一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果

《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》是遠東電纜有限公司、新遠東電纜有限公司、遠東複合技術有限公司於2014年2月26日申請的專利，該專利的公布號為CN103854807A，授權公布日為2014年6月11日，發明人是汪傳斌、徐靜。

《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》公開了一種高導電率（63%IACS）硬鋁導線及其製備工藝，包括以下步驟：步驟一：連鑄連軋製備高導電鋁桿；步驟二：將高導電鋁桿拉製成高導電鋁線；通過多道模具進行拉制，最後一道模具的延伸係數控制在1.35～1.50，其餘各道延伸係數控制在1.30～1.40；步驟三：多根絞合；絞合過程中控制放線張力，控制氣壓≤3千克，使得製得的硬鋁單線的抗張強度≥160兆帕，20℃時導體電阻率≤0.027366歐·平方毫米/米。該發明的工藝製得的架空導線中硬鋁單線的抗張強度≥160兆帕，20℃時導體電阻率≤0.027366歐·平方毫米/米.即既保持了硬鋁線的抗張強度，又使硬鋁線的導電率提高到63%IACS，即比常規GB/T17937-2009中規定的硬鋁線導電率提高了3.28%，用於架空導線中，可以大大減小線路電能的損耗，降低線路運行成本，又可以明顯提高導線的載流量。

2020年7月14日，《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》摘要附圖）

基本介紹

中文名：一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝
申請人：遠東電纜有限公司、新遠東電纜有限公司、遠東複合技術有限公司
申請日：2014年2月26日
申請號：201410065843X
公布號：CN103854807A
公布日：2014年6月11日
發明人：汪傳斌、徐靜
地址：江蘇省無錫市宜興市高塍鎮遠東大道8號
Int. Cl.：H01B13/00(2006.01)I、H01B13/02(2006.01)I、H01B5/10(2006.01)I、C22C21/00(2006.01)I、C22F1/04(2006.01)I
代理機構：北京中濟緯天專利代理有限公司
代理人：張曉霞
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

眾所周知，導線的電阻越高，其線上路上的損耗也就越大。據有關資料報導，中國電網輸電線路每年電能損耗是傳輸電量的8.0%以上，約有四千至六千億度電能線上路上發熱而白白浪費掉。如何降低傳統導線面臨的線損大、提高電能傳輸效率，做到節能環保經濟運行。近年來，國家電網公司大力倡導開發、推廣套用節能型導線。影響導線電阻的因素主要為導體的電阻率和導線的截面積。雖然可以通過提高導線的面積來降低導線的電阻，但是提高導線面積帶來材料用量增加，成本增加。如何在導線截面不變、材料成本基本不變的情況下，降低導體的電阻是我們一直努力的目標。現在輸電架空導線用鋁導體，主要為硬鋁線，其主要性能指標滿足GB/T17048的要求，即導線中各硬鋁單線的抗張強度≥160兆帕，20℃時導體電阻率≤0.028264歐·平方毫米/米.鋁線的導電率為61%IACS。有統計，如將導體的導電率從61%IACS提高到63%IACS，線路上的損耗將降低3.3%左右。因此提高鋁導體的導電率，為人們長期所期望和追求的。

行業內曾採取多種方式來降低鋁導體的電阻率，但是鋁的電阻率和強度一般情況下是相互制約的。例如：採用退火方式改變鋁的組織狀態，可以使鋁的導電率由61%IACS提高到63%IACS以上，但是，鋁的狀態由硬態轉變為軟態，導致其強度大大下降，由原來的160～200兆帕下降到60～100兆帕，使得同截面導線整體拉斷力下降25%～30%，導線的安全性和可靠性大大降低，因此，不適用於架空敷設套用；人們也通過選用低雜質含量的優質高純鋁錠來生產高導電鋁絲，但是原材料純度的增加，必然導致原材料成本的增加，使得高導電率導線的價格遠高於普通導線成本；人們也曾通過除雜、絞合低溫回復等工藝手段降低雜質、加工硬化等因素對鋁導電性能的影響，雖然通過各種最佳化措施可以適當提高導電率，但是效果不是十分明顯。

發明內容

專利目的

《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》的第一個目的是提供一種生產既具有硬鋁線強度，又具有不低於63%IACS的較高導電率的架空導線用高導率電硬鋁導線的方法。

《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》的第二個目的是提供一種既具有硬鋁線強度，又具有不低於63%IACS的較高導電率的架空導線用高導率電硬鋁導線。

技術方案

實現《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》第一個目的的技術方案是一種高導電率硬鋁導線的製備工藝，包括以下步驟：

步驟一：連鑄連軋製備高導電鋁桿；連鑄連軋高導電鋁桿的具體步驟依次為鋁錠熔煉——合金成份配置——澆鑄——軋桿——收桿；在電工鋁錠熔煉過程中加入鋁硼等合金，進行精煉、除氣過濾，控制爐內各元素質量百分數如下：Al≥99.82wt%，Si≤0.04wt％，（Cr+V+Mn+Ti）≤0.01wt％，B的含量為0.01～0.1wt％，Fe的含量為0.06～0.10wt％；高導電鋁桿的直徑為Φ9.5毫米～Φ12.0毫米，抗張強度控制在105～140兆帕，20℃時導體電阻率≤0.02735歐·平方毫米/米，伸長率≥8%；

步驟二：將高導電鋁桿拉製成高導電鋁線；通過多道模具進行拉制，最後一道模具的延伸係數控制在1.35～1.50，其餘各道延伸係數控制在1.30～1.40；

步驟三：多根絞合；絞合過程中控制放線張力，控制氣壓≤3千克，使得製得的硬鋁單線的抗張強度≥160兆帕，20℃時導體電阻率≤0.027366歐·平方毫米/米。

具體的工藝又可以分為兩種，第一種：所述步驟一中，控制爐內各元素質量百分數如下：Al≥99.82wt%，Si≤0.04wt％，（Cr+V+Mn+Ti）≤0.01wt％，B的含量為0.01～0.1wt％，Fe的含量為0.06～0.10wt％；高導電鋁桿的直徑為Φ9.5毫米～Φ12.0毫米，抗張強度控制在105～140兆帕，20℃時導體電阻率≤0.02735歐·平方毫米/米，伸長率≥8%。

所述步驟一中，選用原材料電工鋁錠的純度≥99.85%；連鑄連軋過程中爐內溫度控制在730～750℃，澆鑄溫度控制在690～710℃，入軋溫度420～480℃。

所述步驟二中，高導電鋁線的拉制拉絲潤滑液的溫度不大於60℃；拉製成的高導電鋁線的強度控制在160兆帕～180兆帕，電阻率控制在≤0.027500歐·平方毫米/米；若電阻率超過範圍，則在140～160℃下低溫回復熱處理2～3小時；拉制過程中，對鋁線的面積壓縮比最後一道控制在1.35～1.45，其餘各道控制1.25～1.40，拉絲成品表面溫度不超過65℃。

第二種：所述步驟一中，控制爐內各元素質量百分數如下：Al≥99.80wt%，Si≤0.05wt％，（Cr+V+Mn+Ti）≤0.01wt％，B的含量為0.01～0.1wt％，Fe的含量為0.06～0.12wt％；高導電鋁桿的直徑為Φ15.0毫米，抗張強度控制在90～105兆帕，20℃時導體電阻率≤0.02735歐·平方毫米/米，伸長率≥8%；所述步驟二將高導電鋁桿拉製成高導電鋁線的具體步驟為：A、將高導電鋁桿通過康仿擠出機擠出直徑為Φ7.0～Φ12.0的高導鋁線坯；B、將高導鋁線坯拉製成高導電鋁線；通過多道模具進行拉制，最後一道模具的延伸係數控制在1.35～1.50，其餘各道延伸係數控制在1.30～1.40。

所述步驟一中，選用原材料電工鋁錠的純度≥99.80%；連鑄連軋過程中爐內溫度控制在730～750℃，澆鑄溫度控制在690～710℃，入軋溫度420～480℃。

所述步驟二中，高導鋁線坯擠出時擠出溫度控制在380～420℃；高導電鋁線坯的強度控制在85～105兆帕，20℃時導體電阻率≤0.02725歐·平方毫米/米，伸長率≥8%；高導電鋁線坯的直徑由下道工序中高導電硬鋁線的直徑來決定；線坯面積與鋁線面積比一般控制在7.0～16.0之間；將高導電鋁線坯拉製成高導電鋁線的強度控制在160兆帕～180兆帕，電阻率控制在≤0.027500歐·平方毫米/米。

實現《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》第二個目的的技術方案是一種高導率電硬鋁導線包括多根絞合的高導電硬鋁單線；每根高導電硬鋁單線由前述的製備工藝製成；所述硬鋁單線的截面形狀為圓形或“凹”形或“凸”形或“Z”形或“S”形或梯形或瓦形；所述高導電率硬鋁導線的導電率≥63%IACS。所述高導電硬鋁單線的絞合層數為1～4層。還包括位於中心的加強芯；所述加強芯為鋼芯或鋁包鋼芯或纖維增強樹脂基複合芯。

有益效果

（1）採用《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》的工藝生產，使得製得的架空導線中硬鋁單線的抗張強度≥160兆帕，20℃時導體電阻率≤0.027366歐·平方毫米/米.即既保持了硬鋁線的抗張強度，又使硬鋁線的導電率提高到63%IACS，即比常規GB/T17937-2009中規定的硬鋁線導電率提高了3.28%。

（2）將《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》的高導硬鋁線用於架空導線中，可以大大減小線路電能的損耗，降低線路運行成本，又可以明顯提高導線的載流量，具有導電性能好、強度高等特點，提高了導線敷設及運行的可靠性和安全性，同時採用該工藝生產可以提高產品的合格率，能夠成產出性能優越且十分穩定高導電硬鋁導線。

（3）《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》提供了一種思路下兩種不同的具體製備工藝，一種工藝對鋁的純度要求高，另一種工藝對鋁的純度要求低，生產成本可以大大降低，且同時採用先製成高導鋁線坯，再拉絲絞合的方式，這樣能使合金成分分布得更加均勻，導線的性能更好。

附圖說明

圖1為《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》的導線的一種結構示意圖。

圖2為《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》的導線的另一種結構示意圖。

附圖中標號為：高導電硬鋁單線1、加強芯2。

技術領域

《一種高導電率硬鋁導線及其製備工藝》涉及一種架空導線用的高導電率硬鋁導線及其製備工藝。

權利要求

1.一種高導電率硬鋁導線的製備工藝，其特徵在於包括以下步驟：

步驟一：通過連鑄連軋製備高導電鋁桿；連鑄連軋高導電鋁桿的具體步驟依次為鋁錠熔煉——合金成份配置——澆鑄——軋桿——收桿；在電工鋁錠熔煉過程中加入鋁硼合金，進行精煉、除氣過濾，控制爐內各元素質量百分數如下：Al≥99.80wt%，Si≤0.05wt％，（Cr+V+Mn+Ti）≤0.01wt％，B的含量為0.01～0.1wt％，Fe的含量為0.06～0.12wt％；高導電鋁桿的直徑為Φ9.5毫米～Φ15.0毫米，抗張強度控制在90～140兆帕，20℃時導體電阻率≤0.02735歐·平方毫米/米，伸長率≥8%；

步驟二：將高導電鋁桿拉製成高導電鋁線；通過多道模具進行拉制，最後一道模具的延伸係數控制在1.35～1.50，其餘各道延伸係數控制在1.30～1.40；

步驟三：多根絞合；絞合過程中控制放線張力，控制張力氣壓≤3千克，使得製得的硬鋁單線的抗張強度≥160兆帕，20℃時導體電阻率≤0.027366歐·平方毫米/米，導電率≥63%IACS。

2.根據權利要求1所述的一種高導電率硬鋁導線的製備工藝，其特徵在於：所述步驟一中，控制爐內各元素質量百分數如下：Al≥99.82wt%，Si≤0.04wt％，（Cr+V+Mn+Ti）≤0.01wt％，B的含量為0.01～0.1wt％，Fe的含量為0.06～0.10wt％；高導電鋁桿的直徑為Φ9.5毫米～Φ12.0毫米，抗張強度控制在105～140兆帕，20℃時導體電阻率≤0.02735歐·平方毫米/米，伸長率≥8%。

3.根據權利要求2所述的一種高導電率硬鋁導線的製備工藝，其特徵在於：所述步驟一中，選用原材料電工鋁錠的純度≥99.85%；連鑄連軋過程中爐內溫度控制在730～750℃，澆鑄溫度控制在690～710℃，入軋溫度420～480℃。

4.根據權利要求2所述的一種高導電率硬鋁導線的製備工藝，其特徵在於：所述步驟二中，高導電鋁線的拉制拉絲潤滑液的溫度不大於60℃；拉製成的高導電鋁線的強度控制在160兆帕～180兆帕，電阻率控制在≤0.027500歐·平方毫米/米；若電阻率超過範圍，則在140～160℃下低溫回復熱處理2～3小時；拉制過程中，對鋁線的面積壓縮比最後一道控制在1.35～1.45，其餘各道控制1.25～1.40，拉絲成品表面溫度不超過65℃。

5.根據權利要求1所述的一種高導電率硬鋁導線的製備工藝，其特徵在於：所述步驟一中，控制爐內各元素質量百分數如下：Al≥99.80wt%，Si≤0.05wt％，（Cr+V+Mn+Ti）≤0.01wt％，B的含量為0.01～0.1wt％，Fe的含量為0.06～0.12wt％；高導電鋁桿的直徑為Φ15.0毫米，抗張強度控制在90～105兆帕，20℃時導體電阻率≤0.02735歐·平方毫米/米，伸長率≥8%；所述步驟二將高導電鋁桿拉製成高導電鋁線的具體步驟為：A、將高導電鋁桿通過康仿擠出機擠出直徑為Φ7.0～Φ12.0的高導鋁線坯；B、將高導鋁線坯拉製成高導電鋁線；通過多道模具進行拉制，最後一道模具的延伸係數控制在1.35～1.50，其餘各道延伸係數控制在1.30～1.40。

6.根據權利要求5所述的一種高導電率硬鋁導線的製備工藝，其特徵在於：所述步驟一中，選用原材料電工鋁錠的純度≥99.80%；連鑄連軋過程中爐內溫度控制在730～750℃，澆鑄溫度控制在690～710℃，入軋溫度420～480℃。

7.根據權利要求5所述的一種高導電率硬鋁導線的製備工藝，其特徵在於：所述步驟二中，高導鋁線坯擠出時擠出溫度控制在380～420℃；高導電鋁線坯的強度控制在85～105兆帕，20℃時導體電阻率≤0.02725歐·平方毫米/米，伸長率≥8%；高導電鋁線坯的直徑由下道工序中高導電硬鋁線的直徑來決定；線坯面積與鋁線面積比一般控制在7.0～16.0之間；將高導電鋁線坯拉製成高導電鋁線的強度控制在160兆帕～180兆帕，電阻率控制在≤0.027500歐·平方毫米/米。

8.一種高導電率硬鋁導線，其特徵在於：包括多根絞合的高導電硬鋁單線（1）；每根高導電硬鋁單線（1）由權利要求1至7之一所述的製備工藝製成；所述硬鋁單線（1）的截面形狀為圓形或“凹”形或“凸”形或“Z”形或“S”形或梯形或瓦形；所述高導電率硬鋁導線的導電率≥63%IACS。

9.根據權利要求8所述的一種高導電率硬鋁導線，其特徵在於：所述高導電硬鋁單線（1）的絞合層數為1～4層。

10.根據權利要求9所述的一種高導電率硬鋁導線，其特徵在於：還包括位於中心的加強芯（2）；所述加強芯（2）為鋼芯或鋁包鋼芯或纖維增強樹脂基複合芯。

實施方式

實施例1

該實施例的高導電率（63%IACS）硬鋁導線的製備工藝的步驟為：

步驟一：通過連鑄連軋製備高導電鋁桿，包括鋁錠熔煉－雜質最佳化處理－除渣除氣－澆鑄－軋桿－繞桿等工序；具體來說，生產前進行冷清爐，去除爐內雜質，選擇原材料鋁錠中w（Si）≤0.04%、w（Fe）≤0.10%，w（V+Cr+Mn+Ti）≤0.005%，w（Al）≥99.85%牌號為AL99.85%的鋁錠來生產，鋁錠的實際成份如表1，生產過程中加入AlB35千克/T，精煉、除氣，控制爐內鋁液成分重量百分比為w（Fe）：0.07%～0.10%；w（Si）：≤0.04%；w（B）：0.010%～0.040%，w（V+Cr+Mn+Ti）≤0.01%，實際爐內的成份如表2。連鑄連軋過程中爐內溫度控制在730～750℃，澆鑄溫度控制在690～710℃，入軋溫度420～480℃。生產的高導電鋁桿的性能如表3。

表1原材料各成份情況(wt%)

	Al	Si	Fe	Cu	Mg	Ca	Cr+V+Mn+Ti	其它
實施例1	99 .87	0 .030	0 .086	0 .0005	0 .0009	0 .0020	0 .005	0 .0085

表2爐內成份情況(wt%)

	Al	Si	Fe	B	Cr+V+Mn+Ti
實施例1	99 .85	0 .032	0 .071	0 .015	0 .008

表3高導電率鋁桿性能

步驟二：根據所拉高導電鋁線的規格選擇合適直徑和合適強度的高導電鋁桿進行拉線；高導電鋁線的拉制應合理控制拉制延伸係數，延伸係數最後一道模具控制1.35～1.50，其餘各道延伸係數控制在1.30～1.40，拉制高導電硬鋁單線的截面形狀可以為圓形、“凹”形、“凸”形、“Z”、“S”、梯形或瓦形等。高導電鋁線的拉制拉絲潤滑液的溫度不大於60℃；拉制的高導電鋁線的強度控制在160兆帕～180兆帕，電阻率控制在≤0.027500歐·平方毫米/米，如果超過範圍，則需要在140～160℃下低溫回復熱處理2～3小時。製得的Φ9.5高導電鋁桿通過六模拉絲拉製成Φ3.99毫米的高導電硬鋁線，其模具配置如下Φ8.30、Φ7.20、Φ6.28、Φ5.40、Φ4.87、Φ4.02，拉絲速度8米/秒，拉絲油溫度45～50℃，拉出高導電鋁絲經檢測結果表4。