架空线用６２０ １铝合金的铸轧和拉制 ［美］Ｆ．Ｃ！ａｅｓ Ｈ．Ｆｏｌｌｏｎ 摘要｛连续浇铸是一个最重要的加工过程。为了在最佳温度状态下生产出高质量的铸 锭，需要有恰如其分的、并带有一个合适的冷却系统的浇铸设备。 主题词：铝合全连铸连轧拉线生产率 连铸连轧加工的高效率，只有在获得最 佳质餐的杆材时才能体现。杆材的质量不仅 影响到拉线、时效、绞合等工艺性能，而且还 因其回收废料较少而提高了浇铸和轧制加工 的效率。 因此，良好的机械设备、原材料的质量 控制以及工艺参数的精确测定等是歪关重要 的。 质量方面。电工用６２０１合金线材有好几 种不同的生产方法。但其共同点都是从连续 浇铸和热轧杆材开始的 纯净的铝在炉中熔化，直特别强调的 是，只有纯度为９０．７％的铝才可以作为电工 用材料。为了得到所需要的化学组分，熔化 的铝液要与镁，铝一硅中间合金，以及锯一铁中 间合金合金化。这些材料的纯度、化学成分 和均匀性将影响成品的电性能和机械性能． 在熔炼期间和合金亿过程中，为了在理想的 浇铸温度下获得良好的均质合金铸锭，必须 精确地控制温度。温度过热将 ｆ起过多的氧 化物和镁 饶损，反之，温度过低将导致中闻 合金不能完全熔化，并因此而引起被熔化材 料魄非均匀性。 为了改善台金的均匀性，在被熔台金液 体搅拌之后，扒掉氧化渣滓，并在浇铸之前取 若干铝合金液试样避行分析，以控制其化学 成分和均匀一致性。为了能生产出成分、性 能波动范围较小的台金，必要时可进行修 正。较小的允许范围会改善成品性能的均匀 致性。 ５２’ 为了避免杆材内部的金属杂质和氧化夹 杂，铝液必须进行过滤。６２０１型合金的夹杂， 大部分是三氧化二铝（ＡＩ￣Ｑ）和器镁氧化物。 为了能得到细粒结构的合金，在浇铸之前，要 添加品粒细化剂（ＡＩ—Ｔｉ］Ｒｚ），该添加剂能改 善合金杆材的均匀一致性及其形变能力。 连续冼铸是极为重要的加工过程。为了 能在理想的温度条件下生产出高质量韵铸 锭，浇铸设备需要具有一套合适的冷却设备。 必须在浇铸设备各点上严格控制凝固期间的 冷却速度，这样可避免产生裂纹、杂质 不均 匀性等浇铸缺陷。因此，铸机设备各点上的 冷却水的流动压力和温度均应精确地加以调 整和控制。Ｌａｍｉ￣ｒｏｆ铝业公司研铡了一种 轮式连续浇铸设备，以满足这种要求。在这 种浇铸设备中，合金液体在钢带和轮子之间 的结晶模内均匀地凝固。 在轧杆期间，铸锭被连续地压缩ｌ成为秆 材的最后外径。在连续轧制过程中，铸链的 各种缺陷（如重叠、畸形）必须加以避免。在 轧制操作期阔，应严格执行冷却制度，以期得 到理想的铝台金杆材。这可通过调节每个机 架内的轧制乳浊液而实现，从而使铸锭在预 先确定的恒定温度下轧制变形。这将使元素 镁和硅脱溶成呈理想显微结构的 ｇ。８ｉ的 析出 在改进此种技术的基础上开发了较新 的生产技术，杆材生产既具有较高效率，又 具有理想的机械性能和电性能。各种生产方 法如图１所示。在常规的生产方法中，线材 的最终性能是通过不同程度的形变加工和分 批热处理而获得，而浇铸和轧秆加 期间胸 温度对臻材的最终性能的影响ｊ；９是次要的。 在热处理期间和形变加工处理 后，就获得 了线材所需要的金属结构。这种生产方法不 仅费用昂贵，而且每捆线材在其热齄理期间， 因其捆内温度的非均匀性，会使产品性能产 生较大的分散性。 温度和时间对：Ｍｇ２Ｓｉ析出的生长和形成 速度的影响如图２所示。在传统的加工过程 中，因金属材料是在没有特殊温控条件下进 行浇铸和轧制的，所以ＭｇｚＳｉ析出不完全，而 且粗大 桎固溜热处理期间，镁，硅元素都处 干饱和固溶状态。 ∞Ｏ 圜圜圆 ￡ Ｉ溶液热处ｌ ｝理 ；『阜戈１ ．ｌ干 燥１ Ｉ垫．兰｛ ｛苎 ：兰】 ｊ垫 兰Ｊ Ｊ时 效！ ｌ时 效｝ Ｉ竺．．皇１ １ 矍． 皇 ｝ ｌ竺 皇Ｊ 捧统方式 盘代发展Ｌａｍｉｔｒｅｆ 铝业公司的 ＣＨＴＡ法 图１可取得台盘线最终性能的 不同加工方式 新开发的技术，把重点放在连续热处理 上。这种生产方法由于实现了铸机、轧机操 作的温度控制，固藉处理工序就可省掉。特别 是使用 Ｉ且ｍ｝ ｅｆ铝业公司发明的Ｃ］ｔＴＡ 技术（连续处理台金技术），还可以省去固溶 热处理和时效处理两遭工序。因为这种技术 取得了热机加工的效果。 ６２０１台金的盒厦结构 铝一镌一硅合金属 于热处理型台金。通过不同程度的变形加工 和热处理过程，可以得到摄终的机械性能和 电性能。在高温下，台金元素镁和硅处于固－ 溶状态ｌ在低温下，这些结构是极其不稳定、 的，而且镁和硅将脱溶成为Ｍｇ￣Ｓｉ衍出。 ｊ ＭｇｚＳｉ的析出改善了材质的电性髓和机： 械性能。但是为了使它具有最理想组合的电 性能和机械性能，必须使。Ｍ昏８ｉ有良好的酝。 散和完垒析出。 髓 晴 图２在轧制问和轧制后Ａ和Ｂ 两种生产方式的温度曲线 高温状态借助淬火手段使它在室温下得 保持。但是这种结构在时间上是极不稳定 的。这就意昧着，这种杆材贮存期不长，必须 在８个月内拉成线材。 在线材拉制后的低温时效处理期间，就 产生了一个细密庭好的Ｍ ｓｉ析出相，从而 获得了线材的最终性能。 在ＣＨＴＡ的加工过程中，为了保证镁、 硅元素处于固溶体状态，铸锭是连续浇铸成 形的，锭温高于５２０￣Ｃ（见图－２中的１）。铸锭 在热机轧制加工而变形 ，在最初的轧制阶 段，铝锭是在高温条件下轧制变形，以免 Ｍｇ２Ｓｉ析出（见恩中２）。接着，合垒是在低温 析出的范围下进行轧制（见图中３），由于低 温变形，形成了一个非常细密的亚晶结构。亚 晶结构被首先在亚晶界处形成的Ｍｇ２Ｓｉ析 出晶粒所钉住，从而形成金属的稳定结构 杆材魁在鼎粒析出的温度范围下离开轧机的 （见隔中４） 在轧杆之后，廊圈杆材自身所 具有的热量可以使析出过程得以完成。可借 助在轧机中使用不同的冷却参数，可获得具 有不同的机械性能和电性能的合金杆材。按 照雨同韵国际标准，可使扦材质量得到导电 ５３． 率和强度最佳的组台。Ｏ直ＴＡ杆材的盎属 结构是稳定的，也就是说，在贮存期间其性能 不会发生变化。 拉鳗 仅节省了ｌ焊接时间，而且减坐了由于机械救 障而使拉线机产生断线的现象。后一种 情 况，对：Ｈ 级铝材来说，并不那么重要，但对 拉制合金杆材来说，则是相当麻烦。 韬一镁一硅台金的拉线效率取决于各种因 素的综合作用。其中有些因索与设备的类型 有＇戈，诸如换盘时的下盘时间、装盘重量、线 材的焊接时间等等，另一些因素不仅与杆材 的质量有关，而且与拉丝置操作素质有关。 根据线材的最终截面，我们就可以确定 拉线实踺：铝和铝台金的拉线技术，长 期以来被看作是拉锕技术的扩展，只不过使 用了不同的拉线润滑液而已。到目前为止， 专门的铝或铝合金拉制技术尚未研究。目前 拉制 Ｏ级铝材还是按照拉铜的技术标准进 行，而对６２０１那样复杂的台叠，其拉制技术 放线系统、模具设计、各道次的压缩最和润滑 剂的使用等。这些因素中的三分之一是与设 备的操作者有＿荧，他们对发挥设备最ｌ尢稗Ｊ用 率负有最终责任。 放线系统：最常用的包装成捆的铝合金 杆材的放线都有一个体积重量比问题，其比 率不能太高，否则影响运输。 有好几种设各都适用于放线，诸如静态 放线装眉。在松捆或旋转放线期阔，杆捆必 须保持其水平轴心上或竖直轴心上韵稳定状 态。稳定的放线装置允许在拉制过程中与下 捆杆材进行焊接。但应当考虑不利的田 素；即☆金杆材硬度大、放线故障不可避免地 会发生，这将弓ｌ起严重的拉线问题 如果设 计得当的话，旋转的放线装置可避免过多的 机械故障，但不允许在拉线过程中与下一捆 杆材进行焊接。全部焊接操作过程为２０ｍｌｎ， 当然，焊接时间会影响拉制效率。 针对上述各种原因，已在开发研究具有 如ｌ下特性的放线装置，（１）松捆期间杆材故 障可降低到最小限度ｊ（２）在拉制过程中，可 进行杆材焊接，（３）在不停机的情况下实现 连续松捆。 因此，在以上研究的基础上，又设计了飞 杆式双盘放线装置，其特点是杆材从外部放 线。为了放出每捆杆材的内部圈线，已着手 开发研究接合器。 这些研究工作取得了显著的经济效益， 因为它缩短了拉线设备的停机时坷，所以不 ５４’ 应当认真考虑。 ： 压缩量ｔ考虑到模具的磨损情况，应根 据各道次上的允许滑动量，对滑动式拉线机 的压缩比进行了计算。一般来说，模具在正 常使用的条件下应保证运行良好，同时也虚 是理想的模具。 ． 铝一镁一硅合金的正常压缩量在２５～４５％ 范围内，高的延伸率（较大的压缩量）将会导 致较高的拉伸应力，而且还会引起较高的摩 擦应力，这将在模具的工作区Ｃ或称压缩区） 产生过分的温升，从而使被拉的线材表面上 的润滑薄膜产生破裂，导致金属与金属之问 产生接触摩擦。 、 ． 在拉线过程中，铝台金延伸率应推荐在 ２５，－￣３３％之间，最佳数据是在推荐区的下限。 虽然这样会ｇＩ起更多的压缩＜拉制）遭次，但 这将使拉线加工的总效率得到改善 滑动必须减到最小限度，从而使被拉线 材能正确地进入模具内部。在通常情况下， 除了每一拉匍道次上的＇机械伸长 外，生产 实际只允许有约ｌ％的延伸率。 ‘ 工横具ｔ铝一镁一硅 叠线是使用标准的 碳化钨模拉制丽成的。模具的工作角度为１８ ２０。。当前铝台金拉制技术和模具新材料 （如人造钻石）的出现，已为铝合金的拉制开 辟了新的途径。 １拉制铝一镁一硅合金线材的主要问题有以 下§个方面ｔ（１）不正确的进线；（２）使用不精 确或抛光很租糙的模具ｊ ｆ３）润滑剂量 足 由材质硬度和袭面质量（氧化膜和机械 损伤）所引起的各种不利因哥§会导致产生突 然的“模具负载”，铝屑颗粒开始粘附在模孔 的内袭上，并在出线的表面留下一个纵向的 锯齿伤痕 虽然这些伤痕在下次拉制时，经 过几个道次的拉制之后，可以消失，但它们仍 然会产生拉痕缺陷，尤其在拉制ＯＥＩＴＡ高 强度合金时，就会发生断线 为消除上述弊端，主要对以下两个方面 进行研究： （１）利用头道模具改善进杆表面质量。 这可通过在拉线机上第一道次上使用一个滚 动模（滚压模）来实现 因为这种模具可产生 不同程度的形变加工，因而县有如下两个优 点ｚ①它可将在吊装和运输过程中被机械掼 伤的杆材表面弄平；◎杆材经过此道次加工， 产生了一个新的表面，该表面有利于获得拉 线润滑剂。实际上，在滚轧操作过程中，润滑 剂是被强迫加在杆材表面的。这虽然不是滚 压模使用的主要目的，但它能够拉制严重氧 化的杆材和表面凝结有水滴的杆材。 （２）在改进模具润滑区的同时，还能改 善模具的材料。人造钻石拉线模的使用，大 大地减少了模具负载的危险性 此外，它还 能高速拉制铝合金。为了评价碳化钨模和 人造钻石模的拉丝特性，在生产崮溶热处 理６２０１台金时，对其拉制作了一个对比分析 试验。 在首次试验中，拉制杆材所用韵模具是 标准的碳化钨模，模具的工作区角度为１８ａ。 模具上的延伸率ｔ第一个道次的压缩量为 ４１晒，其他道次的压缩量为８２啊 从 ９．５ ｍｍ拉到 ３．５ｍｍ。应特别注意，要保证润 滑剂能很好地进入到棋子的压缩区（工作 区），而且能保证提供一个很好的轴向进线。 存第二次试验过程中，用人造钻石模代 替碾化钨模，同时在第一个拉线道次上使用 了滚压模。为丁作出正确的对比分析，在同 拉线设备上采用了相同的压缩比。 使用碳化钨模时，其断线率每吨绂材有 ０．１６个断头 而使用人造钻石模和滚压模，其 斯线率每吨线材只有０．０１７介断头。 此外，在设备运转期间的太多数情况下， 碳化钨模都会产生模具负载现象。比如，在生 产约２ｏ吨成品线材后，模孔就会变形。 从经济角度考虑，使用全套人造钻石模 可能投资要大一些，但如果对两种模具的投 资、维修费用进行比较，如拉同一直径的线， 人造钻石模的寿命则可拉３０００吨左右，而且 断线少，速度高，故效率提高，其经济效益是 可观的。 表１ ６２０１台佥的可室生产囊甩（单位：％） 项 目 ０捧统加工 半连续加工 ＣＨＴＡ加工 焙铸殛轧制 ３７ ３ ．４ 固溶热处理 ０９．５ 一 — 包装运输 ０．Ｔ Ｏ．７ ０ ７ 拉 线 ２５．１ ２５．１ ２５．１ 时 艘 Ｔ．Ｔ ７．ｆ 一 总成本 １００ ７Ｏ．５ ６３．２ 冰 匪 瓤 ｛Ｌ 匡 ４图３生产赞用的比较 １一熔、铸、轧费用；２一固络热处理费用；３一包转 运输费用；‘＿拉缦费用； 时效费用 ｅ２０１合金豹生产加工效率 ６２们合金的生产理用：用于架空导线的 铝一镁一硅系台金线，主要是在连铸连轧机组 上进行生产的 上述各种不同的生产方式都 是可行的（图１）。 这三种不同的生产方式，其生产费用的 对比如表１和图３所示。 由于三种不同加工方式的固定费用保持 相等，那么，只能考虑其可变费用的差别。各 项可变费用均以传统加工方式的总的生产费 用的百分数来表述，加起来的总和为１００％， 而绞台费用每一种方式都是相等的。 袭１介绍的半连续加工方式由于去掉了 成圈杆材的分批溶液处理过程，所以其效率 此传统加工方式更高，总的加工费用可减少 到７０．５％ 但是，最具有吸引力和最高效率的生产 方式，还是ａＨＴＡ加工方式。它加工一吨合 垒线材所需要的总的可变费用（加工费用）倪 为传统加工方式所需赞用的６３．２嘶。 三种加工方法的主要差异，可通过热机 轧制就得到明确解释。热机轧制加工是在没 有同溶热处理和段有拉线以后的时效处理的 条件下生产杆材的。ＯＨＴＡ加工技术、传统 加１ 技术和半连续加工技术，三者在浇铸和 轧制费用上存在的微小差别，主要取决于所 需温度的控制及其配套设备。 废料回收费用：ＯＨＴＡ技术的优点还考 虑到废料回收的效益。表２为传统加工方法 和ＯＨＴＡ加工方法所生产的６２０１合金线材 襄２不符台技术条件产品的百分比率 生 加Ｉ械 （ｒａｍ） 电性能 抗拉强 ２．２５ ８８９ ０．４７ ３．７ｌ ２．８０ ４３８ ２ ２７ ｏ．０９ 婷统方法 ａ．０５ ５７０ １２．６５ ７．４３ ３．６Ｏ ５１２２ ９．１２ １２．８５ ２．２５ ０．００ ０．００ ２．８０ ２５６ １．５６ ０．００ ３．０５ ２ｌ９ ２．２Ｏ ．８０ ａ ６０ ｎ８０ ａ．３０ Ｏ ０８ ．５６‘． 的性能统计结果。 显然，０ＨＴＡ加工过程所产生的废品率 是非常低的 原因是用ＯＨＴＡ生产的杆材， 其性能均匀，而且从不同的强度和导电率之 比就足以说明。 每一批量中间，由于加热炉内有微小的 温度变化，每一捆线材的各部位的温度也存 在着差异，以及由此差异而引起的热处理周 期的非一致性等，这些都会造成线材性能的 热处理效果的非一致性。ａＨＴＡ杆材热（轧） 机的连续生产工艺可使这种非均匀性降低到 最小程度。 用ＣＨＴＡ技术生产的ＡＡＡＣ（全铝台金 绞线）输电线路的经济效益：０ＨＴＡ加工方 法不仅是生产６２０１台金导线的最有效的方 法，而且还能使线材的强度和导电率有最佳 的结台。其强度和电性能如图４所示ａ ＾∞ｏ Ｈ 一疆脚砷 强宦（ＭＰａ） 图４ ＣＨＴＡ线材和传统方法生产的台盎线材 强度与导电率的对比 在同一抗拉强度的水平上，ＯＨＴＡ线材 的导电率比之传统加工方法生产的线材的导 电率至少要高出５啊。架空导线导电性能的 提高，可给电力部门大量节约电能，因为在输 电线路运行期间，将减少大量的电压损失。 （张棒涛和朱梦生译自（Ｗｉｒｅ Ｊ（￣ａｒｎａＩ｝， Ｉ ９８３。Ｎｏ．Ｉ２周嘉佑校）