铝合金杆的制造工艺与设计配套

1、2004年第5期No.52004电线电缆ElectricWire&Cable2004年10月Oct.,2004铝合金杆的制造工艺与设计配套王在勋(青岛汉缆集团有限公司,山东青岛266102)摘要:简要论述与介绍了铝合金杆的制造工艺特点,设备配套要求及注意事项,尤其是对五轮式连铸机作了较为详细的介绍,并提出了改进方法。青岛汉缆集团建成了国内一流的铝合金杆连铸连轧生产线,形成了年产万吨铝合金导线的生产能力。文献标识码:A文章编号:167226901(2004)0520013204Themanufacturingprocessandequforthemanufactureofalumlloy

2、W(HanCable,ShandongProvince,China)Abstract:Thep,equipmentandmattersneedingattentionforthemanufac2tureofaluminrodpresented.Especiallydetailintroductionismadetothe52wheelcontinuouscastingmachineandmeasurestoimprovethemachineissuggested.Astate2of2the2artcontinuouscastingandrollinglineforthemanufactureo

3、faluminiumalloyrodhasbeenbuiltinHanCableGroupCo.,Ltd.,Qing2dao,bywhichacapacityofproducing10000tofaluminiumalloyconductorsannuallyhasbeenformed.Keywords:aluminiumalloyrod;smelting;controlofcompositioninaluminiumalloy;refinerybyde2gassing;continuouscastingandrolling finalrollingandquenching1引言生产铝合金导线

4、的关键技术是:铝合金的熔炼、铝合金成分的配比控制、铝合金杆的轧制和淬火、铝合金圆线的时效处理等。而要掌握这些关键技术,必须要彻底了解它们的技术要求和特点,根据相应的工艺特点合理配置技术先进、价格合理、安全高效的设备。本文着重就铝合金杆的制造工艺与设备配套做一简要论述及介绍。2铝合金杆制造的工艺特点目前,我国铝合金杆大多集中用于铝2镁2硅系列高强度铝合金导线的制造。那么,铝镁硅系列铝合金在熔炼、配比控制、轧制和淬火方面有什么特点呢,以下作分别论述。2.1铝合金的熔炼电缆行业铝合金杆的制造对铝合金的熔炼提出了更高的要求。它首先要求熔化炉容量大、熔速快并能连续熔化供应,铝合金配比容易控制,加入方法简

5、收稿日期:2004201215作者简介:王在勋(1939-),男,山东海阳人,工程师.作者地址:山东青岛市李沙路266102.便易操作,能满足连铸连轧铝合金杆生产线的需要。保温炉对炉温的控制有严格的要求,测温仪表要准确耐用,温控快捷方便。所需能源要求清洁、高效、经济、安全,对铝合金及环境不能造成污染并能满足供应。铝合金在熔炼过程中,由于要进行很多工艺过程的处理,因此,它的熔炼温度要比普铝高一些,快速熔化炉的熔化速度要求达5t h以上,要给保温炉留出足够的时间进行铝合金搭配、快速分析、精炼及静置处理。2.2铝合金的配比控制恰当合适的铝镁硅配比,是决定铝合金杆质量好坏的关键。电线电缆行业国家标准尽

6、管给出了铝镁硅合金杆的镁硅含量参数,但是,要生产出达到国家标准的铝合金杆难度是相当大的。我国各地的自然条件和地理环境差异很大,各厂的工艺条件也不同,就是同一个厂家也会因季节的变化而有差异。不经过细致的工艺探索及生产现场的跟踪测试调整,掌握好第一手资料,是很难准确掌握其变化规律的。有文献1介绍:铝2镁2硅系合金没有三元化合物,只有两个二元化合物,即Mg2Si和Mg2Al3。以(Al)2Mg2Si伪二元截面为分界,铝2镁2硅系可分成两个三元系:(Al)2Mg2Si2Si及(Al)2Mg2Si2Mg2Al3。Mg2Si相是铝镁硅系合金的主要强化相,共No.52004ElectricWire&

7、CableOct.,2004晶温度为595时,Mg2Si相在铝中的最大溶解度为1.85%,300时仅有0.27%。因此,(Al)2Mg2Si合金可进行热处理强化。硅含量Mg2Si强化相的镁、比为1.731。如果镁过剩,Mg2Si相在铝中的溶解度显著减少,使强化效果降低。从强化效果考虑,铝合金中硅的含量应过剩一些。又有文献2介绍:Mg、Si元素在铝合金中形成稳定的Mg2Si强化金相结构,尤其不得使Si元素游离在铝合金中。所以,铝镁硅合金的关键技术就是一个Mg、Si加入量的配比控制问题。而镁是一种遇高温就会燃烧的金属,所以最关键的就是如何控制镁的加入量问题。2.3铝合金的除气精炼为了保证铝合金杆的

8、物理性能,除气精炼提出了特殊要求,进行药剂除气精炼气精炼。,还要价格低廉、效果明显。除气精炼后,氢的含量要控制在0.100.12ml 100g范围之内。因此,要求选择好的除气方法和用好的精炼剂,并采用国内一流的连续除气装置,以及配置性能好、精度高的测氢仪。2.4连铸连轧的控制铝镁硅合金熔液在浇铸冷却时易产生偏析,因此,对浇铸温度的控制和冷却水的冷却方式及温度有很严格的要求。连铸时要求水量大小能根据工艺要求自动控制,冷却水温不得超过40;如果超过就得靠冷却塔或其它方式降温。而探讨如何选择好的连铸机,连铸时如何使浇铸速度、冷却水量、铝液温度合理的调整,就是一个关键的问题。冷却方式和冷却位置的合理选

9、择对连续铸锭也有很大的影响。这些特点如不很好的掌握和解决,要想连铸出合格的锭子是不可能的。而没有合格的锭子,要想实现理想连轧也是不可能的。轧制铝镁硅合金,连轧时要求锭子温度恒定,实现恒温轧制。为了得到理想的轧制温度,需要配置轧前加热装置,轧制时的乳化液温度和用量也要求自动控制,而要达到准确控制,必须选用精准耐用的热工仪表,其测试误差应在工艺技术要求范围内。铝镁硅合金较普铝硬度高、强度大、轧制时的轧制力也较普铝大。恒温轧制、轧制力大是轧制铝合金杆的一个显著特点。2.5终轧淬火铝合金铸锭经轧制成铝合金杆后,铝合金杆还必须通过高温下的淬火工艺处理,使合金中的14因此,铝合金杆Mg2Si相能稳定的固熔

10、在铝合金中。的终轧温度必须保持在340以上,以便满足连续淬火处理。同时淬火后铝合金杆的成圈温度必须降低到100以下,以免铝合金杆在高温下加速自然时效。这是铝合金杆制造的又一显著特点。综上所述,可以看到生产铝合金杆是有其显著特点的。必须根据这些特殊工艺要求进行设备配套。3铝合金杆制造的设备配套3.1能源和炉型的选择,其铝合行,因此不,产量也,我们建造了专业化的铝合金杆连铸连轧生产线,重新设计制造了冲天炉,加大了炉膛直径和料层高度。自己制作了两台容量达9t的倾动式电保温炉。其能源分别采用煤气发生炉产出的混合煤气和电能。这两种能源都属清洁高效能源,且无环境污染。尤其是煤气发生炉,近几年在国内发展很快

11、,在工业窑炉上得到了普遍应用,其节能、高效、经济、安全、无污染得到了广泛认可。我们在冲天炉上安装了三个煤气烧嘴,两个大的安装在炉门两侧,一个小的安装在前床的顶部,这样可以增加热量,加快熔化速度,保证铝合金工艺的需要。保温炉采用倾动式电炉,可以很方便的自动控制温度,制造铝合金熔液,便于浇铸,使铝合金熔液能方便地倒净而不留残余,容易清炉,从而保证铝合金的配比能准确控制。我们又取消了通常采用的冲天炉中间炉保温炉的工艺布局,加长了冲天炉前床,采用冲天炉直到保温炉的布局。这样使车间减少了一个标高差,操作起来更容易,布局也更加合理。倾动式电保温炉各设置两只热电偶,用来测试炉膛温度和铝液温度,插入铝液中的热

12、电偶外套氮化硅保护管,防止铝液腐蚀热电偶。但套上保护管以后,热电偶测试的误差较大,须在实际应用中不断地校准,制定出修正误差以作参考。为了能进行炉前快速分析,我们选购了德国斯派克(SPECTRO)公司的光谱分析仪,该光谱分析仪的各项技术指标均达到了国际领先水平,从而保证了炉前快速分析的快速、准确、稳定的要求。3.2除气装置的选用由于制造铝合金杆需要彻底除气。我们选用了精炼喷粉机用氮气将高效喷粉精炼剂喷入保温炉内No.52004ElectricWire&CableOct.,2004进行精炼,效果很好。同时采用连续除气装置对倾动式电保温炉流出的铝合金熔液再次进行除气精炼。这种除气装置国内有好

13、几种,我们选用的这一种是双柱式可旋转连续除气装置。它有一个旋转的除气转子和一个配有升降装置的加热装置,可以自由的升降或旋转,使用时将其同时插入除气装置除气,不用时将其升起转到一边,便于清除铝液和排除故障。除气时使用的是四氯化碳和氮气的混合气体,因此除气效果很好。除气后的含气量大大降低,达到或超过工艺技术要求。3.3连铸机的选用图2(6)连铸机的冷却水选用变频泵控制,可以根,操作台上有明<255 2+12规格的连轧机,其轧辊公称直径为255mm,有两道二辊机架、12道三辊机架组成,是专为生产铝合金杆而设计制造的。这种连轧机集两辊连轧机和三辊连轧机的优点于一身,第一、二道采用两辊机架,其压缩

14、比大,有利于将铸锭更好的压轧和变形,使其密度提高。而第三至第十四道采用三辊机架,发挥出三辊连轧机变形均匀的特点,有利于铝合金杆在后面道次的稳定轧制。测试结果显示,在同样条件下轧制的普通铝杆,铝合金连轧机比普铝连轧机轧出的铝杆,其强度和延伸率都有不同程度的提高。为了实现恒温轧制,我们在连轧机前面选用了工频感应电加热装置,并装有红外线测温探头测试进轧温度。乳液冷却系统使用变频泵控制所需流量的大小,并装有测温仪表和加热器,以保证在各种季节乳化液的温度都能满足工艺要求。3.5铝合金杆的淬火装置铝合金杆的淬火装置,看上去很简单,即只要在爬高出线管上安装上冷却水装置即可。但是,要做到恰到好处却不容易。原设

15、计的做法是:首先铝合金杆刚出连轧机就进入乳液冷却出线管,再进入清水冷却出线管。在每道出线管出口处,设有气体吹扫装图1目前国内的连铸机有多种形式,我们选用的是五轮式连铸机,并做了一些改进。五轮式连铸机结晶轮直径为1650mm,结晶轮轮槽为H型。形式的连铸机,点:(1),方便高强度、高硬度铝合金锭子的顺利引出。(2)加大结晶轮直径利于散热。(3)H型的轮槽结构实现了铸锭四面冷却,而且冷却面积大,冷却效果好。它比M型、Y型结晶轮轮槽的冷却效果要好的多,也便于安装和维修。为了方便钢带的安装和拆卸,方便地将坑内废铝的清除,内冷却水采用中心管进水方式,外冷和侧冷采用如图1的喷水方式比较好。(4)内、外侧冷

16、却水的初始冷却位置应选择离浇位稍远一些较好。这样利于熔液的连续结晶和防止铸锭裂纹或断裂。(5)引桥的出口高度应选择与轧制中心线同一个标高,便于铸锭的牵引和入轧。同时也使整个生产线主要设备底座的标高趋于一致,避免车间出现过多的台子和台阶而影响工艺布局和操作,如图2所示。置,借以把出线管出口处铝杆上沾的液体吹掉。经过几个月的试产后发现,乳液和清水很容易混淆,造成很大浪费。于是我们就取消了乳液冷却,全部用清水冷却,并在冷却水管前加装了润滑脂出线管,根据用户的要求和工艺的需要,涂抹润滑脂后再进入清水冷却管冷却,效果很好,冷却后的杆温都在80以下,满足了淬火后的铝合金杆温度在100以下的工艺要求。(下转

17、第18页)15No.52004ElectricWire&CableOct.,2004生产线有5条,占11%;悬链式3层共挤有38条,占81%;悬链式1+2层共挤有4条,占8%。个别企业的交联电缆生产线装配有预加热装置,有利于提高电缆产品的质量。在检查的27家企业中,部分企业生产线自动化程度高,并采用计算机控制,交联管的管壁温度和交联线速度均由专业计算机软件计算确定,能实时对生产线进行控制,减少因人为误操作而产生的质量问题,因此生产工艺稳定。不具备计算机控制的生产线,全凭工人的经验生产,不能有效保障电缆成品质量,特别是电缆热延伸性能。测偏仪是控制质量的关键设备,建议未有测偏装置的生产线加

18、装测偏仪,可减少电缆生产过程废品率和提高产品质量。(4)交联主机机房环境控制。交联主机头是电缆生产线的心脏,建议企业改善交联主机头生产环境,采用密封形式,并使用空气调节机器达到恒温恒湿功能,将有利于交联生产线的稳定生产,有助于提高产品质量。(5)原材料净化间环境控制。建议改善原材料净化间环境,加装空气净化设备,保证原料不受外界污染。(6),保障电缆生产)加强人力资源培训。各企业应加强对质监技术人员和检测人员的培训,提高人员素质,保障科学、客观的检测方法,提高产品质量控制水平。(8)原材料采购控制。各企业应加强对原材料的采购把关,选择产品质量高、信誉好的企业作为原材料供应商。在生产前,应对原材料

19、进行必要的检验,预防因原材料质量问题造成的产品缺陷。建议各企业采用优质的无氧铜杆和进口绝缘材料作为交联电缆的原材料,能提高产品的质量水平。(9)企业产品质量自查。企业应定期对产品质量情况实施自查,建立完善的质量统计方法和质量评价指标,做好产品质量缺陷、质量统计趋势等分析工作,及时发现问题并加以改进。7存在的问题和建议(1)退火工艺的控制。导体应当柔软,熟的退火工艺,TR型软铜单线的要求,具有良好的抗拉强度。但部分工厂没有拉丝连续退火设备,退火工艺控制不够完善,影响铜单线的退火状态。建议退火工艺控制不好的企业加强退火过程的控制,完善退火工艺,更好地保证导体退火的质量。(2)导体紧压系数的控制。导体紧压具