铝杆制造技术
Apr 20, 2021
我国至少拥有400台至500台铝线拉线机,绝大多数为国产的集线式拉线机,从五十年代开始使用以来,几乎没有什么本质上的改进,与国外现代拉制铝线的高速拉线机相比,差距是明显的。国内拥有为数不多的由国外引进的铝线高速大拉机,在生产中均发挥主力作用。国产的铝线高速大拉机,正在积极发展之中。在乡镇企业的小工厂中,低效的单模拉线机仍有一定数量,应予及早更换、改造或淘汰。


 ⑴ 铝杆制造技术 如上所述,铝杆的制造有三种方法,以竖炉熔铝、连铸连轧生产铝杆的方法最为先进,用得最为普遍,然而此法自六十年代诞生以来,很少有本质上的改进,但随着工业发展对铝杆的质量有更高要求后,特别用于制造高强度铝合金时就需要有更大改进。
    九十年代初期至现在先后对制造铝杆的连铸连轧机组进行改进,其主要改进有:
    ① 采用倾动式保温炉代替原有平炉,这样可以保证每一次开炉时能炉内的铝水倾倒倒干净,使每一炉的化学成份都获得满意的结果,这对于制造铝合金更为重要;
    ② 连铸机由二轮式改为四轮式,使铸锭离开浇铸轮时不会发生扭转,保证进入轧机时平直、不偏斜。浇铸轮的冷却系统,采用四面都能冷却,喷嘴的流量可以调节,冷却水液面成扇状,使铸锭冷却十分均匀;
    ③ 用新式的辊型布置取代以前统一Y型结构;前二道为二辊式平立辊结构,以后各道仍有Y型结构,这样保证在前二道时有较大的、足够的压下量,因此铸锭的截面可以适当加大,铝杆能获得充分变形、性能较优;
    ④ 由于铸锭的截面适当加大,兼之有可能轧制高强度铝合金杆,这种杆强度较高、变形抗力较大,因此加大轧机主机的电机功率;
    ⑤ 铝杆制造时,铝液需要精炼除气,把对铝中有害的氢气排除,一般均采用熔剂精炼,这种除气的方法还不够彻底,现加上连续精炼除气装置,在熔剂精炼之后,铝液连续通过精炼装置,通入氯、氮混合气体,去除氢气,提高铝杆质量。
    尽管通过上述的措施对铝杆生产进行改进,设备上仍存在一些问题,最明显的是尚无法进行全自动的双盘收线,这对下道工序仍带来麻烦。制造铝杆除了工艺装置以外,重要的还在于如何获得性能优良的电工铝杆,而且这项技术是应该结合中国国情的。
    ⑵ 稀土优化综合处理制造电工铝 我国每年需要用几十万吨铝用作电线电缆产品,而我国的铝矿中因含硅量较高,缺少足够数量的电工铝锭,从八十年代开始,上海电缆研究所在研究电工铝导体时,利用我国丰富的稀土资源,对普通级铝锭进行处理,达到电工级的水平,这就是所谓稀土优化综合处理技术制造电工铝。

    稀土优化综合处理技术是在电缆厂的生产条件下,采用铝连铸连轧机组,生产电工铝杆,然后通过拉制、绞制、生产出机电性能达到国际标准的电工铝线和由电工铝线绞制的架空导线。稀土优化综合处理方法的核心技术,包括稀土优化、硼化处理和控铁处理。稀土优化是降低杂质硅对导电率的有害作用,硼化主要针对减少钛、钒、锰、铬杂质对导电率的有害影响,控铁是少降低导电率、不影响耐腐蚀条件下以增加铝基的强度。这三种手段可根据材料来源不同,分别单独使用或组合应用,在于达到制造电工铝导体的结果。

    自从采用稀土优化综合处理制造电工铝以来,社会上出现了一种误解,并通过某种场合和方法,规定500kV线路甚至200kV线路用导线非用“稀土铝导线”才行,这种误解是有害的,它模糊了很多科学的概念,应该给予纠正。经稀土优化综合处理制造的铝导体被宣传为“稀土铝导线”,其实加入稀土只是一种手段,在于通过综合处理以后使普通铝锭能制造出达到电工级铝导体的水平。所以在误导的舆论中认为的“稀土铝线”能提高了导电率,其实只是使普通铝锭制造的铝线达到了电工级水平,即导电率≥61%IACS,或电阻率≤0.028264Ω·mm2/m,与电工铝的标准一样,没有提高。舆论中认为“稀土铝线”能提高强度,其实为使普通铝导体达到电工铝导体的导电率所加入的稀土是很少的,在这样的稀土含量下,稀土铝线的强度并不比普通铝线和电工铝线高,只是达到了对电工铝线的强度要求。“稀土铝线”的耐腐蚀性能好也是一个含湖不清的概念,其比较的对象应该是电工铝线而不是普通铝线,其次要视不同的环境而定,在架空线中首先腐蚀的并非是铝线,而是钢芯,因此才出现了轻防腐、中防腐和重防腐钢芯铝绞线,在不同的场合下使用。

    用非电工级铝锭,通过稀土优化综合处理,能生产出用电工铝锭才能生产出的导电率达61%IACS及以上的电铝线;在生产中灵活应用,可改善金属加工的工艺性能,提高成品率;在普通铝锭由于铁硅比不够或倒置致使难于顺利生产的情况下,应用烯土优化处理可以顺利解决问题;可充分利用电缆厂工艺废铝制造铝-稀土中间合金再生用于生产。

    稀土优化综合处理方法,使铝锭经处理后能获得电工级铝导体的各种性能,这个方法是我国独创的,从八十年代开始至九十年代,我国大部分生产铝导体的工厂都掌握了这种方法,使我国几十万吨的性能提高了一个新的水平。
    ⑶ 铝合金线及其制造技术 在国际上,铝镁硅型的高强度铝合金导线已被使用七十余年的历史,由于它具有的优点和对其生产工艺的不断改进,使它更具有实际使用价值。在欧洲,以法国为代表,在输电线路上大量采用,占线路总长的绝大部分;日本采用铝合金的输电线路在50%以上;美国和加拿大也有很大的比例;即使东南亚发展中的国家,像印度、印度尼西亚、菲律宾等也都采用铝合金用于导线输电线路。

    如果把全铝合金绞线与钢芯铝绞线作比较的话,在相同的单位重量下,铝合金导体的直流电阻小,载流量大、拉力大,拉力单重比大等优点;在具有相同载流量条件下比较,铝合金导线的重要轻,拉力大,拉力单重比更大等优点。兼之铝合金导线为单一材料的导线,易安装施工。它所具有的优点表现在线路建设中可加大档距,减少杆塔数目,或降低杆高度,总之它能降低工程造价,因此受到电力部门的欢迎。

    我国自六十年代中期起,开始大规模系统的研究铝合金导线,从研究工艺配方、流程、专用设备、测试技术、架设运行等,历时30余年,积累了大量经验。并形成我国独特的若干技术。然而,在中国高强度铝合金导线并没有得到广泛的应用,而只局限于某些场合使用,究其原因,最主要的是合金性能不够稳定且价格偏高。所以产生这个原因是:在六十年代中期之后建设起来的铝合金生产工厂,在七十年代初的一场天灾中被毁灭,至七十年代中期重建另一家铝合金工厂时,又碰上那个年代,不可能拥有世界上生产铝合金的先进技术装备,这个局面维持至九十年代中期。
    九十年代中期新建设的铝合金工厂中,生产设备采用了当代的新设备,又引入我国独特先进生产技术,生产的产品不仅能满足标准上的要求,而且有较大的裕度,深受用户好评。主要的技术进步有:
    ① 铝连铸连轧除了采用倾动式保温炉、炉外连续除气精炼装置以外,还增加连续淬火装置,使生产铝杆的工序,连续地一次完成;
    ② 连续式高速大拉机,使铝合金线拉制时不发生扭转。高速拉线的热量还将得到利用;
    ③ 连续时效炉,该炉有极高精度的炉温控制系统,并利用拉线机余热,热量获得充分利用;
    ④ 采用稀土处理,具有中国独创的特色。
    在上述基础上,在九十年代末期,又在原有基础上进行改进,更具现代化,其技术进步有:
    ① 采用特殊制造的铝合金连铸连轧机组,在总结以前优点基础上,增加了快速加热装置,使铝锭在进入轧机时保持恒温。增加了轧机前后的温度测量和显示装置,保证铝合金锭在轧制时处于最佳状态。良好的收线装置,使铝合金杆缠绕服贴,为下工序创造条件;
    ② 拉线机与时效炉采用自动的轨道联接;
    ③ 连续时效炉,上下料采用机械手,炉温自动显示并能随意调整。
    使用这些措施后,铝合金导线的品质将更料优良,更加稳定。当成批生产时,价格明显下降,这二点正好克服铝合金导线在中国采用受限制的弱点。
 
    除铝镁硅型高强度铝合金以外,还发展了耐热铝合金。耐热铝合金共有二种型号,其导电率分别为58%IACS和60%IACS,抗拉强度为160N/mm2,长期工作温度为150℃。耐热铝合金导线用于电站、变电站;特别在城市改造时可用作增容导线,便于对老线路进行改造。铝合金另一个发展方向是高强度耐热铝合金,高强度高导电铝合金。总之铝合金品种已在我国形成系列,主要的问题是如何进一步在工程中推荐应用。
    我国拥有生产高强度铝合金的专门工厂,从九十年代中期起生产铝合金质量完全符合IEC,ASTM和GB标准中所规定的项目,性能良好。目前上海筹划建设另一家专门生产铝合金导线的工厂,将为电力行业提供优质铝合金线,预计2000年可供应。
    ④ 铝型材 电线电缆行业中的铝型材主要有:作为电缆线芯的扇形截面型材,作变压器用的扁线,作输电线用的拱形、Z形、人头形等型材。它们的长度需要数公里而无接头,电缆线芯还应为软线。这些产品,通常是采用铝杆经辊压、拉制的方式制成,软线需经退火,这类产品表面都容易被擦伤。


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