電工鋁合金相關

電工鋁合金相關資料第一部分綜述電工鋁即用作電導體的特殊工業(yè)純鋁，說它特殊是因為其鋁含量處于工業(yè)純鋁的范疇，但雜質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，電工鋁就單獨制定了標準并賦予專用型號-AL99.70E和AL99.65E。但由于我國的鋁土礦含硅量高，而且鋁廠生產電工鋁的成本高，因此，重溶用電工鋁錠的產量遠遠不能滿足電線電纜的生產需要，于是，電纜廠不得不拓寬電工鋁的原材料，而采用工業(yè)純鋁的某些牌號來加工，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，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)純鋁型號及其主要化學成分。2003年我國電纜工業(yè)電工鋁導體的總用量已達90萬t，名列世界前茅。現(xiàn)在，我國電纜工業(yè)已可按國際先進標準生產各種架空導線，達到了材料全部國產化，不需進口和內外銷兩旺的可喜局面。在舉世矚目的三峽工程中已應用了以直流超高壓(土500kV)、長距離(1000km級)和大截面(ACSR720／50)為代表的技術要求高的鋼芯鋁絞線，以及AAcsR／EsT(450／200和640／290)特強鋼芯高強度鋁合金導線、光纖復合架空地線(OPGw)、鋁包鋼導線、耐熱鋁合金導線等新產品。當今，中國的電力需求十分迫切，大容量的輸、配電線路，無論新建的大容量輸電線路或老線路的市場需求，又開發(fā)了經改進的高導電(60％隊cS)、耐熱150℃鋁合金線，以滿足架空輸、配電線路的需要。我國高端架空導線產品，諸如高強度鋁合金導線、耐熱鋁合金導線、鋼芯鋁絞錢、鋁包鋼導線、特種導線等，應用滯后，并不是因為這些產品的技術開發(fā)和生產能力不足，而是因為市場用量太少。而市場用量不大的原因，主要是用戶太偏重于經濟方面的考慮，而忽視了產品的性價比和應用的必要性。然爾，這種狀況正在逐步改變。來自國家電網的有關數(shù)據顯示，國家電網對特種導線的使用量明顯增加。國網一批特種導線招標總量2011年與2010年同比增加439.41%。國網二批特種導線招標總量2011年與2010年同比增加82.35%。地方特種導線2011年一季度與2010年一季度投標總量同比增加274.77%，中標量同比增加196.62%。長江三峽及西部水電站的輸電線路建設會帶動至少90萬噸架空導線增長，各類架空導線平均每年增長10%。有資料表明，今后2~3年，架空導線和電力電纜市場將以6%~8%的速度增長。在今后一個較長的時期內，鋼芯鋁絞線(包括鋁絞線)仍然是我國高壓線路所采用的主要品種，其中鋁合金導線在鋼芯鋁絞線中比例將有所擴大。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)化處理非電工級鋁，并在鋁連鑄連軋生產線上生產出優(yōu)質的電工圓鋁桿，然后生產出“稀土鋁導線”。“稀土鋁導線”不是一種新的鋁．而是用混合稀土金屬對非電工級鋁進行工藝處理而制成的電工鋁導線，簡稱“稀土鋁”或“稀土鋁線”或“稀土鋁導體”。2.1稀土材料在國內的發(fā)展現(xiàn)狀稀土金屬具有獨特的化學活性,加入鋁和鋁合金熔煉過程和材料中,顯示出明顯的凈化、細化和合金化效果而被廣泛應用。我國鋁稀土合金的應用開發(fā)萌芽于二十世紀六十年代,雖然比國外晚約30年,但發(fā)展速度快,后來居上,首先將稀土金屬用于66-1Al-Si活塞合金。七十年代為初創(chuàng)時期,鋁稀土在Al-Mg-Si加強型輸電線和FeCrAl電熱絲中獲得應用。1980-1985年為發(fā)展時期。在應用方面,廣州有色院發(fā)現(xiàn)加入稀土可以提高鋁的導電率和耐腐蝕性,在稀土電工鋁和鋁制品中的應用取得突破性進展。在冶煉方面,中科院長春應化所筆者領導的研究室創(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用提供了物質條件;中國相繼發(fā)明了往鋁電解槽中添加稀土化合物,直接生產鋁稀土合金新工藝。1984年長春應化所主辦了我國鋁稀土合金生產、應用和分析學習班,30多個單位66名技術人員參加形成一個高潮。1988年稀土電工鋁通過國家鑒定,國務院稀土辦和能源部科技司聯(lián)合下文推廣應用1990～1995年為黃金時期,我國將稀土和鋁這兩門不同學科更緊密地結合起來推動稀土鋁的科研、生產和應用以驚人的速度全面發(fā)展,與我國自己開發(fā)的稀土農用、毛織物染色、稀土鑄鐵等并駕齊驅,在世界上頗具特色,處于領先地位。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量已近全國鋁產量的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用相當廣泛,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、機械強度及其延伸率等都有較大提高.如加入0.15%～0.25%稀土的鋁導線,其導電率可提高1%～3%,達到并超過國際電工委會的標準[1].用稀土鋁合金生產的鋼芯鋁絞線,耐振性顯著增強,振動3000萬次未發(fā)現(xiàn)有疲勞斷股.用稀土鋁合金生產的金屬鋁箔由于稀土的作用使合金基體得到了強化,其平均比容較純鋁箔提高25%～50%,機械強度提高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個殼號,重量減輕47%,因此稀土鋁箔是一種生產電子原器件較為理想的材料具體到電工行業(yè)，稀土的應用一般如下：1.高導電稀土鋁導線(鋁盤條、鋁絞線、鋼芯鋁絞線)：除氣、除雜、細化組織,提高導電率和耐腐蝕性,改善物理和加工性能。2鋁母排(大電流輸電)：除氣、除雜、細化組織,提高導電率和耐腐蝕性,改善物理和加工性能。3高強度稀土鋁合金導線(大跨越、高山、高壓輸電線和電車線)：改善耐震性能,強度高,重量輕,弧垂性能好,使用壽命長4耐熱稀土鋁合金導線(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150℃5鋁箔(包裝、裝飾和電容器)\鋁簿板和帶:除氣、除雜,細化組織,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線中應用廣泛,其中添加了鋯元素的耐熱鋁合金導線,可以在基本保持導電性的同時,大幅度提高導線的耐熱性,從而使導線可以通過更大的電流;而稀土可以提高鋁合金的導電性能和力學性能等.第三部分鋁圓桿在電工侶導體生產中,鋁桿的質量直接影響鋁線的性能和拉線的生產率,因此設法生產出優(yōu)質的鋁桿對電工鋁導體生產具有決定性的作用。目前，全世界生產的鋁約有14%用作電工材料，連鑄連軋生產的電工圓鋁桿作為基礎加工材料，經過進一步的加工，是電力行業(yè)應用最廣泛導電材料，在發(fā)達國家和發(fā)展中國家均有很大的市場需求量。3.1電工圓鋁桿的技術與發(fā)展電工圓鋁桿在我國的發(fā)展、研究與應用大致經過了普通純鋁電工圓鋁桿、稀土電工圓鋁桿、高強度鋁合金桿、高純度電工圓鋁桿階段，現(xiàn)向高導耐熱方向發(fā)展。3.1.1普通純鋁電工圓鋁桿導電用鋁既要求有高的導電率，又要求有足夠好的力學性能。國際電工委員會規(guī)定導電純鋁的成分為: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)大國及有關組織在此基礎上根據本國或本地區(qū)鋁工業(yè)發(fā)展情況分別制定了相關的產品標準，雖各具特色，但主體元素與國際電工委員會規(guī)定的含量要求基本一致；抗拉強度介于60MPa～150MPa之間；在20℃時電阻率維持在國際退火銅標準（IACS）62.6%～60.3%之間，根據加工狀態(tài)，一般分為5個檔次。1983年，根據當時鋁工業(yè)發(fā)展狀況，我國頒布實施了國家標準GB3954《電工圓鋁桿》，受當時生產工藝的影響，Si含量只有控制在0.09%以下，才能生產出符合要求的產品。根據力學性能，分為4個檔次，抗拉強度分別為60MPa～80MPa、80MPa～110MPa、95MPa～130MPa、115MPa～1470MPa；對應等效電阻率分別為（IACS）62.58%、61.90%、61.55%、61.55%，為了符合我國當時的拉制工藝要求、保證最終產品品質，對純鋁電工圓鋁桿的伸長率作出要求，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)得到廣泛應用之時，有些性能缺陷在特殊的生產工藝下顯現(xiàn)出來，為了消除缺陷、獲得更高品質的產品，生產廠家和科研院所從不同的角度對純鋁電工圓鋁桿進行研究。20世紀末21世紀初，各項研究表明稀土在鋁中起到除氣除雜、晶粒細化的特性，能提高鋁的耐腐蝕性、抗拉強度、蠕變強度，對導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行了相關研究，并實現(xiàn)產業(yè)化生產。2001年，根據有色工業(yè)協(xié)會安排，包頭鋁業(yè)等單位負責修訂1983版國家標準GB3954《電工圓鋁桿》時，稀土電工圓鋁桿作為單獨的材料分列出來，稀土元素含量要求為0.10%～0.30%。本次標準修訂，各項指標等效采用國際先進標準，為國際市場的開拓奠定了技術支持。3.1.3高強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)下的抗拉強度是150MPa～170MPa，約相當導電率相同的鋼強度的65%。一般情況下，強度可滿足要求，但在冰動、大風等惡劣的氣候下，危險較大，故只能制作小載荷或無載荷的電線和電纜。于是，研發(fā)了高強度的合金電工圓鋁桿來解決這個問題。通常用的、國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，鋁的導電性能對純度十分敏感，99.996%或純度更高的鋁在1.1～1.2K時可能成為超導體。含鋁在99.5%以上的工業(yè)純鋁擠出的95mm2、150mm2和240mm2截面積實芯鋁電線特別軟，容易鋪設，經應用證實，高壓地下電纜不再需要采用絞合導線，可直接使用實芯鋁導線。目前，國內有些廠家已經掌握高純鋁電工圓鋁桿的軋制技術，具備批量生產的能力，且工藝技術和產品質量均達到了世界先進水平，部分高純圓鋁桿牌號已納入相關國家標準。3.1.5高導耐熱鋁合金桿目前國際架空輸電線路用鋁合金導體材料的研究和開發(fā)，已由高強度領域轉向耐熱方向。電力工業(yè)突飛猛進的發(fā)展趨勢，迫使輸電線路向高壓化、大容量化、遠距離化方面發(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場館的建設中有些耐熱鋁合金導線已經得到應用。3.2生產過程、處理和質量監(jiān)控下圖為電工用鋁圓桿生產流程圖：3.2.1鋁錠成分鋁錠的成份對導體的性能,特別是導電率具有決定性的作用。國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電工用鋁桿。我國電線電纜廠的進料鋁錠品位比較雜,有電工級的和非電工級的國產和進口鋁錠。我國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,這樣都為生產符合要求的電工用鋁導體在技術上增加了難度,因此必須采取相應的技術措施。目前我國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,生產出符合國際通用標準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。熔融的鋁液經預處理裝置進入兩個交替使用的保溫爐。預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強度的作用。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。每個爐子的容量為8t左右,在爐中監(jiān)測鋁液的關鍵元素鐵、硅和稀土,并完成必要的工藝處理,精煉、均勻化,實現(xiàn)鋁液自動控溫。鋁液流經流槽（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,進入中間澆包,然后進入鑄機。進入鑄機的流股籍澆包上一級或二級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,不僅要嚴格控制工藝參數(shù),而且特別在采用非電工級鋁,品位雜、含硅較高的情況下,通過配料,在最佳技術經濟條件下有選擇地和有針對性地采取必要的工藝處理措施是很重要的。①配料：影響鋁導休導電率和強度的主要雜質元素是硅、鐵、銅、鈦、釩、錳、鉻。在采用一部份非電工級鋁或全部為非電工級鋁的條件下,通過配料控制鋁液的成份,使不同的鋁錠配在一起取長補短,達到規(guī)定的成份要求,并為以后在最佳技術經濟條件下進行工藝處理創(chuàng)造條件。②稀土優(yōu)化處理：因為稀土元素在電工鋁導體中具有變質的作用,可降低硅對導電率和工藝性能的有害影響。所以在我們的連鑄連軋生產線中,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)技術經濟加入量。稀土優(yōu)化處理是在連鑄連軋生產線上連續(xù)生產的過程中,用稀土含量10%左右的鋁一混合稀土中間合金,對鋁液進行處理的一種方法應用稀土優(yōu)化處理,可采用含硅量較高的鋁錠,從而可擴大電纜工業(yè)所需原料鋁的來源。③硼化處理：硼在鋁中可降低鈦、釩、錳、鉻微量雜質對導電率的有害影響,用硼鋁中間合金在預處理裝置中加入,由于流過預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,同時硼與4根據國產鋁含硅比較高,鈦、釩、錳、鉻含量比較低,而進口鋁含硅低,鈦、釩、錳、鉻高的特點,從技術、經濟兩方面考慮,取長補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、鋁桿的導電率要求以及處理每噸鋁的費用密切相關,當含硼量達到一定程度時,再加入更多的硼化劑不會明顯地提高鋁導體的導電率,反而引起經濟上的浪費。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度達到規(guī)定的要求,當原料鋁中含鐵量偏低時,需要進行必要的加鐵處理。加鐵處理應在保證導電率合格的條件下,在鋁液中加入適量的鐵鋁中間合金。⑤質量監(jiān)控：質量監(jiān)控對穩(wěn)定生產起著很重要的作用。在電工鋁導體生產中,應建立以鋁桿為中心的全面質量控制體系。這個體系主要包括工藝監(jiān)控、制品監(jiān)測和鋁桿質量分等管理三個部份。工藝監(jiān)控的主要環(huán)節(jié)是成份、溫度和冷卻。制品監(jiān)測的主要內容是對鋁桿的導電率、抗拉強度和伸長率,及時檢測、統(tǒng)計和反饋,與工藝監(jiān)控互相配合。鋁桿質量分等管理,是按鋁導線的用途對鋁桿質量進行分等使用的辦法。在電線電纜廠里為制造架空導線用的硬拉鋁線,質量要求最高,因此通過分等使用可達到物盡其用,充份利用原材料的目的。第四部分鋁導線4.1鋁導線應用情況及發(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。在此期間,由于鋁合金性能的改善,以及人們對所有鋁合金導線比鋼芯鋁絞線更優(yōu)越的認識,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,降低運行成本,簡化了安裝架設以及其它許多問題。全鋁合金架空線現(xiàn)有較多的標準,如英國標準(BS)、法國標準(NF)、國際電工委員會標準(IEC)、德國標準(DIN)、美國材料試驗標準等等,這些標準在對組成導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參數(shù)規(guī)范,它們都是基于以上標準附加了一些特殊要求。2003年我國電纜工業(yè)電工鋁導體的總用量已達90萬t，名列世界前茅。現(xiàn)在，我國電纜工業(yè)已可按國際先進標準生產各種架空導線，達到了材料全部國產化，不需進口和內外銷兩旺的可喜局面。在舉世矚目的三峽工程中已應用了以直流超高壓(土500kV)、長距離(1000km級)和大截面(ACSR720／50)為代表的技術要求高的鋼芯鋁絞線，以及AAcsR／EsT(450／200和640／290)特強鋼芯高強度鋁合金導線、光纖復合架空地線(OPGw)、鋁包鋼導線、耐熱鋁合金導線等新產品。目前，我國已是鋁的世界第一生產大國。我國的鋁礦資源含硅較高，在深脫硅技術沒有解決的情況下，曾嚴重影響電工鋁導體的性能和生產。其主要問題是導電率低下，達不到國際公認的61％1ACS的水平及與其相制約的強度問題。。稀土優(yōu)化綜合處理技術為我國電工鋁導體和稀土電工鋁導體提高導電率，解決量大面廣的國產的材料來源和達到工業(yè)化的穩(wěn)定生產等方面實現(xiàn)了具有中國自主知識產權的技術創(chuàng)新，使我國的電工鋁導體生產達到了國際先進的水平；在電工鋁導體的生產裝備上，適合中國國情的生產設備亦已基本配套。當今，中國的電力需求十分迫切，大容量的輸、配電線路，無論新建的大容量輸電線路或老線路的市場需求，又開發(fā)了經改進的高導電(60％隊cS)、耐熱150℃鋁合金線，以滿足架空輸、配電線路的需要。我國高端架空導線產品，諸如高強度鋁合金導線、耐熱鋁合金導線、鋼芯鋁絞錢、鋁包鋼導線、特種導線等，應用滯后，并不是因為這些產品的技術開發(fā)和生產能力不足，而是因為市場用量太少。而市場用量不大的原因，主要是用戶太偏重于經濟方面的考慮，而忽視了產品的性價比和應用的必要性。然爾，這種狀況正在逐步改變。來自國家電網的有關數(shù)據顯示，國家電網對特種導線的使用量明顯增加。國網一批特種導線招標總量2011年與2010年同比增加439.41%。國網二批特種導線招標總量2011年與2010年同比增加82.35%。地方特種導線2011年一季度與2010年一季度投標總量同比增加274.77%，中標量同比增加196.62%。長江三峽及西部水電站的輸電線路建設會帶動至少90萬噸架空導線增長，各類架空導線平均每年增長10%。有資料表明，今后2~3年，架空導線和電力電纜市場將以6%~8%的速度增長。在今后一個較長的時期內，鋼芯鋁絞線(包括鋁絞線)仍然是我國高壓線路所采用的主要品種，其中鋁合金導線在鋼芯鋁絞線中比例將有所擴大。鋁合金線包括鋁合金絞線，鋼芯鋁合金線等。4.2鋁包鋼芯鋁導線架空輸電線的導線的基本要求：要有良好的導電率；具有一定的機械強度以支持其自身的重量及外來的自然荷重(風荷載、冰荷載)。鋁比銅有更高的強度重量比以及更好的導電性能與重量比。即某一特定的強度及導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，則需由一種高強度的鋼絞線作為輸電線路導線的加強芯，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際上廣泛應用。鋁包鋼芯鋁絞線與鋼芯鋁絞線相比有以下優(yōu)點。(1)普通鋼芯鋁絞線的內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，進一步提高了抗腐能力，延長了導線使用壽命。(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延長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，導線電導率增加。(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外有較長的運行歷史，國內近年已有生產廠家引進國外制線設備生產，并在華東、華北地區(qū)使用?，F(xiàn)就目前幾種常用的導線的結構、特性、載流量等參數(shù)等進行對比介紹。4.2.1導線防腐能力傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線的鍍鋅鋼芯在內層，與鋁層接觸，當導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。鋁包鋼絞線的內層鋼線表面是純度很高的鋁層(>99．5％)。水氣無法滲透人內層鋼絲，而鋁層與外層的鋁線接觸也不會產生電位差，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線內層，當導線運行時間比較長(超過10a)，在污染比較嚴重的地區(qū)(或者鹽霧區(qū))，由于外層是較耐腐蝕的鋁線，導線表面狀況雖可能良好，但是內層鋼線的腐蝕可能已經非常嚴重，運行單位判斷導線的腐蝕情況相當困難}而鋁包鋼絞線的內外層都是鋁層，腐蝕情況基本一致，可以最大限度的利用舊導線，提高導線的使用壽命。4.2.2導電性能與載流量(1)導電性能導線的導電性能與鋁鋼比有直接的關系，鋁鋼比越高，導電性能越好。由于鋁包鋼絞線用包覆鋁層的加強鋼線取代了鍍鋅鋼線，鋁的總面積增加，導電率也會相應增加，電阻下降。對兩種結構、截面、外徑均相同的絞線進行對照,可以看出兩種導線的結構參數(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％(正因為這樣，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等價)。(2)裁流量架空導線的載流量是受導線載流發(fā)熱后的強度損失制約的。我國對架空線的允許溫度定為70C。在相同溫度時導線載流量與交流電阻成平方根反比關系。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械特與傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線基本相同．在較大檔距時，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全鋁合金導線工藝全鋁合金架空線是比較容易架設安裝的,并且其生產工藝狀況對導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)增長趨勢,因為越來越多的電力部門已認識到它比鋼芯絞線有著更好的技術和經濟效益。安裝是否簡單迅速,能否簡化維護保養(yǎng)和降低傳輸損耗,都是新建線路或改造老線路時選擇導線的重要因素,相對于鋼芯鋁絞線而言,全鋁合金架空線的額外費用將會在使用中迅速回收。鋁導線制造的正常工藝路線是:將熔融金屬澆鑄軋制成杭經拉線后絞制成導線。對于全鋁合金架空線,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:在金屬熔融中對金屬進行合金化,鑄軋成托固溶處理,淬火,拉線,人工時效熱處理和最終絞制成導線。為了獲得成品導線所要求的性能,上述每一道工藝都是必須的。對于工藝有許多混淆,這是因為工藝過程可以有一些靈活性,并且有可能將多道工序結合成為一道工序。由于隨生產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)進行。它不僅應對硅和鎂的含量要仔細控制,而且對其它雜質,特別是鐵以及鉻、鈦、錳和釩的含量亦要嚴格控制。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,這不光是技術的原因,更主要的是其經濟性。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獲得固溶體。否則將需要分別進行固溶處理和淬火。拉線可按通常方式進行。但因為鋁合金比純鋁要硬,因而需要采用功率更大的拉線機進行拉制。在拉線過程中,如果線材溫度過高,則會導致線材部分熱處理的更為復雜狀況,故在拉線時調節(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。對拉制后的成盤單線進行人工時效,通常是在電阻爐或煤氣爐中完成,時效時間及溫度應根據最終所要得到的性能參數(shù)而定,整個過程需要嚴格控制。人工時效的另一種方法是在拉線前的軋桿過程中進行,其進一步的變化是利用拉線過程中所產生的熱量,實施人工時效熱處理,其間應特別注意控制拉線速度和溫度。絞制通常在星式紋線機本剛體紋線機上進行。由于全鋁合金導線相當“活潑”,在絞制時還必須采取前成型或后成型措施。這意味著導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,或對導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得到消除。4.4耐熱鋁合金導線我國急需開發(fā)用于高架輸電線路中的新型耐熱鋁合金導線,此類導線應具有較高的強度(不低于295MPa)、高導電率(60%IACS左右);短期與長期運行溫度分別不低于150℃與230℃。新型導線的研發(fā)必須綜合考慮強度與導電率、載流量與線損及弧垂的關系。導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。新型導線也有一些缺點,如價格比普通導線高、線損較大等,但是從綜合經濟效益來看缺點完全可以彌補。目前國內使用新型耐熱鋁合金的輸電線路很少,我們應對這些線路進行調研并總結設計和運行經驗。我國已具備了一般耐熱導線與金具的研制和生產能力。1導線的分類耐熱鋁合金線根據耐熱等級和強度分為高導電超耐熱(ZTAL)、超耐熱(UTAL)、特耐熱(XTAL)、耐熱(TAL)和高強度耐熱鋁合金(KTAL)五種,按導電率分有58%、60%、55%IACS等幾檔[1]。在幾十年的發(fā)展中盡管牌號甚多,但都屬Al2Zr系合金。2導線的特點耐熱鋁合金導線具有很多普通導線所不及的特點,由于Zr的添加提高了其耐熱性,即導線允許的工作溫度,從而提高了載流量;高溫下較高的強度保證了較小的弧垂;具有較好的耐蝕性能等。3生產的工藝目前主要采用連鑄連軋技術來生產耐熱鋁合金導線。(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晶溫度、抗蠕變性能、細化晶粒、提高力學性能等,但會降低導電率;Fe、Mg、Si等元素可提高合金強度;Y、B元素可提高導電率;Ti元素可細化晶粒提高耐熱性。(3)澆注工藝。鋁液從流槽經過,進入澆包前需進行過濾,以除去雜物。澆注時需合理調整鑄造速度、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彌散質點均勻分布在晶粒內部,可同時獲得較高的電導率、較好的強度和耐熱性。(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。軋制鋁合金線材經過模具,使其截面積減小,長度增大的拉伸加工過程。(7)人工時效處理。通過時效析出適量的第二相,蠕變裂紋擴展抗力明顯增加[12],時效還可以提高合金的強度和導電率。(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絞制成鋼芯耐熱鋁合金導線(或絞線)。第五部分高強度、高電阻電工鋁合金鋁應用于電工方面,可追溯至上世紀末,然而,鋁在這方面占據優(yōu)勢地位,還僅僅是最近幾十年的事鋁之所以大量用于電工領域,是因為它能代替銅的一種導電材料。因此對這兩種材料加以比較是正確的。首先,以鋁代銅,可取得相當大的經濟效益,盡管鋁與銅的價值差不多。此外,作為導體材料,純鋁具有某些特別有意義的性質,即重量輕,耐腐蝕,導電率高以及易回收。盡管如此,鋁在電工方面的應用,還是有某些困難,如導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)展制造高起動轉矩、低起動電流的電動機,需要高電阻率、高機械強度的鑄鋁合金,鋁-錳-鈦-鉻-鋯合金是一種較為理想的材料。這時,疲勞強度為一般鋁合金的4倍,是其它鋁合金所無法比擬的。其抗熱裂性,抗腐蝕性也相當優(yōu)異。5.1化學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,鐵和硅作為雜質存在,當然它們的含量越少越好。下面就來談談錳、鈦、鉻、鋯以及雜質對鋁合金性能的作用。1.錳(Mn)(1)錳對電阻率的影響:錳原子固熔在鋁合金中打破鋁點陣里場的周期性,使點陣產生畸變,電子被錳原子偏轉而增加電阻。,當錳的含量大于2.8%～3.8%時,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,電阻率均按錳含量增加而增加。(2)錳對機械強度的影響:錳使鋁合金形成球狀結晶的金相組織,不同于硅鋁片狀結晶,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度。2.鈦(Ti)其對鋁合金電阻率增加起輔助作用,而對合金強度有