高强度间隙型超耐热铝合金导线及超耐热铝合金的制造工艺

摘要

高强度间隙型超耐热铝合金导线，涉及一种输变电器材。包括高强度钢丝绞合而成的钢芯和绞合包覆在钢芯外围的超耐热铝合金单线，所述的钢芯表面由弓形线缠绕包覆，铝合金单线则绞合包覆在弓形线的外表面；钢芯与弓形线之间具有间隙，间隙中填充有防腐耐热油膏。本发明的有益效果是：增大传输容量，强度保持率90％以上，使用寿命明显延长，采用特种高强度镀锌钢丝，强度高；该导线的内层导体采用弓型结构，能够有效地容纳防腐耐热油膏，对于减小弧垂具有明显作用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种输变电器材，具体是架空输变电线路上使用的高强度导线。

背景技术

现有的架空输变电线路上使用的导线均为普通镀锌钢丝和普通铝合金单线绞合而成；这种普通钢芯铝导线的传输容量小，长期工作温度只有70℃，线膨胀系数大，弧垂大。随着建设事业的不断发展以及用电需求的日益增长，如何解决电力输送瓶颈，为建设事业提供充沛的电力资源，已经成为当前迫切需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是克服背景技术的不足，提供一种输变电导线的改进，该导线应具有大载流量、高耐热温度、高拉断力的特点，并且运行时弧垂小，使用寿命长。

本发明的另一个目的是提供一种超耐热铝合金的制造工艺，该工艺生产的铝合金应具有较高的耐热性能，并能配套用于超耐热铝合金导线上。

本发明采用的技术方案是：

高强度间隙型超耐热铝合金导线，包括高强度钢丝绞合而成的钢芯和绞合包覆在钢芯外围的超耐热铝合金单线，所述的钢芯表面由弓形线缠绕包覆，铝合金单线则绞合包覆在弓形线的外表面；钢芯与弓形线之间具有间隙，间隙中填充有防腐耐热油膏。

所述的弓形线是超耐热铝合金线。

所述的防腐耐热油膏形成的油膏层厚度为0.3～1.2mm。

所述的高强度间隙型超耐热铝合金导线的制造工艺，按以下步骤进行：

A、制超耐热铝合金单线：

1)在熔炉中使铝充分溶化；

2)加入以下成分及其重量份的元素：

Zr 0.15～0.29％

Fe 0.10～0.20％

Si 0.05～0.15％

B  0.05～0.10％

还包括微量C、Mn、Cr、V、Ti、Cu；

3)经过精炼、除气工序后，轧制成铝杆；

4)铝杆经过(350～420)℃、(80～120)h时效处理，拉制成超耐热铝合金单线。

B、高强度钢丝绞制成钢芯；

C、绞制超耐热铝合金导线：

在框式绞线机上进行以下操作：先在钢芯上涂上一层防腐耐热油膏，接着先在钢芯外圆周面将轧制成的若干个弓形线拼接成一个圆环形截面的包覆层，包覆层与钢芯之间保留适当的间隙，以容纳所述的防腐耐热油膏；然后在包覆层的外圆周面绕制一层以上的超耐热铝合金单线。

所述的防腐耐热油膏的厚度为0.3-1.2mm。

本发明的有益效果是：

1)由于本发明所获得的超耐热铝合金的耐热性能得到了显著提高，制成导线之后其长期工作温度达210℃以上，传输容量增大1倍，强度保持率90％以上(而普通钢芯铝导线的导体长期工作温度70℃，传输容量仅为该导线的一半)，使用寿命也明显延长。

2)该导线的承载钢芯采用特种高强度镀锌钢丝，强度180kgf/mm²以上，导线运行时由钢芯承受全部载荷(而普通钢芯铝导线的钢芯强度120kgf/mm²，导线运行时钢芯和导体部分共同承受载荷)。

3)该导线的内层导体采用弓型结构，确保导体和钢芯之间存在间隙(而普通钢芯铝导线的内层导体采用圆型结构)，因而能够有效地容纳防腐耐热油膏，对于减小弧垂具有明显作用。

4)超耐热铝合金导体与钢芯间存在间隙，间隙中填充防腐耐热油膏；钢芯单独承担导线拉力，在紧线温度以上运行时，导线的综合线膨胀系数就是高强度钢丝的线膨胀系数，导线运行时弧垂小(普通钢芯铝导线的导体与钢芯间没有间隙，导线的综合线膨胀系数由钢芯和导体线膨胀系数共同决定，综合线膨胀系数大，所以弧垂大)。

附图说明

图1是本发明的横截面结构示意图。

图2是本发明中的弓形线的截面结构示意图。

图3是整根导线的绞制生产过程示意图。

具体实施方式

如图1所示，高强度间隙型超耐热铝合金导线，包括高强度钢丝绞合而成的钢芯1和绞合包覆在钢芯外围的超耐热铝合金单线4，所述的钢芯表面由弓形线3缠绕包覆，铝合金单线则绞合包覆在弓形线的表面；钢芯与弓形线之间具有间隙2，间隙中填充有防腐耐热油膏。

所述的弓形线是超耐热铝合金线。

所述的防腐耐热油膏的厚度为0.3～1.2mm。

所述的超耐热铝合金是在铝液保温过程中加入铝锆合金、铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金，通过金属元素光谱分析仪调整各元素达到配方要求，通过保温净化、连铸连轧、时效处理后，根据使用要求拉制成所需尺寸的超耐热铝合金单线。这种合金能提高铝的再结晶温度、蠕变强度及耐热性能，在不降低抗拉强度和电导率的情况下，提高导线载流量。

主要制造方法：选择满足GB 12768-1991《重熔用电工铝锭》标准要求的铝锭，使其在熔炉中充分溶化，在保温炉中加入由0.15～0.29％(重量比)的锆(Zr)、0.10～0.20％(重量比)的铁(Fe)、0.05～0.15％(重量比)的硅(Si)、0.05～0.10％(重量比)的硼(B)以及微量碳(C)、锰(Mn)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、铜(Cu)；等元素，使其成份配比满足配方要求，经过精炼、除气等过程后，轧制成铝杆。铝杆在(350～420)℃×(80～120)h条件下进行时效处理，使电导率在60.5％IACS以上，强度保持率90％以上。将铝杆拉按普通铝杆拉制方法拉制成所需规格尺寸的超耐热铝合金单线。

高强度钢丝检验合格后绞合成钢芯；接着在现有的框式绞线机上进行绞制以下步骤的操作(见图3)：钢芯1表面由涂油膏装置5涂上防腐耐热油膏(油膏可外购)，油膏层7厚度为0.3～1.2mm；然后再进行超耐热铝合金的绞制；最内层采用若干根超耐热铝合金弓型线(其截面如图1、图2所示，类似扇面形；在框式绞线机上用轧辊8将超耐热铝合金圆线轧制成弓型线)拼接成圆环状包覆层6，将钢芯及油膏层包覆在内(弓型线与钢芯保持一定间隙2，以填充防腐耐热油膏)；弓型线的外层再绞制超耐热铝合金圆单线4，形成一层以上圆单线的导线层9；在绞制过程中，装有若干轧辊8(轧辊数量与弓形线相同，根据需要确定，图2中显示有8根弓形线)的圆盘固定不转动，装有若干铝合金圆单线(数量也根据需要确定)的线盘11也不转动，而导线的前端一边受到拉力前进(方向P)，同时，导线后端(即盛装导线的线盘，固定在框式绞线机内)围绕着导线前进的方向转动，弓型线就螺旋状形包覆在钢丝表面，而铝合金圆单线也螺旋状形包覆在弓型线的表面。制造设备直接采用现有设备，生产过程图如图3所示。

实施例1：

由0.27％(重量)的锆、0.18％(重量)的铁、0.11％的硅以及微量锰、铬、钒、钛、铜等元素，其余为铝制成铝杆，经过400℃、95h的时效处理，拉制成超耐热铝合金圆线，其电导率为60.5％IACS，抗拉强度177Kgf/mm²，延伸率2.3％，耐热性95％。

实施例2：

由0.15％(重量)的锆、0.10％(重量)的铁、0.05％的硅以及微量锰、铬、钛、铜等元素，其余为铝制成铝杆，经过400℃、95h的时效处理，拉制成超耐热铝合金圆线，其电导率为60.8％IACS，抗拉强度171Kgf/mm²，延伸率2.5％，耐热性92％。

用该超耐热铝合金圆线和强度为181kgf/mm²的高强度镀锌钢丝制造400/65mm²的高强度间隙型超耐热铝合金导线(GZTACSR)，与传统普通的400/65mm²的钢芯铝导线(ACSR)技术性能参数对比如表1所示。

注1)：弧垂计算条件：敷设档距300m、紧线温度为15℃；

由上表可以看出：相同规格的高强度间隙型超耐热铝合金导线和普通钢芯铝导线对比，具有高拉断力、低弧垂、高载流量的特点。