铝合金电缆工艺流程及生产装备

铝合金电缆生产装备及工艺流程

一、连铸连轧

铝合金导体制造关键在于铝合金杆的成分均匀、质量稳定、无铸造与轧制缺陷。为了生产出优质的铝合金杆，就要求对装备及生产工艺提出了新的要求。

连铸连轧基本工艺流程：将熔化后的铝液（也可以直接采用电解铝液）经过精炼、除气、过滤，通过中间包（浇包）进入连铸机进行连续铸造，连铸坯经过预处理后进入连轧机组轧制成圆铝杆，然后在线冷却，最后进入卷取机成卷。

1、设备组成

生产线的设备组成基本都是熔化炉、保温炉、除气过滤装置，轮带式铸造机、多机架连轧机和卷取机等组成。国产设备和进口设备的主要差异在于连铸机、连轧机和卷取机的设备结构、装机水平和自动化程度以及生产工艺等。

（1）熔铝炉

熔铝炉是制备铝合金导体的头道工序，用于将铝锭熔化成铝液然后流入保温炉内，再进行合金化处理。冷铝锭从上方炉口装入炉内，燃烧器安装在炉子底部。燃烧热量从炉底的高温熔化区经过竖炉的抽力作用往上运动，冷铝锭在重力作用下往下运动时，与热流接触吸收热量，温度逐渐升高。经历预热、加热、熔化三个阶段。铝锭在炉内溶化后，流出熔铝炉，进入保温炉内，可以连续熔化铝锭，铝液温度均匀。淮胜熔炼炉的生产能力可达6t/h。

图1 熔铝炉构造示意图

（2）保温炉

保温炉的作用是将溶化后的铝液温度达到可以满足浇铸要求的温度，温度均匀化，加入中间合金进行合金化和精炼处理，最后通过扒渣清洁铝合金熔体。

淮胜保温炉的炉型是倾动式。倾动式保温炉在浇铸时可以倾斜炉子，倾倒铝液以保持炉内的液面高度恒定，稳定浇铸压力，获得良好的浇铸质量。此外可以排尽炉内铝液，减少残余铝液对后一炉的影响，保证每一炉的铝液成分符合要求。淮胜保温炉为圆形炉，圆形炉的有点在于旋转阻力最小，避免存在死角，导致铝液没有流动，导致部分合金不溶或者成分偏析；此外圆形炉也有利于扒渣过程。铝中间合金锭溶解后，需要进行除气精炼，使废金属夹杂物浮上铝液表面，然后扒出炉外以净化铝合金熔体。圆形炉形结构也便于燃烧器的安装，有利于组织合理的炉内气流流动，提高热交换效率，降低吨铝能耗。淮胜连铸连轧生产线保温炉数量为两个，容量为10t，能够确保生产的连续性。

铝合金导体生产要在铝液中添加其它中间合金，需对铝液进行搅拌熔化，使合金元素快速溶解、分布均匀温度均匀化。保温炉搅拌方式为利用外力使铝液形成涡流状旋转，从而溶解铝中间合金。淮胜生产线采用电磁搅拌的方式进行搅拌，电磁搅拌相对人工搅拌具有铝合金成分和温度均匀、避免破坏铝液表面氧化层，减少铝液吸氢和吸氧反应，减少烧损、提高劳动效率、避免污染铝液、减轻工人劳动强度等优点。

（3）连铸设备

浇铸是铝合金杆制造质量的关键因素之一。淮胜生产线的浇铸工序为人工浇铸。人工浇铸相对于自动浇铸有浇铸速度不稳定、浇铸温度不稳定、工人劳动强度大、铝液飞溅烫伤风险高、停机调节冷却水压力带来生产效率低等诸多不利因素。连铸机为五轮式，铸坯离开浇铸轮时不会发生扭转，保证进入轧机时平直。浇铸轮采用四面冷却，喷嘴流量可以调节，冷却水成扇状，铸坯冷却比较均匀。

（4）连轧设备

锭坯引出铸机后，先修理飞边和棱角，再进入连轧机。轧件无扭拧的通过各机架，为此采用平-立布置的或者45°交叉布置的二辊串列轧机和V型机架，但也常采用三角Y轧机，它通常和二轮铸机相配合。所谓的连轧就是若干个机架排列成一串，机架间距约为0.5m左右，轧件通过这一串机架，同时受到轧制，如下图所示。虽然越轧越细，越轧越长，然而因机架的速度一台快于一台，故而只要控制恰当，机架间的轧件长度不会变长。

图11 铝杆连轧示意图

连轧机分为初轧、中轧、精轧三个区域。初轧主要采用大轧制量，对铝合金轧制坯料进行大加工量压下，已达到细化晶粒目的，中轧主要对轧制坯进行形状加工以接近成品尺寸，精轧对铝合金杆线坯的外形进行加工，提高铝合金杆的温度。淮胜电缆的连轧设备自动化程度不高，手工操作环节较多。轧制乳液和淬火水流量不能自动控制，完全依靠工人经验调节，不能够精确控制铝合金杆轧制温度，性能稳定性较差。

2、生产工艺及性能控制

在铝合金杆生产工艺流程中，常见的性能指标有强度与压蠕变性能，塑性，导电率等，生产过程中需要对这些性能进行控制。

（1）强度与压蠕变性能

影响铝杆强度及压蠕变性能的因素主要有以下几个方面：（a）铝中化学元素；（b）熔化温度与保温时间；（c）连铸机的浇铸温度及速度；（d）连轧机的轧制温度、速度、压缩率；（e）铝杆成圈的形状及冷却速度。

（a）化学元素的影响：铝合金杆的制备过程中，除了要达到良好电性能外，还有一个因素就是控制强度，提高压蠕变性能。在铝中添加少量铁元素可以增加强度提高压蠕变性能。

（b）炉子温度与保温时间对强度的影响

温度的影响主要表现在两个方面，若保温炉温度过高，则易使铝液过烧，而使得铝晶粒粗大，再者容易被空气中的水分子侵入。如下图所示，炉内温度与侵入铝液中的氢气成正比关系。由于铝液中含有氢气，在铝液浇铸冷却时，氢的溶解度突然减小而析出，从而在铸锭中会出现气孔、砂眼、空心等缺陷，是的铝杆轧制后产生了缩孔、针眼、起皮等缺陷，严重者甚至断裂，从而导致铝杆的强度降低。

氢在99.99%铝液中的溶解度

（c）连铸速度、温度对强度的影响

在一定的温度下，连续浇铸的速度与铝杆强度成反比关系，即浇铸的速度越快，那么进入铸模铝液总量增加。由于冷却系统带走的热量不变，从而导致铸锭的温度上升，使得铸锭内部树状晶体发育完全，导致组织上的疏松，晶粒粗大，最终引起抗拉强度的下降。

在一定的速度和冷却水量的条件下，浇铸温度与强度成反比关系。较低的浇铸温度易产生有方向性的细小结晶组织；较高的浇铸温度容易产生树枝状结晶组织及不致密的组织。

浇铸温度与晶粒度关系图

（d）轧制对强度的影响