超高壓棒形支柱瓷絕緣子干法轉(zhuǎn)濕法生產(chǎn)改造

馬石雷

摘 要：電力工業(yè)上需要的超高壓棒形支柱瓷絕緣子，必須具備高電壓等級(jí)、大傘徑、大爬距的特性。受制于濕法工藝的生產(chǎn)能力，超高壓絕緣子生產(chǎn)傳統(tǒng)上都使用干法工藝，生產(chǎn)成本高昂。通過(guò)對(duì)Φ750mm真空練泥機(jī)的工藝套筒進(jìn)行試驗(yàn)、改造，先后試驗(yàn)了4種逐級(jí)壓縮工藝套筒、3種鼓形工藝套筒，最終確定了最佳的工藝套筒結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了超高壓棒形支柱瓷絕緣子的濕法生產(chǎn)，大幅降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：超高壓棒形支柱瓷絕緣子;Φ750mm真空機(jī)改造;濕法生產(chǎn)

1 前 言

隨著我國(guó)電力工業(yè)的高速發(fā)展，電網(wǎng)的運(yùn)行電壓等級(jí)在不斷提高，超高壓電網(wǎng)廣泛使用，其中500kV已經(jīng)成為我國(guó)省網(wǎng)骨干網(wǎng)架，750kV成為西北電網(wǎng)骨干網(wǎng)架，還有更高等級(jí)的1000kV特高壓電網(wǎng)正在大力推行。電網(wǎng)電壓等級(jí)的提升需要絕緣子提供更大的爬電距離，相應(yīng)的，絕緣子的傘徑也就隨之越來(lái)越大[1-2]，生產(chǎn)難度也越來(lái)越大。

目前電瓷行業(yè)中，受制于濕法工藝的生產(chǎn)能力，500kV、750kV的超高壓棒形支柱瓷絕緣子基本都是使用干法工藝生產(chǎn)，干法工藝具有生產(chǎn)穩(wěn)定、周期短等優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，就是成本高昂。

近年來(lái)，電瓷行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，價(jià)格廝殺也達(dá)到了白熱化程度，為了降低生產(chǎn)成本、確保產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)勢(shì)，我公司提出將部分干法產(chǎn)品改為濕法生產(chǎn)的設(shè)想。

實(shí)現(xiàn)超高壓棒形支柱瓷絕緣子濕法生產(chǎn)的關(guān)鍵之處就在于大口徑真空練泥機(jī)，真空練泥機(jī)的口徑越大，可擠出泥柱直徑越大，所能加工的產(chǎn)品傘徑就越大。目前國(guó)內(nèi)電瓷企業(yè)濕法棒形生產(chǎn)多數(shù)使用的是口徑Φ500mm的真空練泥機(jī)，可擠出泥柱直徑一般不超過(guò)Φ300mm。

為配合超高壓產(chǎn)品的濕法生產(chǎn)，我公司斥資三百余萬(wàn)元，從德國(guó)進(jìn)口了一臺(tái)口徑Φ750mm真空練泥機(jī)（以下簡(jiǎn)稱750真空機(jī)），可擠出泥柱直徑達(dá)到Φ360mm、Φ390mm、Φ420mm三個(gè)規(guī)格，預(yù)計(jì)燒成后瓷件傘徑最大可達(dá)340mm～350mm，如此大規(guī)格棒形產(chǎn)品采用濕法生產(chǎn)，如能試驗(yàn)、量產(chǎn)成功，既是提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)重要舉措，也是代表我公司濕法制瓷工藝水平的一次飛躍。

2 真空機(jī)試驗(yàn)改造過(guò)程與結(jié)果

2.1 試驗(yàn)思路

真空練泥機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理如下：

陶瓷泥料加入加料槽，被加料刀片破碎，受圓錐螺旋擠壓，經(jīng)錐形套筒進(jìn)入真空室，借自重落到底部，同時(shí)泥料中夾雜的空氣在負(fù)壓下大部分被抽走，落下的泥料受到擠出螺旋的揉練、混合和擠壓，由擠出套筒推向工藝套筒，泥料被層層擠壓、逐級(jí)壓縮，直至填滿壓實(shí)，最后在末端螺旋的推力下通過(guò)出口，形成連續(xù)的泥柱擠出真空機(jī)。

圖1中Φ2/Φ1稱為“擠制比”，擠制比小則泥料致密，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)較好，但擠制比過(guò)小會(huì)造成擠出阻力過(guò)大，泥柱發(fā)熱反而有害。

L稱為“擠出工裝長(zhǎng)度”，θ稱為“壓縮角度”，L和θ關(guān)系到泥料在套筒內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，即“泥料結(jié)構(gòu)”，θ受Φ2/Φ1和L的約束，過(guò)大或過(guò)小均不利于生產(chǎn)，一般取20°以內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)值即可;實(shí)際生產(chǎn)中最?？紤]的是L，一般來(lái)說(shuō)增大L則阻力增加有利于泥料壓實(shí)，但L過(guò)大，則擠出阻力過(guò)大，同樣造成泥柱發(fā)熱，反之如L過(guò)小，則泥料得不到充分壓實(shí)就被擠出[3]。

由以上理論可知，真空機(jī)影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)有二：一是Φ2/Φ1是否合適;二是L和θ是否適宜，θ有經(jīng)驗(yàn)值可供參考，一般生產(chǎn)上主要看L是否適宜。

本試驗(yàn)的目標(biāo)是750真空機(jī)產(chǎn)品合格率達(dá)到一定質(zhì)量水平，不出現(xiàn)大批量的開(kāi)裂、掉傘等和真空機(jī)高度關(guān)聯(lián)的缺陷。

試驗(yàn)通過(guò)對(duì)比不同工藝套筒方案下產(chǎn)品的質(zhì)量情況，選定最佳工藝套筒方案。

我司購(gòu)買的750真空機(jī)原廠工藝套筒有4套，試驗(yàn)就從原廠套筒開(kāi)始。

2.2 原廠工藝套筒試驗(yàn)

2015年7月啟動(dòng)第一輪試驗(yàn)，方案代號(hào)A、B、C、D，分別對(duì)應(yīng)原廠的4套工藝套筒，均為逐級(jí)壓縮型式，見(jiàn)圖2、圖3、圖4、圖5，出口為Φ360mm（如Φ360mm產(chǎn)品合格率不好，則Φ390mm和Φ420mm產(chǎn)品只會(huì)更差）。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

2.3 原廠工藝套筒加長(zhǎng)L試驗(yàn)

第二輪試驗(yàn)，在方案A、B、C、D的基礎(chǔ)上，分別增加1節(jié)Φ500mm套筒，增加套筒為無(wú)壓縮角度的“平行”套筒，方案代號(hào)A+P、B+P、C+P、D+P，見(jiàn)圖6、圖7、圖8、圖9，出口為Φ360mm。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

工藝套筒進(jìn)行型式改造，設(shè)計(jì)、定做了3節(jié)鼓形工藝套筒，以及1節(jié)壓縮套筒、1節(jié)平行套筒用于加長(zhǎng)L，并配套相應(yīng)出口，開(kāi)始第三輪試驗(yàn)，方案代號(hào)G、G+1、G+1+P，見(jiàn)圖10、圖11、圖12，出口為Φ360mm。

試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2.5 批量試驗(yàn)再驗(yàn)證與套筒方案最終定型

經(jīng)評(píng)估，G方案產(chǎn)品質(zhì)量較差，無(wú)繼續(xù)試驗(yàn)必要，G+1和G+1+P方案效果較好，再次驗(yàn)證并小批量試做，出口為Φ360mm和Φ390mm兩個(gè)規(guī)格同時(shí)展開(kāi)試驗(yàn)，最終G+1+P方案脫穎而出，于2016年06月最終定型，確定為生產(chǎn)方案。

批量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

3 試驗(yàn)分析與推論

3.1 原廠套筒分析

原廠套筒是采用常見(jiàn)的逐級(jí)壓縮形式，經(jīng)計(jì)算擠制比為0.48，處在0.3～0.6的合理區(qū)間[3]，理論上講是合適的，但從表1中第一輪的試驗(yàn)結(jié)果看，無(wú)論套筒結(jié)構(gòu)如何變動(dòng)，4種方案的產(chǎn)品質(zhì)量都很差，生坯檢驗(yàn)即“全軍覆沒(méi)”，幾乎全部產(chǎn)品都在傘裙根部產(chǎn)生開(kāi)裂。

經(jīng)技術(shù)分析，此類開(kāi)裂的根本原因在于泥料結(jié)構(gòu)不均勻，泥柱外層和中心密度差異較大，干燥和燒成時(shí)內(nèi)外收縮不一致引起開(kāi)裂;這種不均勻是逐級(jí)壓縮工藝套筒本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的，當(dāng)泥料在套筒內(nèi)向前推進(jìn)時(shí)，四周受筒壁摩擦阻力作用，擠壓的會(huì)更密實(shí)，中心則流動(dòng)更順暢，因此泥柱總是外層較致密、中心較疏松，當(dāng)差異超過(guò)一定程度時(shí)就會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成致命缺陷。第二輪試驗(yàn)中增加了一節(jié)平行套筒，L增大有利于泥料壓實(shí)，但產(chǎn)品質(zhì)量并沒(méi)有改善，可見(jiàn)單純?cè)龃驦對(duì)改善泥料結(jié)構(gòu)均勻性也幫助不大。