影响连铸连轧法生产电工用铝杆质量因素分析

文章编号:1005-2046(2002)01-0029-07

影响连铸连轧法生产电工用铝杆质量因素分析

於国良

(上海铝线厂,上海200233)

摘　要:根据连铸连轧生产电工级铝杆时常见的质量问题,通过熔化、连铸、连轧、收线等工序,从化学成分、温度、速度3个方面,分析了影响因素和发生原因,提出了改进措施。

关键词:连铸连轧;铝杆;工艺;分析

中图分类号:TG 35613+

3 文献标识码:B 收稿日期:2001212203

作者简介:於国良(1957～),男,工程师,主要从事有色金属压力加工的研究和生产.

电工级铝杆是用于电力输变电线器中的钢芯铝绞线的主要原材料,目前全国电工级铝杆的产量达数十万吨。电力线路对铝杆的要求有机械和电气两个方面,提高电工级铝杆的机械性能和电气性能对于指导实际生产和降低电力损耗有着重要意义。本文将结合实际生产情况,对影响电工级铝杆的机械、电气性能的提高进行探讨。

1　电工级铝杆生产中的常见问题

通常生产铝杆的方法有连铸连轧法、铸轧法和回线式轧制法等,其中国内工厂中90%以上都采用根据60年代Properzi 公司的连铸连轧机工艺来生产。由于铝锭中的Si 元素和微量元素T i 、V 、Mn 、Cr 对铝杆的电气性能影响大,而工厂生

产中仅能对铝锭进行重熔,很难进行化学上脱硅、脱钛等处理,这就影响了铝杆的电气性能指标导电率。由于国内目前的连铸连轧机组的自动化检测及反馈控制、计算机控制技术运用少,铝杆生产过程几乎都是靠人工控制,无法达到在线控制纠正措施和生产中的质量缺陷产生的因素分析,对于铝杆的生产是极为重要的。

常见的铝杆质量问题有:强度波动大;塑性差;导电率低。

强度过高会使得塑性指标下降,导电率下降,尽管铝杆的抗拉强度太低时的塑性和导电率指标都很好,但还是不合格。铝在用作导体时的

一个重要指标是抗拉强度。

常见的塑性问题是铝杆的塑性差。塑性差则表示可加工性差,在后道拉制工序和导线的展放中易产生断裂。塑性要求只有下限没有上限。导电率是电气性能的一个重要指标。导电率

以国际退火铜标准(I ACS )的电阻率为01017241

Ω・mm 2

/m 为100%来衡量铝杆的电气性能。

2　影响铝杆性能的因素及产生原因

211　影响抗拉强度的因素

影响铝杆抗拉强度的因素主要有下列几个方面:(1)铝中化学元素;(2)熔化温度与保温时间;(3)连铸机的浇铸温度及速度;(4)连轧机的轧制温度、速度、压缩率;(5)铝杆成圈的形状与冷却速度。21111　化学元素的影响

我国电工级铝杆通常使用铝含量在9916%以上的铝锭,欧美国家现在使用99166%～99181%的铝锭来生产。除了要达到良好电性能

之外,还有一个因素就是控制强度,即在铝中添加少量铁元素来提高强度。铝属于面心立方结构,加入少量的铁可以增加强度。

但是Si 元素则不同,硅对铝的强度有提高作用,但易产生游离状态的硅,而游离硅有着极大的脆性,会使铝强度略有提高而塑性降低。图1表示纯铝中添加少量元素对抗拉强度的影响。

第23卷　第1期

上海有色金属

V ol 123　N o 112002年3月

SH ANG H AI NONFERROUS MET A LS

M ar.

2002

从图1中看出,多数合金元素都有促进铝的机械

性能提高的作用[1]

。

图1　添加元素对纯铝抗拉强度的影响　

21112　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,而使得铝在晶粒时的晶粒粗大,再者容易被空气中的水分子中的氢氧侵入。

在熔化过程中,温度是实现铝的金属物理和化学变化的必要条件,温度越高则熔化速度越快,同时也使铝与炉气、炉墙间的相互有害作用时间缩短。加热时间长有利于任何一种反应的连续发生。而炉温过高容易发生铝液过热现象,铝液中的晶核容易快速孕育,导致结晶时的晶粒粗大。特别是国内绝大多数工厂使用火焰熔化炉,炉内温度无法精确控制,火焰直接喷射到铝上,炉气中的水蒸气容易分解为氢气和氧气侵入铝液中。铝温过高,铝液与炉衬或炉气的相互作用也越快、越强烈。铝液与炉气中水汽接触,水汽在高温下分解为氧和氢,使氢进入铝中。铝液与氧气接触,产生Al 2O 3。如图2所示,炉内温度与氢气的侵入铝液成正比关系。由于铝液中含有氢气,在铝液浇铸冷却时,氢的气体的溶解度突然减小10倍而析出,从而在铸锭中会产生气孔、砂眼、空心等缺陷,使得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。

21113　炉内气体和非金属夹杂物对强度的影响

氢是能溶解于铝液中对铝液产生不利影响的主要气体

[2]

。氢的来源:(1)燃料中含的水分以

及燃烧产物中的水分;(2)空气中的水分;(3

)图2　氢在99199%铝中溶解度

吸附在炉料表面的水分;(4)溶剂、工具表面含有的水分。水蒸气与铝液在750℃时发生如下反应:

2Al +3H 2O ]Al 2O 3+6H 温度与压力对氢的溶解度都有关系。氢气对铝的强度、塑性都是有害的。铝在冷凝时,气体在铝中的溶解度下降90%。当铝液快速冷却时,大量的氢气会来不及析出而存在于铝铸锭中形成气孔,这些气孔在轧制时会变成气泡、裂纹等缺陷,从而影响了强度。

夹杂物有非金属夹杂物与金属夹杂物两种。非金属夹杂物是铝液与O 2、N 2、S 、C 等元素发生化学反应而生成的化合物,及混入铝中的其它夹杂物,以Al 2O 3对铝液的危害为最大。由于Al 2O 3的熔点高(2050℃

),所以Al 2O 3以固态形式存在于铝液中。由于铝的化学性质活泼,与氧

的亲和力大,在750℃时发生如下反应:

4Al (l )+3O 2(g )=2(γ2Al 2O 3)(s )

γ2Al 2O 3能够强烈地吸入水汽和氢,铝液中一旦含有Al 2O 3后,其含氢量会增加几个百分点。因此,Al 2O 3作为氢的载体,是造成铝液中含氢量增大的一个原因。非金属夹杂物有害影响

主要是固态难熔的Al 2O 3混入铝液进入铸锭后,造成金属组织的不连续性,使轧出的铝杆容易出现起皮、缩孔、空心、断裂的缺陷,降低强度并使强度产生波动。21114　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。由于冷却系统的冷却剂带走的热量不变,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

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上　海　有　色　金　属第23卷