许莉莉 刘冠
广东远光电缆实业有限公司 广东清远 511520
摘要：近年来，随着我国国民经济的高速发展，用电量急剧上升，发展新型节能高导电率架空输电导线成为趋势。本文主要介绍了高导电率架空输电导线从原材料到成品的制造开发过程的工艺设计及控制，并重点对高导电率铝杆配方研究及拉丝、绞线试制过程中遇到的问题及采取的控制措施进行了探讨。
关键词：高导电率；导线；过程控制
0 引言
近年来，随着我国社会进步，国民经济的高速发展，用电量急剧上升，如何在不改变原有的基础设施或者有限空间内增加电量，这不仅对电力行业提出了新的挑战，同时也促进了电线电缆行业新工艺技术的发展。随着国家推进智能电网建设的步伐加快，发展高导电率架空输电导线成为趋势。高导电率架空输电导线相比普通的导线可进一步降低架空输电线路的电能损耗，提升线路的传输效率，节约能源，降低线路建设费用，符合国家节能降耗发展战略及绿色环保，具有良好的经济和社会效益。
GB/T1179-2017标准对铝单线的电阻率分为4个等级，分别是L、L1、L2、L3，导电率分别为61%IACS、61.5%IACS、62%IACS、62.5%IACS。目前绝大多数的厂家的导线产品还普遍采用61%IACS的铝单丝，这可能与目前电网采购需求有关。2019年来电网主网导线物质招标提出对高导电的铝包钢芯铝绞线产品（JL3/LB20A）的需求，这也意味着电网也逐步向更高导电率节能的架空输电导线方向发展。行业内目前能稳定从铝杆到成品自主生产铝单线导电率62.5%IACS的导线厂家还相对较少。本文总结了高导电率铝杆设计开发、拉丝及绞线过程的一些关键工艺，并分享试制过程中遇到的问题及采取的控制措施。
1 高导电率铝杆的设计开发
1.1高导电率铝杆主要技术指标
根据公司实际情况及经验分析，将高导电率铝杆的主要性能指标设定如下表1所示。
表1 高导电率铝杆的力学性能和电性能要求
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2 高导电率铝杆配方设计及试制过程注意事项
2.1高导电率铝杆配方设计过程注意
高导电率铝杆制作首先要确定铝杆的配方。在铝锭熔炼的过程中，添加不同的金属元素相互之间会产生物理化学作用，从而改变材料的组织结构和相组成。[1]为了获得高导电率的铝杆，首先在原材料上要选择纯度较高的铝锭，减少杂质含量，本次试制采用铝锭的牌号为AL99.85。
不同金属元素对铝杆性能有不同影响，根据相关文献资料，加入一定量的稀土可以细化晶粒；另，杂质中Cr、Mn、V、Ti对电阻率有严重的影响，当他们的含量超过0.01%wt时,应采用硼化处理，以降低电阻。如果其含量过高时硼化处理也无济于事[2]。在稀土、硼合金高导电率铝杆制作中，混合稀土元素质量分数（RE）%：0.05～0.2，硼（B）%：0.01～0.045，铝杆电阻率、机械性能有很好的改善[3]。我们首次设计试制中采用一定量的稀土元素、硼元素；稀土成分、硼的含量分别为（0.11、0.15、0.2）wt%、（0.025、0.04、0.045）wt%，铁、硅含量为：0.078%wt、0.0298%wt。试制结果：电阻率、抗拉强度如下表2所示。
表2 高导电率铝杆检验记录
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从数据上看，除了伸长率不够外，电阻率、抗拉强度能满足要求。放置24h后，进行了拉丝。拉丝规格为Φ3.99，铝单丝抗拉强度仅有140-152MPa。电阻率为0.027534.mm2/m左右。后面试制拉了小规格直径Φ2.85的产品，强度均偏低。根据经验及成分含量分析，可能Fe元素的含量较低，补强效果不佳。后面进行了第二次试制，提高了Fe-Si元素的行含量，稀土元素采含量为0.15%wt和不采用稀土。试制结果；铝杆能满足要求。拉丝Φ3.99，平均抗拉强度168MPa，但是电阻率过大，有6根单丝超出了范围值，为0.027600.mm2/m以上。总结之后，重新调整了方向，根据之前试制的情况并结合其他厂家的铝杆成分以及对现有的设备进行分析，对配方进行了修正。Fe元素含量为0.10%wt，Si元素含量为0.04%wt，B元素为0.03%wt。分别试制3组，第一组直径为Φ9.5mm铝杆；第二组Φ12mm铝杆；第三组为Φ9.5mm铝杆，并加入一定量的稀土0.01%wt。同时调整了轧制冷却水的速度，降低冷却速度，提升伸长率。按上述的主要元素的成分配比试制了3炉，精炼后成分分析，与目标偏差不大。铝杆检测结果电阻率和伸长率、抗拉强度均能符合要求，伸长率为（10-12）%。、抗拉强度118-120MPa,电阻率小于0.27367.mm2/m。后面用铝杆拉制了Φ2.85mm、Φ3.99mm、Φ4.20mm铝单丝均能满足要求，但是拉制Φ4.53的强度偏低，只有（156-160）MPa。根据增加了金属材料形变，抗拉强度增大。我们采用Φ12mm的铝杆，配模道次改为10道，拉制Φ4.53mm的单丝，检测结果电阻率和强度均能满足要求，平均抗拉强度为167MPa，电阻为0.027338.mm2/m-0.027500.mm2/m范围内，满足要求。另外，我们对比了加入稀土的铝杆和不加稀土的铝杆，从试验上看未有明显的区别。
2.2拉丝时注意事项
对于铝杆能满足，拉出来的线为什么不合格，我们也进行了分析，一方面，可能是铝杆本身的问题，另一方面拉力工艺对其性能也会产生一定的影响。铝杆放置时间、配模、拉丝的速度、拉丝油的温度都对拉丝结果一定的影响，经过试验，拉丝速度为12m/s时,拉丝油温度50℃左右，铝单线表面光滑，电阻率稳定。另外，拉丝时要盘具要丁字摆放，上下盘时注意防止刮伤。本次试制是用型机拉丝，采用13模大拉机会有(2-3)MPa的偏差。此次试制我们还发现，小规格的产品较容易合格，Φ3.99mm及以上的单丝抗拉强度不容易满足，调整铝杆配方时，控制抗拉强度和电阻率达到一个平衡点至关重要。在抗拉强度偏低了，采用了增加铝杆截面，增加配模道次来增加金属的形变，从而使强度能满足要求。
2.3 绞线注意事项
铝单丝合格后，我们放置了24小时后进行绞线，（后面验证，放5个小时也能满足），铝单线绞线时注意绞线的速度、张力、过线模的选择、以及分线盘到并线模之间的角度和距离都非常的重要。绞线过程中要注意减少铝单丝的形变和摩擦。试制过程中我们遇到了，头端、尾端合格、中间出现不合格，不合格主要为外层铝单丝电阻率不合格，内层单丝电阻率合格。为此，采取了以下的措施：1、控制了绞线的速度，设定为15m/min；牵引轮采用毛毯垫好，减少铝单线与牵引轮的摩擦；收线的每一层采用牛皮纸垫层，减少线与线的摩擦；安装了应力消除装置；同时将并线模口与分线盘的距离放大，并调整好角度，并适当在入口处用软线扎紧两圈。入下图示1、2。
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图1 调整前 图2 调整后
通过上述措施的实施，我们试制了JL3/LB20A-630/45，铝单丝线径为4.20mm、JL3/LB20A-300/40铝单丝线径为3.99mm、JL3/LB20A-720/50铝单丝线径为4.53mm等产品，，成品检验均合格。
后续我们按照上述的配方和工艺继续试制了一批高导电率架空输电导线，均能符合标准要求。
2 结语
高导电率铝杆试制时要选用纯度高的铝锭，配方的设计要控制好Fe、Si、B元素的含量和Fe-Si的比例，达到电阻率与抗拉强度都能满足的平衡点，炉前分析要准确，多测试两次；高导电率铝杆检测合格，不代表拉丝也能满足，高导电率铝杆的强度控制在120MPa以下，并且伸长率为10%为佳。拉丝、绞线过程中要注意速度、张力等因素对电阻率的影响，要稳定控制。以上是试制高导电率架空输电导线工艺设计及控制过程中遇到的问题及解决的方法，望能给有需要的同行一点启示。
参考文献
[1]?电工用铝及铝合金线杆制造技术[M] 上海电缆所 信息会展中心 张伟民 蒋强
[2]?杨钢、何正夫、张红耀等. 含稀土、硼的高导电率电工圆铝杆试验研究[J].轻合金加工技术，2005，（3）：38-40.
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