高强度铝合金杆材的研制

2016-07-25王永海王良友安徽太平洋电缆股份有限公司安徽巢湖238331

中国新技术新产品 2016年11期

关键词：配方

王永海鲍军王良友（安徽太平洋电缆股份有限公司，安徽巢湖 238331）

高强度铝合金杆材的研制

王永海鲍军王良友
（安徽太平洋电缆股份有限公司，安徽巢湖 238331）

摘要：本文简要介绍了高强度铝合金杆材的生产工艺特点、设备配套、铝合金配方、淬火处理以及过程控制要点。安徽太平洋电缆股份有限公司具有较强的研发能力，已投入规模化生产。

关键词：高强度铝合金杆材；设备配套；配方；淬火处理；连铸连轧；产能

0 引言

随着我国国民经济的持续高速发展，对电力的需求也急剧增加。根据“十二五”电力发展规划，架空线路向大容量、大跨越和合金化的发展。高强度铝合金芯铝绞线具有传输容量大、电阻损耗低、弧垂特性好、无磁滞损耗、耐腐蚀等优点，在长距离高压输电线路上具有节能降耗等优点，是一种新型的架空输电线路新产品。它不仅改善了线路质量，延长导线使用寿命，同时降低了线路造价，降低线路损耗，延长导线使用寿命，增强电网稳定，其市场前景十分广阔，因此我公司决定开发此产品。

1 高强度铝合金杆材生产的工艺特点

高强度铝合金杆材主要用于铝-镁-硅系列高强度铝合金架空导线的生产。那么，高强度铝合金杆材在熔炼、成分配比、连铸连轧和淬火方面有哪些控制特点，此文将作分别论述。其生产工艺流程如图1所示。

1.1 铝合金的熔炼

本公司采用8t/h竖式快速节能熔铝炉，能储存9t以上铝锭，这样能更充分地吸收上排烟气的热量降低能耗，大口径能确保成垛铝锭加入时不产生卡料情况造成能耗增加；熔铝炉采用翻斗式加料机从熔化室竖筒顶部加料，熔化时高温的烟气在上排过程中被竖筒内的大量的铝锭充分吸收，因而节能显著，能满足连铸连轧铝合金杆生产线的需求。

图1

保温炉采用圆形液压倾倒式，由于采用倾倒结构，熔化炉到保温炉之间的流槽均采用分体结构；保温炉烟管、吸尘管、风管都采用同轴结构，确保在倾动时不泄露，以保障车间良好的操作环境。每台保温炉上配置激光控流装置一套，装满10t左右铝水后（靠铝水深度定位）激光控流发去警报提醒操作人员停止向该保温炉进铝水；这样可以评估出每炉铝水的重量，有利于进行铝合金成分配比、快速分析、精炼和静置处理。

1.2 高强度铝合金的配比控制

合适的铝镁硅配比，是决定高强度铝合金杆质量好坏的关键。铝-镁-硅系合金没有三元化合物，只有两个二元化合物，即Mg2Si和Mg2Al3。从强化效果考虑，铝合金中硅含量应过剩一些。配料时将合金锭打碎，每块重量不大于1.5kg，在保温炉中分散加入。镁锭加入温度控制在730℃左右。注意Ti、V、Mn、Cr等微量元素的指标，总和大于0.015时注意硼化处理问题。所以，铝镁硅合金的关键技术就是一个Mg、Si微量元素加入量的配比控制问题。

在实际加工过程中，可视铸条的结晶情况以及杆材的电阻率，适当添加Cu、B、Re等微量元素，从而保证高强度铝合金杆材的加工性能和电性能等。

1.3 铝合金除气精炼

除气精炼是很重要的工艺环节，控制好可避免后续加工工序出现杂质、缩孔和开裂等现象。同时，要求保温炉配置良好的搅拌装置，本公司选配的底置式永磁搅拌器是利用特殊组合的永磁体感应器，来推动熔液做定向移动，起到搅拌作用，并使合金元素成分均匀。

采用AFDU-F固定式铸造除气装置安装于固定位置，用移动浇包的方式进行工作，通过高速旋转的石墨转子将定量的精炼气体带入熔体中。通过石墨转子与铝液的相对高速剪切，产生细小的气泡并均匀分布在铝熔体中。由于气泡中氢分压为零，铝熔体中的氢分压高，铝液中的氢渐渐向气泡中扩散。同时，铝液中的金属及非金属夹杂物被吸附在气泡表面，气泡及夹杂物上浮，从而达到去除铝液中氢及夹杂物的目的。同时，扒渣应彻底。精炼温度为740℃～750℃；精炼时间为10min～15min；静置时间为30min～40min；静置温度为730℃～750℃。

1.4 连铸连轧的控制

高强度铝合金铸条在浇铸冷却时易产生偏析，浇铸温度的控制在720±10℃范围内。本公司采用四轮式连铸机由上下浇煲，重力调流装置，结晶轮及传动装置，压紧轮装置，钢带涂油装置，引桥，涨紧装置，剔锭装置，内外侧冷却装置及钢带等组成。熔化的铝液从保温炉经流槽流入上浇煲，重力控制的浮动塞头控制流入下浇煲的铝液流量，铝液从下浇煲水平浇铸到由结晶轮和封闭钢带所形成的模腔内，结晶轮的截面为H型，四面冷却保证铸锭结晶致密且均匀。内外冷却和侧冷却可方便地从结晶轮中转出，便于冷却水调节和设备维护；所有喷嘴均为不锈钢，分别设有冷却水压力显示，钢带涨紧为气动涨紧（可调节）。结晶轮的支承轴上装有内冷却装置，通过压力为0.2MPa～0.5MPa的冷却水，冷却水通过喷嘴射到结晶轮的内表面上，内冷却共分3区间水冷块，外冷却及内外侧为3个区间，从而使铝液逐渐冷却并凝固成为铝铸锭。结晶轮上已凝固了的铸锭由剔锭器剔出，并沿引桥经前牵引送出，压紧轮装置将钢带紧压在结晶轮上，以防铝金属液体外泄，导轮装置用以调整和改变钢带的走向。钢带的张力可以通过涨紧轮装置进行调节，以保持一定的张力。为了便于铝铸锭脱模，连铸机还备有钢带涂油装置。由于整个过程都是连续进行的，因此可以得到大长度的铸锭。

轧制高强度合金铸条时要求入轧温度控制在500℃～520℃，尽可能实现恒温轧制。为了得到理想的轧制温度，需要配置倍频加热装置提高铸条温度，轧制时的乳化液温度为30℃～40℃和用量也要求自动控制，而要达到准确控制，必须选用精准耐用的热工仪表，其测试误差应在工艺技术要求范围内。高强度铝合金较普铝硬度高、强度大、轧制时的轧制力也较普铝大。恒温轧制、轧制力大是轧制高强度铝合金杆的一个显著特点。在生产过程中，应密切关注铸条飞边、裂纹等不良现象，以及入轧温度是否在工艺要求范围。

表1高强度（LHA1）铝合金杆的配方

1.5 杆材淬火处理

高强度铝合金铸锭经轧制成铝合金杆其温度必须保持在340℃以上，以满足连续淬火处理的需要。同时淬火后高强度铝合金杆的成圈温度必须降到90℃以下，以防自然时效。我们把原有收线和冷却方式改为二次曲线水包滚轮式无油引杆成圈，能够全程掌握杆材的运行轨迹、摆动形态、受力变化以及杆材的表面温度，从而确保生产低温杆，改善铝杆及成圈内外强度差异。

由于高强度铝合金杆生产过程控制较普铝或合金杆难度大，必须控制好铝液精炼、浇铸温度、入轧温度、冷却水温度和淬火温度。每炉铝水取样不少于3个，取样位置在炉子中心和炉边，进行成分分析。当成分不符合时，进行补料或冲淡处理。若Ti、V、Mn、Cr等微量元素指标总和大于0.015时应进行硼化处理。