退火跟淬火在金屬加工中都叫調質，退火是將原來硬度高的金屬變成低硬度以便於加工，手段是將金屬區域性加熱到特定溫度然後自然冷卻，淬火是將低硬度的金屬變成高硬度以加強機械強度，電器裡面退火處理的真少見，淬火處理的就多瞭如各種開關裡的彈簧，繼電器裡面觸頭的復位彈簧片等。

2012 年 5 月 11 日l 摘 要 近年來中國經濟的快速增長為電線電纜行業提供了巨大的市場空間，目前國內線纜產值在1 600—1 800億元,年左右。根據中國“十一五”發展規劃，未來5年中，電力、通訊、鐵路、軌道交通、船舶、汽車、石油化工、建築、公路、家電等行業將依然保持較大的投資規模，與這些行業緊密相關的電線電纜行業必將迎，來新的發展高潮。 為了適應中國電線電纜行業的需要，我們以高效、適用、環保為理念。成功地研製開發出了新一代銅線材連拉連退機組。機組中採用的大電流電阻式連續退火裝置，與傳統的成批罐式退火工藝相比，可節省電能30,一50,，線材退火質量得到明顯提高，而且可縮短生產週期，減少運輸量、中間堆放場地、週轉線盤，改善勞動條件。這種連續退火裝置在設計理念、生產工藝、控制系統等方面都比傳統退火裝置前進了一大步，代表著銅線材退火裝置的發展方向。 關鍵詞:銅線材;大電流;電阻;連續退火裝置;接觸輪;l 目 錄1、緒

論……………………………………………………12、幾種常見退火工藝及比較……………………………22.1、 退火爐退火............................. ...... 22.2、熱管式退火 …….. .............................. 22.3、接觸式電刷傳輸大電流退火.................... ..32.4、感應式退火......................................... (4)3、大電流電阻式銅線材連續退火裝置的設計與研究…(5)3.1 基本原理…………………………………………….(5)3.2 理

7)3.3 設計思論計算…………………………………………….(

路…………………………………………….(8) 參考文

獻…………………………………………………(13) 致

謝……………………………………………….(14)l1 緒論 由於電線電纜產品中的銅導體如:通訊電纜、塑力纜、高壓電纜、電磁線等等，幾乎都要求導體為經過退火的軟線芯，最基本的要求其表面光亮，不氧化，不允許燒傷，延伸事均勻。有些產品要求導體具有特殊的柔軟度等等，無論採用什二樣的方式進行退火，如輝光退火、感應式退火或者目前普遍採用的電阻接觸式退火，其最終目的都要求銅線必須達到電纜產品所需的導體效能。鋼線材的加工裝備主要有巨拉、大拉、中拉、小拉、細拉、微拉以及型材加工機械等。其中大、中、小拉線機基本上都需配置連續退火裝置。目前國內各電線電纜廠所使用的拉線機除從歐洲尼霍夫公司、亨利希公司、桑普公司、日本公司進口一些以外，其餘均由國內十多家電工機械廠包括臺資在國內設廠製造的一些拉線機在內提供，從大量的資料及反饋的資訊得知，帶連續退火的拉線機所生產的銅線材，或多或少存在著一些問題，銅線表面氧化、電火花燒傷甚至燒斷，延伸率及軟硬程度不一致(有時會出現竹節狀等等缺陷，嚴重影響到電纜的質量。因此退火工藝顯得尤其重要2 幾種常見退火工藝及比較l 我們知道，銅杆和鋁杆在拉絲機上拉拔的過程中，會發生硬化、變脆，為了恢復單絲的塑性，保持良好的電氣效能，因此需要將線材在一定的溫度下進行熱處理(退火處理)。 目前常見的退火方法有:退火爐退火，熱管式退火，接觸式電刷傳輸大電流退火和感應式退火等幾種方法，下面逐一分析、比較各種退火方法的優缺點。2.1 退火爐退火 退火爐退火裝置主要由退火罐、加熱絲、等組成(參見圖 1)。它透過把單絲放置在一個加熱的容器內，達到退火的目的。 該裝置的主要優點:裝置簡單、易維護。 缺點:耗電量大，退火後單絲效能不穩定，不能線上連續退火，而且退火週期較長。

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2.2、 熱管式退火 熱管式退火裝置主要由不鏽鋼管、加熱絲、冷卻液、收放線裝置等組成(參見圖 2)。它透過電熱絲加熱一根空心管，單絲透過加熱的空心管，達到退火的目的。 該裝置的主要優點:裝置較簡單，能夠實現線上連續退火，而且退火週期相對較短。 缺點:耗電量大，無法實現退火速度自動跟蹤退火溫度不能跟 隨線速作及時調整。 單絲l 加熱絲 圖1 退火爐退火示意圖 放線 加熱絲 收線 導輪 冷卻液 圖2 熱管式退火示意圖 2.3、接觸式電刷傳輸大電流退火 接觸式電刷傳輸大電流退火裝置主要由可調變壓器、電刷、電極輪、冷卻液、收放線裝置等組成。它是利用單絲通電流時會發熱這一原理來實現退火的。 該裝置的主要優點:比較節能，能夠實現線上連續退火，而且退火週期較短，能夠實現退火速度自動跟蹤(能自動根據單絲速度調整退火電壓或電流，使單絲退火程度保持一致)。 缺點:由於靠電刷傳輸電流，電極輪轉動使的阻力較大(費能)， (參見圖 3)單絲和電極輪間有時會產生火花，影響單絲的表面質量。 電極1 電極2 蒸汽保護區 放線 電極3 冷卻液 收線 圖3 接觸式電刷傳輸大電流退火示意圖 ，電 圖 3 中，電極輪 1 和

2 及電極輪 3 的電位相等(假設都是正極)極輪 2 是負極，則電極輪 1 和電極輪電極輪 2 和電極輪 3 之間的 單絲都有電流透過，併產生熱量。從圖中可以看出，電極輪 1 和l電極輪 2 間的單絲髮熱比電極輪 2 和電極輪 3 的要少，單絲的相對溫度較低(因為電極輪 1 和電極輪 2 間的單絲較長，透過的電流相對較小)，該段稱為預熱段，電極輪 2 和電極輪 3 之間稱為退火段。因銅絲在較高的溫度下易

,銅中拉採用冷卻液保護)。氧化，為了避免氧化的產生，通常採用水蒸汽保護(2

經過退火的單絲透過冷卻液的冷卻後，就可以上收線盤了。 接觸式電刷傳輸大電流退火裝置，控制退火程度的方式一般有二種:控制退火電流及控制退火電壓。退火電流與退火線徑的平方成正比，並與退火的速度有關(速度越快，退火電流需要越大);退火電壓僅取決於退火的速度和單絲的電阻率，與線徑無關。基於上述原因，所以以控制退火電壓來控制單絲退火程度(單絲的斷裂伸長率)的方式比較常用(公司的四臺銅拉機，都常用該方式給銅絲退火)。 在銅拉裝置上，我們可以看到退火電氣櫃和退火箱之間，有二根粗大的銅(鋁)排相連線，它們傳輸的是較低的電壓(約 70 伏以下，可根據銅絲的生產線速自動調整) ，開啟退 ，較大的電流(數千安培)火箱後方的鐵門，映入眼簾的就是那密密麻麻的導電炭刷(一個電極輪上有幾十塊煙盒般大小的炭刷)，它們負責把銅(鋁)排上的電流傳輸到電極輪上，這樣電極輪轉動受到的阻力較大。2.4、感應式退火 感應式退火裝置主要由感應電源、感應線圈、等組成 ， (參見圖 4)它是利用電磁感應原理達到給單絲退火的目的.l 收線 感應線圈 導輪 放線 冷卻液 圖4 感應退火示意圖 該裝置的主要優點有:不需要電刷等傳輸電流到單絲上，工作時所受的阻力較小，退火效率較高(耗電不足退火爐退火或熱管式退火的一半)，能夠實現退火速度自動跟蹤，對環境幾乎沒有汙染。 缺點:裝置價格較高。 交聯機組上的導體預熱器，往往是採用了先進的感應加熱原理，導體透過感應線圈後，能使導體溫度升為所需的溫度(一般設定為90?，交聯裝置上不需對導體退火，只是提高導體的溫度，這樣能使 。電纜的交聯度均勻，大幅提升電纜的質量，而且也提高了生產效率)3 大電流電阻式銅線材連續退火裝置的設計與研究 介紹大電流電阻式銅線材連續退火的原理及理論計算，重點論述了交流退火裝置和直流退火裝置的特點及在設計中應注意的一些問題。3.1 基本原理 銅線材經過拉制後內部晶粒碎化、晶格畸變，存在較大的殘餘內應力，

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其組織處於一種不穩定的硬化狀態。為了消除殘餘應力，改善組織結構，提高線材的綜合性能，一般必須根據材料效能要求進行火。眾所周知，在冷變形金屬的加熱過程中，隨著溫度的升高其組織l 將發生三個階段的變化，即恢復、再結晶、晶粒長大。因而根據加熱溫度不同可將退火工藝分為去應力退火恢復和再結晶退火兩種。經過再結晶退火後一般都可以得到細而均勻的等軸晶粒，但如果加熱溫度過高或加熱時間過長，再結晶後的晶粒又會繼續長大，成為粗晶組織。對於銅導線而言，退火溫度要高於最低再結晶溫度開始再結晶溫度，但必須低於使晶粒過分長大階段的溫度。在實際設計計算中，選取銅線材的最低再結晶溫度為100—270?，再結晶退火溫度為500—570?。連續退火就是在拉絲機的拉制裝置與收線裝置之間插入退火裝置，使銅線邊透過邊退火。目前連續高速退火都是採用接觸式電阻退火，它是將拉伸後的硬銅線經過通電的接觸輪，使電流直接透過線材，利用線材本身所具有的電阻加熱線材，達到退火溫度後再快速水冷，從而達到退火的目的。3.2 理論計算 銅線通電後因自身電阻而產生的熱量,J:ll 拉制後的線材出線溫度達100?左右，到

?左右，退火溫度為550?左右。根據工藝要求，達退火裝置接觸輪時的溫度約為60

退火裝置一般設計為2—3個溫度段。從60—220?為預熱段，在此溫度段內銅線的氧化較慢，不需要氣體保護;220—550 oC為退火段，此時銅線氧化較快，必須加保護氣體。據此，可得出其電流、電壓的近似表示式: 對於實際的退火裝置，其預熱段和退火段的長度均為定值。在實際生產中，可以根據出線速度調節退火電壓，根據

大電流電阻式銅線材連續退火裝置分為交流出線直徑調節退火電流。3.3 設計思路

退火和直流退火兩種l型式，基本上都是由導向輪、接觸輪、蒸汽槽、迴圈水槽、風乾系統、冷卻系統等所組成。其工作原理是相同的，都是透過接觸輪向銅線施加較大的電流，只是交流退火多一個預熱段，有利於較大直徑3(5mlTl以上銅線和銅合金線的退火。交流退火裝置的最大特點是三相平衡，即線電壓平衡和三相負載平衡。圖1為交流退火裝置及其等效電路，A、B、C分別為交流電源的三相，三相負載分別為預熱I段、預熱?段和退火段。 直流退火裝置的最大特點是控制精度高，退火控制的上升段和下降段比較平滑，供電電網電壓波動對其影響較小。 圖5 退火裝置及電路圖 大電流電阻式銅導體連續退火裝置的開發設計，經過嚴格的科學論證和反覆試驗，嚴格按照高效、適用、環保的設計理念，採用了目前比較成熟的先進技術，充分考慮了工藝的可靠性、合理性和執行的安全性。但在實際設計和生產中應當注意以下幾個方面的問題: ?退火銅線直徑、出線速度與退火電流及退火電壓的關係問題。對於確定的退火鍋線直徑和出線速度，必須保證恆定的退火電流和退火電壓，在裝置起動和停止時也要能根據出線速度自動跟蹤調節，以避免出現“夾生”和“過燒”現象。在退火控制系統設計中採用了雙閉l環控制迴路，系統自動全程跟蹤裝置執行速度，精確控制退火電壓和退火電流，使退火銅線的延伸均勻;另外設計有過電壓、過電流、缺相保護、觸發缺相等保護迴路，當執行過程中發生退火故障時，保護迴路會立即反饋並停止退火電流和退火電壓的輸出、全線緊急停車; ?為了保證線材在接觸輪上執行平穩、接觸良好、不打火花火花會損傷線材表面質量，接觸輪直徑應比線材直徑大100倍以上;接觸輪本體材料選用導電效能和導熱效能都比較好的ZQAl9—4，而與線材接觸的退火環材料，考慮到其在 550?時的耐磨性、導電性和滅弧性等綜合性能指標，經過多次實驗最終選用了使用壽命長的鎳銅合金材料，可減少線材打火和因退火環磨損造成的線材表面損傷; ?在主退火段，線材的溫度

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在500?以上，為了防止線材氧化，需要採用保護氣體將高溫線材與空氣隔開。因此，主退火段導線路徑和接觸輪都要採用可靠的密封結構，合理配置保護氣的進入口、排氣口和排水口，防止外部空氣進入並減少保護氣體洩漏。在連續執行過程中只需向退火段保護槽內補充少量的保護氣體即可防止線材高溫氧化，有利於確保線材的產品質量，又能減少保護氣體的用量; ?退火線材的張力控制問題。線材退火後變軟，因此張力要適當。張力太大則線徑易拉細，張力過小則線材抖動易產生火花。在退火裝置內部，線材由於受熱膨脹而長度增大，為了使線材與接觸輪仍然接觸良好，接觸輪後的皮帶輪直徑應從進線端到出線端逐漸減小，接觸輪組之間採用特種平皮帶傳動，同時接觸輪之間的距離和傳動皮帶輪直徑大小都經過反覆精確計算，保證各接觸輪從前到後速度逐漸變l快，確保退火線材在預熱段和退火段的各接觸輪之間張力合適、運轉平穩，這樣可有效防止線材在退火過程中被拉細，又避免線材在各接觸輪上抖動產生火花損傷線材表面和造成退火不均勻的缺陷; ?連續退火裝置供電系統的設計方面，考慮到了電流密度、渦流、電磁場等諸多影響因素，將其對退火質量和裝置的影響控制在合理的範圍內。因為退火電流較大，為了防止碳刷失效和集電環磨損，採用了特殊的結構和材料，並且採用強風冷卻、清潔。集電環採用專業廠家生產的QAl9—4擠壓銅管，再經過特殊處理和加工製成;碳刷經過多次試驗，最終選用含銅達75,左右的碳刷，裝配時調整好刷架的角度，確保每個碳刷負載均勻。這樣，在大電流密度下工作時可在集電環上有效地形成“皮膜”，提高

由於線材和接觸輪都有較大電流透過，裝置必須有安碳刷和集電環的使用壽命; ?

全可靠的保護措施，各處尤其是潮溼環境的絕緣必須可靠。線上材幹燥系統的設計上運用了氣體阻尼的乾燥原理，利用壓縮空氣在吹乾系統內產生的高壓氣體阻尼，有效地乾燥附著在高速執行線材表面的水分。吹乾系統的特殊結構設計，既能使線材充分乾燥，又能節約壓縮空氣用量，為了減少對線材表面質量的影響並延長使用壽命，各過線導輪均採用質量輕的鋁合金製造，並在導輪工作面噴塗絕緣性和耐磨性都比較好的特種陶瓷材料。參考文獻l1 慧文(中國電線電纜市場預測與展望J(電線電纜行業通訊，20071:10-112 婁燕雄，劉貴材(有色金屬線材生產eM(長沙:中南工業大學出版社， 1999(3王勇，呂傑，李安(全浸式銅導體中拉連續退火機組效能與設計J(電線電 纜，20065:42—43(4張傑，劉中亮(採用快速後減模控制系統的大拉機設計與研究J(電線電 纜(20052::38—42 致 謝l 本課題在選題及研究過程中得到劉永超老師的悉心指導。劉永超老師一絲不苟的作風，嚴謹求實的態度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時兩載，卻終生受益。對劉永超老師的感激之情是無法用言語表達的。 ?行渙跤萊 鮮Α?仗轂 鮮Α?踉品謇鮮Α?叛弈壤鮮Φ榷暈業慕逃 嘌 , 竅感鬧傅嘉業難 壩胙芯浚 詿耍 乙 蛑釵煥鮮ι釕畹鼐仙弦還 ?感謝我的同學梁鑫、田涯琪、朱家慧三年來對我學習、生活的關心和幫助。l