專利名稱:電纜護套用多元鉛合金和生產(chǎn)方法
本發(fā)明屬于用于電纜護套的彌散強化型鉛基多元合金，系利用舊電纜鉛套的自然成分冶煉配制而成。
耐振動性能是考核電纜護套質(zhì)量的重要技術(shù)參數(shù)，如敷設(shè)于架空桿路和沿鐵路、橋梁等振動環(huán)境時，其耐振性能對電纜壽命影響很大。不同合金成分的護套材料在相同敷設(shè)條件下，使用年限相差一倍以上。長期以來，一直使用鉛銻銅三元合金作為鉛包電纜的護套材料，由于該合金耐振動疲勞性能較差，用于振動環(huán)境時，產(chǎn)生龜裂漏氣障礙很多，壽命只有十幾年，嚴重影響通信聯(lián)絡(luò)和電力輸送。
為了提高鉛護套質(zhì)量，通常采用研制性能優(yōu)良的耐振抗蠕變強的多元合金來實現(xiàn)。如美國的F-3合金，其成分是鉛-砷-錫-鉍;美國的“碲”合金，其成分是鉛-碲-砷-錫-鉍。這些合金的生產(chǎn)方法通常是把溶質(zhì)元素制成中間合金后再加入到溶劑液中，冶煉配制而成。但這些合金元素很難均勻地加入到合金中去，而且有的元素，如砷產(chǎn)生劇毒，稀有金屬又貨源短缺，因此未能普遍推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的一個目的是提供一種新的耐振抗蠕變強的、成本低的電纜護套用的多元鉛合金。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述多元鉛合金的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明提出的用于電纜護套的呈彌散強化型的鉛基多元合金，其特征在于該合金組成成分中含有錫0.2～2.0%，銻0.3～0.7%，銅0.02～0.06%(重量比)。這種鉛基多元合金系利用舊電纜的鉛護套中自然含有的合金元素，經(jīng)過冶煉配制而成。其生產(chǎn)過程中省去費能耗料的電解精煉純鉛工序，并使原材料中的自然成分-合金元素在基體中得到均勻分布，實現(xiàn)提高性能、節(jié)約能源、降低消耗以及減輕塵毒對環(huán)境污染等綜合性技術(shù)經(jīng)濟效益。
本發(fā)明的多元鉛合金比現(xiàn)行鉛銻銅合金多一個錫元素。錫在該合金中，與銻組成SnSb化合物(硬質(zhì)點)，比鉛銻銅合金的PbSb固溶體β相有更大的強化作用。錫分布于晶界處能阻止再結(jié)晶，提高合金的硬度和耐蝕性，又有固熔強化α相的作用，使有害的大塊狀β′相相對減小，提高附加元素的利用率，并改善耐蝕性。錫又與銅形成Cu3Sn針狀金屬化合物，可阻止比重偏析，有利于形成均勻的合金組織。SnSb金屬間化合物、即彌散強化相呈較理想的分布狀態(tài)尺寸小、分布均勻，使合金的強度和韌性適度，產(chǎn)生較好的抗振和耐蠕變性能。
這種多元鉛基合金的生產(chǎn)方法，包括撤舊電纜的分類、剝皮、配料、冶煉、化驗、鑄錠等全部工序。首先將各種舊電纜通過剝皮看成纜包帶上的標志進行分類堆放，對于外國電纜鉛皮在無標志時應(yīng)取樣化驗其合金成分。至于少量難于區(qū)別或易混雜在一起的各種鉛纜也無關(guān)緊要，因為鉛合金中常見的合金元素錫、銻、銅、鉍、銀、鎂、砷、碲、鈣等均可與鉛形成合金，有利于提高合金性能。分類后進行剝皮加工，即把鉛護套從電纜上剝離。在加工處理時，碰到焊錫接口、端頭及障礙焊接處，均應(yīng)剪下單獨堆放。接著是配料冶煉，分成三部分同時或逐個進行均可(1)用小鍋熔化少量焊錫，并利用焊錫熔點低的特性，將各種帶焊錫的接口、端頭等在已熔化的焊錫鍋內(nèi)涮下焊錫。鑄錠后的焊錫條就作為下一步配制多元合金的中間合金。(2)用可熔一噸鉛的鐵鍋先熔化200公斤舊鉛護套做底料，熔煉溫度范圍400℃～550℃，然后將不便于剝皮的小直徑電纜和短段大直徑電纜等投入鍋內(nèi)涮下鉛皮。當鉛護套熔化至400℃±50℃時常見的鋼帶、鋁箔、銅線等雜質(zhì)金屬因其熔點高、比重小而懸浮在液面上，應(yīng)將這些雜質(zhì)浮渣撈出以保證合金成分穩(wěn)定。當溫度升高至380℃～450℃時，用電動機械攪拌器攪拌金屬液體，歷時10～30分鐘，促使合金元素得到充分的混合。然后，取樣化驗，向漩渦中按比例投入焊錫條及相應(yīng)材料來調(diào)整合金成分，例如加硫除銅，加堿除錫等。成分合格后，保溫350℃～450℃，時間為2～6小時，使合金元素在熱狀態(tài)下進行擴散，分布均勻，形成特性良好的彌散強化型合金。(3)與(2)做法相同，只是熔鉛鍋大一些，有2～3噸容量，投入料是剝下來的鉛皮。
以往，在回收舊電纜時，需經(jīng)高溫(600℃～700℃)冶煉和電解，鉛的損耗為10%左右;取消電解并控制冶煉溫度，此損耗可降低到5%左右。電解一噸純鉛需耗電200度，用煤200多公斤，以及硫、堿等輔助材料。全國每年收回的舊鉛皮數(shù)以萬噸計，如果采用本發(fā)明制造電纜護套，取消電解、簡化工藝，其節(jié)能省料之巨就很可觀了。省掉電解工序，還能將有利于提高合金性能的元素保留下來，調(diào)配成性能更好的合金。
按照本發(fā)明熔煉鉛合金時，由于錫的比重輕，少量偏析出來的錫浮在液面上形成含錫較高的浮渣復(fù)蓋層(含錫量達1.5%左右)，又因錫的抗氧化性強和粘性大，此浮渣復(fù)蓋層起到阻尼液面鉛合金氧化作用，使熔煉過程中生成的氧化鉛明顯減少。按照原來鉛銻銅三元合金的生產(chǎn)方法，操作工人每隔二天必須把浮在液面上一層黃色氧化鉛撈出;使用本發(fā)明后，產(chǎn)生的氧化鉛比原來的生產(chǎn)方法產(chǎn)生的氧化鉛減少50%～70%，只要每六天撈一次氧化鉛即可。并因此大幅度降低了鉛護套的漏氣率，使電纜護套的一次合格率提高了6.1倍。同時，也使氧化鉛粉塵顯著減少，減輕塵毒對環(huán)境的污染，改善了操作工人的勞動條件，而且，撈出的浮渣中的錫等金屬還可以回爐重熔，降低煉耗。
關(guān)于鉛合金的性能，國際電信聯(lián)盟(CCITT)建議中推薦“各種鉛合金在抗腐蝕、導電性及其他性能上，只有輕微的差異，所以，根據(jù)它們的抗震(抗疲乏)程度，就可以方便地分級和選擇?！彼?，耐振性能是考核護套質(zhì)量的最重要技術(shù)參數(shù)，對鉛銻銅三元合金和本發(fā)明的多元合金進行振動試驗的試驗數(shù)據(jù)如下振動疲勞試驗之一
振動疲勞試驗之二頻率15次/秒 振幅±4毫米
試驗結(jié)果表明多元鉛合金的耐振動數(shù)是鉛銻銅合金的2.2倍以上。在常溫下(12℃～26℃)進行的抗蠕變試驗結(jié)果表明，該多元合金的耐蠕變性能是三元合金的4.5倍。
總之，本發(fā)明-多元合金的綜合性能比鉛銻銅三元合金優(yōu)越得多，它可以顯著減少電纜線路障礙，提高通信質(zhì)量，從而減輕線路維護工作量和減少撤舊換新的工程費用。如提高電纜護套壽命按照增長一倍估算，運行期間內(nèi)節(jié)約的電纜資金相當于該電纜原值的50%，在全國生產(chǎn)的通信電纜中，用于架空或振動環(huán)境的按30%計，僅此一項，每年就可節(jié)省約一千三百萬元;還可減少撤舊換新各一次，節(jié)約的資金為電纜原值的32%，一年有八百三十萬元，這樣全年大約可節(jié)省二千多萬元。如再將電力電纜計算在內(nèi)，節(jié)省的資金就更大了。
鑒于多元鉛合金性能優(yōu)于鉛銻銅合金，尤其是耐振性能顯著提高，從技術(shù)和經(jīng)濟上考慮，在保證質(zhì)量和規(guī)定使用年限的前提下，為降低產(chǎn)品成本，進行了減薄電纜護套厚度的試驗工作，根據(jù)試驗結(jié)果，用本發(fā)明的多元合金制成的電纜護套厚度至少可比原來的護套厚度減薄百分之八。此項成果若能推廣應(yīng)用，對于生產(chǎn)廠和用戶單位都將獲得明顯的直接和間接的經(jīng)濟效益。如電力電纜也推行減薄護套的成果，將會收到更大的經(jīng)濟效益和社會效益。
以下是本發(fā)明的一個實施例(一)合金成分鉛-錫0.3～0.5%-銻0.4～0.7%-銅0.02～0.06%(二)操作方法1、材料分揀對回收的廢舊鉛纜通過成纜外包紙帶上的標志區(qū)別廠家和國別，以鑒別其所含的合金成分，對無標志的則取樣化驗來判明其成分，并按成分分別堆放。
2、剝皮或熔化電纜分揀后，進行機械或人工剝皮，其中少量短頭和直徑小于20毫米的電纜可直接放入鍋內(nèi)熔化鉛皮。當鍋內(nèi)有三分之一鉛液時，可將電纜投入液體鉛中涮下鉛套。在上述過程中，將帶有焊錫的端頭、接口等剪下，單獨堆放，以備用于配料時做中間合金。
3、配料熔煉用鉛銻銅合金電纜護套做主料。含錫、銻高的鉛套和所有電纜端頭、接口做添加料或中間合金，經(jīng)過計算搭配入鍋，熔化后的溫度不得超過550℃，鉛液面距鍋邊為5～10厘米，以便攪拌或添加料。
4、撈渣、攪拌、化驗、保溫鉛皮熔化后，撈出浮渣用電動機械攪拌15～30分鐘后，用取樣器于液體中間取樣化驗，化驗后如需加中間合金時，應(yīng)先開攪拌器，使合金成分均勻分布。如需加主料時，待主料全部熔化后再開動攪拌器?；灪细窈螅瑧?yīng)在350℃～450℃保溫2～6小時后鑄成鉛錠。
(三)擠壓護套上述鉛錠可直接用于生產(chǎn)電纜、其擠壓鉛護套的工藝要求，除省去加中間合金外，其余同鉛銻銅三元合金。
權(quán)利要求
1.一種用于電纜護套的呈彌散強化型的鉛基多元合金，其特征在于該合金組成成份中含有錫0.2～2.0%，銻0.3～0.7%，銅0.02～0.06%(重量比)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鉛基多元合金，其特征在于電纜護套厚度比現(xiàn)行的護套厚度減薄至少百分之八。
3.一種用于電纜護套的鉛基多元合金的生產(chǎn)方法，其特征在于該合金系利用舊電纜的鉛護套中自然含有的合金元素冶煉配制而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的鉛基多元合金的生產(chǎn)方法，其特征在于其加工過程省去電解精煉純鉛工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的鉛基多元合金的生產(chǎn)方法，其特征在于將各種鉛護套按所含合金成份計算配比后入鍋熔煉，溫度范圍為350℃～550℃，成份合格后降溫至350℃～400℃，保溫2～6小時進行分子擴散。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的鉛基多元合金的生產(chǎn)方法，其特征在于冶煉過程中產(chǎn)生的氧化鉛比原來的生產(chǎn)方法產(chǎn)生的氧化鉛減少百分之五十至百分之七十。
專利摘要
一種用于電纜護套的鉛基多元合金，其中含錫0.2～2.0％、銻0.3～0.7％、銅0.02～0.06％(重量比)。該合金的生產(chǎn)方法是利用舊電纜的鉛護套中自然攜帶的合金元素，省去電解精煉。經(jīng)熔煉、配比、攪拌、保溫等過程，使合金元素的分子進行熱擴散，形成具有良好特性的彌散強化型合金。本發(fā)明能提高電纜護套使用壽命、減薄護套厚度、節(jié)約能源、降低材料消耗、減輕塵毒污染，具有較大的社會技術(shù)經(jīng)濟效益。
文檔編號C22C11/06GK86107231SQ86107231
公開日1987年5月20日 申請日期1986年10月22日
發(fā)明者李正堂 申請人:北京市電信設(shè)備廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan