗。
表1 采用传统工艺和实施例1工艺制备的铝杆的性能参数
Figure PCTCN2019116510-appb-000001
实施例2
本实施例提供了一种高导电率耐热铝杆的制备方法，其步骤如下：
S1、选用铝锭(Al99.8)、AlB 3合金、AlZr 10合金、AlRE 10合金和AlFe 20合金作为原材料，按照以下成分的质量百分比进行原料的配料：Zr 0.030％、稀土元素0.08％(La：0.025，Ce：0.055)、Fe 0.11％、Si 0.036％、Al≥99.72％，其他杂质单个含量≤0.03％；Cr：0.0012％、Mn：0.0035％、V：0.0015％,、Ti：未检测；
S2、将铝锭熔化后进行硼化处理，处理后的铝液纯度为Al：99.8％、Ti+Mn+Cr+V：0.008％；接着将各原料加入熔化炉中，在780℃下熔化各原料，充分搅拌使铝液均匀；然后采用99.999％的高纯氮气作载体，将喷粉精炼剂通入炉内熔体中进行精炼，除气除渣；接着从铝液中取样，使用直读光谱仪检测铝液中各成分的含量，确认各元素含量是否达到目标值；若未达到目标值，应进行调整，再取样分析；
S3、当铝液成分达到目标值时，开始浇铸铝液；在浇铸的过程中，按照每吨铝1kg的量向铝液中在线加入铝硼合金AlB 3，对铝液进行充分搅拌；在线加入铝硼合金的同时，通过在线除气设备对铝液进行除气搅拌；保持浇铸温度为675～690℃；
S4、对浇铸得到的铸坯进行连续轧制，入轧的温度控制为550～560℃，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝杆进行润滑和冷却，使铝材料的终轧温度280～300℃；
S5、将轧制后得到的铝材拉制成线径为9.5mm的铝杆。
表2是采用实施例2工艺制备的铝杆的性能参数，可以看出，其导电率可达61.5％IACS，作为电力传输用导线，能够大大节省电力传输过程中产生的损耗。
表2 采用实施例2工艺制备的铝杆的性能参数
Figure PCTCN2019116510-appb-000002
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

  1. 一种高导电率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，使用连铸连轧方法生产，并包括以下步骤：
    S1、按照以下成分的质量百分比进行原料的配料：Zr 0.025～0.030％、稀土元素0.08～0.12％、Fe 0.10～0.15％、Si≤0.05％、Al≥99.65％，Ti≤0.003％、V≤0.003％、Cr≤0.003％、Mn≤0.003％，其他杂质单个含量≤0.03％；所述稀土元素为Ce和La，且Ce占比≥50％；
    S2、首先对所述原料中的铝源进行硼化处理；接着将各原料投入熔化炉中熔化，搅拌，使铝液均匀；再对铝液进行取样检测，确认各元素含量是否达到目标值；若未达到目标值，应进行调整，再取样分析；
    S3、当铝液成分达到目标值时，开始浇铸；在浇铸的过程中，向铝液中在线加入铝硼合金，搅拌使铝液均匀；保持浇铸温度为675～690℃；
    S4、对浇铸得到的铸坯进行连续轧制，入轧的温度控制为550±10℃，收杆温度控制在250～300℃，从而得到所述高导电率耐热铝合金。
  2. 如权利要求1所述的高导电率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S1中，选用纯度≥99.70％的铝锭、AlB 3合金、AlZr 10合金、AlRE 10合金和AlFe 20合金为原料进行配料。
  3. 如权利要求1所述的高导电率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述熔化的温度为750～780℃。
  4. 如权利要求1所述的高导电率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S2中，各原料熔化后，还包括采用精炼剂对铝液进行精炼的步骤。
  5. 如权利要求1所述的高导电率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述铝硼合金为AlB 3，铝硼合金的添加量为：每吨铝添加0.8～1.0kg。
  6. 如权利要求1所述的高导电率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S3中，在线加入铝硼合金的同时，通过在线除气设备对铝液进行除气搅拌。
  7. 如权利要求1所述的高导电率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S4中，轧制温度为540～560℃。
  8. 如权利要求1所述的高导电率耐热铝合金的制备方法，其特征在于，步骤S4中，轧制过程采用乳化液对轧辊和铝杆进行润滑和冷却，控制铝合金的终轧温度为250～300℃。
  9. 如权利要求1～8任一项所述的方法制备的高导电率耐热铝合金。
  10. 一种架空导线用合金铝杆，其特征在于，是由权利要求9所述的高导电率耐热铝合金经拉丝制备得到的。
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