一种氧化镁矿物绝缘电缆生产方法与流程

本发明涉及一种电缆生产方法，尤其涉及一种氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，能够连续生产使该电缆制造无限长度。

背景技术：

MI电缆，国内称为氧化镁矿物绝缘电缆，目前，世界上MI电缆生产工艺二种，绝缘层氧化镁粉体灌装法和绝缘层氧化镁瓷柱法，前者是将相当高度的铜护套竖立，导体铜杆保持中心又保证互不接触，灌装氧化镁粉体并捣实。特点：操作高度相当，占用空间大；难以操作；粉尘难控制；质量难控制。后者氧化镁瓷柱短型，逐段装配。特点：工序复杂，占地面积大，技术要求高。二者共同特点：①反复多次退火，电能消耗大，电费占销售额5％、占生产成本30％。②长度受限，敷设时需要许多中间接头，易产生运行故障。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，不但能够完善线缆减径连轧工艺，减少退火次数，缩短工序，而且大大提高工作效率，节约电能，并降低生产成本。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，包括如下步骤：S1)对氧化镁粉体造粒获得氧化镁颗粒；S2)将氧化镁颗粒投入成型机进行压制形成半圆柱形胚体；S3)对半圆柱形胚体进行烧结形成氧化镁瓷体；S4)选取两片半圆柱形氧化镁瓷体覆盖于铜杆导体之外，并在合并后的圆柱形氧化镁瓷体外纵向包覆铜带形成线缆胚体；S5)对线缆胚体进行拉拔、在线退火及冷轧形成氧化镁矿物绝缘电缆。

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S1)中氧化镁粉体按如下质量百分比配制：

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S1)包括：将水加温至80-90℃后加入聚乙烯醇，控制水和聚乙烯醇的质量百分比为100：2，然后在100℃下保持2小时后自然冷却，获得聚乙烯醇胶体；将混合氧化镁粉体投入造粒机中，当粉体翻滚时喷入聚乙烯醇胶体，所述混合氧化镁粉体和聚乙烯醇胶体按质量百分比100:10进行配比；在100-200℃下造粒1-2小时，得到氧化镁颗粒。

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S2)包括：将氧化镁颗粒投入成型机中，在10-12MaP的压制力下按15个/分钟进行压制，控制氧化镁颗粒表面的压力密度2.5g/cm³。

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S3)中半圆柱形胚体在500℃下烧结2小时。

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S4)中铜杆导体通过校直定位部件设于包覆装置的中心位置，所述铜带纵向进行弯曲，弯曲半径逐渐减小，然后从合并后的圆柱形氧化镁瓷体两侧向中间同时进行包覆，直至铜带两边缘合拢形成直线缝隙将氧化镁瓷体完全包覆；所述步骤S4)还包括采用机械清理法清除装配、包覆过程中铜皮接口处氧化镁粉残留物、氧化膜和油。

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S5)还包括对线缆胚体外的铜带进行焊接，用钨极作为电极，用氩气作为保护气体，采用铈钨极氩弧焊将多段氧化镁瓷柱外铜带自动连续焊接。

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S5)采用不盘卷直拉拔式，对处于变形区内的线缆采用一向拉伸、两向压缩的方式进行拉拔；所述在线退火的温度控制为550-580℃，保温时间为8-12小时。

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S5)采用六对垂直交叉设置的轧辊对进行轧制压缩，轧制压缩的总次数为四次，每次压缩率依次为：49％、46％、56％、48％，辊轧工序的出料速度范围1-150m/min。

上述的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，其中，所述步骤S6)还包括如下热处理过程：将线缆吊装进热处理炉罐内，密闭后使其真空，控制压力-0.1Mpa；随后充入N₂和H₂的混合气体，N₂和H₂的体积百分比为97％：3％，控制混合气体的压力为0.05Mpa；缓慢加温2.5小时，控制热处理炉罐内温度为580℃，并保温2小时；保温后采用风冷式缓慢冷却至300℃，再采用循环水冷却。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，不但能够完善线缆减径连轧工艺，减少退火次数，缩短工序，而且大大提高工作效率，节约电能，并降低生产成本。

附图说明

图1为本发明氧化镁矿物绝缘电缆生产流程示意图；

图2为本发明压制形成的半圆柱形胚体结构示意图；

图3为本发明的线缆胚体拉拔受力分析原理图；

图4为本发明的线缆胚体拉拔示意图；

图5为本发明的线缆胚体冷轧示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明氧化镁矿物绝缘电缆生产流程示意图。

请参见图1，本发明提供的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，包括造粒—压制—烧结—装配—包覆—焊接—拉拔—在线退火—冷轧—成品检验—入库。

1、造粒：

目数值小，颗粒大，构成成型坯体的骨架；目数值大，颗粒小，填充坯体的间隙，提高密值度。

2)制胶比例：水：聚乙烯醇＝100：2

水加温至80-90℃，聚乙烯醇融入，保持约100℃2h，然后自然冷却。

聚乙烯醇无毒无味，无污染，在80-90℃水中溶解，聚合度低，重量减少快，醇解度高，分解时间短，其水溶液有很好的粘接性和成膜性，溶解过程是分阶段进行，亲和润湿—溶胀—无限溶胀—溶解，膜的机械性能优良，膜的拉伸强度随聚合度、醇解度升高而增强，粘接强度越强，聚合度与粘度成正比关系，聚合度增加，粘度随之增加；聚乙烯醇在水中的溶解性能与其醇解度、聚合度、颗粒细度及温度有关，溶解速率与聚合度成反比关系，聚乙烯醇随着聚合度的增加，它的溶解速率就随之降低；溶解速率与醇解度也成反比关系，随着醇解度的增加，其溶解速率就随之降低；溶解速率与温度成正比关系，温度提高，有利于提高聚乙烯醇的溶解速率；聚乙烯醇的溶解速率与其颗粒直径也有关系，颗粒越小，越有助于加快其溶解。

由于本发明应用的聚乙烯醇成膜固色温度低、附着力、耐水性、聚强度强，与其他粘合剂相比具有节约能源、减少烘燥设备、节约成本等优点。

3)造粒将目数不等的混合氧化镁粉体投入造粒机中，在机中粉体翻滚时喷入聚乙烯醇胶体。

配比：氧化镁粉体:聚乙烯醇胶体＝100:10

当一定数值风量从造粒机顶部进入吸风，将一定小质量的氧化镁粉体颗粒吸到一定高度悬浮，同时喷人胶体，胶体粘于粉体颗粒使其相对变大，质量增加而下落，不断有相对小颗粒粉体在吸风的作用下上浮被喷胶，按设计的吸风量、喷胶量的数据造粒，当后续的设定的压制力到达氧化镁坯体最佳牢固程度。当胶体量少，粘度不足影响牢度；当胶体量过多，可增加粘度，但不经济。100-200℃下造粒1-2h，得到最佳氧化镁颗粒。

2、压制：

本发明的坯体形体长度约25cm，半圆柱形，如图2所示(传统坯体长度4cm，圆柱形)。此时坯体的大小适合于搬动，破损率小，同时能有效提供装配率。将氧化镁颗粒投入成型机中，10-12MaP的压制力下压制约15个/min，控制氧化镁颗粒表面的压力密度2.5g/cm³。由于氧化镁粉体选用目数不同，使其坯体中颗粒棑列密实。试验证明，当压制力＞10-12MaP时，坯体经烧结后会过分坚硬；当压制力＜10-12MaP时，坯体经烧结后会较松散。

3、烧结：

坯体在500℃下烧结2h，其胶体(聚乙烯醇)模量温度上升显著下降，水凝胶的氢键随温度升高被逐步打开，当温度缓慢下降，其氢键部分重建，与温度下降速率有明显的依赖关系。由于氧化镁粉体目数的合理匹配、制胶工艺、压制力的调整、烧结温度由传统的1000℃左右降低到500℃，节约电能是原来的一半。

4、装配、包覆：

将铜杆导体通过校直定位部件保持在包覆装置的中心位置。两半圆柱形氧化镁瓷体(图2)覆盖于铜杆导体之外铜带之内，形成线缆胚体。

逐进弯曲的“圆周弯曲法”包覆克服其铜带弹性模量、剪切模量、线膨胀；保证了铜带包覆成型中的稳定性，防止了铜带游动、回弹变形，控制了包覆成管的接口平直整齐，实现了“冷滚压包覆曲率半径逐变成型轨迹工艺”的有效控制过程。

在该系统末端设置吹风清洁装置，采用机械清理法，清除装配、包覆过程中铜皮接口处氧化镁粉残留物、氧化膜、油等，避免产生气孔、夹渣等缺陷，保证了下道工序自动焊接的连续执行。

5、焊接：

铜带焊接采用铈钨极氩弧焊自动连续焊接，用钨极作为电极，不采用填充焊丝，电极放电。铜是锌合金，由于锌的沸点较低，仅为907℃(铜熔点1083℃)，故焊接中极易蒸发，蒸发量高达40％，锌的大量蒸发，导致焊接接头的力学性能和耐蚀性能下降，还使之应力腐蚀的敏感性增大，蒸发的锌在空气中立即被氧化成氧化锌，形成白色的烟雾，给操作带来困难，而且影响焊工身体健康。本发明采用交流焊接，其材料中的锌的蒸发比直流焊接时轻，并用弱氧化焰，以便生成氧化锌，并脱H减少气孔。H的来源是水的分解产物，而水分主要来自焊条药皮中的有机物以及空气中的水分、金属表面带人熔池的水分和油污等。焊接区域是在一个相对密闭的焊接箱，焊接前预通氩气一段时间，确保箱内空气置换干净；焊枪喷嘴温度在250-350℃，此时尚未焊接，仅为瞬时间，但已作为焊材的预热，紧接着在充满氩气的区域内完成焊接，并保持在氩气区域一定时间，焊材温度降至150℃以下，由此达到脱H而减少气孔。铜护套的薄铜带的包覆对缝焊接，氩气作保护气体，纯度≥99.99％，露点-50℃，防止焊接过程中的氧对铜液及铜表面的氧化而影响焊接质量。有效防止了焊接氧化与产生气孔的弊病，保证了焊缝饱满平整连续。

6、拉拔

拉拔采用不盘卷直拉拔式，将线缆胚体直径通过相匹配的模具上的模孔制成所需的规格尺寸，线缆在外力作用下产生超过自身材料弹性极限应力和应变(即变形)，如图3所示。拉拔过程中，变形区集中在模具的型腔部分，变形区内的线缆处于一向拉伸、两向压缩的应力和应变状态，如图4所示。

V工具＞V工件 摩擦力方向与线缆运动方向相同

V工具＜V工件 摩擦力方向与线缆运动方向相反

前滑区：V工具＜V工件 T2与线缆流向相反

后滑区：V工具＞V工件 T1与线缆流向相同

线缆与模具的接触压力大，相应的摩擦力也大，此摩擦力为有害摩擦，同时拉拔时线缆的变形量大，温升也大。本发明采用“强迫润滑工艺”，利用拉拔中线缆与模具之间的相对高速运动，将润滑剂带入模具型腔，产生“高压油楔”，在模具与线缆之间生产油膜，提高润滑油的润滑效果。该线缆主体材料是铜，它由大量晶粒组成的多晶体，晶粒内的原子按照体心立方、面心立方或紧密六方等方式排列成有规则的空间结构。由于原子排列的线性参差位错的存在,晶体在受力后原子容易沿位错线运动,降低晶体的变形抗力。通过位错运动的传递，原子的排列发生滑移和孪晶。滑移是一部分晶粒沿原子排列最紧密的平面和方向滑动，很多原子平面的滑移形成滑移带，很多滑移带集合起来就成为可见的变形。原子移动的距离和相对于一定的晶面沿一定方向相对移动的孪晶面的距离成正比。塑性变形引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发生交割，位错的运动受到阻碍，使线缆产生硬化。线缆金属体内各部分之间产生相互平衡的内应力，即残余应力，残余应力降低线缆的尺寸稳定性，增大应力腐蚀的倾向。

7、在线退火：

本发明在不盘卷轧辊直拉式完成后，紧接着在线退火，根据线径大小，以一定时间线缆保温完成再结晶温度，温度大约控制在450-500℃，8-12h，经过冷变形的线缆，加热到一定温度并保持一定的时间，原子的激活能增加到足够的活动力时，便会出现新的晶核，并成长为新的晶粒。经过再结晶处理后，冷变形引起的晶粒畸变以及由此引起的加工硬化、残余应力等都会完全消除。线缆材料在变形过程中不断地发生再结晶，不引起加工硬化，缓慢地冷却，也不出现内应力。冷变形后的线缆，当加热到稍低于再结晶温度时，通过原子的扩散会减少晶体的缺陷，降低晶体的畸变能，从而减小内应力。

8、冷轧：

采用盘卷冷轧，使线缆通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊时受压而变形，设备用轧辊组，轧辊组轴设在轧辊设备支架上，轧辊组包括六对垂直交叉轧辊对，每一对轧辊对中的每一轧辊沿辊面轴向间隔设置有六道轧槽,线缆每被运行轧制六道轧槽为完成一次压缩，本发明总共进行四次轧制压缩。

第一、三、五轧槽成型线缆为椭圆形，第二、四、六轧槽成型线缆为圆形。传统生产工艺：当大尺寸圆形线缆胚材基础上轧制成型小尺寸线缆时，在挤压力的作用下使线缆胚材在有限的轧槽空间中于轧槽结合部极易形成“飞边”(挤出多余的条形)，严重时挤破线缆的铜护套。本发明的冷轧工艺设计为：在大尺寸椭圆形线缆胚材1基础上轧制成型小尺寸圆形线缆，椭圆形长轴面2与轧槽4之间形成一定的空隙5，冷轧时挤压力首先作用到椭圆形短轴面3，迫使长轴面2的线缆胚材填满空隙，从而保证了线缆胚材的圆整性，如图5所示。第一轧槽、第二轧槽为张力升起轧槽，减径率较中间的第三轧槽、第四轧槽为小；未尾的第五轧槽、第六轧槽是张力降落轧槽，变形状态微张力减径变形壁厚保持不变，径向压缩是线缆仅向长度方向(纵向)流动。本发明的辊轧工序的四次压缩率依次为：49％、46％、56％、48％，辊轧工序的出料速度根据线缆直径大小可以调节，相对而言，线径小速度可适当高，反者速度可适当低，范围1-150m/min(米/分)。

优点：轧机的应力线短，刚性好，线缆的尺寸精度高。实现了对称调整，辊缝调整相对轧线对称，保证了轧制线固定，提高了成品率，轧机占地小布置紧凑。

7、退火：

将线缆进行热处理消除应力和恢复塑性，防止铜的应力腐蚀和后期制作中发生变化，具体热处理过程如下：将线缆吊装进热处理炉罐内，密闭后使其真空，压力-0.1Mpa；随后按体积比充入97％N₂和3％H₂的混合气体，压力为0.05Mpa。缓慢加温2.5h，控制热处理炉罐内温度约为580℃，并保温2h；保温后采用风冷式缓慢冷却至300℃，再采用循环水冷却。季节不同，大气温度不同，冬夏季节差别各阶段时间上差异约0.5小时。线缆直径的不同工艺各参数也有所差异。直径大，所需温度就高，相应保温、冷却时间就长。

该步骤关键是解决电缆经冷轧成型后消应力处理工艺技术。根据线缆的材料特性，通过对通用热处理炉具作炉罐内空气流通流道和冷却水流道的设计，改进了热电偶温度测量方式，克服了退火工程中出现的炉温升温不均形象，实现了炉内腔上、中、下部位温度一致性，探索出一套退火温度与时间的可控曲线，确保线缆退火处理后的良好机械性能。成型工艺的数学参数“升温函数定义域”、“保温函数定义域”。

8、检测

线缆在拉拔过程中使用的润滑剂，经过退火高温后使线缆表面呈现暗淡色，同时清洁度差，影响线缆质量，对此，根据线缆材质在减径、退火工序物理性和化学性的变化，通过在规定容器中采用水、氨基黄酸制成一定比例的溶液，将成卷线缆渗泡，设定时间，通过化学反应：

氨基黄酸+氧化铜＝盐+水

CuO+2HSO₃NH₂→Cu(SO₃NH₂)₂+H₂O

氨基磺酸铜易溶于水，使其光亮清洁，提升了产品质量。

铜杆、氧化镁、铜管三者制成的线缆经拉拔、退火，其物理性、化学性变化过程中，分子间结构发生变化，紧密性发生突变，在水份充足条件下，铜护套在严密不破损状态，保证绝缘层氧化镁的不吸水性，确保绝缘的良好性，否则，因水份影响绝缘料的正常绝缘性能。检测中，采用线缆端头水渗泡的方法，原工艺检测长度80cm，意味着这长度的线缆锯断而废料。现在，经过工艺新技术，线缆在加工生产中的物理性能、化学性能发生了可控性，根据不同材料分子结构个体性、组合性，探索到检测长度10cm的最佳临界数据，使其科学数据完美、经济性，依据平均值线缆约0.1元/cm计算，节约约14元/根。

本发明应用“现代冷挤压成型原理及其设计”，协调的线速度的科学设计理念，形成完善的线缆减径连轧工艺，提高工作效率和产能，同时节约电、水等资源；包括专用成型设备、“造粒配方工艺”、“压制力数控”、保证了一套严规格产品最佳成型的技术参数标准；先进的电缆成型工艺的物理性、化学性变化的数据设计，形成一套严密的标准化的工艺实施规程。

本发明提供的氧化镁矿物绝缘电缆生产方法，不仅使线缆的长度可达到无限长(理论上)；同时，拉拔和冷轧的混合式减径、在线和炉罐的退火制作工艺，缩短了工序，提高效率40％；减少退火次数，节约了电能，降低生产成本30％；由于生产设备和工艺的改进，生产场地占用减少25％。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。