книги / Материалы кабельного производства

Удельное сопротивление алюминия в 1,65 раза выше, чем меди. Поэтому сечение алюминиевой проволоки такого же элек­ трического сопротивления, как и медной, должно быть в 1,65 раза,

а диаметр алюминиевой проволоки — в У 1,65 = 1,28 раза больше медной. При этом алюминиевая проволока будет в два раза легче медной.

Свойства алюминия приведены в табл. 1-2 и 1-3.

11

Механические свойства алюминиевой твердотянутой проволоки даны в табл. 1-4.

Таблица 1-4

Механические свойства алюминиевой твердотянутой проволоки

Как элемент алюминий находится в III группе периодической таблицы Менделеева и образует амфотерные окислы. Уже при комнатной температуре металл покрывается тонкой пленкой окислов, предохраняющей его от дальнейшего окисления. Алю­ миний хорошо растворяется при нагревании в щелочах (образуя алюминат) и в разведенных азотной и серной кислотах. Крепкая же азотная кислота его лишь пассивирует.

Алюминий легко соединяется с кислородом и поэтому быстро восстанавливает окислы металлов, в то же время он активно сое­ диняется с галогенами. Алюминий энергично присоединяет к себе водород, начиная с температуры 300° С и выше. В ряде случаев пористость алюминиевых отливок зависит от наличия в них водорода. При температуре 510° С и более алюминий взаимо­ действует с водяным паром. При температуре 850—900° С он легко соединяется с азотом, образуя пленку нитрида алюминия (A1N).

Сравнительная стойкость алюминия, меди и стали против действия химических реагентов показана в табл. 1-5.

Одним из средств защиты от коррозии являются с м а з к и . Применяемая отечественная смазка (петролатум + нефтебитум № 5) обладает большой хладотекучестью и поэтому, оголяя верх­ нюю поверхность провода, плохо защищает от коррозии.

Английские фирмы применяют в качестве смазки состав, состоящий из петролатума с порошкообразной слюдой, дающий хорошие результаты как антикоррозийное покрытие.

Нормами VDE (0280/1. 47; 0255/7. 51) предусмотрена защита алюминиевой оболочки парбунаном или игелитом.

Электрохимическая коррозия алюминия определяется раз­ ностью электролитического потенциала между тем или иным металлом и электродом из алюминия (табл. 1-6).

Менее устойчивы по сравнению с алюминием кадмий и цинк. Совершенно недопустимо, чтобы легкие сплавы находились в кон-

12

такте с такими металлами и сплавами, как бронза, латунь, олове и свинец.

На кабельные заводы алюминий поступает в слитках квадрат­ ного сечения, полученных методом полунепрерывного литья.

1-3. Применение алюминия и его коррозия. Сплавы алюминия

Алюминий широко применяется в кабельной промышленности для производства голых алюминиевых и стале-алюминиевых про­ водов, обмоточных и установочных проводов, эмальпроводов,

13

силовых кабелей, шин и лент. Алюминий также используется для наложения на кабели алюминиевой оболочки, предохраняю­ щей их от повреждений и доступа влаги.

Согласно п. 17а британского стандарта BS 480 : Р2 : 1954, алюминиевая оболочка по своему составу должна отвечать сле­ дующим условиям:

Стале-алюминиевые провода высоковольтных линий передач

Степень агрессивности различных сред показана в табл. 1-8. Разница в климатических условиях приводит к резким коле­ баниям в степени коррозии. Так, например, в зависимости от

14

При искусственном орошении алюминия 5% NaCl в течение 70 суток его относительное удлинение снизилось на 60%.

Степень коррозии зависит также от чистоты алюминия, что видно из рис. 1-2.

Наиболее сильным реагентом, вызывающим коррозию, яв­

мент. Наиболее опасным является катион меди.

Наличие влаги на алюминиевой жиле способствует увеличе­ нию коррозии алюминия.

Если защитная лаковая пленка или пластмасса в месте сопри­ косновения с алюминием имеет вакуоли или воздушную про­ слойку, — защитная способность этих покрытий от коррозии невелика, так как через пленку всегда происходит диффузия.

Французская кабельная фирма «Трефилери де Авр» применяет

15

ГЛАВА ВТОРАЯ

МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ

2-1. Технология получения меди

Содержание меди в земной коре составляет около 0,01 %. Она встречается в природе в самородном виде, в виде сложных сернистых (сульфидных) и окисленных руд. Наибольшее значе­ ние для промышленности имеют сернистые соединения ( п и р и т ы). К ним относятся медный блеск (Cu2S), медный колчедан, или халькопирит (CuS-FeS) и др. Обычно содержание меди в про­ мышленных рудах не превышает 1—2%.

и полезного минерала осуществляется в перемешиваемой водной минеральной суспензии, в которую вдувают воздух. Гидрофоб­ ные частицы прилипают к воздушным пузырькам и всплывают на поверхность в виде плотной пены. Гидрофильные (хорошо сма­ чиваемые водой) частицы остаются в пульпе.

трата осуществляется раскаленными газами, полученными при сгорании топлива. Тепловые лучи при этом отражаются обмуров­ кой печи на расплавляемый материал.

Ориентировочный состав медного штейна следующий: 20— 45% меди, 30—44% железа, 20—27% серы, 1,5—2,5% цинка, а также 5—10% А120 3, S i02 и СаО.

Для освобождения меди от серы и железа штейн подвергают б е с с е м е р о в а н и ю (в конверторах Бессемера), при котором через расплавленный штейн продувают воздух; в результате зна­ чительная часть серы удаляется из ванны в виде сернистого газа (S 0 2), а железо, окисляясь до закиси железа (FeO), в соединении с кремнеземом, добавляемым в конвертор, переходит в шлак.

(железа, серы, мышьяка, сурьмы, никеля, кислорода, свинца, серебра, золота, висмута и Др.). Для очистки этой меди от приме­ сей, которые, как правило, отрицательно влияют на электропро­ водность меди и затрудняют обработку ее давлением, ее подвер­ гают огневому и затем электролитическому рафинированию.

16

После огневого рафинирования в меди остаются небольшие количества мышьяка, сурьмы, висмута, селена и теллура. Кроме этих вредных примесей, в меди остаются золото и серебро. Поэтому медь после огневого рафинирования отливают в виде анодных плит, которые подвергают э л е к т р о л и з у .

Полученную после электролиза медь (в виде катодных листов) расплавляют в отражательной печи и разливают в открытые гори­ зонтально расположенные изложницы.

Другой способ переработки руд — г и д р о м е т а л л у р г и ­ ч е с к и й — состоит в том, что измельченная руда выщелачивается путем обработки ее серной кислотой или аммиачными раство­ рами. При этом медь, содержащаяся в руде, переходит в раствор.

Вдальнейшем полученный раствор подвергают электролизу или

це м е н т а ц и и (осаждение железом).

Согласно ГОСТ 859-41, для изготовления кабелей и проводов применяются две марки меди: МО и Ml, как наиболее свободные от примесей.

В табл. 2-1 приведен химический состав меди указанных марок.

Таблица 2-1

Химический состав меди

Ml 99,90 0,002 0,002 0,002 0,005 0,002 0,005 0,002 0,005 0,08 0,005 0,1 Д ля проводников тока, проката и

высококачествен* ных бронз, не содержащих олова

2-2. Влияние примесей на электрические, механические и технологические свойства меди

Самое неблагоприятное влияние на механические свойства меди оказывают висмут и свинец. Оба металла не образуют с нею твер­ дых растворов и поэтому в процессе кристаллизации распола­ гаются в виде сетки между отдельными кристаллами меди, что приводит к понижению сцепления между ними и, как следствие,

кпонижению механических свойств металла.

Взависимости от содержания висмута и свинца в меди они могут вызвать красноили хладноломкость меди.

Примеси, образующие с медью твердые растворы (Ni, Sn,

Мп, Fe, А1), не ухудшают ёе механических свойств, но сильно

понижают ее электропроводность и повышают температуру рекри­ сталлизации при отжиге.

Рассмотрим влияние отдельных примесей на свойства меди. Кислород. Для получения плотного медного слитка с мини­ мальным содержанием вредных примесей в нем должно содер­

рода в меди и закиси меди. В медных слитках, отлитых в гори­ зонтальные изложницы, находится 0,03—0,08% кислорода. Кисло­ род в количестве 0,03—0,06% мало влияет на горячую обработку меди, но отрицательно сказывается на холодной ее обработке прокаткой и волочением, особенно при тончайшем волочении.

Свинец. В твердом состоянии свинец в меди нерастворим. При содержании 0,08% кислорода в меди, свинца в ней должно быть не более 0,005%.

Висмут. В твердом состоянии висмут в меди нерастворим. При содержании 0,02% висмута в меди она становится красноломкой, а при повышении содержания висмута до 0,05% — хладноломкой.

Железо. Медь с железом образует твердый раствор, содержащий до 3% железа. Примесь железа сильно влияет на твердость, хруп-, кость и электропроводность меди. Поэтому в меди марки Ml содержание железа не должно превышать 0,005%.

Фосфор. Содержание фосфора в меди марки Ml не регламен­ тируется, так как медные слитки, изготовленные на медеэлектро­ литных заводах, не могут содержать фосфора. Фосфор сильно понижает электропроводность меди и повышает температуру

еерекристаллизации.

Мышьяк. С медью мышьяк образует химическое соединение

Cu3As при содержании мышьяка в 28%. До 7,5% мышьяк с медью образует твердый раствор. Мышьяк, так же как и фосфор, резко понижает электропроводность меди, повышает температуру рекри­ сталлизации нагартованной меди и ее прочность.

Сурьма. Сурьма с медью образует химическое соединение Cu2Sb с содержанием сурьмы 48%. До 8% сурьма образует с медью твердый раствор. По своему действию на медь сурьма подобна мышьяку, т. е. повышает ее прочность и снижает электро­ проводность.

Олово. Образует с медью ряд твердых растворов. Из них твер­ дый раствор, содержащий до 10% олова, весьма хорошо изучен (бронзы оловянистые). Олово в качестве примеси незначительно сказывается на повышении температуры рекристаллизации нагар­ тованной меди и на понижении ее электропроводности. При нали­ чии кислорода в меди олово выделяется из раствора в виде S n02 и в этом случае мало влияет как на понижение электропроводности, так и на начало рекристаллизации меди.

18

Сера. В пределах до 1 % сера образует с медью эвтектику с со­ держанием 0,77% серы или 3,82% полусернистой меди. В твердой меди растворимость серы доходит до 0,03%. Сера незначительно влияет на электропроводность меди и температуру ее рекристал­

мышленности, расходую­ щей значительное количество всей производимой меди. Кабельные

заводы изготовляют кабели и провода с различной изоляцией, а также шинную, коллекторную, ленточную медь и отдельные виды профильной меди для предприятий электромашино- и аппа-

Вследствие того, что насыщенный кислородом верхний слой имеет меньшую усадку, чем другие нижележащие слои, при засты­ вании поверхность слитков приобретает морщинистый вид, назы­ ваемый «рожей». Чем больше кислорода содержится в верхнем слое по сравнению с нижними, тем грубее и толще морщины на поверхности слитка.

Наличие «рожистой» части слитка затрудняет получение глад­ кой поверхности проволоки, ленты и других изделий из меди. Это особенно сказывается на изготовлении высококачественных заготовок для тонкого и тончайшего волочения медной проволоки или при холодной прокатке строго калиброванной тонкой ленты. В настоящее время особо ответственные изделия, которые должны иметь гладкую поверхность, изготовляются из с т р о г а н о й меди, т. е. из слитков, у которых верхнюю часть, называемую «рожей», сострагивают на глубину 8—12 мм. Эта операция свя­ зана с большими отходами меди, составляющими 10—12% от первоначального веса слитка.

В ближайшие годы медеэлектролитные заводы должны освоить метод полунепрерывного или непрерывного литья слитков, что значительно улучшит их качество.

2-3. Свойства меди и ее применение в кабельной промышленности

Медь — металл розовато-красного цвета. Прокатка ее может производиться как в горячем, так и в холодном состоянии.

В табл. 2-2 и 2-3 даны физические, электрические и механиче­ ские свойства меди.

Таблица 2-2

Физические и электрические свойства меди

20