礦物絕緣電纜

1、礦物絕緣電纜銅帶縱包焊接連續(xù)生產(chǎn)線(一)摘要：本文主要介紹了銅帶縱包焊接連續(xù)生產(chǎn)線的設備、工藝，此工藝解決了電纜長度短、縮短了生產(chǎn)周期、降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。并介紹了軋制與拉拔在礦物絕緣電纜制造的區(qū)別。關鍵詞：礦物絕緣電纜；設備；材料；生產(chǎn)工藝；技術數(shù)據(jù)；軋制與拉撥；1、概述礦物絕緣電纜（MI）電纜也稱其為氧化鎂絕緣電纜，是一種無機材料電纜。礦物絕緣電纜由銅導體、無機絕緣材料（氧化鎂粉）及無縫銅管或銅帶縱包焊接成的無縫銅管這三種無機材料經(jīng)過多次拉拔或多次軋制組合加工而成。這一獨特結構使其具有耐火、防爆、耐高溫、不老化、不引發(fā)火災和傳播火種，以及在周圍著火條件下不會釋放出任何有害氣體和煙霧

2、的特性，特別適用于環(huán)境惡劣、安全性要求特別高的場所或部位，尤其是適用在火災條件下要保證安全供電的消防系統(tǒng)線路。特殊需要時也可在金屬護套上擠包一層聚乙烯外護或低煙無鹵護套。礦物絕緣電纜按用途不同可分為：配線電纜、加熱電纜和加熱元件、熱電偶電纜及補償電纜、特種電纜，在實際應用中最常用的是配線電纜，目前礦物絕緣電纜執(zhí)行的國家標準是GB/T13033.1-2007,在國標之外一種新型礦物絕緣特種電纜已出現(xiàn)-825合金護套礦物絕緣防火電纜。825合金護套礦物絕緣防火電纜是專為碳氫爆炸火焰及高腐蝕環(huán)境下能夠正常工作（傳輸電力）而設計的，該電纜由一個或多個導體芯線、氧化鎂粉，825合金護套組成。導體芯線一般

3、為鎳包銅或純鎳實心芯線。825合金電纜的外護套不能用作接地線。825合金在氧化和還原環(huán)境下都具有抗酸和堿金屬腐蝕性能，高鎳成份使合金具有有效的抗應力腐蝕開裂性。在各種介質中的耐腐蝕性都很好，如硫酸、磷酸、硝酸和有機酸，堿金屬如氫氧化鈉、氫氧化鉀和鹽酸溶液。825合金是迄今發(fā)現(xiàn)的應用于高溫（如石油和石化裝置）生產(chǎn)有機硫化物、硫化氫及硫磺可燃產(chǎn)品的環(huán)境中具有全方位極佳性能表現(xiàn)的合金。825合金護套的礦物絕緣防火電纜不但能在1200的高溫爆炸火焰中生存30分鐘，而且對于石油氣體和酸霧具有極強的防腐蝕性。由?？松梨谑凸具M行過試驗，這個試驗將825合金電纜放在一個非常近似于實際碳氫暴燃大火的環(huán)境中

4、。測試程序規(guī)定被測電纜必須支撐在充滿汽油和柴油混合物的爐坑中，當點燃此混合物時，爐內溫度急劇升高，并猛烈燃燒。在試驗中，被測電纜試樣不但經(jīng)受烈焰的高溫，而且具摧毀性的湍動大火。整個試驗期間，平均溫度超過1100，由于試驗本身的特點，溫度在1100水平不斷上下波動。試驗顯示在火災情況下電纜能夠持續(xù)正常工作。2設備示意圖2.1雙銅帶放線裝置：構造：雙銅帶放線裝置是一臺有2個獨立的放線竿和制動氣剎的放線機。兩個獨立的放線竿可旋轉，每個放線直徑范圍在（240-470）mm之內。最大帶寬為320mm，旁邊4根支撐條長度每根長為600mm。銅帶最重達（全部）=1400千克，普遍使用60.5mm寬的銅帶（每

5、盤最重可達700千克).作用：使銅帶放線機與銅帶儲線器之間保持一定的張力。銅帶放線機的好處在于。當一盤銅帶用完時，在不停機的情況下，更換另一盤銅帶與之焊接（氬氣作為保護氣，UTP銀焊條填充氬弧焊接），確保生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)。（雙銅帶放線裝裝置)2.2銅帶儲線器：構造：銅帶儲線滑輪器大小為4米高，2.5米寬。兩邊是豎直的柱子，中間的頂部是一個滑輪組（6個直徑360mm的滑輪）。中間還有一個滑輪組（5個直徑360mm的滑輪）?；喗M沒有電力驅動而是有一個液壓張力控制部件在銅帶斷裂的情況下可以使之停止。（作為保護措施）有一個固定好安全籠內固定好的單獨滑輪導引銅帶進如滑輪組。此外還有個信號裝置可以確定這些

6、滑輪的位置。作用：保證銅帶儲線器中的銅帶與銅帶清洗機有一定的張力。銅帶儲線器能夠儲存足夠多的銅帶，為銅帶與銅帶之間的焊接贏得充裕的時間。（銅帶儲線器）(圖略)2.3銅帶清洗機構造：銅帶清洗機長約2.5米、高約1.2米、寬約0.6米。外殼主要部件是由耐酸的塑料制品。它有一套控制銅含量的系統(tǒng)和一套控制清洗液溫度的系統(tǒng)。有兩臺用于循環(huán)自來水和清洗液的電機。進出口寬為100mm。內置傳送帶寬達64mm。作用：10%-15%的稀硫酸和10%-20%的雙氧水對銅帶表面進行酸洗，去油污、去氧化等化學反應。酸洗完的銅帶再進行水洗，最后經(jīng)過不低于35度的烘干傳輸?shù)姐~帶成型軋機。（銅帶清洗機）(圖略)2.4銅帶成

7、型軋機構造：一臺有13個萬向節(jié)的銅帶成形機，由7個動力引導軋模，2臺電機，7個變速箱和7個軋輥（均是一對），其余6個不用的全部都固定在主架上。開頭三個變速箱連接在一起由第一個變速箱旁的電機驅動。后四個變速箱連接在一起由第7個變速箱旁邊的電機驅動。軋輥連接到滾動軸送出的那個變速箱。銅帶管成型軋制時，所有的這些軋輥工作必須保證同心垂直。電機，變速箱和軋輥也都是一樣的。每一環(huán)的齒輪齒數(shù)比都一樣為79：1（變速箱和輪子）電機信息：通用電機，每分鐘1000轉，3.8千瓦直流分激電動機。電樞=180伏特，28.5安培。磁場電壓210伏特，1.95安培。電機使用風扇降溫。作用：寬為60.55毫米的銅帶縱包成

8、19.8毫米的銅管，縱包成的對縫之間間隙為0.1毫米左右以便于焊接。（銅帶成型軋機）2.5焊接系統(tǒng)構造：焊接盒有3對直徑為20mm的水冷輥。硅油傳輸系統(tǒng)由Watson Marlow 504 DU 泵，有觀察孔的球形傳感器、硅油桶架子組成。振動錘子組成：一個直流電機和凸輪機構中的變速箱。電機控制面板組成：一個林肯焊機，一個單獨高頻的400安培電源以及焊槍，用循環(huán)冷凝水來冷卻焊槍。配有攝象機的接縫控制面板，觸摸式焊接監(jiān)視器。作用：銅帶縱包焊接連續(xù)生產(chǎn)工藝最重要的一環(huán)就是保證焊接的質量和穩(wěn)定性。銅帶成管的接縫由攝像頭自動跟蹤并進行自動調整焊接，保證了焊接的穩(wěn)定性和質量。(焊接裝置-圖略)2.6 1號

9、軋機構造：1號軋機共由7道電機組成。它的齒輪齒數(shù)比是根據(jù)變速箱和電機的驅動皮帶輪的區(qū)別有所不同.所有的軋輥機架都安裝在主結構上. 軋輥機架之間都呈直角.所有軋輥機架的電機、變速箱,軋制的地方都是一樣的.每軋輥機架都有直流電機帶動一個帶子直至變速箱.直到軋制的地方.電機信息:”通用電機”3000轉每分鐘,2.2千瓦直流分激電動機.電樞電壓=180伏特,13.5安培.磁場電壓210伏特,0.78安培.電機結構=MD132160(有腳架).控制系統(tǒng): 控制全部連接到主線控制系統(tǒng)。本地控制通過在一樓的主控制桌上進行微控來完成。作用：將組合成的銅線芯、氧化鎂、銅帶經(jīng)過多次軋制成半制品。1號軋輥送出的電纜

10、直徑19.07mm,7號口送出電纜直徑15.52mm.（圖?。?.7 1號退火裝置、冷卻水槽和導向輪、2、3號軋機構造（1號退火裝置）：125千瓦 1萬赫茲水冷電機、線圈盒和水循環(huán)系統(tǒng)、線圈直徑為30mm、 玻璃墊管外徑為26mm、內徑為20mm 、長為1650mm。作用（1號退火裝置）：大電流感應加熱電纜。加熱原理：50HZ的工頻電流變?yōu)?0KHZ交流電源，采用的是可控硅變頻裝置、導電材料在磁場里被感應，材料本身產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，使材料自身發(fā)熱的一種物理現(xiàn)象。構造（冷卻水槽（淬火）和滑輪）：安裝有導向滑輪的3350mm x 610mm x 1600 mm(縱深高度)冷卻水槽.滑輪使之能在垂

11、直方向移動,1800mm鋁制滑輪,限位開關和LVDT。水槽連接管道到到循環(huán)泵和熱交換器，由水泵控制.作用（冷卻水槽（淬火）和滑輪）：設計用來解決礦物電纜生產(chǎn)過程的三個問題。1)將電纜由樹直變成水平2)冷卻1號退火裝置出來的電纜3)為2號軋機軋制速度控制電路提供信號位置。 構造（2號軋機）：2號軋機共由12道電機組成：所有的軋輥機架都安裝在主結構上。軋輥機架之間都呈直角.所有軋輥的電機,變速箱,軋制的地方都是一樣的。每個軋輥的齒輪齒數(shù)比根據(jù)變速箱和電機的驅動皮帶輪的區(qū)別有所不同。電機信息:通用電機 3000轉每分,2.2千瓦直）流分激電機.電樞電壓180伏特,13.5安培.磁場電壓=210伏特,

12、0.78安培。全控制系統(tǒng): 控制部連接到主線控制系統(tǒng)。作用：1號軋輥送出的電纜直徑15.07mm,12號口送出纜直徑7.88mm構造：（3號軋機同2號軋機原理一樣）作用：3號軋機1號軋輥送出的電纜直徑9.96mm,12號軋輥送出電纜直徑為5.15mm。（所有圖略）2.8 2號退火裝置、激光測徑儀、渦流測試儀構造（2號退火裝置）：有250千瓦,1萬赫茲的水冷電機,包含六個線圈內徑為30mm、長為4270mm的線圈盒、水冷系統(tǒng)等。玻璃墊管外徑24.5mm,內徑19.5mm(700mm長)。作用（2號退火裝置）：（同1號退火爐、圖省）構造（激光測徑儀）：配有激光測量頭.系統(tǒng)有報警箱作用（激光測徑儀）

13、：檢測電纜的外徑是否在0.5mm范圍之內。構造（渦流測試儀）：配有探傷（焊接不良好的焊縫）激光頭和顯示儀器屏屏。作用（渦流測試儀）：檢測不良焊縫并報警，裝有黑色沖頭的氣壓裝置打出一黑色痕跡提醒收線人員以便分頭。（圖略）2.9向下式成圈收線裝置構造：由有V型槽的上托盤和下轉盤組成。轉柱直徑1000mm，由氣壓活塞來控制Fingers和feed roll。轉盤直徑為1160mm由鏈條來驅動。作用：成圈收線、保證連續(xù)生產(chǎn)時更換收線盤。（收線裝置-圖略）3 材料3.1導體結構圖（略）礦物絕緣電纜典型的結構如右圖所示。導體、氧化鎂、護套經(jīng)過多次組合軋制，三者之間高度緊壓、氧化鎂密實度很高。如果電纜要求具

14、有防腐性能、可以在銅護套外再擠出一層外護層。一般情況之下導擠出一層外護層。一般情況之下導體和護套采用銅材料而絕緣層采用氧化鎂材料。配線電纜的導體尺寸規(guī)格相當多，從1mm2到400mm2不等，線芯數(shù)量也從1根到19根不等，一般只有單芯電纜的導體截面大于25mm2，多芯電纜7芯、12芯、19芯一般情況下其導體的截面都比較小。2、3、4、7芯電纜如右圖所示(略)。3.2材料介紹銅帶縱包焊接連續(xù)生產(chǎn)工藝采用的原材料是含磷的無氧銅帶、可加硅油的氧化鎂粉、成圈的銅導體。含磷的無氧銅帶最重可達700kg, 成圈的銅導體也重達1噸。而灌裝或瓷柱裝配工藝的一根電纜只能達到200kg左右，因而從源頭上，連續(xù)生產(chǎn)工

15、藝保證了原材料的供應長度。理論上講，銅帶連續(xù)生產(chǎn)工藝生產(chǎn)過程中，原材料質量的保證、電氣的高穩(wěn)定性，一根2L1.5的電纜可達8公里左右，由于收線裝置的約束、一根2L1.5的電纜最長也可高達4公里左右。321導體材料礦物絕緣電纜采用的導體原材料是實芯的、近似圓形截面的已退火高導電率的無氧銅。滿足導體材料的兩個必要條件一個是對于電能有效傳輸最基本的高傳導率，一個是滿足工藝需要的材料的可延伸性。柔韌的具有高傳導率的銅能夠滿足絕大多數(shù)配線電纜導體的要求，無氧銅中氧的含量很低，這種銅的組織是均勻的單相組織，對韌性非常有利。無氧銅的可軋制性在所有的線徑內與低氧銅桿相比都是比較優(yōu)越的。3.22護套材料標準護套

16、原材料采用的是含磷的脫氧銅帶（含磷的銅帶便于焊接）。脫氧磷銅帶不含砷、碲的含量不超過50ppm、硫的含量不超過15ppm。含磷的脫氧銅帶兩側邊角必須保證是光滑的、干凈的、明亮的、無毛刺、無油斑，這樣才能夠確保焊接的穩(wěn)定性和焊接質量，才能夠保證軋制的順利進行。3.23絕緣材料礦物絕緣電纜的絕緣材料無機物氧化鎂-它的物理性能和化學性能非常穩(wěn)定、對銅無腐蝕作用、熔點高達2800、電氣強度高、熱傳導率高、無毒，材料的純度可以制造高達94%以上，對于特殊場合如核電站、對氧化鎂的材料純度要求更高。銅帶縱包焊接連續(xù)生產(chǎn)工藝所用的氧化鎂主要考慮氧化鎂的流速、密度、粒度分布等三個方面。1）流速控制在160210

17、s/100g之間。2）振實密度在2.132.33g/cm3之間。3）粒度分布與密度有直接關系，正常的粒度分布是從+40-325目，從高向低呈遞減形式分布。3.2.31氧化鎂的電性能：檢查氧化鎂粉的物理指標及化學指標，其根本目的只有一個，就是保證有良好電性能指標。電性能指標分為常態(tài)、熱態(tài)及潮態(tài)。常態(tài)試驗是指在正常情況下，在管子制好后，測其絕緣電阻及耐壓，稱為常態(tài)絕緣及常態(tài)耐壓。熱態(tài)試驗是在各種設定條件下通電，在一定負荷條件下，觀察管子泄漏電流、電阻及耐壓情況，實際上通過這些數(shù)據(jù)評價鎂粉質量。潮態(tài)試驗即是把通過電或未通過電管子放入恒溫恒濕箱（潮濕箱）內，在一定時間內，以觀察氧化鎂吸濕性能。一般均在

18、42或50，放48或72小時再測定管子絕緣和耐壓（代表氧化鎂絕緣和耐壓）。4礦物絕緣電纜銅帶縱包焊接連續(xù)生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝流程圖見下面：(略)銅帶縱包焊接連續(xù)生產(chǎn)線由垂直和水平兩個部分組成，垂直部分包括三樓的兩個加氧化鎂粉的斜筒與料斗、管成型輥機、二樓的清洗機、焊接機頭、循環(huán)水冷凝壓縮機、壓輪、1號軋機。水平部分包括一樓的1號退火感應退火箱、兩個淬火冷卻水槽、三臺軋機、2號退火感應退火箱、外徑檢測儀、渦流測試儀和收線裝置。首先將銅帶放線裝置上的0.95mm(厚度)*60.55mm（寬度）的銅帶（此僅為一種規(guī)格）穿入到銅帶儲線器，經(jīng)過銅帶清洗機的水洗、酸洗、不低于35的烘干，再經(jīng)過成型軋機成型輪連

19、續(xù)縱包成圓柱體形狀，在焊接水冷輥處、銅帶邊相互對齊緊貼，對縫的間隙為0.1毫米左右，采用電極棒進行氬弧焊接（不需要填充焊料、氬氣作為保護氣）。焊搶頭與護套中心成110度角，以便對銅帶邊進行預熱。銅帶焊接速度為1.0-3.0m/分鐘，焊接電流在205-270A左右，焊接電壓為12-13V左右。要密切注意觀察焊接后銅護套的表面質量、銅帶表面呈魚鯪狀，不能有漏焊、破洞、滴流等不良現(xiàn)象。其次按工藝要求選擇合適的不銹鋼定芯管,將其從氧化鎂粉料斗下口放入至成型軋機至1號軋機之間。此時再將硅油導管穿入定芯管中。定芯管的作用主要保證線芯與銅護套及線芯與線芯之間的絕緣厚度均勻，且將其固定到氧化鎂粉料斗下支架上，

20、并用“喇叭”型橡膠套與料斗及定芯管上進粉口連接且將上下口用不銹鋼管卡收緊密封。為了保證導電線芯不在銅護套不偏芯，將引線通過定徑模穿入到定芯管內，再將引線與導體線芯焊接連在一起，此時的定徑模應放入模套中并固定在氧化鎂粉漏斗支架上，要求定徑模?？着c線芯定芯管管口成直線（定徑模定徑區(qū)直徑比銅線芯坯料直徑小0.1-0.6mm左右，主要起定徑、校直、去除導體表面的雜質等作用）。接著將引線穿入到一號軋機第七道軋輥下面，此時將氧化鎂粉從漏斗灌入銅護套內。為了保證氧化鎂粉順利灌粉及氧化鎂粉在銅護套內密實，在焊槍和銅管定徑輪之間有一對小錘對銅管進行一定頻次的敲擊（頻率為20-80次/分鐘左右）。在漏斗內的氧化鎂

21、粉供送量可借助漏斗和斜筒內粉位傳感器信號來控制、漏斗和斜筒都有傳感器，一旦氧化鎂粉末脫離傳感器的探頭將會發(fā)出報警聲。半制品經(jīng)過軋機連續(xù)軋制和中間感應退火（兩次），即可獲得所需的成品電纜直徑。每個軋機機座上裝有若干對軋輥，使氧化鎂粉絕緣壓實，同時使電纜減徑量軋小，軋制后軋制后電纜通過中間感應退火（容量50-110 kW）并經(jīng)過添加了酒精的循環(huán)冷卻水槽進行淬火。整個生產(chǎn)線速度由主控臺按照工藝參數(shù)來設定、退火爐功率可由手動控制。在正常生產(chǎn)過程中，要不斷的進行中間檢驗，要檢查電機速度是否過載等一系列的工作。5技術數(shù)據(jù)（?。┍竟?jié)主要介紹了原材料、輔助材料、附件、過程控制、質量分析等技術要求。6軋制與拉撥

22、61軋機發(fā)展史軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設備。最早有記載的是 1480 年意大利人 達 .芬奇 設計出軋機的草圖。1553 年法國人布律列爾軋制出金和銀板材用以制造錢幣。此后在西班牙比利時和英國相繼出現(xiàn)軋機。1728 年英國設計的生產(chǎn)圓棒材用的軋機，英國于 1766 年有了串行式小型軋機19 世紀中葉第一臺可逆式板材軋機在英國投產(chǎn)并軋出了船用鐵板。 1848 年德國發(fā)明了萬能式軋機，1859 年建造了第一臺連軋機。萬能式型材軋機是在 1872 年出現(xiàn)的。20 世紀初制成半連續(xù)式帶鋼軋機由兩架三輥粗軋機和五架四輥精軋機組成。6.2軋機軋制原理目前我公司軋機的主要設備是采用來自德國伯勒公司的14機架

23、軋機和英國KANTHAL公司的7機架和12機架的軋機。礦物絕緣電纜軋機軋制原理：通過直流電機的傳動軸上面齒輪組的驅動，連接在齒輪組上的兩個萬向節(jié)的運動就會驅動連接在萬向節(jié)上的成對的軋輥，從而達到軋制的目的。軋機原理的表面現(xiàn)象很簡單，將外徑較大的電纜或銅導體通過一對旋轉軋輥的輥槽，因受軋輥的壓縮使材料截面減小，長度增加的壓力加工方法。目前我公司是將24.5毫米的半制品電纜直接軋制成工藝參數(shù)規(guī)定的數(shù)據(jù)。目前軋機最大軋輥可軋制32毫米的電纜，可將32毫米的電纜直接軋到5.15mm。軋機的控制系統(tǒng)比較復雜，總體上分為機械、液壓和電氣控制三部分，軋機精度的高低除與機械制造的水平有關外，液壓與電氣控制也是

24、必要的。6.3軋機設備構造軋機主要有工作機座和傳動裝置。工作機座由軋輥軋輥軸承機架軌座軋輥調整裝置等組成。軋輥是使金屬塑性變形的部件。工作機座：1） 軋輥軸承支承軋輥并保持軋輥在機架中的固定位置。2）軋機軌座：用于安裝機架并固定在地基上又稱地腳板。承受工作機座的重力和傾翻力矩同時確保工作機座安裝尺寸的精度。3）軋輥調整裝置：目前德國伯勒公司的14機架軋機的輥縫不需要調節(jié)，根據(jù)主控制臺預先設定的參數(shù)自動化更換軋輥，換一次軋輥只需要2分鐘左右。而英國KANTHAL公司的7機架和12機架的軋機更換軋輥非常麻煩，需要調節(jié)更換軋輥的輥縫，更換一次軋輥正常需要幾個小時。傳動裝置：由直流電機萬向節(jié)齒輪座和連

25、接軸等組成。齒輪座將傳動力矩分送到兩個軋輥上。6.4拉拔原理拉拔的原理：靠拉拔機的鉗口夾住穿過拉拔?？椎慕饘倥髁希瑥哪？字欣?，而獲得與?？捉孛嫘螤?、尺寸相同的產(chǎn)品的一種加工方法。與擠壓、軋制加工過程不同，拉拔過程是借助于在被加工的金屬前端施以拉力實現(xiàn)的，此拉力為拉拔力。拉拔力與被拉金屬出?？谔幍臋M斷面積之比稱為單位拉拔力、即拉拔應力。實際上拉拔應力就是變形區(qū)末端的縱向應力，拉拔應力應小于金屬出口模口的屈服強度。如果拉拔應力過大超過金屬出?？诘那姸龋瑒t可引起制品的細頸、甚至拉斷。因此、拉拔應力要小于金屬出?？诤蟮淖冃卫?。6.5軋制、拉撥技術數(shù)據(jù)軋制：24.5 mm10.7mm機架輥槽輥槽

26、大直徑小直徑截面積橢圓斷面壓縮率延伸率速度軋輥速度電纜速率Input24.5024.50471.440.002.051124.5221.54414.8212.1512.0113.652.334.901.002121.5621.56365.080.0011.9913.622.645.571.143121.5818.96321.3512.1411.9813.613.006.331.294118.9818.98282.930.0011.9613.583.417.191.475119.0016.87251.7411.2111.0212.393.838.171.676116.8916.89224.050

27、.0011.0012.364.309.181.877116.9115.02199.4811.1810.9712.324.8310.312.108115.0415.04177.660.0010.9412.285.4311.582.369115.0613.14155.4212.7512.5214.316.2113.012.6510113.1613.16136.020.0012.4814.267.0914.873.0311113.1811.56119.6612.2912.0213.678.0616.993.4712111.5811.58105.320.0011.9913.629.1619.313.9413311.6010.6597.038.197.87