《钢芯铝绞线表面发黑的产生因素及对策.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢芯铝绞线表面发黑的产生因素及对策.doc（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、2007年第6期No.62007电线电缆ElectricWireCable2007年12月Dec.2007钢芯铝绞线表面发黑的产生因素及对策於国良上海新益电力线路器材有限公司上海201107摘要:针对钢芯铝绞线表面发黑的现象从生产工艺、大气环境、储藏条件、包装等环节进行分析和探讨从中找出对策与措施。关键词:钢芯铝绞线发黑产生因素对策中图分类号:TM244.2文献标识码:A文章编号:16722690120070620022204FactorsResponsibleforSurfaceBlackeningofACSRandCounter2measuresYUGuo2liangShanghai2XI
2、NYIPowerLineMaterialsCoLtd.Shanghai201107ChinaAbstract:IntermsofsurfaceblackeningofACSRtheinfluencingfactorsintheprocessatmospherestorageconditionsandpackagewereidentifiedandanalyzedandthecounter2measureswereproposed.Keywords:ACSRblackeninginfluencingfactorscounter2measures收稿日期:2007205220作者简介:於国良195
3、7-男浙江镇海人工程师.作者地址:上海市闵行区联友路2099号201107.0引言电力是国民经济发展和人民日常生活的基本要素输变电线路则是国民经济的主动脉。电力经过导线将巨大的能源源源不断地输送到各行各业转化为发展经济的原动力。我国的西部地区蕴藏着巨大的能源东部较发达地区缺少能源开发西部的能源并将其输送到东部经济发达地区保证国民经济稳定发展是国家重要发展战略之一。目前每年我国钢芯铝绞线的用量已经达到百万多吨从2001年的三峡万洲线工程出现部分导线表面发黑以来在不同地区高温潮湿季节的线路施工中也陆续发生了导线表面发黑现象。尽管经多方试验证实这种表面的发黑对于导线的机械性能和电气性能没有什么影响但
4、是对导线的外观造成了严重的影响不利于导线的整体质量。至于这种发黑现象对于导线在使用期内的影响如何还需要长期观察和研究评估。本文仅就生产工艺、大气环境、储藏条件、包装等环节对导线表面发黑的现象进行初步的分析和探讨试图从中找出内在关系和相应对策。1钢芯铝绞线生产工艺与导线的发黑目前我国绝大部分电线电缆厂制造钢芯铝绞线导线的生产工艺和装备相差不大。基本都是从市场上采购含铝量为99.70的重熔用铝锭然后根据工艺要求和铝锭的化学元素自行对铝锭进行处理经连铸连轧工艺法生产电工用铝杆再经滑动式或者非滑动式拉丝机将铝杆拉制成直径较细的圆铝线最后经框绞机或叉绞机将铝线和钢绞线一起绞制成钢芯铝绞线。生产大截面导线
5、通常采用连铸连轧滑动式高速铝拉丝机630框式绞线机的工艺以保证大截面导线的制造质量。尽管各个厂家的制造工艺相同但是产品在不同地区的表现却不尽相同。总的来说铝线在干燥、低温地区使用基本没有表面发黑现象而在高温潮湿地区则可能出现表面发黑。2导线出现发黑的实例12001年56月上海铝线厂制造的钢芯铝绞线LGJ240035拉丝采用非滑动式拉丝机润滑油为模盒循环无冷却和过滤网有一个沉淀池。拉丝模出口处的润滑油工作温度为7080润滑油中的铝粉较多。拉丝模16道为钨钢模78道为人造聚晶模。7月初导线发运时值长江上游降雨偏多和连续十多天35的高温长江航道运输过三峡船闸等待时间长达20多天从上海到奉节县的水运时
6、间长达二个月8月底到达奉节县的三峡万州线位于长江边的施工仓库。由于三峡的特殊地理地势仓库位于山坡上为了防止导线线盘的滚动线盘都是侧放即线盘的侧板与地面为平行。9月发现部分铝线表面出现发黑。? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/22001年的89月A厂的LGJ240035导线在三万线的万州段出现表面发黑。气候情况与上例相同出现铝线氧化膜变色的程度也基本雷同。32002年10月B厂的LGJ240035导线在广东深圳地区出现表面发黑。4铝线日光暴晒模拟试验验
7、证铝线表面发黑现象。试验容器为1000mL深咖啡色玻璃瓶带有密封盖。瓶底放入100mL清洁自来水然后放入泡沫塑料将3.2mm的铝线切割成20mm长度搁置在泡沫塑料上面。将试样瓶放在露天日光直晒的地方气温1838之间试验周期为:初始、30天、60天共三个阶段试样颜色变化见表1。表1日光暴晒模拟试验中铝线表面颜色的变化试样号初始30天60天1乌亮乌亮出现部分灰褐色2银灰银灰出现部分灰褐色3银白银白出现部分浅灰色斑点表1中1、2试样为滑动式拉丝机生产拉丝速度为10ms采用汽缸油拉制的1试样表面乌亮这是由于汽缸油高粘度性质所至2试样是用模盒循环拉丝油拉制的。模盒循环拉丝油是汽缸油的改良品种其粘度低流动
8、性好因此2试样的表面呈银灰色好于1试样。3试样采用高速拉丝机和高速拉丝润滑油拉制拉丝速度为20ms试样表面最干净并呈铝的本色银白色。三种试样的表面在30天内没有发生明显的变化在60天后1和2试样的表面出现灰褐式斑点数量及占有面积均较大与上述的三峡工程用导线表面状况相似。3试样表面也出现灰色但其颜色比1和2试样浅。而在干燥条件下将1、2、3试样放在透明的密封容器中相同的气温和时间放在日光下暴晒其表面颜色均没有变化。3导线表面发黑产生原因的分析3.1大气环境的影响铝是化学性质非常活泼的一种金属通常铝在大气环境中其表面会迅速形成一层致密的、厚度约1nm的氧化膜钝化膜阻止铝基体表面继续氧化。该膜具有极
9、好的防腐蚀性能因而铝在中性的腐蚀环境中具有良好的耐腐蚀性。工业企业的排放物是污染大气自然环境主要来源其中主要有SO2、CO、NOX等。而造成大气污染的主要企业为石油、治金、化工、建材等企业。根据行业不同排放的污染物也不尽相同各企业的排放物的组分如下:火力发电厂:灰尘、二氧化硫、氢氧化碳、一氧化碳、苯。钢铁厂:灰尘、二氧化硫、一氧化碳、氧化钙尘、氧化铁尘。有色冶炼厂:二氧化硫、含各种重金属的灰尘。石油化工厂:二氧化硫、硫化氢、氰化物、氢氧化物、氯化物、烃类。这些排放物如不经处理直接排入大气将严重污染自然环境其危害极大。1大气中气体的影响。室外暴露条件下铝具有较高的耐腐性。通常工业大气中的气体对于
10、铝导体的腐蚀基本上没有影响其中大气中的氧气对于铝的表面影响最大其次是大气中的碳及碳化物的颗粒第三是硫的化合物。氧已经证实对铝的表面确实有腐蚀作用尤其在酸性溶液中高浓度的溶解氧会加快铝的腐蚀。碳及碳化物的颗粒沉淀在铝的表面碳C与铝线材表面在水汽存在情况下会形成腐蚀宏电池而铝作为阳极被加速腐蚀。硫的化合物对于铝没有特别的影响而酸性较强的含有SO2、SO3的水溶液则对铝具有一定的腐蚀作用。只要污染的水不与铝长期接触或者避免与潮湿、多孔的材料接触就不会产生表面发黑。由于在工厂生产过程中不可避免的产生烟雾和蒸汽例如没有充分燃烧的煤气轧制和拉丝过程中的水汽可能会引起铝导线表面发黑而在潮湿的条件下如铝导线与
11、吸湿材料如木头、布料、绝缘纸相接触的地方则更容易发黑。2大气中水分的影响。水汽是一种极好的电解质与大气中的氧、污染物、铝导线表面的污染残留物相结合时会导致铝导线表面空气中含有更多的水蒸汽更加潮湿当空气中的水蒸汽增大到过饱和状态时就会出现滴状的水露。铝导线的表面发黑是受到空气温度和湿度的影响湿度波动和大气尘埃中的吸湿性杂质容易引起水分冷凝。在含有不同数量污染物的大气中金属都有一个临界的相对湿度一般情况下金属的临界相对湿度在70左右铝的临界相对湿度为95左右。特殊情况下如含有大量工业气体、易吸湿的盐类、腐蚀产物和灰尘等可使临界相对湿度降低。铝表面粗糙、存在小孔和裂缝等也会使得临界相对湿度降低。因此
12、同样工艺生产的铝导线在气候炎热干燥的地区和在高温潮湿的地区表现也大不一样。例如上海铝线厂用与三万线钢芯铝绞线同样工艺?32?2007年第6期No.62007电线电缆ElectricWireCable2007年12月Dec.2007? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/制造的Zebra导线1800t1999年11月2000年4月出口到气候炎热干燥的印度从2000年6月到达印度口岸至2001年4月现场施工结束在长达10个月的施工周期内导线外观无变化保持银白
13、色。而在高温潮湿的三峡地区导线3个月的储运周期内导线的外观发黑。说明在高温条件下水分对铝表面的作用很大。因此可以认为大气中的各种成分在干燥的条件下对于铝没有任何不良影响只有在水分的存在和高温的共同作用下大气中化学组分和污染物才会促使铝发生腐蚀。水分是导致铝导线表面发黑的必要条件而污染物、铝表面残留物、铝线材表面的非完整性等是导致铝导线表面发黑的充分条件。3.2拉丝工艺的影响1模具的影响。模具的影响主要体现在模具工作区的表面光洁度。拉丝变形的阻力主要是摩擦力而摩擦力和变形抗力摩擦与工作区的温度成正比关系。由于高速铝拉丝机的大量投入使用原先的钨钢模的使用寿命比较短而表面硬度和耐磨性都接近金刚石的人
14、造聚晶模被大量使用到铝拉丝工艺中。尽管聚晶模的使用寿命比碳化钨模长但是由于硬度高抛光较难表面光洁度比碳化钨模要低其表面摩擦力比碳化钨模也要大拉丝后铝线表面光洁度不如碳化钨模拉丝过程中产生的铝粉较多一部分铝粉留在润滑油中一部分漂浮在空气中。大部分留在润滑油中的铝粉经过过滤和沉淀后被排除少量与润滑油膜一起留在铝线的表面。由于铝粉是摩擦的生成物而模具的工作区温度高因此铝粉一产生马上就被氧化。如果这些附在铝线表面的铝粉在日后的储藏过程中长期处于潮湿和高温的环境中就容易发生表面发黑的现象。2残余润滑油脂的影响。铝拉丝润滑油常用钙基脂和动植物油、机油以及其它添加剂组成现在较多用合成酯油或混合脂肪油代替动植
15、物油。一般的润滑脂中含有0.10.2的游离碱NaOH这是因为黑色金属在碱性条件下不易生锈可以保护管道不生锈。但是电工铝在碱性条件下它会破坏铝线材表面的钝化膜加速铝线材表面的腐蚀而发黑所以最好用中性或微酸性的润滑脂。但是市场上供应的商品润滑脂都是呈微碱性用润滑脂配制的拉丝油要考虑到酸碱度问题。钙基脂中的钙主要来源于熟石灰CaOH2这是润滑脂中游离碱的主要来源具有弱碱性会破坏铝线表面的钝化膜对铝有腐蚀作用润滑脂中还有作为油性剂加入的动植物脂肪附在铝线表面的动植物脂肪在高温时容易发生氧化而发黑。因此铝线表面的润滑油中的某些成分或杂质以及在拉丝过程中出现的残留物在高温高湿的条件下均会使铝线材表面产生黑
16、点、黑斑铝线材表面的光洁度的差异会产生色差这种色差会引起人们视觉上的差异。3拉丝润滑油中铝屑的影响。铝屑是拉制过程中铝线与模具摩擦的结果其量与润滑条件和模具表面光洁度相关。由于模具表面总存在微观粗糙铝线在拉制中与模具发生摩擦而铝较软模具的表面硬度较高摩擦的结果铝屑就会产生。铝屑在润滑油中不利于铝线的光洁度和耐腐蚀性能。首先铝线表面的铝屑经过高温摩擦氧化易引起色差和发黑其次铝屑在润滑油中增加了油的粘度降低了油的流动性和流量严重时会堵塞管路使工作区润滑条件恶化更有使铝线表面起槽的可能性。4水分的影响。拉丝过程中的水分对于铝线是有害的。拉丝润滑油中的水分会阻隔润滑油粘附在铝线表面引起局部的干性摩擦使
17、铝粉增加最终导致铝线表面起槽或断线。润滑油中的水分过多还会在模具的工作区高温100作用下产生水蒸汽进而促进铝粉、铝线表面以及润滑油中的动植物脂肪氧化从而加速铝线表面发黑。润滑油中的水分还会引起模具和管道等黑色金属的锈蚀。3.3微生物的影响凡是与水、土壤、湿润空气、天然石油产品、含硫的有机物等物质接触的金属器材都有可能遭到微生物的腐蚀。微生物并非本身对金属有侵蚀作用而是其生命活动的结果微生物的新陈代谢活动产生的代谢物堆积沉淀在铝表面影响铝线表面的状况和性质。经过一段时间氧化后对铝线的表面间接产生发黑现象。尽管目前对各类微生物对电工铝的影响机理还存在不同的解释但是对于这方面的研究已经得到重视。现在
18、已经发现一种霉菌树脂枝孢霉能使铝合金在短期内腐蚀。4对策与措施1生产和储藏环节保持清洁、干燥。在没有污染的干燥大气环境中铝导线可放置很长时间而不出现表面发黑现象。故在生产和储存过程中要注意保持铝导线的清洁和干燥特别是注意在室内或晴天包装铝导线不要将雨水带入导线线盘内。2改进包装。包装对于铝导线有直接的保护作用。对包装的一般要求是防尘、防水、防碰撞。通常防水措施是在导线盘的芯板和最外层导线上面包覆防水的沥青纸或聚氯乙烯塑料纸这种包装方法?42?2007年第6期No.62007电线电缆ElectricWireCable2007年12月Dec.2007? 1994-2008 China Academ
19、ic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/从正面有防雨作用但是潮湿的水汽还是容易从线盘的侧板与圆周交界处进入盘内。一旦水分进入导线就不容易散发对铝导线的保护极为不利因此在包装中要考虑增加侧板的防雨纸。此外在运输和储存中严禁将导线盘平放防止导线磨损和雨水从侧板的缝隙中进入。3改进拉丝工艺。选用干净和润滑作用强的润滑油作为拉丝润滑油。拉丝后铝线表面应保持光滑和留有薄薄的一层润滑油而无多余的润滑油和铝粉。没有了多余的润滑油和铝粉也就没有了与大气中的污染物发生反应的机会从而可以维持铝线表面的氧化膜不受污破坏使铝
20、线表面能长久地保持银白色。另一方法是在传统的拉丝工艺生产铝线后再增加一道清洗工艺将铝线表面的多余的润滑油脂和铝粉屑彻底清洗掉也可以达到使铝线表面保持长期光洁的效果。提高拉丝模工作区的表面光洁度减少拉丝变形过程中的摩擦从而减少变形发热量改善润滑条件避免局部过热对铝线表面和润滑油造成氧化等不良影响这样既可以提高铝线的表面光洁度、减少铝粉屑产生量更可以增加润滑油的使用寿命、改善工作环境。4缩短施工现场的储存时间。施工计划要严密、完善。现在科学技术已经高度发达施工的机械化程度很高因此物资的储备可以充分考虑包括施工周期、环境、运输能力、资金等各种因素不要片面考虑方便将施工物资到位时间提前过早。从上面的实
21、例可以看出缩短导线从出厂到施工的时间间隔对导线的施工和表面质量比较有利。5在线路设计时考虑到当地气候与环境质量对导线的影响。大气环境对导线的表面质量有直接的影响因此要在线路设计时提前了解当地的大气环境。例如当地的大气组分、相应的工业污染物的成分变化和排放规律、鸟粪的多寡、风向和风力大小、温度变化、冰雪雨水等特别是空气湿度的大小和变化等自然因素。针对这些影响因素采取相应的应对措施这些都是需要加以研究和考虑的。6选用防腐型导线。在当前全球大气环境持续恶化的情况下导线在敷设完成后要在一个固定地方长期运行30年左右而当地的环境则在不断的变化。因此不仅要考虑架设时的各种因?囟月恋枷叩挠跋旄悸堑枷咴诔谠诵
22、兄械挠跋煲蛩卣庋拍芴岣叩枷叩目煽啃院褪褂檬倜乐孤料弑砻娣诤吞岣叻栏阅茏钪苯拥姆椒鞘褂梅栏偷枷摺庸馐褂们榭隼纯捶栏偷枷叨源笃肪车氖视曰故遣淮淼姆栏偷枷咭丫腥胛夜墓冶曜己托矶喙獗曜贾兴得髁烁鞴苑栏侍獾闹厥印颐强梢岳梦夜淖试从攀蒲芯亢蜕缺值枷叩牡嫉缏省敌阅苡挚梢栽诠蹬欧盼锝衔现氐牡厍褂玫姆栏偷枷摺?结束语通常铝导线能在大气中长期保持银白色的金属光泽而不变色。然而由于外部大气环境的影响造成许多工业污染物常常不均匀地被沉淀和聚积在铝导线的表面使其表面可能呈现灰色、甚至黑色。而且由于腐蚀作用的影响还可能使铝导线的表面形成一些浅浅的腐蚀坑从而导致铝导线表面有轻微的粗糙。这种表面粗糙会引起氧化膜的均匀性改变凸
23、的地方薄凹的地方厚形成较大的色差。在高温高湿地区的大气环境下出现的铝线表面发黑现象是污染的大气、高温、潮湿环境等外在条件与铝线表面的多余润滑油和粘附在表面的铝屑、碳化物等残留物和其他工业污染物相互影响反应的结果是一种多元参与、复杂的化学反应所产生的结果是使铝线材表面的腐蚀不均匀造成铝线材表面变色。这种导线在线路投入运行数月后其表面颜色与正常导线的颜色趋于一致。经过实践已经证实:这种导线虽然外在的质量受到影响但它的机械性能、电气性能等完全符合标准的要求。可以作为正常的导线来对待但是这种环境条件如长期存在最终可能会对导线的正常使用带来不利影响。铝线表面发黑已经严重影响了导线的外观质量不符合标准中对
24、表面质量的要求。此外这种发黑对导线在工况条件下的长期应用的影响还需要继续观察和评估对产生的机理和防止的方法还需要进一步摸索研究从而指导导线的制造和应用。参考文献:1王祝堂田荣璋.铝合金及其加工手册M.长沙:中南工业大学出版社1989.2林钢林彗国赵玉涛.铝合金应用手册M.北京:机械工业出版社2006.3于萍魏云鹤冷霞等.表面不均匀性黑膜钢芯铝绞线耐蚀性能对比及可行性研究A.三峡送电工程用导、地线技术研讨会C.宜昌:上海电缆研究所2003.4白新德.材料腐蚀与控制M.北京:清华大学出版社2005.5WinstonRevieR.尤利格腐蚀手册M.北京:化学工业出版社2005.6朱廷彬.润滑技术大全M.北京:中国石化出版社2005.?52?2007年第6期No.62007电线电缆ElectricWireCable2007年12月Dec.2007? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/