Chế tạo dây hợp kim nhôm 6201
Là nội dung của đề tài vừa được Sở Khoa học và Công nghệ TP.HCM nghiệm thu trong năm 2019, phục vụ sản xuất cáp điện.
Theo TS. Huỳnh Công Khanh (chủ nhiệm đề tài), hiện nay, các đường dây truyền tải điện trên không của nước ta chủ yếu sử dụng cáp nhôm trần lõi thép. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, cáp nhôm lõi thép có nhiều nhược điểm như dễ bị ăn mòn điện hóa trong không khí ẩm; ở nhiệt độ cao hơn 1500C, lực bám dính của lớp kẽm che phủ lên sợi thép giảm nên khả năng bảo vệ chống ăn mòn của kẽm đối với thép không còn tác dụng,… Trong khi đó, cáp hợp kim nhôm có nhiều ưu điểm như có tính chống ăn mòn cao khi đường dây đi dọc theo bờ biển (dễ xảy ra ăn mòn điện hóa); chống mài mòn tốt hơn trong quá trình kéo cáp, giảm lượng cáp bị hư hỏng, tăng hiệu quả lắp; chịu được dòng quá tải trong thời gian ngắn tốt hơn nhiều;…
Với nhiều ưu điểm, dây nhôm hợp kim đã được dùng làm cáp điện phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Việt Nam chưa sản xuất được dây hợp kim nhôm 6201 dùng cho cáp điện. Các nhà sản xuất phải nhập khẩu dây nhôm hợp kim Ø9,5 mm về kéo xuống đến dây thành phẩm rồi hóa già và xoắn cáp.
Trong đề tài này, nhóm tác giả xây dựng quy trình công nghệ nấu luyện hoàn chỉnh, từ khâu chuẩn bị nguyên liệu đến đúc luyện (cho phép nấu luyện thành công các hợp kim trung gian Al-Si, Al-Fe, Al-Mg phục vụ cho việc nấu hợp kim 6201); quy trình công nghệ chế tạo dây hợp kim nhôm 6201 (quy trình 5 bước, ép bán liên tục billet-on-billet ra dây hợp kim 6201 bán thành phẩm Ø4,5-5,0 mm; kéo ra dây thành phẩm; nhiệt luyện dây); chế tạo, sản xuất thử dây hợp kim nhôm 6201 và ứng dụng sản xuất thử cáp hợp kim nhôm AAAC 7x2,7 mm tại nhà máy sản xuất cáp điện.
Với đường kính nhỏ, dây được tôi khi ra khỏi máy ép được làm nguội trong môi trường không khí, bỏ được công đoạn tôi trong quá trình sản xuất. Do dây bán thành phẩm có đường kính nhỏ hơn dây hợp kim nhôm 6201 trên thị trường thế giới (hiện là Ø9,5 mm) nên giảm được số bước kéo ra dây thành phẩm, giảm được chi phí kéo dây. Đây là ưu điểm và cũng là điểm mới của đề tài so với các phương pháp sản xuất dây hợp kim 6201 bán thành phẩm khác.
Quy trình nêu trên cũng cho phép kéo thành công dây hợp kim 6201 Ø2,7 mm và nhiệt luyện thành công dây hợp kim 6201, đạt cơ tính và điện trở suất theo tiêu chuẩn ASTM B398. Từ đó, nhóm đã tiến hành sản xuất thử cáp hợp kim nhôm AAAC 7x2,7 mm với độ bền kéo cao (lực kéo đứt là 14,22 kN, yêu cầu của tiêu chuẩn ASTM B399 là ≥ 12,7 kN). Điện trở của dây hợp kim 6201 phụ thuộc vào thành phần hợp kim, khi tăng hàm lượng các nguyên tố hợp kim, độ bền của dây tăng cao nhưng điện trở của dây cũng tăng theo và có thể vượt quá giới hạn theo tiêu chuẩn ASTM B398.
Tiềm năng ứng dụng vào sản xuất
TS. Huỳnh Công Khanh cho biết, nhu cầu sử dụng cáp hợp kim nhôm của nước ta rất lớn để phát triển mạng lưới điện. Lượng nhôm sử dụng cho sản xuất cáp điện của nước ta hiện khoảng 100.000 tấn/năm. Nếu thay thế cáp nhôm lõi thép bằng cáp hợp kim nhôm thì khối lượng sản xuất hàng năm là khá lớn. Với việc chế tạo được dây hợp kim nhôm 6201 đạt chất lượng, đề tài giúp các nhà sản xuất trong nước sản xuất được cáp hợp kim nhôm 6201 phục vụ nhu cầu truyền tải điện, chủ động nguồn nguyên liệu sản xuất, giảm lệ thuộc vào nguyên liệu nước ngoài. Đồng thời, giúp các công ty điện lực tiết kiệm chi phí lắp đặt nhờ tăng được khoảng cách giữa các trụ điện, giảm hư hỏng cáp trong quá trình lắp đặt. Các đường dây điện trên không bằng hợp kim nhôm có tuổi thọ cao hơn, khả năng chịu dòng quá tải trong thời gian ngắn và chịu được rung động do gió gây ra tốt hơn. Ngoài ra, việc sản xuất thành công cáp hợp kim nhôm sẽ mở ra cơ hội đưa mạng lưới điện đến những vùng xa xôi, hải đảo, tạo điều kiện phát triển kinh tế xã hội ở những nơi này.
Qua đề tài, các nhà khoa học trong nước đã nắm được công nghệ để sản xuất cáp điện hợp kim nhôm 6021, hoàn toàn có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất tại các cơ sở sản xuất trong nước. Phương pháp ép bán liên tục không yêu cầu thiết bị phức tạp và đắt tiền, ít chiếm diện tích mặt bằng, dễ kiểm tra và điều khiển các thông số kỹ thuật; có thể sản xuất nhiều loại dây nhôm hợp kim có độ bền cao khác, nên rất thích hợp cho các nhà sản xuất có vốn đầu tư ít. Theo tính toán bước đầu, giá thành nhôm hợp kim 6021 là 58,67 triệu đồng/tấn; giá thành dây hợp kim nhôm 6201-T4 Ø4,5-5 mm là 67,67 triệu đồng/tấn. Hiện nay, giá dây hợp kim nhôm 6201-T4 Ø9,5 trên thị trường thế giới là 3.000-3.200 USD/tấn (69,77-74.42 triệu đồng/tấn). Như vậy, nếu sản xuất trong nước theo công nghệ này thì mỗi tấn dây hợp kim nhôm 6201- T4 Ø4,5-5 mm sẽ tiết kiệm được khoảng 2,1- 6,75 triệu đồng. Ngoài ra, do đường kính dây ép nhỏ hơn, nên giảm được chi phí kéo ra dây thành phẩm so với dây nhập khẩu.
Về sản lượng, tùy thuộc vào số lò nấu luyện, số máy ép dây được trang bị của doanh nghiệp, có thể áp dụng sản xuất dây hợp kim nhôm 6201 với năng suất khoảng 350-360 kg/giờ. Hiện tại, nhóm sẵn sàng chuyển giao công nghệ cho doanh nghiệp để triển khai sản xuất dây và cáp điện hợp kim nhôm, đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước, TS. Khanh cho biết thêm.
Vân Nguyễn (CESTI)