稀土及硼化处理对电工圆铝杆电阻率的影响

摘 要: 电工圆铝杆生产存在一些质量不稳 定因素, 其中电阻率超标危害最 大。从生产实 际出发, 可确定造 成
电阻率较高的主要影响因素是原铝中的微量元素钒、钛、锰、铬较 高。除可降 低电阻 率外, 稀土对 电工圆 铝杆的 质
量影响不大。针对这种现状, 通过理论分析和相关调查, 决定采用铝液硼化处理的 新工艺有效 除杂, 降低铝杆电 阻
2441 [ 2] 王祝堂, 田荣璋 1 铝合金及其加工手册( 第三 版) [ M ]1
长沙: 中南工业大学出版社, 200514731 [ 3] 李传红, 刘 桂敬 1 变质 处理对 ZAS35 合 金力学 性能 的
影响[ J]1 轻合金加 工技术, 2003, 31( 7) : 6-71
Effects of RE and Boron- doping Treatment on the Resistivity of Electrical Al Rod
第 29 卷 第 6 期 2008 年 12 月
稀土 Chinese Rare Earths
Vol129, No16 December 2008
稀土及硼化处理对电工圆铝杆电阻率的影响¹
王晓丽1, 2, 焦国利3, 苏晓云2, 宋 波1
( 11 北京科技大学 冶金与生态工程学院, 北京 100083; 21 包头钢铁职业技术学院, 内蒙古 包头 014010; 31 包头钢铁( 集团) 公司 机制公司, 内蒙古 包头 014010)
1 实验方法
Q= W @ ( B- A) / ( C- A) Q 为所加中间合金的重量( kg ) ; A 为要求达到 的杂质含量百分比; B 为铝液本身杂质含量百分比; C 为配料铝杂质含量百分比; W 为铝液重量( kg) 。 将计算好的稀土铝锭或铝铁合金锭加入混合炉 内的铝液中并保证熔化。当各种物料入炉全部熔化 后, 开始进行精炼, 精炼温度控制在 730 e ~ 760 e 。 氟硼酸钾按吨铝 018kg 以下添加, 氟硼酸钾和精炼 剂一起加入精炼罐并一起吹入铝液中。 112 电工圆铝杆电阻率的测试 电工圆铝杆电阻率的测 试方法按 GB/ T304812 - 1983。 选 用 了 0101 级、010018 的 标 准 电 阻 及 10008 的比例电阻, 并固定了试样的有效测量长度 L0= 11000m; 采用 0105 级 QJ32 型 直流双臂电桥及 配套的 AC15/ 4 型直流复射式检流计进行试样电阻 Rx 的测定( 即四触点电阻测定法) [ 1] 。
表 1 电工圆铝杆不加稀土与加稀土性能对比 Table 1 Property comparison of electrical Al rod
before and after RE doping
序
项目
号
Al
化学成分/ %
Fe
Si
机械性能 抗拉强 延伸 电阻率/ RE 度/ MPa 率/ % n8 #m
炉号
硼化前 硼化后 硼化前 硼化后 N/ mm2 n8 #m
D1
52
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D2
61
37
D3
67
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D4
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D5
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D6
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B3
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30
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28
率。实践证明, 铝液经硼化处理生产出的铝杆, 电阻率明 显降低, 优化 了铝杆 的导电 性能, 为铝杆 的质量 提高打 下
了坚实的基础。
关键词: 电阻率; 硼化处理; 杂质; 稀土; 精炼
中图分类号: TG146
文献标识码: A
文章编号: 1004-0277( 2008) 06- 0100-03
电工圆铝杆是最重要的电线电缆原材料之一, 其导电性的好坏将直接影响电线电缆的机电性能指 标。目前生产的电工圆铝杆电阻率较高, 影响了产 品成品率, 也难以满足国际市场的需求, 虽然通过对 电工圆铝杆的生产工艺、设备设施、检测和质量控制 等方面的改进, 铝杆质量得到了有效的改善, 但电阻 率控制方面仍没有 很好的措施。我们通过研 究试 验, 从生产实际出发, 仔细分析了影响电阻率的各种 因素, 最终确定造成目前电阻率较高的因素, 就是原 铝中微量元素钒、钛、锰、铬含量较高。添加稀土会 降低电阻率, 是有益的, 但是稀土对电工圆铝杆的电 阻率影响不是很大。通过理论分析和相关调查, 决 定采用铝液硼化处理工艺降低原铝中微量元素钒、 钛、锰、铬含量, 提高铝杆的导电性能, 通过实践总结 出科学合理的铝液硼化处理的工艺参数, 为提高铝 杆的导电性能提供有力保证。
1 02
稀土
第 29 卷
根据大量的分析报告显示, 吨铝加入 1kg 硼化 剂, 铝液静置后 1h 取样分析为最佳。经硼化处理后 的铝液微量元素明显降低, 其中钒和钛降低幅度较 大, 其他元素变化不大, 电工圆铝杆电阻率也得到明 显降低, 同时铝液硼化处理还可以促使晶粒细化, 优 化铸坯结晶组织, 因为氟硼酸钾通过与铝液的物理 和化学反应[ 3] , 生成大量的活性弥散异质晶核, 使 A 相得以细化, 铸坯晶粒度减小, 相应提高了电工圆铝 杆的机械性能, 目前此项工作正在分析和研究当中。 表 2 列出了铝液硼化处理前后钒和钛的变化情况及 电工圆铝杆性能的对比。
表 2 数据 均为每一 炉的平均 值, 其 中 D1~ D8 是经过硼化处理的铝液, 而 B1~ B8 是未经硼化处 理的铝液, 是在与 D1~ D8 使用同种铝液、生产同等 电工圆铝杆抗拉强度条件下得出的数据。
3 结论
通过对影响电阻率的因素进行研究, 确定影响 电阻率的主要因素是原铝液中 的微量元素含 量高 ( 尤其是钒、钛含量) 。采用铝液硼化处理新工艺后, 电工圆铝杆电阻率得到有效降低, 提高了其导电性 能, 进一步提高了产品成品率, 为正常生产打下良好 的基础, 对电力系统和电器设备方面节约大量的电 能具有重要意义。
稀
6 土 99179 0111 0107 -
114
12 27181
7
99175 0114 0107 - 115 11 27183
8
99178 0111 0108 - 115 12 27183
9
99170 0114 0108 - 115 13 28100
平均值 99177 0112 0107 - 11315 121 89 27181
物后, 它们与硼形成不可溶的化合物存在于铝中, 从 而消除其固溶危害, 起到细化晶粒的作用, 具体反应 如下:
6KBF4 + 3K2T iF6 + 10Al
3TiB2 + 10AlF3 +
12KF
反应生成的 AlF3, TiB2 成为非自发 晶核或阻碍 已有晶粒的长大, 起到细化晶粒的作用[ 2] 。 214 硼化处理后铝液及电工圆铝杆的性能
表 2 硼化处理前后钒、钛的变化及 电工圆铝杆性能对比
Table 2 V, Ti variations before and after B doping in Al electrical rod and the comparison of its properti es
V 含量/ 10- 6
Ti 含量/ 10- 6 抗拉强度/ 电阻率/
合理有效的办法去除, 根据实践及相关理论论证, 采 用铝液硼化处理的方法, 可以降低电工圆铝杆电阻 率。
213 铝液硼化处理原理 目前生产条件下的正常精炼不能去除原铝中的
微量元素, 硼化处理的目的在于消除铝中某些微量 元素的有害作用。铝中的钒、钛、锰、铬等微量元素
能与铝形成固溶体, 使铝晶格发生畸变。加入硼化
第6期
王晓丽等: 稀土及硼化处理对电工圆铝杆电阻率的影响
1 01
对于杂质元素对电阻率的影响, 国外学者已作 了比较详尽的研究, 发现影响电阻率变化一般有三 种情况:
( 1) Cr、Li、Mn、V、Ti、Zr 强烈地增高电阻。 ( 2) Mn、Cu、Fe、Si、Ag、Ni、Zn 降低电阻不太 明 显。 ( 3) 介于上述两者之间的, 国外研究人员还得出 杂质共存时的计算式: 20 e 时电阻 率 Q= 010264+ 01007Si + 010007Fe + 0104( Ti+ V+ Cr+ Mn) ( 8#mm2/ m) ( 前苏联) 或 IACS = 641666 - 101185Si - 61844Fe 201992Cu+ 81262B- 01074Rb% ( 日本) 以上公式可在生产中结合实际条件修 正后使 用。 212 稀土元素的影响 稀土元素加入铝及铝合金中, 将在铝中引起几 方面的变化: ( 1) 细化、变质作用, 可使晶粒细化, 对 电阻率不利; ( 2) 与铝中杂质元素 Si 形成新的化合 物。众所周知, Si 在铝中主要存在形式是与铝形成 固溶体, 新化合物的生成使 Si 由固溶态转变为析出 态, 这将使铝的电阻率明显下降; ( 3) 部分稀土固溶 于铝中将引起电阻率的升高, 如高纯铝中加入稀土 元素会降低导电性能; ( 4) 部分稀土元素与铝中其他 化合态杂质反 应形成新的化合 物, 如 Ce 与铝 中的 Fe 形成新的化合物, 这对铝的电阻率不会有大的影 响; ( 5) 除渣、除气作用。添加一定量的稀土, 会去除 铝液中的渣质及气体, 减少铝熔体内部的夹渣和气 体, 从而可降低电阻率; ( 6) 降低溶液表面张力, 增加 流动性等。 目前生产中加入富铈稀土, Ce 含量为 011% ~ 013% , 主要用于改善机械性能。根据我们的实践经 验, 以及对稀土元素加入量的试验, 发现稀土对电工 圆铝杆电阻率的影响不大。添加稀土与不加稀土的 性能对比见下表 1。 根据表 1 对比分析, 不加稀土的电工圆铝杆的 电阻率平均为 27181n8 #m, 添加稀土电工圆铝杆的 电阻率平均为 27180n8#m, 基本相近, 说明添加稀土 会降低电阻率, 是有益的, 但是稀土对电工圆铝杆的 电阻率影响不是很大。 由此确定造成目前生产电工圆铝杆电阻率较高 的主要因素是原铝中微量元素较高, 钒、钛、锰、铬等 微量元素总和大于 0101% , 会对电工圆铝杆导电性 能造成严重影响, 尤其是钒、钛影响严重, 必须采取
13
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99168 0112 0106 0111 115 13 27185
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平均值 99165 0112 0107 0114 11310 131 75 27180
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107
27193
108
27192
参考文献:
[ 1] 林光磊, 宋辉 1 电工圆 铝杆 电阻率 测量 不确定 度的 试 验评估[ J] 1 理化 检 验 - 物 理 分 册, 2004, 40 ( 5) : 241-
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源自文库
加
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2 结果与讨论
111 电工圆铝杆配料工序 按 Q/ BLJ04110- 2007 中 51412 中的配料公式计
算出各种添加物的重量( 以 kg 为单位) 。
针对生产过程, 从杂质元素的影响及稀土元素 的影响两方面进行原因分析, 具体如下: 211 杂质元素的影响
¹ 收稿日期: 2008-04-08 作者简介: 王晓丽( 1973-) , 女, 内蒙古赤峰人, 硕士研究生, 讲师, 研究方向: 稀土材料。