铝导线发展趋向及探讨
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摘要:本文综述、分析我国铝、铝合金导体及双金属线在品种、质量和生产设备的现状，探讨它们在国内外领域的进展及发展趋向。
关键词:电网 导线 铝 导体 铝合金 双金属线 品种 质量 装备 以铝代铜 可持续发展
1、前言
中国电线电缆行业在国民经济中占有很重要的地位，是机械行业中仅次于汽车行业的第二大产业，是最大的配套行业，现已成为全球第一大电线电缆生产国。从国家电网的发展，电力工程的建设来看，近几年“西电东送、南北互供、智能联网”成为国家电网建设战略的重点。而在国家电网建设工程中份额最大的是各类架空输电线，即各种钢芯铝绞线、系列铝合金绞线、铝包钢绞线等。
在输电领域，铝以其质轻、价廉的双重优势受到人们的广泛关注。20世纪60年代以来，我国在导体生产和科研方面进行了大量的工作。已可用非电工级铝，采用“稀土优化综合处理方法”及其配套技术生产出电工铝导体。铝线电阻率已由0.0290Ω.㎜2/m，降低到0.028264Ω.㎜2/m的国际先进水平。大大减少了输电线路的电能损耗。研究开发了铝-镁-硅合金线、耐热铝合金线和高强度铝合金线等，填补了国内在这个领域中的空白。耐热铝合金的使用温度可提高到150℃，甚至更高，可大大提高线路的载流能力。铝包钢线和铜包铝线的研制，为大跨越导线和高频通信的研究开发，创造了有利条件。
2、铝导体及其相关合金导线的性能
2.1电工铝导体
电工铝导体的生产由于“稀土优化综合处理方法”及其配套技术在我国全国推广应用，目前已可按国际任一先进标准，甚至高于国际先进标准组织生产（如三峡工程用720㎜2钢芯铝绞线），而且原材料铝锭完全立足国内，不一定必须采用电工用铝锭，只需普通的标准铝锭（国家标准99.7%铝锭）就可达到要求。因此量大面广的架空铝导线和钢芯铝导线已不需进口，并有相当的出口。对于导电率标准水平高于61% IACS，甚于≥62% IACS的铝导体国际上至今没有见到国际通用标准，这主要并非技术问题，而是被总的技术经济效果所定。从技术层面上看，如果确有特殊需要，在选择合适的原材料铝锭，增加处理添加剂的用量和添置必要的辅助装置后是可以达到的，此时的导体售价像铝合金一样必然会有所提高。
2.2 铝线的基本性能要求
GB/T 17048-2009《架空较线用硬铝线》规定了铝线三项基本性能要求：电导率、抗拉强度和卷绕。
我国铝导体的导电性能波动较大，由于大气环境的变化，特别是工业重污染地区、酸雨频繁和沿海地区，长期使用后的铝导线在大气环境下不可避免地产生腐蚀现象，主要以“晶间腐蚀”为特征，而腐蚀的铝导线其电导率受到影响，在维持原线路电负载的条件下，不仅增加了“线耗”，同时运行时导线温度一般会不同程度提高，温度的提高则又使腐蚀速度加快，从而形成恶性循环。提高铝的导电性（降低电阻率），改善电网的输送效率的有效方法是采用添加稀土使电工铝中固溶体硅含量有效降低，从而提高铝导线导电率，在此基础上添加耐蚀元素，使“铝导线中添加耐蚀元素可提高耐蚀性能，但导电率下降”这一矛盾，在满足导电率≥62% IACS，电阻率≤0.028264Ω.㎜2/m条件下达到平衡。最近有科技工作者为了进一步降低铝导体的电阻率，开发了高导电率含硼铝导体新材料，使其导电率达到或超过国际先进水平。
抗拉强度是铝导线重要机械性能指标，是关系产品忧劣和承受外力大小的重要标志。它的大小与材料性质、加工方法和热处理条件有关。自2001年起，三峡工程用大截面、高强度ACSR-720/50导线，技术文件规定每根绞线中的45根铝单线，其抗拉强度平均值应大于165MPa，而不均匀性应不大于20MPa，任一单线的最小值应大于160MPa，其中前二个指标为标准外的要求，它给生产企业增加了较大难度。众所周知铝线从原材料开始，经熔、铸、轧、拉工序制得，所有铝线的抗拉强度受许多因素制约。为使最终的铝线强度处于合理范围，达到高的合格率。材料是前提，制杆为中心，硅含量较低的AL99.70及以上牌号铝锭才能保证有高的导电率，后续制品铝线线径及相应强度要求为调整铁含量的依据，使基体具有潜在能力。调整铸轧工艺，轧制预先设定强度范围的铝杆，分等供不同类型的拉丝机（由于有滑动式和非滑动式，不同拉丝工艺，铝线强度增量不同），只有这样，最终铝线的强度呈现175～176MPa为峰顶的正态分布。
2.3铝合金导线
铝合金导线具有抗拉强度高、拉力单重比大、弧垂特性好，有较好的导电性能（53%IACS）和耐磨性能，能承受较厚冰层和较大风荷能力等优良的技术性能。与钢芯铝绞线相比，有其不可比拟的优点，在长距离、大跨越、超高压输电中，独占优势；在农网改造中，是既先进又经济的好产品，它是普通钢芯铝绞线的更新换代产品，也是节 能、节材、节地（节约输电走廊）的产品。
铝合金导体的用量，从国际上看，总的用量不如电工纯铝导体那样大，但在必要的场合仍占有应有的市场。我国的铝合金导体市场尚未充分打开，品种少，用量也较少，目前有一些量的只有铝镁硅和铝镁合金两种。随着架空输电导线、光纤复合架空地线、CATV电缆甚至船用电缆和控制电缆等使用铝合金导线的增加，预计用量将会逐步攀升，达到国外使用的水平。
总的来说，我国铝及铝合金连铸连轧生产装备的落后程度甚于铜，在技术上已相当老化，需要革新、改造。一般而言，铝合金生产的工艺要求（工艺参数范围比纯铝的窄）比纯铝高，如果装备的监控系统不相配合，将难于做出或稳定地做好铝合金。在国外的生产线从炉子到铸机、轧机和成品杆所有的操作，用集成控制可完全、连续地被监测和控制，几乎可消除人工的错误，从而可保证不同要求的铝和铝合金杆的性能获得良好的重复。生产线除可生产圆杆外，只需简单地改变最后2或3个机架，亦可生产范围宽的“扇形”材并使之成圈。改进的内容主要在于液体金属的处理、浇铸和轧制条件、工艺控制和杆表面缺陷的连续探伤。因此线缆行业要加快技术改造，提高工艺技术水平和装备水平，迅速调整产品结构，发挥综合优势，实现创新。