Алюминий в электротехнике

Изготовление алюминиевой катанки и проволоки

Исходной заготовкой для получения алюминиевой проволоки является катанка диаметром 9,0—14,0 мм, получаемая либо прокаткой слитков на проволочно-прокатном стане, либо из расплавленного алюминия методом непрерывного литья и проката.

Прокатка слитков на проволочно-прокатном стане до последних лет являлась основным способом изготовления катанки. При этом способе используются алюминиевые слитки (вайербарсы ), имеющие вид параллелепипеда с примерными размерами 100x100X1400 мм. Для получения этих слитков используется метод полунепрерывного литья, объединяющий плавку алюминия и получение слитка в кристаллизаторе. Так как тонкая окисная пленка, образующаяся на поверхности алюминия при горячей прокатке, предохраняет металл от дальнейшего окисления и не мешает дальнейшему процессу волочения, то катанку перед волочением не подвергают травлению.

Для прокатки алюминия наиболее совершенными являются непрерывные проволочно-прокатные станы, представляющие собой комплекс механизмов, работающих во взаимосвязанном автоматическом режиме. Такие станы обычно имеют нагревательные печи конвейерного типа с автоматическими механизмами загрузки слитков в печь и подачи их к прокатным клетям. Нагрев слитков производится в печах с электрическим, газовым или нефтяным обогревом. В печах с электрическим обогревом нагревательные спирали из жаропрочного сплава размещены в футеровке печи. В печах с газовым или нефтяным нагревом пламя горелок направлено параллельно слиткам. Алюминиевые вайербарсы нагреваются до температуры 400—450° С. Собственно прокатный стан имеет черновые, промежуточные и чистовые двухвалковые клети. Скорости прокатки в выходной клети составляют 15— 25 м/сек. Передача катанки из одной клети в последующую осуществляется автоматически.

Процесс прокатки алюминия на непрерывном стане завода Кирскабель происходит следующим образом. Прокатываемая полоса в нечетных клетях с 1-й по 11-ю кантуется на угол 90°, что осуществляется при помощи специальной роликовой арматуры, которая имеет ролики с ручьями, нарезанными под углом к горизонтальной оси. Кантовка производится автоматически без участия человека. После 8-й клети полоса размерами 20x20 мм, прокатываемая со скоростью 2 м/сек, проходит через летучие ножницы, которые на ходу обрезают передний дефектный конец катанки длиной 200 мм. Это необходимо для получения качественной катанки в начале бухты и для обеспечения нормального захвата катанки в последующих клетях. После 12-й клети полоса направляется в правую или левую нитку чистовой группы, где вышеописанным способом из-за высокой скорости прокатки и малых размеров полосы кантовку осуществить невозможно. Поэтому в чистовой группе применены чередующиеся вертикальные и горизонтальные клети. Катанка из выходной клети поступает через трубку в одну из моталок и сматывается в бухту с диаметром 800 мм. Бухта передается па пластинчатый транспортер и с его помощью к навешивателю. Затем катанка крюковым конвейером передается в волочильный цех.

Однако наиболее прогрессивным способом получения алюминиевой катанки является ее получение непосредственно из жидкого металла. Жидкий алюминий в этом случае подается в кристаллизатор, представляющий собой вращающееся и охлаждаемое водой колесо, имеющее трехгранный полуовальный вырез на ободе. При вращении колеса металл кристаллизуется и в виде стержня сразу же передается на последовательно расположенные прокатные валки для получения катанки. Скорость вращения кристаллизатора 2—2,5 об /мин . Температура заготовки составляет 480—530° С.

Бухта (бунт) катанки весит до 1 400 кг, это обеспечивает высокую производительность оборудования при последующем волочении. Масса бухты катанки при получении ее методом непрерывного литья и прокатки может быть повышена до 2—3 т.

. Проволока, изготовляемая из алюминиевой катанки, имеет удельное электрическое сопротивление в мягком состоянии 0,0280 ом-мм2/м, в твердом состоянии 0,0283 ом-мм2/м. На ряде заводов за рубежом алюминиевую катанку получают методом прессования на гидравлических прессах, на которых обычно на кабель накладывается металлическая оболочка (рис. 6-1).

Изготовление алюминиевой проволоки из катанки осуществляется методом волочения, при котором катанка протягивается через ряд отверстий (волок), размеры которых меньше, чем размеры поперечного сечения протягиваемого металла перед проволокой.

Алюминиевая круглая проволока диаметром свыше .1,0 мм изготовляется на машинах многократного .волочения без скольжения, т. е. на машинах, у которых скольжение между обрабатываемой алюминиевой проволокой И поверхностью тяговых барабанов отсутствует,

Общий вид машины типа ВМА-8/450 для изготовления алюминиевой проволоки диаметром 2,3—3,0 мм при скоростях волочения 5,9—11,8 м/сек показан па рис. 6-2. Эта машина является одной из серии машин такого типа. Эта машина восьмиколонная , что позволяет при использовании катанки диаметром 9,0 мм производить волочение с большими обжатиями. На каждом волочильном барабане у машин типа ВМЛ создастся определенный запас проволоки (до 100 витков). Это позволяет использовать тяговый барабан также для создания запаса проволоки для следующего барабана. На практике запас проволоки на каждом тяговом барабане постепенно изменяется, что обычно вызывается несоответствием вытяжки проволоки в каждой волоке частным паспортным вытяжкам машины.

Машины описываемого типа имеют скорости волочения до 15 м/сек . Дальнейшее повышение скорости волочения алюминиевой проволоки на машинах без скольжения крайне затруднительно в связи со сложностью траектории движения проволоки при переходе с одного тягового барабана на другой через поводковые устройства и направляющие ролики.

Для изготовления круглой алюминиевой проволоки на скоростях до 40 м/сек за рубежом используются машины со скольжением, которые в отечественной практике широко применяются для волочения меди. У этих машин скорости тяговых барабанов больше скорости движения протягиваемого металла, что обусловливает наличие скольжения между барабаном и обрабатываемым металлом. Машины со скольжением должны иметь повышенную мощность для преодоления сил трения. Эти машины просты по конструкции, удобны в эксплуатации, обеспечивают значительное повышение производительности. Разница в скоростях движения проволоки и тягового барабана составляет 3—5%. На машинах со скольжением производится также волочение прямоугольной алюминиевой проволоки, так как при движении проволоки на машинах без скольжения происходит закручивание проволоки вокруг продольной оси, последнее неприемлемо для фасонной проволоки.

Для волочения алюминиевой проволоки применяются твердосплавные волоки, состоящие из сплава ВК-3 (97% карбида вольфрама и 3% кобальта) или ВК-6 (94% карбида вольфрама и 6% кобальта). Заготовку для твердосплавных волок получают прессованием порошка с последующим спеканием.

В процессе прессования и спекания получают также черновое отверстие для волоки с последующей доводкой его на шлифовальных и полировальных станках. Твердосплавная заготовка запрессовывается горячим способом в стальную оправку.

Высокое качество прямоугольной алюминиевой проволоки может быть получено при использовании плющильных станов (станов холодной прокатки). Это особенно важно при применении прямоугольной проволоки в производстве обмоточных проводов с эмалевой и волокнистой изоляцией. При плющении исходная круглая или прямоугольная заготовка проходит через три или пять последовательно расположенных горизонтальных и вертикальных обжимных клетей.

Получение точного размера проволоки обеспечивается высокой точностью изготовления валков и регулирования зазора между ними, а также оптимальной величиной натяжения проволоки между клетями. Кроме того, существует автоматический или полуавтоматический контроль размеров проволоки специальными датчиками.

то

существует зависимость

Поэтому, в частности, 93%-ное уменьшение сечения, после которого обычно начинается заметный рост электрического сопротивления, соответствует отношению

Круглая алюминиевая проволока для электрических кабелей и проводов изготовляется в диапазоне диаметров 0,08—10,0 мм марок AT (твердая), АПТ (полутвердая), AM (мягкая). Механические характеристики круглой алюминиевой проволоки указаны в табл. 6-1. Удельное электрическое сопротивление проволоки при температуре 20° С не должно превышать 0,0283 ом-мм2/м для твердой и 0,0280 ом-мм2/м для мягкой проволоки.

Твердая и полутвердая проволока диаметром менее 1,5 ми более 5,0 мм, а также мягкая проволока на перегиб не испытываются. На поверхности алюминиевой проволоки не должно быть темных и белых пятен с шероховатой поверхностью, свидетельствующих о коррозии алюминия.

Прямоугольная алюминиевая проволока изготовляется двух марок: AT — твердая и AM — мягкая. Проволока выпускается в диапазоне сечений 3,0—560 мм 2 с размерами от 2,1x1,56 мм до 45,0х12,5 мм. Проволока должна иметь скругленные углы (в зависимости от размера проволоки радиус закругления составляет 0,4— 1,2 мм). Электрическое сопротивление прямоугольной проволоки, регламентируемое стандартом, таким же, как и для круглой проволоки. Механические характеристики прямоугольной алюминиевой проволоки приведены в табл. 6-2.

В зарубежных стандартах предусмотрено не три, а четыре типа алюминиевой проволоки по степени ее твердости. Кроме твердой и мягкой проволоки, предусматривается выпуск проволоки с 1/4 и 3/4 степени твердости, которую в этих случаях можно условно обозначить 1/4 АТ и 3/4АТ. Величина относительного удлинения для проволоки обычно не лимитируется. Требования по механической прочности в соответствии с американским стандартом ASTM С.7.43-60 приведены в табл.6-3,

Принципиально при получении алюминиевой проволоки операция прокатки вообще может быть исключена, т. е. проволока может быть получена непосредственно из расплава алюминия. В этом случае агрегат для изготовления алюминиевой проволоки должен состоять из следующих основных узлов: плавильной печи с литейным устройством, компенсаторов, волочильного устройства и пульта для размещения электроаппаратуры.

Процесс получения проволоки из расплава алюминия может быть представлен следующим образом. Алюминий в чушках с помощью загрузчика подается в плавильную печь, где он расплавляется. В печи с помощью терморегулирующей и исполнительной электроаппаратуры поддерживается с высокой точностью необходимая температура расплава в пределах 700—800° С.

Из расплава алюминия через фильеру можно вытянуть литую заготовку диаметром 2,5—3,5 мм.

После охлаждения заготовка принимается на индивидуальный для каждого хода, компенсатор, на котором благодаря регулируемому электроприводу поддерживается запас определенного количества проволоки.

С компенсатора литая проволока поступает в волочильное устройство, где доводится до определенного размера.