高強度鋁合金桿材的研制

王永海 鮑 軍 王良友（安徽太平洋電纜股份有限公司，安徽 巢湖 238331）

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高強度鋁合金桿材的研制

王永海 鮑 軍 王良友
（安徽太平洋電纜股份有限公司，安徽 巢湖 238331）

摘 要：本文簡要介紹了高強度鋁合金桿材的生產工藝特點、設備配套、鋁合金配方、淬火處理以及過程控制要點。安徽太平洋電纜股份有限公司具有較強的研發能力，已投入規模化生產。

關鍵詞：高強度鋁合金桿材；設備配套；配方；淬火處理；連鑄連軋；產能

0 引言

隨著我國國民經濟的持續高速發展，對電力的需求也急劇增加。根據“十二五”電力發展規劃，架空線路向大容量、大跨越和合金化的發展。高強度鋁合金芯鋁絞線具有傳輸容量大、電阻損耗低、弧垂特性好、無磁滯損耗、耐腐蝕等優點，在長距離高壓輸電線路上具有節能降耗等優點，是一種新型的架空輸電線路新產品。它不僅改善了線路質量，延長導線使用壽命，同時降低了線路造價，降低線路損耗，延長導線使用壽命，增強電網穩定，其市場前景十分廣闊，因此我公司決定開發此產品。

1 高強度鋁合金桿材生產的工藝特點

高強度鋁合金桿材主要用于鋁-鎂-硅系列高強度鋁合金架空導線的生產。那么，高強度鋁合金桿材在熔煉、成分配比、連鑄連軋和淬火方面有哪些控制特點，此文將作分別論述。其生產工藝流程如圖1所示。

1.1 鋁合金的熔煉

本公司采用8t/h豎式快速節能熔鋁爐，能儲存9t以上鋁錠，這樣能更充分地吸收上排煙氣的熱量降低能耗，大口徑能確保成垛鋁錠加入時不產生卡料情況造成能耗增加；熔鋁爐采用翻斗式加料機從熔化室豎筒頂部加料，熔化時高溫的煙氣在上排過程中被豎筒內的大量的鋁錠充分吸收，因而節能顯著，能滿足連鑄連軋鋁合金桿生產線的需求。

圖1

保溫爐采用圓形液壓傾倒式，由于采用傾倒結構，熔化爐到保溫爐之間的流槽均采用分體結構；保溫爐煙管、吸塵管、風管都采用同軸結構，確保在傾動時不泄露，以保障車間良好的操作環境。每臺保溫爐上配置激光控流裝置一套，裝滿10t左右鋁水后（靠鋁水深度定位）激光控流發去警報提醒操作人員停止向該保溫爐進鋁水；這樣可以評估出每爐鋁水的重量，有利于進行鋁合金成分配比、快速分析、精煉和靜置處理。

1.2 高強度鋁合金的配比控制

合適的鋁鎂硅配比，是決定高強度鋁合金桿質量好壞的關鍵。鋁-鎂-硅系合金沒有三元化合物，只有兩個二元化合物，即Mg2Si和Mg2Al3。從強化效果考慮，鋁合金中硅含量應過剩一些。配料時將合金錠打碎，每塊重量不大于1.5kg，在保溫爐中分散加入。鎂錠加入溫度控制在730℃左右。注意Ti、V、Mn、Cr等微量元素的指標，總和大于0.015時注意硼化處理問題。所以，鋁鎂硅合金的關鍵技術就是一個Mg、Si微量元素加入量的配比控制問題。

在實際加工過程中，可視鑄條的結晶情況以及桿材的電阻率，適當添加Cu、B、Re等微量元素，從而保證高強度鋁合金桿材的加工性能和電性能等。

1.3 鋁合金除氣精煉

除氣精煉是很重要的工藝環節，控制好可避免后續加工工序出現雜質、縮孔和開裂等現象。同時，要求保溫爐配置良好的攪拌裝置，本公司選配的底置式永磁攪拌器是利用特殊組合的永磁體感應器，來推動熔液做定向移動，起到攪拌作用，并使合金元素成分均勻。

采用AFDU-F固定式鑄造除氣裝置安裝于固定位置，用移動澆包的方式進行工作，通過高速旋轉的石墨轉子將定量的精煉氣體帶入熔體中。通過石墨轉子與鋁液的相對高速剪切，產生細小的氣泡并均勻分布在鋁熔體中。由于氣泡中氫分壓為零，鋁熔體中的氫分壓高，鋁液中的氫漸漸向氣泡中擴散。同時，鋁液中的金屬及非金屬夾雜物被吸附在氣泡表面，氣泡及夾雜物上浮，從而達到去除鋁液中氫及夾雜物的目的。同時，扒渣應徹底。精煉溫度為740℃～750℃；精煉時間為10min～15min；靜置時間為30min～40min；靜置溫度為730℃～750℃。

1.4 連鑄連軋的控制

高強度鋁合金鑄條在澆鑄冷卻時易產生偏析，澆鑄溫度的控制在720±10℃范圍內。本公司采用四輪式連鑄機由上下澆煲，重力調流裝置，結晶輪及傳動裝置，壓緊輪裝置，鋼帶涂油裝置，引橋，漲緊裝置，剔錠裝置，內外側冷卻裝置及鋼帶等組成。熔化的鋁液從保溫爐經流槽流入上澆煲，重力控制的浮動塞頭控制流入下澆煲的鋁液流量，鋁液從下澆煲水平澆鑄到由結晶輪和封閉鋼帶所形成的模腔內，結晶輪的截面為H型，四面冷卻保證鑄錠結晶致密且均勻。內外冷卻和側冷卻可方便地從結晶輪中轉出，便于冷卻水調節和設備維護；所有噴嘴均為不銹鋼，分別設有冷卻水壓力顯示，鋼帶漲緊為氣動漲緊（可調節）。結晶輪的支承軸上裝有內冷卻裝置，通過壓力為0.2MPa～0.5MPa的冷卻水，冷卻水通過噴嘴射到結晶輪的內表面上，內冷卻共分3區間水冷塊，外冷卻及內外側為3個區間，從而使鋁液逐漸冷卻并凝固成為鋁鑄錠。結晶輪上已凝固了的鑄錠由剔錠器剔出，并沿引橋經前牽引送出，壓緊輪裝置將鋼帶緊壓在結晶輪上，以防鋁金屬液體外泄，導輪裝置用以調整和改變鋼帶的走向。鋼帶的張力可以通過漲緊輪裝置進行調節，以保持一定的張力。為了便于鋁鑄錠脫模，連鑄機還備有鋼帶涂油裝置。由于整個過程都是連續進行的，因此可以得到大長度的鑄錠。

軋制高強度合金鑄條時要求入軋溫度控制在500℃～520℃，盡可能實現恒溫軋制。為了得到理想的軋制溫度，需要配置倍頻加熱裝置提高鑄條溫度，軋制時的乳化液溫度為30℃～40℃和用量也要求自動控制，而要達到準確控制，必須選用精準耐用的熱工儀表，其測試誤差應在工藝技術要求范圍內。高強度鋁合金較普鋁硬度高、強度大、軋制時的軋制力也較普鋁大。恒溫軋制、軋制力大是軋制高強度鋁合金桿的一個顯著特點。在生產過程中，應密切關注鑄條飛邊、裂紋等不良現象，以及入軋溫度是否在工藝要求范圍。

表1高強度（LHA1）鋁合金桿的配方

1.5 桿材淬火處理

高強度鋁合金鑄錠經軋制成鋁合金桿其溫度必須保持在340℃以上，以滿足連續淬火處理的需要。同時淬火后高強度鋁合金桿的成圈溫度必須降到90℃以下，以防自然時效。我們把原有收線和冷卻方式改為二次曲線水包滾輪式無油引桿成圈，能夠全程掌握桿材的運行軌跡、擺動形態、受力變化以及桿材的表面溫度，從而確保生產低溫桿，改善鋁桿及成圈內外強度差異。

由于高強度鋁合金桿生產過程控制較普鋁或合金桿難度大，必須控制好鋁液精煉、澆鑄溫度、入軋溫度、冷卻水溫度和淬火溫度。每爐鋁水取樣不少于3個，取樣位置在爐子中心和爐邊，進行成分分析。當成分不符合時，進行補料或沖淡處理。若Ti、V、Mn、Cr等微量元素指標總和大于0.015時應進行硼化處理。

2 熱處理

熱處理是決定高強度鋁合金線的關鍵，其加熱溫度范圍比較窄，故時效爐溫控制力求加熱均勻，爐內各點溫差要求為±3℃。時效溫度控制在155℃～160℃范圍內，時效時間為5h～6h。

結語

綜上所述，本公司選配國內一流的連鑄連軋生產線5t/h和10t/h各一條，并配備了國際先進的直讀式光譜儀。同時選購了國內一流的時效爐、分電機鋁合金拉絲機和710型框式絞線機等生產設備，具備了較強的鋁合金研發能力和銷售網絡，為國家電力事業的發展做出應有的貢獻。

參考文獻

［1］王錳.輕金屬材料加工手冊［M］.北京：冶金工業出版社，1997.

中圖分類號：TF125

文獻標識碼：A