新技術在鋁包鋼線生產中的開發應用

郭其生，汪小五，徐磊崗，汪富強，鄭 恒

(黃山市誠意金屬有限公司，安徽黃山245200)

0 引言

鋁包鋼線生產過程中，面臨著環境污染、成本高、鋼鋁之間結合力不夠及生產效率如何提高等一系列問題，如何解決或改善這些問題已成為國內同行業進一步提高產品質量、降低成本的關鍵所在，也是應對國家環保政策越來越嚴的要求之所趨。我們在建設新的鋁包鋼線生產線研制項目時充分考慮了這些因素，針對這些問題研制開發了強制涂敷工藝、短槽距連續擠壓包覆工藝和雙金屬快速同步變形工藝等關鍵技術。這些技術通過在實際生產中的試驗和應用，已經取得了明顯的效果。本文詳細介紹這幾種工藝的技術原理。

1 強制涂敷工藝

在國內外鋼絲生產前的處理大致有酸洗磷化題。彎曲剝殼加鋼刷的強制涂敷工藝流程:放線機械彎曲剝殼旋轉鋼刷強制涂敷(或硼化)工藝和彎曲剝殼加鋼刷無酸洗工藝。前者最大的優點是經過磷化后的鋼絲在拉拔過程的潤滑效果好，缺點是由于要使用鹽酸、硫酸和磷化液等化學物質，給環境造成污染，而且處理的成本更大;后者雖然沒有酸帶來的環境污染，但對后道工序的拉拔潤滑效果不好。發達的歐洲國家大多采用后者(無酸洗工藝)，國內均采用前者(酸洗磷化工藝)。如何既能解決環境污染問題又能實現鋼絲拉拔過程中的良好潤滑問題就是目前國內外面臨的共性問收線。

據國外報道，無酸洗拉拔工藝技術使用強制涂敷工藝可以實現良好潤滑的效果，但如何實現強制涂敷在國內沒有使用的先例。根據這個思路，我公司提出了強制涂敷裝置的研究試驗，研究的關鍵:如何建立壓力區?壓力如何調整?變形量大小如何確定?如何解決壓力區的冷卻問題?如何評價涂敷效果?針對這幾個問題進行了多次試驗，取得了大量的數據和經驗。

1.1 壓力區的建立

圖1為潤滑粉強制涂敷于鋼絲表面的設備結構示意圖。由圖1可知，在設備的前端安置一個套模2，后端安置拉絲模5，中間形成了一個壓力區4，從而建立了雙模方式的壓力區域。通常套模孔徑比拉拔鋼絲直徑略大一些，使潤滑粉順利帶入到壓力區4，當帶入的潤滑粉足夠多的時候，壓力就逐步增加;當壓力增加到工藝需要時，潤滑粉就被強制涂覆在鋼絲表面。當壓力太大時通過泄漏孔8泄出多余的潤滑粉。而壓力大小的調節通過調節彈簧9來實現，從而保證了工藝需要的壓力，這樣就建立了一個壓力可調的壓力區。

圖1 潤滑粉強制涂敷于鋼絲表面的設備結構示意圖

1.2 壓力的調整

當壓力達到一定程度時，潤滑粉從泄粉孔8泄漏出來，這樣，壓力模腔內就能保持均勻恒定的壓力。選擇合適的抗壓彈簧是關鍵的技術之一。準備各種型號規格的彈簧共10個并分別安裝在設備上，以作為壓力的調節，但必須試驗出所需的壓力大小。該彈簧還可通過調節壓下量的大小來微調壓力。

1.3 變形量大小的確定

鋼絲在拉絲模中的變形量大小也是關鍵參數之一。鋼絲變形時肯定要發熱，變形量越大，產生的熱量就越大。經過不斷調整變形量(面積減少率)，讓其發熱量適合強制涂敷的要求。一般情況下面積減少率在20%～27%的范圍內比較合適。在這樣的變形范圍內產生的熱量可以使潤滑粉強制涂敷在鋼絲表面。

1.4 涂敷效果的評價

當潤滑粉從泄漏孔中出來的形態是熔融狀態時，此時的強制涂敷效果最佳，鋼絲表面將附有一層均勻的白色潤滑劑。如果沒有達到這樣的效果時，可以通過彈簧調節壓力大小，直至達到效果為止。剛開始拉拔時效果往往要差一些，此時彈簧壓力調到最大;等拉拔一段時間(約2～3 min)后，模具開始發熱了，效果明顯后再將彈簧壓力適當調小一些。

1.5 冷卻問題的解決

拉拔過程中由于變形抗力的作用會產生大量的熱量，則可在如圖1所示的模具冷卻腔7內通過循環冷卻水來冷卻模具，以保證模具的冷卻。

2 短槽距連續擠壓包覆技術

國內外鋁包鋼線包覆技術主要有，鋁粉擠壓輥軋法、鋁片軋包法、熱浸鍍鋁法和鋁連續擠壓包覆法等四種方法。其中，鋁粉擠壓輥軋法是美國首創的技術，其生產設備復雜，投資大，材料要求高，成本也更高，推廣困難，現在基本沒有人使用此方法;鋁片軋包法是早期約20世紀70年代的技術，該方法生產的鋁包鋼線的鋼鋁結合力差，鋁片容易與鋼絲分離，對后道工序的再加工造成困難，這種生產方法已被淘汰;熱浸鍍鋁法的鋁層厚度太薄，滿足不了高導電率的產品需要，而且表面光潔度不夠;鋁連續擠壓包覆法是目前世界上廣泛采用的工藝，這種方法克服了上述三種方法的缺陷。但面臨的問題是這種方法在低速運行的前期階段設備主機的動力傳動扭矩大，需要配置大功率傳動電機;另外要使鋁在模腔內部有更好的流動性和更高的壓力，就必須提高鋁擠壓時的溫度，使鋁的變形抗力降低。如何降低連續擠壓過程中的傳動扭矩和較低溫度下即可實現連續擠壓包覆工藝的高效運行，就成為鋁包鋼生產過程中要共同面對的兩個問題，其關鍵技術在于改變輪槽距離和腔體形狀，采用短槽距連續擠壓包覆技術(見圖2、圖3)。

圖2 改變輪槽距離和腔體形狀示意圖

圖3 改變前、后輪槽距離和輪沿的尺寸

如圖3b所示，原本的擠壓輪槽距為60mm，輪沿的寬度為16.75mm，現在擠壓輪槽已改為38mm，輪沿寬度為5.75mm，如圖3a所示。正常生產時擠壓輪的輪沿與模腔直接接觸，由于擠壓輪的槽距減小了，在相同的正壓力的情況下，擠壓輪與模腔的接觸面積減少，它們之間的摩擦力自然也將減小，這樣傳動軸的扭矩也將大大降低，主機電流下降。通過改變擠壓輪槽距的研究實踐證明，將擠壓輪槽距改小后所起到的效果很明顯。通常在保證必要的輪沿厚度的前提下，將槽距改為減少37%左右為宜。以生產20.3%IACS導電率的鋁包鋼線為例，比較改變輪槽距前后的顯著效果，見表1。

由表1可知，輪槽距改短后，鋁包鋼線生產線的技術經濟效果明顯提高，產品的鋼、鋁結合力也顯著提高，其金相試驗電子顯微鏡照片圖中鋼、鋁二次金結合層的厚度高達約15 μm(見圖4)。

表1 輪槽距改變前后的比較

圖4 輪槽距改短后鋁包鋼線全相照片圖

圖5為鋁包鋼線包覆工序的工藝流程圖。

圖5 鋁包鋼線包覆工序的工藝流程圖

3 雙金屬快速同步變形技術

目前國內外采用的雙金屬同步變形技術主要有兩種:濕拉工藝和干粉式拉拔工藝。濕拉工藝在日本的日立公司和少數歐洲國家采用，該工藝的優點是鋁包鋼表面帶有少量的潤滑油且光潔干凈，壓力穩定，但這種方法的缺點也是很明顯的，其生產設備投資較大，技術和控制難度大，潤滑劑價格高，生產效率和成品率較低，因而成本更高;干粉式拉拔工藝實現起來更容易，且操作容易掌握，而且潤滑粉國內也已經研究生產出來了，生產成本可大幅度降低。但干潤滑粉由于流動性不好，拉拔過程壓力模系統的參數調整是一個多因素影響的過程，所以壓力不夠穩定，生產中容易出現壓力過高和壓力不夠的情況。因此，壓力模具之間的角度、間隙和壓力模表面硬度的優化選擇是實現雙金屬快速同步變形必須解

要保證鋁包鋼雙金屬材料的快速同步變形，必須具備以下條件:

(1)高壓力腔體的密封性要可靠。為了保證密封性，壓力套管的材料選擇很重要，經過反復試驗，使用表面硬度HRC=36～40左右最合適。如圖6所示，當壓力套管錐角α與拉絲模入口角度β接觸時彼此之間需要有一定的彈性變形才能更好地保證壓力腔的密封性。當表面硬度太高時就很難產生局部的彈性變形，造成接觸處不容易密封。如果表面硬度太低，壓力套管的耐磨性能下降，這樣的結果都會導致高壓腔體的壓力不能長期保持，使用壽命短。

圖6 壓力套模角與拉絲模入口角之間的關系

(2)合適的角度。如圖6所示，為了保證壓力套模(管)錐角α與拉絲模入口角度β接觸時吻合，壓力模(管)角α一定要小于拉絲模入口錐角度β才能保證密封性。如果太大，壓力套模(管)錐角與拉絲模接觸處容易產生倒角，在倒角處容易產生局部的密封不好而泄漏拉絲粉。通常拉絲模入口錐角度為80°，所以壓力套模(管)錐角應小于這個角度;但也不能太小，如果該角度太小，壓力套模(管)錐頭部分的壁厚太薄，在壓緊狀態時容易缺損而成缺口，因為壓力套模(管)錐型部分與拉絲模的入口區是部分接觸，所以兩者合理的角度配合(一般選68°～78°)也是有效保證壓力套模(管)與拉絲模接觸處的密封性能的關鍵之一。

(3)壓力套模(管)內徑D與拉拔絲直徑d之間合適的間隙。如圖6所示，兩者的間隙=D－d。由于不同導電率的鋁包鋼線的抗拉強度差別很大(1590～680MPa)，所以，同步變形時所需要的壓力也是不一樣的。在選擇和設計模具時，此間隙為0.20～0.80mm，對低導電率的鋁包鋼線的間隙要小，高導電率的間隙要大。同時在壓力套模(管)的入口處鑲嵌一個同直徑的YG8硬質合金模，可減少模具的磨損，有效保證高壓腔體內的壓力更為穩定，模具壽命增加，拉拔速度可以大幅度提高。

4 結束語

鋁包鋼生產工藝的研究日益深入，根據實際情況設計生產工藝，通過強制涂敷技術、短槽距連續擠壓包覆技術和雙金屬快速同步變形技術的開發應用，就能較好統籌解決環境、成本、產品性能等問題，具有較好的經濟效益和社會效益。

［1］蔣宏范.鋁包鋼線拉拔技術的研究［D］.大連鐵道學院，1998.

［2］黃豪士，毛慶傳，沈建華，等.三峽工程500 kV大容量輸電線路用導線之二——主干線路大截面ACSR/AS-720/50的研制［J］.電線電纜，2002(3):18-20.