книги / Технология производства проводов.-1

Кабельная продукция используется во многих отраслях промышлен­ ности - в электроэнергетике, машиностроении, строительстве, сельском хозяйстве и на транспорте.

Характер использования этой продукции определяет номенклатуру кабельных изделий, которая очень обширна и включает в себя более 20 000 изделий.

Технологию изготовления кабельного изделия можно условно разде­ лить на три основных процесса:

-получение токопроводящей жилы (ТПЖ), обычно в виде проволоки необходимого сечения с требуемыми свойствами;

-изготовление изоляции;

-изготовление собственно изделия (наложение изоляционных и раз­ личных защитных покрытий на ТПЖ и соответствующий монтаж изделия).

Производственный цикл современных кабельных заводов начинается

сметаллообрабатывающих цехов: прокатного и волочильного.

Основными исходными материалами кабельной промышленности яв­ ляются металлические слитки (медь, алюминий, свинец, сплавы) или ка­ танка, изоляционные материалы (лаки, бумага, пластмасса, каучук и др.) и защитные материалы (битум, мел, стальная лента и др.).

Слитки поступают в прокатный цех, нагреваются в специальных пе­ чах до необходимой температуры и прокатываются за несколько проходов на прокатном стане. Продукция прокатного цеха - медная или алюминие­ вая катанка, подкат или заготовка для шин и коллекторной меди - переда­ ется в волочильный цех.

В волочильных цехах из катанки получают проволоку. Часть продук­ ции волочильных цехов является готовой кабельной продукцией: троллей­ ные провода, шины, коллекторная медь. Остальная проволока передается в цеха, где производятся наложение изоляции, скрутка и наложение защит­ ных покрытий [2]. Расширение производства электрических машин, аппа­ ратов и приборов требует увеличения выпуска обмоточных проводов. Осо­ бое место занимает производство эмалированных проводов, в основном нагревостойких.

Одним из важных направлений в этой области является развитие про­ изводства тончайших проводов, что связано с микроминиатюризацией ра­ диотехнической и электронной аппаратуры.

Особое внимание на кабельных заводах уделяется совершенствова­ нию технологии производства, применяемого технологического оборудо­ вания, внедрению методов испытаний, позволяющих прогнозировать на­ дежность выпускаемой продукции.

1.ПРОИЗВОДСТВО ПРОВОЛОКИ

1.1.Металлы, обрабатываемые в кабельной промышленности

Металлы подразделяются на черные и цветные. К первым относятся железо и его сплавы с углеродом - сталь, чугун. Все остальные металлы - медь, олово, свинец, алюминий и др. - цветные.

Свойства некоторых цветных металлов, применяемых в кабельной промышленности, приведены в табл. 1.1.

Основной проводниковый материал - медь. По электропроводности она превосходит все другие металлы (за исключением серебра), что позво­ ляет обеспечивать минимальные габариты обмоток электрических машин, аппаратов и приборов.

Чистота применяемой меди имеет большое значение. Различные при­ меси даже в ничтожных количествах резко снижают проводимость меди и ухудшают ее технологические свойства.

Кислород находится в меди в виде закиси С112О, которая снижает пла­ стичность меди, создает хрупкость при перегибах и повышает предел прочности. Медь, содержащая больше 0,1 % кислорода, легко разрушается при горячей прокатке, плохо поддается пайке. При нагреве в восстанови­ тельной атмосфере медь, содержащая кислород, становится красноломкой, т.е. хрупкой, и растрескивается. Объясняется это «водородной болезнью» меди. При высокой температуре (800-970 °С) водород, окись углерода и метан, которые входят в атмосферу печи, восстанавливают закись меди.

Происходят реакции, при которых образуются водяные пары и углеки­ слота:

Cu20 + Н2 = 2Си + Н20, Си20 + СО = 2Си + С02.

Эти газы выходят на поверхность слитка и образуют микроскопиче­ ские трещины в поверхностном слое металла. Через трещины восстанови­ тельные газы постепенно проникают в более глубокие слои слитка. Это в конечном итоге может привести к разрушению слитков.

Одной из вреднейших примесей в меди является висмут. Он вызывает красноломкость и хладноломкость. Для горячей прокатки допускается медь с содержанием висмута не более 0,005 %. При содержании висмута 0,25 % медь крошится в порошок.

Фосфор присутствует в меди как остаток фосфористого раскислителя. Он обладает значительным химическим сродством к кислороду и поэтому добавляется в медь только в качестве специальной присадки для раскисле­ ния. При присадке фосфора к меди в количестве, большем, чем необходи­ мо для связывания кислорода, избыток фосфора образует твердый раствор с медью, что снижает ее проводимость.

Свинец также является вредной примесью. Он вызывает разрушение меди при горячей обработке, его содержание не должно превышать 0,005 %.

Железо понижает электропроводимость меди, его содержание в меди должно быть не более 0,005 %. При содержании в меди 0,05 % железа проводимость ее уменьшается на 15 %. Под влиянием железа измельчается структура, задерживается рекристаллизация, повышается прочность и ухудшаются антикоррозийные свойства меди.

Резко снижает пластичность меди при горячей и холодной прокатке сера. В меди, идущей для кабельной продукции, серы содержится не более

0,002 %.

Примеси оказывают неблагоприятное влияние на механические и электрические свойства меди, поэтому медь с содержанием примесей бо­ лее 0,1 % в кабельном производстве вообще не применяется.

Лучшими параметрами с точки зрения применения в производстве обмоточных, в первую очередь эмалированных, проводов обладает бески­ слородная медь. Она превосходит обычную медь по пластичности и обес­ печивает получение проволоки с лучшим качеством поверхности.

В соответствии с ГОСТ 859-78 медь по химическому составу разделя­ ется на несколько марок. В кабельной промышленности используется только медь повышенной чистоты марок не ниже Ml, МООк, МОк, МОку, М006, М06, Ml к, Ml б, Ml у. Не применяется медь марки М1ф с повышен­

ным содержанием фосфора (0,012-0,06 %), а также М1р (раскисленная фосфором и содержащая его в количестве 0,002- 0,012 %).

Индексы при марках имеют следующие значения: к, ку - катодная медь; б - бескислородная медь; у - катодная переплавленная; р, ф - рас­ кисленная.

Цифры 00, 0 и 1 определяют содержание меди. Наибольшее содержа­ ние меди (99,9-99,99 %) имеют марки МООк, М006.

На кабельные заводы медь поступает в слитках (вайербарсах) трапе­ цеидальной формы со скошенными концами, а бескислородная - в слитках прямоугольной формы с закруглениями на углах. Формы медных слитков показаны на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Форма медных слитков (ГОСТ 193-79): типа СВ (о), СН и СС (б)

Трапецеидальные слитки отливаются в горизонтально расположенные изложницы, открытые сверху, так что поверхность меди не защищена сверху от окисления и контактирует с воздухом. В результате при кри­ сталлизации поверхность слитка становится морщинистой, «рожистой». Это связано с тем, что насыщенный кислородом слой меди имеет большую усадку при остывании, чем основная масса слитка. Наличие «рожистой» поверхности затрудняет получение при последующих операциях прокатки и волочения медной проволоки с высококачественной поверхностью. По­ этому для получения эмалированных проводов используются строганные слитки, у которых верхний слой снимается на глубину 8-12 мм. По хими­ ческому составу медные слитки горизонтальной отливки должны соответ­ ствовать меди не ниже марки M l, причем содержание кислорода не долж­ но превышать 0,06 %.

Бескислородная медь, поставляемая в слитках вертикального испол­ нения, не имеет сильно окисленной поверхности. По химическому составу она должна соответствовать меди не ниже марки М06. Слитки вертикаль-

ной отливки более однородны по содержанию кислорода и пористости, по механическим свойствам.

В соответствии с ГОСТ 193-79 для кабельной промышленности вы­ пускаются медные слитки следующих марок:

СВ - вертикальной непрерывной отливки; СН - горизонтальной отливки, с неудаленной верхней поверхностью;

СС - горизонтальной отливки, с удаленной верхней поверхностью. Размеры медных слитков приведены в табл. 1.2 [2].

рованных проводов является алюминий.

Алюминий - металл серебристо-белого цвета, обладает низким удель­ ным весом, высокой проводимостью. В чистом виде алюминий имеет очень хорошие пластические свойства. Отличительной особенностью алюминия является хорошая коррозионная стойкость. Тонкая окисная пленка защищает металл от дальнейшего окисления. Железо и кремний снижают пластичность и проводимость алюминия (железо делает его хрупким и снижает его химическую стойкость, кремний упрочняет его).

Для производства обмоточных проводов применяется алюминий тех­ нической чистоты марок А5Е и А7Е по ГОСТ 11069-74. В нем содержание марганца не более 0,01 %, магния не более 0,02 %, мышьяка не более 0,015 %. В алюминии марки А5Е допускается содержание кремния не бо­ лее 0,12 % и других примесей (титан, ванадий, марганец, хром) не более 0,01 %.

Удельное электрическое сопротивление алюминия в 1,62 раза выше, чем меди. Поэтому сечение алюминиевой проволоки с электрическим со­ противлением, равным сопротивлению медной проволоки, должно быть в 1,62 раза больше, а диаметр в 1,27 раза больше, чем сечение и диаметр медной проволоки. При этом алюминиевая проволока будет в два раза лег­ че медной [1].

Алюминий поставляется в слитках с примерными размерами 100x100x2700 мм, весом до 76 кг. Однако в настоящее время для произ­ водства проводов в основном используется катанка, получаемая непосред­