一种多芯小截面导体矿物绝缘防火控制电缆及制备方法与流程

本专利属于电线电缆技术领域，特别涉及一种多芯小截面导体轻型矿物质绝缘防火电缆及制备方法。

背景技术：

随着安全意识的提高，矿物质绝缘电缆在高层建筑、电力、化工、消防等领域有着较为广泛的应用。目前矿物物质绝缘电力电缆的生产技术比较成熟，国内外已经形成产业链，实现工业化生产，而多芯小截面的矿物质绝缘控制电缆，由于导体截面小、线芯多、外径小、控制精度高，生产难度大，特别是线径小于7.3mm的矿物质绝缘控制电缆，目前国内的电线电缆制造企业都不具备生产能力，仅仅停留在研发试制阶段，未形成工业化大批量连续生产。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本专利目的是旨在提供一种导体截面小，电缆外径小，结构合理，使用方便，安全性能高，同时具有较强防火性能的电缆，就是矿物绝缘电缆，它是由矿物材料氧化镁粉作为绝缘的铜芯铜护套电缆，矿物绝缘电缆由铜导体、氧化镁、铜护套三种无机材料组成，该产品是需要经过多次拉拔或多次轧制组合加工而成的高性能防火电缆，目前已具备耐火、载流量大、防水、防爆、耐腐、耐机械损伤、寿命长、无卤无毒、耐过载、铜护套可以作接地线的优异性能，一般适用的场合有消防栗的供配电、应急发电机组、机场停车场等重要场所、动力配线、高温炉窑、金属冶炼、船舶、石油平台、古建筑、图书馆、化工厂等。

本发明采用以下技术方案：一种多芯小截面导体矿物绝缘防火控制电缆，包括铜导体、绝缘层和金属护套，所述铜导体设置于所述金属护套内，所述金属护套和所述铜导体之间填充无机氧化镁材料以形成所述绝缘层，所述金属护套为铜管。

优选地，铜护套采用tp2型磷脱氧铜带。

上述多芯小截面导体矿物绝缘防火控制电缆的制备方法，包括以下步骤：

(1)铜带压制成管

(2)绝缘灌注

(3)连续焊接

(4)连续敲打

(5)垂直8道轧制

(6)第一次连续退火

(7)水平18道轧制

(8)第二次连续退火

(9)水平8～18道轧制

(10)反复连续退火-轧制-退火

(11)成品校准。

优选地，其特征在于，所述步骤(3)具体为：采用专用氩弧焊机，将铜管合缝口焊接牢靠，形成无缝隙的完整铜管；氩弧焊机电流控制在80～300a之间。

优选地，所述步骤(5)具体为：采用8道专用垂直轧机，轧机模槽自上而下，由大变小，将灌粉后的铜管进行连续轧制，使成品外径控制在工艺规定的范围之内，形成半制品；第1道模槽规格为19.8mm、32.0mm和42mm，尺寸与铜带压制成管的模槽尺寸保持一致；第8道模槽规格为33.98mm、25.98mm和15.9mm。

优选地，所述步骤(7)具体为：采用18道专用垂直轧机，轧机模槽由大变小，将半制品铜管进行第二次连续轧制，使成品外径再次控制在工艺规定的范围之内，产品线径再次变小，绝缘氧化镁粉压实度由小变大，形成具有一定外径和压实度的半制品。

优选地，所述步骤(9)具体为：采用水平轧机将半制品进行连续轧制，使产品外径再次变小，外径达到工艺规定值，产品氧化镁粉密实度达到工艺规定值，提高绝缘电气性能。

优选地，所述步骤(10)具体为：当产品外径、导体线径及铜管厚度未达到工艺规定值时，采取反复连续退火-轧制-退火的方式，将产品外径、导体线径及铜管厚度控制在工艺规定值，确保产品导体直流电阻、铜管直流电阻、氧化镁粉密实度、绝缘电气性能、铜管厚度及产品外径达到工艺要求。

优选地，所述步骤(11)具体为：最后一次采用拉拔模具，将产品进行校准，使产品外径达到工艺规定的范围，最小可达到3.0mm；外径精度控制在±0.01mm。

本专利涉及一种多芯小截面导体轻型矿物质绝缘防火电缆的生产技术，该技术涉及一种连续氩弧焊接，多次连续退火轧制，第一次采用8道连续垂直轧制，18道连续退火水平轧制，将电缆外径轧制至8.3mm，第二次采用8道～18道连续退火水平轧制，将电缆外径控制在工艺范围之内，最小可达到3.0mm；两次连续退火轧制，轧机中间采用多道拉拔模具进行线径校准，将电缆外径精度控制在±0.01mm，圆整度控制在工艺范围之内，最小可达到1％；该技术适用于额定电压500v及以下的轻型矿物质绝缘多芯小截面防火控制电缆的连续大规模工业化生产。

附图说明

图1是本发明多芯小截面导体矿物绝缘防火控制电缆的结构示意图。

图中：1、铜导体2、绝缘3、铜护套。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种多芯小截面导体矿物绝缘防火控制电缆。技术方案：

1、材料选用

(1)导体1：由高导电率的金属铜作导体，导体圆整、表面光洁、无毛刺。

(2)绝缘2：采用耐高温，不燃烧的无机氧化镁作绝缘材质。

(3)金属护套3：采用铜管作护套，经特殊加工有良好的连续性和弯曲特性，并可作为接地线使用。

2、产品性能

由于矿物绝缘控制电缆连续工作温度为250℃，在950℃～1000℃时可持续供电3小时，短时间或非常时期可接近铜的熔点1083℃工作(氧化镁的熔点为2800℃)。故具有以下特点：

(1)防火性能

由于矿物电缆全都是采用无机物(金属铜和氧化镁粉)组成，它本身不会引起火灾，不可能燃烧或助燃，即使有外在火焰的燃烧，电缆仍可正常工作。

(2)载流量大

由于矿物绝缘电缆正常使用温度可以达到250℃,iec60702规定矿物绝缘电缆连续工作温度是105℃，这是考虑到终端密封材料和安全的需要，即使这样，它的载流量还远远超过其他电缆，因为氧化镁粉具有比塑料更好的导热系数所以同样的工作温度，载流量更大。

(3)防水、防爆

由于电缆采用铜管作护套，导体、绝缘及护套三者间是致密压实体。过载保护线路过载时，塑料电缆会因过电流或过电压而导致绝缘发热或击穿。

(4)工作温度高

由于绝缘层氧化镁的熔点温度远高于铜的熔点温度，因而电缆正常工作温度可达250℃，短期可在接近铜的熔点温度1083℃下继续运作。

(5)屏蔽性能强

电缆铜护套是优良的屏蔽保护层，既可防止电缆本身对其它线缆的干扰，又可防止外界磁场对自身的干扰。

(6)寿命长

由于电缆由无机材料组成，因而不会老化，其使用期限低达百年以上。

(7)外径小、重量轻

和同规格塑料电缆相比，矿物绝缘电缆外径减小50％，重量减轻30％，既可减小占用空间又便于安装。

(8)抗辐射能力高

由于电缆组成材料均为无机物，因而在经受核辐射后，电缆的电气及机械性能不会产生任何变化。

(9)安全、环保

由于电缆组成材料均为无机物，不含任何有机物。

(10)耐机械损伤

由于电缆的金属护套有一定的强度和韧性，氧化镁在电缆加工过程中又是经过高度压缩的，所以电缆在遭受弯曲、压扁、扭转等变形时，芯线和护套之间的相对位置保持不变，不会产生短路，也不会影响电气性能，在电缆外径变形到三分之二的情况下仍可正常工作。

(11)弯曲性能好

由于电缆经充分退火后，具有一般塑料电缆所无法相比较的可弯曲性。

(12)良好的接地

对于矿物绝缘电缆，由于铜护套的连续性和极低的接地电阻，因此可以作为接地导线使用不需要独立的接地导线。

3、工艺方案

(1)导体：线径不大于4mm的导体，采用德国尼霍夫连续退火铜大拉进口设备拉制而成；线径大于4mm的导体，采用挤铜机连续机制而成，挤铜机进线铜杆直径均为12.5mm，出线外径根据工艺值选定合格的模具机制；导体材质为t1m20型，铜含量99.99％纯铜构成，为电线电缆导体标准要求的单根实心退火铜导体，导体表面光洁，不得有油污、毛刺、锐边、划伤和凸起等缺陷。

(2)绝缘：绝缘采用国内最先进的无机氧化镁粉自动灌装生产线灌装，氧化镁粉压实密度达到3.2g/cm³。

(3)铜护套：铜护套采用tp2型磷脱氧铜带，铜含量99.99％的铜带无缝焊接连续退火轧制而成。

(4)导体校正：进线导体采用高精度专用模具进行拉拔校正，确保导体进线平稳，表面光洁无杂物，进线角度稳定牢靠，导体单丝直径、偏心度以及导体与铜管之间的间隙符合工艺要求；高精度专用模具芯数包括：1芯、2芯、3芯、4芯、5芯、6芯、7～19芯、3+1芯、3+2芯、4+1芯。

(5)铜带压制成管：采用专用的夹具和模槽，将成卷的铜带拉平校直，形成连续平直的铜带；采用专用清洗装置和清洗剂，将铜带表面清洗干净，确保铜带无油污杂质，表面清洁干净；采用专用导轮，将平直的铜带沿着一定弧度连续压制成型，形成具有一定外径的圆管，并确保成管后的铜带合缝口在一条平直的直线上，合缝表面无油污杂质，光洁平整；模槽规格为19.8mm、32.0mm和42mm，共计3个，可根据产品线径的大小，选择合适的模槽；模槽的规格也可以根据工艺的要求进行调整和更换。

(6)绝缘灌注：采用国内最先进的无机物氧化镁自动灌粉装置，将氧化镁粉准确无误的灌入成型的铜管内，确保氧化镁粉灌注连续，铜管内无空隙；自动灌粉装置自动带有磁性滤网，确保添加的无机物氧化镁粉材料清洁干净，不掺杂磁性物质，影响氧化镁粉的电气绝缘性能，确保电气绝缘的安全可靠；无机物氧化镁粉的添加方式和形式，可以根据工艺要求进行添加，也可根据材料的实际情况进行添加。

(7)连续焊接：采用进口的专用氩弧焊机，将铜管合缝口焊接牢靠，形成无缝隙的完整铜管；氩弧焊机电流控制在80～300a之间，避免过焊烧焦，形成焊渣，影响绝缘电气性能；专用氩弧焊机带有自动跟踪系统，根据铜带合缝口的位置，自动跟踪并进行精准焊接，确保铜带焊接连续，焊口牢靠无漏缝。

(8)连续敲打：采用专用的震动敲打器，以一定频率连续敲打灌粉后的铜管，保证氧化镁粉灌注扎实紧密，增加氧化镁粉压实密度，以提高绝缘电气性能。

(9)垂直8道轧制：采用8道专用垂直轧机，轧机模槽自上而下，由大变小，将灌粉后的铜管进行连续轧制，使成品外径控制在工艺规定的范围之内，确保产品外径精准无误差，形成半制品。第1道模槽规格为19.8mm、32.0mm和42mm，尺寸与(5)铜带压制成管的模槽尺寸保持一致；第8道模槽规格为33.98mm、25.98mm和15.9mm，模槽尺寸的设计可根据铜管的延展性和铜带材质进行调整、修订和更换；可根据产品线径的大小，选择合适的模槽；模槽的规格也可以根据工艺的要求进行调整和更换。

(10)第一次连续退火：磷脱氧铜管经过8道垂直轧机轧制后，铜管抗拉强度变大，20℃体积电阻率变大，铜管材质变硬，残余应力大，延展性差，为降低20℃体积电阻率，降低抗拉强度，消除残余应力，提高铜管柔软性和延展性，采用连续退火工艺。

(11)水平18道轧制：采用18道专用垂直轧机，轧机模槽由大变小，将半制品铜管进行第二次连续轧制，使成品外径再次控制在工艺规定的范围之内，产品线径再次变小，绝缘氧化镁粉压实度由小变大，形成具有一定外径和压实度的半制品。

(12)第二次连续退火：第二次连续退火的目的与第一次连续退火一致，降低20℃体积电阻率，降低抗拉强度，消除残余应力，提高铜管柔软性和延展性。

(13)水平8～18道轧制：水平8～18道轧制与水平18道轧制的目的一致，采用水平轧机将半制品进行连续轧制，使产品外径再次变小，外径达到工艺规定值，产品氧化镁粉密实度达到工艺规定值，提高绝缘电气性能。轧机中间采用模具进行校正，确保轧制后铜管圆整，产品椭圆度达到标准要求。

(14)反复连续退火-轧制-退火：当产品外径、导体线径及铜管厚度未达到工艺规定值时，采取反复连续退火-轧制-退火的方式，将产品外径、导体线径及铜管厚度控制在工艺规定值，确保产品导体直流电阻、铜管直流电阻、氧化镁粉密实度、绝缘电气性能、铜管厚度及产品外径达到工艺要求。

(15)成品校准：最后一次采用拉拔模具，将产品进行校准，使产品外径达到工艺规定的范围，最小可达到3.0mm；外径精度控制在±0.01mm。

以上结构的设计采用铜带纵包氩弧焊接连续扎制高频退火生产线生产，导体退火实心铜导体，大大的增加了较小外径线缆的抗拉性能。绝缘和铜护套采用无机(氧化镁和铜)材料组成，增加了电缆耐火性能，短期可在接近铜的熔点温度1083℃下电缆仍可正常工作。

这种设计方式可以最大限度的节省空间和人力资源，实际证明仅需3人就可以一次性地生产出合格的电缆，并且电缆的长度可以根据客户要求生产，很大程度上降低了客户的施工安装难度并有效的减少了专用接头的使用数量。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。