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1、电工铝合金相关资料第一部分 综述电工铝即用作电导体的特殊工业纯铝，说它特殊是因为其铝含量处于工业纯铝的范畴，但杂质含量却要低于一般工业纯铝，尤其是硅含量须低于0.10%，因此，电工铝就单独制定了标准并赋予专用型号-AL 99.70E和AL 99.65E。但由于我国的铝土矿含硅量高，而且铝厂生产电工铝的成本高，因此，重溶用电工铝锭的产量远远不能满足电线电缆的生产需要，于是，电缆厂不得不拓宽电工铝的原材料，而采用工业纯铝的某些牌号来加工，其中用的最多的就是引GB/T 1195-重溶用铝锭规定的“AL 99.70A“和”AL 99.70“俗称“双0铝”.虽然“双0铝”的杂质含量比专用电工铝略高，但只
2、要重溶精炼和轧制工艺控制得当，拉制铝线的性能完全可以满足GB 3955-电工圆铝线和GB/T 17048-架空绞线用硬铝线要求，常用作电工铝的工业纯铝型号及其主要化学成分。2003年我国电缆工业电工铝导体的总用量已达90万t，名列世界前茅。现在，我国电缆工业已可按国际先进标准生产各种架空导线，达到了材料全部国产化，不需进口和内外销两旺的可喜局面。在举世瞩目的三峡工程中已应用了以直流超高压(土500 kV)、长距离(1 000 km级)和大截面(ACSR 72050)为代表的技术要求高的钢芯铝绞线，以及AAcsREsT(450200和640290)特强钢芯高强度铝合金导线、光纤复合架空地线(OP
3、Gw)、铝包钢导线、耐热铝合金导线等新产品。当今，中国的电力需求十分迫切，大容量的输、配电线路，无论新建的大容量输电线路或老线路的市场需求，又开发了经改进的高导电(60队cS)、耐热150铝合金线，以满足架空输、配电线路的需要。我国高端架空导线产品，诸如高强度铝合金导线、耐热铝合金导线、钢芯铝绞钱、铝包钢导线、特种导线等，应用滞后，并不是因为这些产品的技术开发和生产能力不足，而是因为市场用量太少。而市场用量不大的原因，主要是用户太偏重于经济方面的考虑，而忽视了产品的性价比和应用的必要性。然尔，这种状况正在逐步改变。来自国家电网的有关数据显示，国家电网对特种导线的使用量明显增加。国网一批特种导线
4、招标总量2011 年与2010 年同比增加439.41%。国网二批特种导线招标总量2011 年与2010 年同比增加82.35%。地方特种导线2011 年一季度与2010 年一季度投标总量同比增加274.77%，中标量同比增加196.62%。长江三峡及西部水电站的输电线路建设会带动至少90 万吨架空导线增长，各类架空导线平均每年增长10%。有资料表明，今后23 年，架空导线和电力电缆市场将以6%8%的速度增长。在今后一个较长的时期内，钢芯铝绞线(包括铝绞线)仍然是我国高压线路所采用的主要品种，其中铝合金导线在钢芯铝绞线中比例将有所扩大。铝合金线包括铝合金绞线，钢芯铝合金线等。第二部分 稀土电工
5、铝我国稀土资源丰富，列世界第一。我们采用了丰富的混合稀土金属优化处理非电工级铝，并在铝连铸连轧生产线上生产出优质的电工圆铝杆，然后生产出“稀土铝导线”。“稀土铝导线”不是一种新的铝而是用混合稀土金属对非电工级铝进行工艺处理而制成的电工铝导线，简称“稀土铝”或“稀土铝线”或“稀土铝导体”。2.1 稀土材料在国内的发展现状稀土金属具有独特的化学活性,加入铝和铝合金熔炼过程和材料中,显示出明显的净化、细化和合金化效果而被广泛应用。我国铝稀土合金的应用开发萌芽于二十世纪六十年代,虽然比国外晚约30 年,但发展速度快,后来居上,首先将稀土金属用于66 - 1 Al - Si 活塞合金。七十年代为初创时期
6、,铝稀土在Al - Mg - Si 加强型输电线和FeCrAl 电热丝中获得应用。1980 - 1985 年为发展时期。在应用方面,广州有色院发现加入稀土可以提高铝的导电率和耐腐蚀性,在稀土电工铝和铝制品中的应用取得突破性进展。在冶炼方面,中科院长春应化所笔者领导的研究室创造性地获得了“在较低温度下(690750 ) ,电解制取铝稀土中间合金系列”,为研发稀土在铝和铝合金中的应用提供了物质条件;中国相继发明了往铝电解槽中添加稀土化合物,直接生产铝稀土合金新工艺。1984 年长春应化所主办了我国铝稀土合金生产、应用和分析学习班,30 多个单位66 名技术人员参加形成一个高潮。1988 年稀土电工
7、铝通过国家鉴定,国务院稀土办和能源部科技司联合下文推广应用19901995 年为黄金时期,我国将稀土和铝这两门不同学科更紧密地结合起来推动稀土铝的科研、生产和应用以惊人的速度全面发展,与我国自己开发的稀土农用、毛织物染色、稀土铸铁等并驾齐驱,在世界上颇具特色,处于领先地位。稀土元素的加入使得稀土铝合金成为一种性能优良、用途广泛的新型材料。目前稀土铝合金的产量已近全国铝产量的1/4。2.2 稀土材料在电工用铝合金中的作用稀土在铝和铝合金中应用相当广泛,使用它做合金添加剂和混合稀土金属相比,烧损率大大下降,不仅降低了成本,而且使稀土在合金中的含量增高. 使用稀土铝合金的材料,其性能优越,一般可使其
8、耐磨、抗蚀、机械强度及其延伸率等都有较大提高. 如加入0. 15 %0. 25 %稀土的铝导线,其导电率可提高1 %3 %,达到并超过国际电工委会的标准1 . 用稀土铝合金生产的钢芯铝绞线,耐振性显著增强,振动3 000 万次未发现有疲劳断股. 用稀土铝合金生产的金属铝箔由于稀土的作用使合金基体得到了强化,其平均比容较纯铝箔提高25 %50 %,机械强度提高14. 3 %42. 8 %,延伸率提高25 %50 %,用在10V10- 4F 电容器上,体积缩小了2 个壳号,重量减轻47 %,因此稀土铝箔是一种生产电子原器件较为理想的材料具体到电工行业，稀土的应用一般如下：1.高导电稀土铝导线(铝盘
9、条、铝绞线、钢芯铝绞线)：除气、除杂、细化组织,提高导电率和耐腐蚀性,改善物理和加工性能。2 铝母排(大电流输电)：除气、除杂、细化组织,提高导电率和耐腐蚀性,改善物理和加工性能。3高强度稀土铝合金导线(大跨越、高山、高压输电线和电车线)：改善耐震性能, 强度高, 重量轻,弧垂性能好,使用寿命长4 耐热稀土铝合金导线(变电站和大电流母线)：载流量为纯铝线的1162 倍,使用温度高(可达150 )5 铝箔(包装、装饰和电容器)铝簿板和带:除气、除杂,细化组织,提高热轧与冷轧板、带、箔变形塑性,减少断裂,提高加工成品率 锆和稀土在耐热铝合金导线中应用广泛,其中添加了锆元素的耐热铝合金导线,可以在基
10、本保持导电性的同时,大幅度提高导线的耐热性,从而使导线可以通过更大的电流;而稀土可以提高铝合金的导电性能和力学性能等.第三部分 铝圆杆在电工侣导体生产中, 铝杆的质量直接影响铝线的性能和拉线的生产率, 因此设法生产出优质的铝杆对电工铝导体生产具有决定性的作用。目前，全世界生产的铝约有14% 用作电工材料，连铸连轧生产的电工圆铝杆作为基础加工材料，经过进一步的加工，是电力行业应用最广泛导电材料，在发达国家和发展中国家均有很大的市场需求量。3.1 电工圆铝杆的技术与发展电工圆铝杆在我国的发展、研究与应用大致经过了普通纯铝电工圆铝杆、稀土电工圆铝杆、高强度铝合金杆、高纯度电工圆铝杆阶段，现向高导耐热
11、方向发展。3.1.1普通纯铝电工圆铝杆导电用铝既要求有高的导电率，又要求有足够好的力学性能。国际电工委员会规定导电纯铝的成分为: 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% 其他元素每种0.03% 其他元素总和0.10% Al 99.5% 。世界铝工业大国及有关组织在此基础上根据本国或本地区铝工业发展情况分别制定了相关的产品标准，虽各具特色，但主体元素与国际电工委员会规定的含量要求基本一致；抗拉强度介于60MPa 150MPa 之间； 在20 时电阻率维持在国际退火铜标准（IACS）62.6%
12、 60.3 % 之间，根据加工状态，一般分为5 个档次。1983 年，根据当时铝工业发展状况，我国颁布实施了国家标准GB3954电工圆铝杆，受当时生产工艺的影响，Si 含量只有控制在0.09% 以下，才能生产出符合要求的产品。根据力学性能，分为4 个档次，抗拉强度分别为60MPa 80MPa、80MPa 110MPa、95MPa 130MPa、115MPa 1470MPa；对应等效电阻率分别为（IACS）62.58%、61.90%、61.55%、61.55%，为了符合我国当时的拉制工艺要求、保证最终产品品质，对纯铝电工圆铝杆的伸长率作出要求，分别为25%、14%、12%、8%。3.1.2 稀土
13、电工圆铝杆在普通纯铝电工圆铝杆在电线电缆行业得到广泛应用之时，有些性能缺陷在特殊的生产工艺下显现出来，为了消除缺陷、获得更高品质的产品，生产厂家和科研院所从不同的角度对纯铝电工圆铝杆进行研究。20 世纪末21 世纪初，各项研究表明稀土在铝中起到除气除杂、晶粒细化的特性，能提高铝的耐腐蚀性、抗拉强度、蠕变强度，对导电率也有一定的提高作用，可显著改善加工性能。包头铝业、云南铝业、上海电缆研究所等均进行了相关研究，并实现产业化生产。2001 年，根据有色工业协会安排，包头铝业等单位负责修订1983 版国家标准GB3954电工圆铝杆时，稀土电工圆铝杆作为单独的材料分列出来，稀土元素含量要求为0.10%
14、 0.30%。本次标准修订，各项指标等效采用国际先进标准，为国际市场的开拓奠定了技术支持。3.1.3高强度铝合金杆制造电线与电缆的普通纯铝电工圆铝杆在冷作硬化状态下的抗拉强度是150MPa 170MPa，约相当导电率相同的钢强度的65%。一般情况下，强度可满足要求，但在冰动、大风等恶劣的气候下，危险较大，故只能制作小载荷或无载荷的电线和电缆。于是，研发了高强度的合金电工圆铝杆来解决这个问题。通常用的、国际上较为成熟的合金电工圆铝杆主要有6101、6201、3003、5005 等。3.1.4高纯度电工圆铝杆研究表明，高纯度的铝（铝含量在99.99%）在20的导电性能：电阻率为26.548nm；等
15、体积的电阻率为（IACS）64.94%。在低温时，铝的导电性能对纯度十分敏感，99.996% 或纯度更高的铝在1.1 1.2K 时可能成为超导体。含铝在99.5% 以上的工业纯铝挤出的95mm2、150mm2 和240mm2 截面积实芯铝电线特别软，容易铺设，经应用证实，高压地下电缆不再需要采用绞合导线，可直接使用实芯铝导线。目前，国内有些厂家已经掌握高纯铝电工圆铝杆的轧制技术，具备批量生产的能力，且工艺技术和产品质量均达到了世界先进水平，部分高纯圆铝杆牌号已纳入相关国家标准。3.1.5 高导耐热铝合金杆目前国际架空输电线路用铝合金导体材料的研究和开发，已由高强度领域转向耐热方向。电力工业突飞
16、猛进的发展趋势，迫使输电线路向高压化、大容量化、远距离化方面发展和延伸。在电压一定的前提下，提高输电电流密度，即提高导线单位面积的输电容量就显得尤为重要。在三峡水利工程及北京奥运场馆的建设中有些耐热铝合金导线已经得到应用。3.2 生产过程、处理和质量监控下图为电工用铝圆杆生产流程图：3.2.1 铝锭成分铝锭的成份对导体的性能, 特别是导电率具有决定性的作用。国外采用最低纯度为的99.81-99.66% 、含硅量在0.05%左右的超高纯、高纯、中高纯和中低纯铝生产电工用铝杆。我国电线电缆厂的进料铝锭品位比较杂, 有电工级的和非电工级的国产和进口铝锭。我国有一部份铝矿资源的含硅量比较高, 因此侣锭的含硅水平比较高, 这样都为生产符合要求的电工用铝导体在技术上增加了难度, 因此必须采取
