大型煉鋼廠液壓傾翻車用復合扁電纜的研制及應用

   在工業(yè)煉鋼的大型設備中，液壓傾翻車是浙江至德鋼業(yè)有限公司煉鋼車間內鐵水罐扒渣系統(tǒng)的重要組成部分。液壓傾翻車主要依靠電動機系統(tǒng)、風冷電機系統(tǒng)、電磁閥控制系統(tǒng)、溫度繼電器感應系統(tǒng)、壓力繼電器感應系統(tǒng)及力矩電機式電纜卷筒系統(tǒng)等協(xié)同配合完成運行的，諸多系統(tǒng)的正常運行需要通過電纜傳輸電力和信號得以實現(xiàn)。以往為了避免液壓傾翻車各系統(tǒng)之間相互干擾，保證各系統(tǒng)的正常運行，需要使用多種不同型號圓形電纜分別連接，多根粗細不同的電纜使用起來不方便，且需要頻繁更換電纜來保證設備運行，這樣嚴重制約了生產效率和生產設備的可靠性。

  為此研制了將多種型號電纜功能集合于一身的液壓傾翻車用耐高溫防濺扁電纜。該復合后的扁電纜可實現(xiàn)電纜的整體收放，使得安裝和維護更為便利，降低了維護成本，減輕了電纜維護人員的工作量，有效地防止了鋼水飛濺對電纜的燙傷，同時鎧裝層內側的隔熱層能阻止鋼水溫度傳遞到電纜內部，保護了電纜不受外界溫度的影響。至德鋼業(yè)不銹鋼管廠將詳細闡述該復合扁電纜的結構設計、材料選擇、關鍵工藝控制。

１.技術性能要求

  客戶使用的液壓傾翻車中含有：電機１臺；風冷卻器１臺；直流電磁閥７組，另備用３組；直流溫度繼電器１臺、壓力繼電器１臺，均要求為５芯屏蔽電纜，另備用１組；力矩電機式電纜卷筒用電機１臺含２根２芯控制線。該復合扁電纜的技術性能要求包括：為了避免液壓傾翻車各系統(tǒng)之間相互干擾（特別是電機采用變頻器實現(xiàn)變壓變頻調速），要求電纜的動力傳輸單元和信號傳輸單元應具有一定的抗干擾和抑制干擾功能；電纜置于地面電纜槽內，需隨著液壓傾翻車來回不停的收放，要求電纜需具有一定抗彎曲及耐磨性能；在此過程中，電纜還需經受高溫的考驗，一旦有鋼水濺落到電纜表面，其瞬間溫度可達1000℃，要求電纜需具有防濺（防止鋼水濺落燙壞）功能和整體耐高溫（150℃以上）特性；液壓傾翻車發(fā)生故障會拉斷電纜，要求電纜還需具有一定的抗拉特性。

２.結構設計和材料選擇

  在對該復合扁電纜結構設計和材料選擇時，動力傳輸單元（動力電纜）參照了國內外現(xiàn)有變頻動力電纜的3+3結構，信號傳輸單元（儀表控制電纜）參照了國內外儀表控制電纜和計算機電纜基本結構?？紤]液壓傾翻車使用環(huán)境的特點和設備對電纜的性能及加工可操作性要求，將所有的線芯劃分成３組纜芯，即纜芯１—變頻動力電纜，纜芯２—電磁閥系統(tǒng)電纜，纜芯３—溫度繼電器、壓力繼電器、力矩電機式電纜卷筒等系統(tǒng)用電纜。變頻動力電纜放置在中間。由于電纜整體寬度較大，該復合扁電纜兩邊采用圓弧形設計。

3. 導體和絕緣

   為了達到電纜導體抗氧化要求，導體采用鍍錫銅絲；為了使電纜具有一定的抗拉性能，電纜內部添加合適的鋼絲繩作為抗拉元件；為了控制電纜的整體寬度，抗拉元件設置在導體中心；為了達到電纜柔軟可靠要求，導體采用５類或６類軟結構同心式纏繞或復絞，纏繞的節(jié)距控制在導體外徑的6～6倍，復絞節(jié)距控制在導體外徑的10～12倍。

  為了保證電纜能夠在150℃以上高溫環(huán)境下長期使用，電纜的絕緣及護套必須選用耐高溫材料。目前電線電纜常用的耐高溫材料主要有硅橡膠和氟塑料。但氟塑料價格較高，且氟塑料電纜（特別是大截面線芯規(guī)格）在使用一段時間后易發(fā)生開裂，尤其在移動場合用時，經過移動彎曲后，電纜易呈現(xiàn)環(huán)狀開裂，造成電纜失效。因此，采用硅橡膠作為該復合扁電纜的絕緣及護套。由于普通的硅橡膠抗撕裂性能差，因此選擇了高抗撕型硅橡膠（抗拉強度≥8 ＭＰａ，抗撕強度≥7 N／ｍｍ）作為電纜的絕緣及護套。

4. 屏蔽、護套和防濺層

   由于電磁閥有７組，備用３組，每組電纜應采用對絞結構。為了減少信號傳輸時內部線對之間的干擾，應采用不同的絞合節(jié)距進行對絞；為保證電纜信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，電磁閥系統(tǒng)電纜應有屏蔽層，宜采用分屏蔽＋總屏蔽結構，屏蔽層采用編織形式，屏蔽層單絲采用鍍錫銅絲，編織密度≥80％。

  為了提高電纜的可靠性，防止電纜在收放過程中出現(xiàn)護套“鼓包”、線芯與護套分層等現(xiàn)象，在擠出護套時，各纜芯需保留一定間隙，電纜兩邊采用圓弧形設計。為了防止電纜被鋼水濺落燙壞，在電纜護套外編織了一層防濺層，防濺層采用鍍鎳鋼絲，編織密度≥90％。為便于加工，鍍鎳鋼絲選用軟態(tài)。為了防止防濺層磨損護套，在防濺層與外護套之間設置隔離層，一般采用繞包一層無堿玻璃布方式。

5. 導體絞制工序

  采用在導體中心添加鋼絲繩作為導體的抗拉元件，在絞合時應選用具有退扭功能的設備，宜采用管絞機或籠絞機。導體絞合時應采用正規(guī)絞合形式，鋼絲繩放置在中心，鋼絲繩不能存在接頭，否則會影響導體的整體抗拉性能。同時，存放鋼絲的線盤不能太小，否則會影響電纜的整體長度。４平方毫米及以上導體宜采用500型管絞機或籠絞機；1.0～2.5平方毫米導體宜采用400型纏繞機。采用纏繞機加工時應注意股線束合方向與纏繞方向保持一致，否則股線在進入模具前會出現(xiàn)松股現(xiàn)象。

6. 絕緣擠出工序

   采用硅橡膠作為電纜的絕緣和護套時，硫化方式主要有擠橡機－熱烘箱硫化和擠橡機－硫化管道蒸汽硫化兩種。相對熱烘箱硫化方式，硫化管道蒸汽硫化方式在線芯經過管道后，其管道壓力可使絕緣層更為密實，提高絕緣層的物理機械性能。因此，在產品試制時，選用了擠橡機－硫化管道蒸汽硫化方式。此外，在加工過程中還應注意，采用雙二四硫化劑時，宜控制管道內蒸汽壓力≤0.2ＭPa；采用雙二五硫化劑時，宜控制管道內蒸汽壓力≥0.4MPa。

7. 成纜工序

  由于導體中添加了鋼絲繩作為抗拉元件，因此纜芯絞合方向宜與鋼絲繩的絞合方向一致。如纜芯方向與鋼絲繩絞合方向不一致，則會使得導體產生內應力，從而降低電纜彎曲使用壽命。

8. 護套擠出

  由于該電纜設計的整體外形尺寸已達101ｍｍ（寬）×42ｍｍ（高），護套擠出時出膠量大，因此在產品試制過程中，通過增加模芯錐角和模套定徑區(qū)長度，以適當增加擠出壓力，保證擠出后電纜護套表面平整。由于纜芯是一字排開的，且為被動放線，因此為確保護套層厚度及間隙相對均勻、不偏心，在產品試制中，在纜芯進入模具前，應適當對纜芯進行固定，

防止擠出時纜芯擺動造成偏心。另外，模芯尺寸不能偏大，為防止纜芯在模芯內晃動影響纜芯間隙均勻性，可在擠出前將纜芯過一遍模芯，以選取合適尺寸。

  通過上述產品設計和關鍵技術的控制，浙江至德鋼業(yè)有限公司成功試制了液壓傾翻車用復合扁電纜。經客戶試用，該復合扁電纜完全符合高溫環(huán)境下的使用要求，同時解決了導體線芯斷裂、電纜表面易被鋼水濺落燙壞等問題，減少了電纜的維護次數(shù)，降低了電纜維護人員勞動強度。