电线电缆材料学科发展报告

2013/10/14 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:

                                                                                  上海市科学技术协会学科发展报告                        

 

电线电缆材料学科发展报告

 

 

    上海市核学会

                                                                                                                    201211

 

 

电线电缆材料学科发展报告

 

课题组主要成员名单

 

 

组长:

杨华礼  高级工程师  上海上缆辐照技术有限公司总经理、

                    市核学会辐射工艺与辐射加工专业委员会

                    副主任委员

 

组员:

周瑞敏         上海大学射线应用研究所原所长、

                    市核学会理事

 

蒋建明  高级工程师  上海先锋辐照制品厂有限公司总经理

                    市核学会辐射工艺与辐射加工专业委员会

                    副主任委员

 

许道礼  研究员      上海市核学会秘书长

 

许秀琴               市核学会副秘书长兼办公室主任

 

                 上海市科协学术部

 

 

电线电缆材料学科发展报告

目 录

一、前言……………………………………………………(3)

 

二、电线电缆材料发展概况………………………………(7)

1、什么是电线电缆 …………………………………(7)

2、当今国际电线电缆材料发展现状 ………………(8)

3、我国电线电缆材料发展的现状 …………………(9)

4、瞄准高端线缆市场,寻求新的商机……………(11)

 

三、电线电缆材料更新换代 ……………………………(14)

1、国外线缆铝合金材料概况………………………(14)

2、国内电工铝合金材料发展现状…………………(21)

3、铝合金线缆在配电系统节能中应用……………(29)

4、采用核技术制备电工用铝合金导体材料的

   研究内容和技术关键……………………………(31)

                                              

四、电线电缆材料发展的机遇和展望 …………………(33)

1、我国电线电缆材料的新进展……………………(33)

2、我国电缆工业铜导体加工的发展和问题………(35)

3、铝合金导体发展的新趋势………………………(36)

4、辐照铝合金导体材料前景展望…………………(41) 

 

五、电线电缆材料发展的机遇和展望 …………………(43)

1、环保电缆…………………………………………(44)

2、交联电缆…………………………………………(46)

3、特种电缆…………………………………………(50)

 

六、电线电缆材料学科在发展中前进 …………………(55)

 

电线电缆材料学科发展报告

 

一、前 

    电线电缆材料学科的发展,其关键词就是材料。众所周知,材料是人类社会发展的基石,人类社会的各个时代几乎都与材料有关,石器时代、青铜器时代、铁器时代……即使当今高科技的迅猛发展,也始终离不开材料,现代科技的四大支柱,就是材料、能源、信息和生物。

    电线电缆材料,包括金属材料、高分子材料等等,电线电缆就是指内芯金属导体材料加上多种高分子包覆材料,这就是我们通常所说的电线电缆,包括裸电线、绕组线、电力电缆、通信电缆和光缆、电气装备用电线电缆。聚氯乙烯绝缘电缆电线是电气装备用电线电缆中最常见的产品,俗称塑料绝缘电线。电线电缆和国民经济的所有领域都有关联,它被形象地喻为国民经济的“血管”和“神经”,能源、交通、通信、汽车、石化等等,都离不开电线电缆,它也是国防、科研和人们基本生活的必备产品。尽管它的准入门槛不高,一般通用的产品其工艺简单,技术含量低,如以生产聚氯乙烯绝缘电线电缆为主的中小型企业遍地开花,占整个线缆行业的91%份额。

    随着国民经济的发展,人们对电线电缆的研究开发,特别是高端产品如汽车用125℃耐热无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘线缆以及船用、飞机用、核电站用、通信网络用的线缆都有了很大发展,采用加速器辐照的生产线,也形成相当规模,由于对无卤、低烟、低毒、耐温等性能要求十分严格,在目前,我们仅供应核电站核岛外围的线缆,核岛内电缆还依赖进口,另外如海底综合电缆、石油平台电缆、低烟生态无卤环保电缆和特种导线等产品目前仍存在供需缺口,电线电缆企业需根据市场需求调整产品结构。而随着全球低碳环保和节能减排大趋势的发展,也使得电线电缆行业加速了向环保电缆发展的进程。低烟、无卤、生态、环保电缆已成为电线电缆行业发展的趋势,欧洲的RoHS指令及各国的环保要求,一直是我国电线电缆出口的技术壁垒。我国也在积极探讨环保电缆的相关技术,不久即将实施的环保电缆标准也将成为我国电线电缆行业发展的一个里程碑,也将给电线电缆行业带来一个冲击波。对电线电缆的质量,是主管部门和广大使用者最为关心的问题,电线电缆产品质量好坏直接关系到国民经济的健康发展及人身、财产的安全,而聚氯乙烯绝缘电线电缆作为民用电缆,更是关系到老百姓的日常生活,其质量直接关系到人们的人身财产安全。国家历来重视对涉及人身安全的产品的监管,将电线电缆产品列入生产许可证和CCC强制认证管理范畴,聚氯乙烯绝缘电线电缆作为重点监控对象,亦是历年国家产品质量监督抽查重点抽查产品之一。此外,对结构尺寸包括绝缘平均厚度、绝缘薄处厚度、护套平均厚度、护套最薄厚度和编织密度都是属于检测的项目。此外对结构尺寸(包括绝缘平均厚度、绝缘薄处厚度、护套平均厚度……等)、绝缘机械性能(如老化前后拉力试验、热失重试验等)都将严格把关,确保产品质量。一个十分关键的问题是,在激烈的市场竞争下,要预防少数中小企业为降低成本,生产质量低下,价格低廉的产品,而埋下安全的隐患。目前我国拥有各类电线电缆生产企业7000多家,年产值在7000亿左右。电线电缆行业生产厂家众多,集中度低,最大的企业所占的份额也仅仅在1%-2%。由于经济的快速发展,目前国内电缆市场需求量相当大,知名度较好的企业大都订单饱满。而由于技术含量不高,价格竞争成为竞争的主要手段,加之低价心理,使得信息小企业有了可乘之机。这也使得电线电缆市场混乱,亟待需要规范。我国已成为世界第一大电线电缆生产国,电线电缆是国民经济发展的基础行业,是各行各业必须的配套行业。如何促进电线电缆行业有序、健康、快速的发展,对于国民经济建设有着非常重要的作用。

     对电线电缆材料这一学科发展,我们作了大量的调查研究,给我们的感觉是,这个学科在国民经济和人民生活中占有重要地位,这已成共识。最近几十年来,国内外都得到了长足发展,上世纪80年代,我国电缆行业占国民经济总值0.88%,进入新世纪,已超过1%2011年已达到2%。特别是我国城乡电网改造,“西电东输”取得成效,随着主干线网络以光纤为主,微波为副,边远地区采用卫星通信的电力通信网也日趋完善。同时,城乡住房大规模发展,办公商务场所以及智能化建筑快速增长都给建筑用电线电缆带来市场和机遇,建筑用线的产值已占线缆总产值的15%以上,在2000年达到1000万公里,并以15%的速度递增。此外,进入大众消费期的私人汽车大幅增长,我国核电站将从日本311福岛核事故中吸取教训,以更安全可靠的质量,迎来新的发展机遇,此外,大飞机制造以及许多特种行业对电线电缆的需求量将是十分可观的。电线电缆材料学科的发展,只有不断满足市场需求,提供更多更好的产品,以符合自身的发展规律,也只有这样才不会被淘汰,被唾弃。然而,我们还要清醒地看到,一个学科的发展,除了自身的规律外,会受到政治、经济、资源及其它学科发展的制约,因为任何一个学科的发展都不是孤立的,一成不变的,从电线电缆这一学科的发展中,我们就清楚地看到了这一点,我们作为核科技工作者,也不失时机地抓住了这一机遇,利用核技术,推进电线电缆材料更新换代的研究开发,为传统产业的创新作出新的贡献。

    当电灯走进千家万户,电线电缆就成为不可缺少的关键材料,而线缆中唱主角的内芯材料就是众所周知的铜,当然还包括其包覆材料以及线缆的接头等等。

铜所属有色金属,具有良好的导电、抗拉及蠕变性能,多年来,铜的独霸地位,没有改变,这也形成了以铜为主体的传统的电工导体材料。

    上世纪六、七十年代,我国电工行业曾提倡“以铝代铜”,那个时代,铜被列为军用战略物资,加上国外封锁,十分紧俏。铝和铝合金在电工导体中得到大量应用,一度和铜平分秋色,我国以稀土电工铝为代表的铝合金生产技术经过长期不懈努力,也有了很大提高,上世纪八十年代,由上海电缆研究所开发的“稀土优化综合处理技术”,对含铝99.7%的铝锭进行工艺处理,从而达到了电工级水平,系国际首创,并在全国推广。

    当今,我国经济快速发展,对铜的需求,越来越大,每年总在500万吨以上,我国铜资源匮乏,开采的品味也低,其中,一半需向国外进口。我国电工行业是用铜大户,也约一半的铜制做成导体材料,近年来,国际上铜价不断飙升,每吨高达7万元,铝价虽也看涨,但保持在每吨1.7万元左右,铜和铝价格相差四倍。在中国电缆工业中,“以铝节铜”,乃大势所趋。如今“以铝节铜”的条件已经具备,从国情出发,中国铝资源丰富,不但储藏量大,且品种优良,铝合金技术比较成熟,经科学论证,和供、需双方认同,首先在架空电缆上完全取而代之,并在其它线缆中逐步扩大应用范围,电工中节约出来的铜,就用到更需要的地方。对电工业来说,这将大幅节约成本,当然在推广使用中,还有一系列技术问题需要解决,诸如,铝用于高频和射频的通信系统(弱电),已成共识,强电的应用,用户就会产生顾虑,所以铝合金(包括铜包铝)的应用如何确保质量、安全、环保以及耐温耐压抗老化等等都有待科学家们拿出令人信服的数据。人们长期用铜,对只相信铜的观念也将在现实中逐步改变。

我学会系综合性学会,在民用动力核技术及核电站设计制造中,就涉及到电线电缆,特别是核电站用的线缆要求甚高,如耐高温,耐高压,抗老化,当今惟有辐射法制备的线缆,才能满足核电站的要求。从这一新技术的延升,我学会有关电工及加速器等专业的科技人员致力于辐照电缆研究及试验。已成功应用于国内多座核电站机组和出口的巴基斯坦核电项目。

我们相信,核科技工作者和电工科学家以及相关学科的专业人士联手,学科间交融渗透,对电工行业中各种导体材料分门别类,形成铝合金系列品种,有望在大量使用铜的传统线缆工业中实现“创新驱动,转型发展”的宏大目标。

我们采用核辐射技术及其它新技术相结合,努力推进线缆材料更新换代的产业化研究软课题项目,得到市科协大力支持,曾开展调查研究,购置了必要的实验材料,并获得了采用辐射法及其它新技术的几个配方方案。我们认为,对电线电缆材料更新换代以铝节铜,已到了迫在眉睫的地步,通过前阶段的决策咨询研究,我们提出了辐照铝合金线缆材料实现产业化的可行性决策意见和步骤,还提出了研究内容、关键技术及相关措施。

“电线电缆材料学科发展”课题组全体成员在调查研究中,搜集了数百万字资料,我们清楚地认识到,电线电缆材料这一传统的学科将随着国民经济的发展而不断创新,不断注入新的内容,也只有这样,才更具有生命力。它既要满足各个领域的常规需求,也要满足汽车、飞机、核电和所有新兴行业的特种需求。

电线电缆材料发展到今天,人们更注重生态环境,以保护我们的家园—地球。高科技和新兴行业的发展又对电线电缆材料提出了更高的要求,采用电子加速器,辐射交联生产环保电缆,无卤、耐温、耐压、抗腐蚀等等都成了特种电缆的必备条件。

电线电缆材料发展到今天,采用电工用铝合金导体逐步取代铜导体是必然的趋势,已被人们所认识,被市场所接受。广大核科技工作者将和电工材料科技工作者密切合作,为电工导体材料更新换代,为线缆材料的学科发展,努力作出更大的贡献。

 

二、电线电缆材料发展的概况

 

1、什么是电线电缆?

    电缆通常是指由几根或几组导线(每组至少两根)绞合而成的类似绳索的线材产品,每组导线之间相互绝缘,并常围绕着一根中心扭成,整个外面包有高度绝缘的覆盖层,即包覆材料。电缆制造的重要诀窍是拉、包、绞的巧妙组合运用。

    电线电缆是指用以传输电能传送信息和实现电磁能转换的线材,“电线”和“电缆”并没有严格的界限。通常将芯数少、产品直径小、结构简单的产品称为电线,没有绝缘的称为裸电线,其他的称为电缆;导体截面积较大的(大于6平方毫米)称为大电线,较小的(小于或等于6平方毫米)称为小电线,绝缘电线又称为布电线。光是一种电磁波,光纤也称光波导,光缆也是一种电缆。

    从系统、行业角度而言,广义电缆成品应当理解为“电联接系统”,其中电缆只是一种半成品。在重要成套产品中需要配套的是线束(Harness)——由电缆加上接头组成的成品。电缆的最终用户最欢迎的是SOLUTION——电缆系统工程服务解决方案,只有能及时提供优质

的电缆系统工程服务者才能占领高端电缆市场。

 

2、当今国际电线电缆材料发展的现状

    2007年世界电缆总产值为1560亿美元(CRU),约占世界GDP1.5% 。经济危机对电缆行业有冲击但长期趋势不变,行业两极化发展迅速,专业化领先,同质化普遍。高端市场竞争日益全球化,并从厂际竞争朝产业链之间的竞争发展。经历三次世界电缆行业的重整,目前企业整合朝提供电缆系统工程服务发展。当前“领跑”的前二名是泰科电子(TYCO ELECTRONICS)和耐克森(NEXANS)公司。通信方面由于光纤到户(FTTH,宽带通信拉动强劲,光缆一枝独秀。如果说电缆行业第一次重整,欧洲各国和日本电缆行业获得了北美铜矿主们放弃的那部分市场份额,那么第二次重整就给了中国台湾、韩国、东南亚各国电缆行业发展的机遇,其中也包括中国。迎面而来的第三次整合将会是韩、日、台、美国、欧洲将部分电缆制造产业转移到中国的大好机遇,更是我们获得高端电缆市场的良机。

    泰科电子是世界电缆业的“领头羊”,拥有60年的创新经验和17,000多项专利,是销售额高达148亿美元的全球领先企业,也是世界上最大的无源电子元件供应商。该公司设计、制造和销售面向世界各地,从汽车用线束、家用电器到照相机和计算机等各行各业所需的近 500,000种产品,客户总数超过 200,000 家。服务主要面向电信和能源市场的网络解决方案与系统;更面向应急通讯、雷达和国防应用的无线系统。工厂遍布45个国家,公司在纽约证交所上市。

其次是耐克森公司,工厂分布在30个国家,商务机构遍及全球各地。全球拥有雇员22800名,2007年销售收入达74亿欧元。耐克森公司是巴黎股市的上市公司,它是进入我国电缆高端市场最成功的公司。据海南电网公司透露,耐克森公司承包了海南电网跨海联网工程海底电缆项目,工程敷设的3根电缆是目前世界上单条最长距离、较大容量的超高压海底电缆,每根全长约32公里,中间没有接头。自20096月底竣工投运以来运行正常。该工程线路始于广东湛江500kV港城变电站,最后到达海南澄迈福山变电站。总投资近25亿元的海南电网跨海联网工程为国内第一、世界第二超高压、长距离、较大容量的跨海电缆联网工程,开工建设历时两年。该工程采用500千伏交流联网方案,本期规模为60万千瓦,远期可增容至120万千瓦。20061128日耐克森还获得上海世博工程51公里500千伏电缆供货合同。该工程包括78个接头和6GIS终端,该工程于20103月完工。

关于电线电缆材料更新换代,采用铝合金导体材料以替代铜导体必将成为国际上最新的发展趋势,后面就有详细介绍,这里就不多说了,另外有关生态环保电缆,辐射交联电缆、环保电缆、特种电缆等等。

 

3、我国电线电缆材料发展的现状

    电线电缆行业是中国仅次于汽车行业的第二大机械行业,产品品种满足率和国内市场占有率均超过90%。在世界范围内,中国电线电缆总产值已超过美国,成为世界上第一大电线电缆生产国。伴随着中国电线电缆行业高速发展,新增企业数量不断上升,行业整体技术水平得到大幅提高。

    中国经济持续快速的增长,为线缆产品提供了不可或缺的巨大的市场空间,中国市场强烈的诱惑力,使得世界都把目光聚焦于中国市场,在改革开放短短的几十年,中国线缆制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大,对电线电缆的需求也将迅速增长,电缆市场高端低端都兴旺,未来电线电缆行业还有巨大的发展潜力。

    截至2010年,我国电线电缆行业已经达到400万吨铜耗,7000亿元的产业规模,约为全国GDP2%,是机械行业最大的配套行业,产值仅次于汽车行业,号称世界第一。然而要分析整个线缆行业的情况,只能用“只大不强,高端缺失”八个字来形容,无论是从单个企业规模还是到产品技术都难以与世界线缆巨头抗衡。其中最重要的是我们的高端产品和材料技术与世界先进水平有很大的差距;振兴我国线缆业,还需要付出巨大的努力。

我国电线电缆行业存在的主要问题:自有知识产权的产品及优质设备少、名牌少、优质原材料少、资产负债率较高投资浪费、集中度低和城乡二元经济影响深重。2008-2009年行业经历的这场国际金融危机,波及范围之广、影响程度之深、冲击强度之大,为上个世纪30年代以来所罕见。2009年在全球金融危机影响导致经济低迷的大背景下,国内的电缆制造行业却呈现出供需两旺、稳中有升的良好态势。在这种难得的发展机遇下,行业内各大企业认真思考行业战略规划,努力改变增长方式积极面对智能电网、广义的光进铜退和三网融合的巨大的市场需求,积极创新争取重大战略突破,可以预见后金融危机将促使电缆行业更健康的发展。

目前中国高端电缆市场仍被国际领先企业占领。电缆高端产品的壁垒有三:研发时间长投资大,客户认证难度高,关键配套附件不全。

由于上述三大壁垒的破解难度高,我国电缆企业一直望而却步,例如500kV的超高压电缆及附件超净电缆料等叫喊了20年却无人问津。要想夺得电缆高端市场必须拥有正确战略规划与足够的投入,只有能及时提供优质的电缆系统工程服务者才能在高端线缆市场占有一席之地。先进的电缆制造就是将先进的材料加工成先进的电缆产品。大型客机、西电东送、核电、轨交、绿色家电——迫切需要电缆行业提供创新型的高端电缆产品,开发这些新产品自然会获得高的附加值和利润。只“大”不“强”的企业,没有长久的生命力;只有具备强势技术、强势品牌、强势产品、强势文化的企业,才能拥有无法复制的核心竞争能力,从而奠定做大做强的基础。国内优秀电缆企业与世界级企业真正的差距,不仅体现在企业规模上,更多体现在整体性的核心竞争能力上,尤其是高技术含量、高附加值的高端产品比例偏低,企业自我发展、自主创新能力还很不足。以做强电线电缆产业是我们制定电线电缆产业战略的灵魂。2009610日,中国科学院在《创新2050:科学技术与中国的未来》中国科学院战略研究系列报告新闻发布会上发表了“中国面向2050年的科技发展路线图”。这份“路线图”不像航海员拿着的精确航海地图,它只是对大方向的判断,路线图的研究就是在仰望未来科学的星空。

    从当今世界科技发展的态势看,奠定现代科技基础的重大科学发现基本发生在20世纪上半叶,“科学的沉寂”已达60余年,而技术革命的周期也日渐缩短,同时科学技术知识体系积累的内在矛盾凸显。在物质能量的调控与转换、量子信息调控与传输、生命基因的遗传变异进化与人工合成、脑与认知、地球系统的演化等科学领域,在能源、资源、信息、先进材料、现代农业、人口健康等关系现代化进程的战略领域中,一些重要的科学问题和关键核心技术发生革命性突破的先兆已日益显现。还有一个不容忽视的规律是,历史经验表明全球性经济危机往往催生重大科技创新突破和科技革命。

    当前广义的光进铜退的通信网络蓬勃发展将形成一个广泛的“五网融合”。信息通信、广播、计算机三网合一并与物联网及智能电网再融合将在2050年前后在我国集成一个“五网融合”的信息网络。“五网融合”的物理基础就是不可或缺的创新的电线电缆。编制电缆技术发展路线图势在必行。NEXANS对智能电网的解读对我们也许有所启发。“解读”中500-1000kVXLPE绝缘超高压电缆、碳纤维增强架空导线、超导限流器和超导电力电缆等四种先进新技术电缆产品分别是对应效率、可靠、灵活与环保等四大使用要求。纵坐标为实现电网智能化的步骤,从产品、方案与服务、计算机模拟、传感器、通信到新技术共五项,可以提供一种编制智能化电缆技术发展路线图的思路。

    打造世界级著名线缆企业,这是我们电线电缆企业必须担负的光荣而艰巨的历史任务。所以,我们要胸怀全球市场,坚定不移地走国际化道路,不仅要追求量的扩张,更重要的是成为在全球化品牌形象、技术创新、商业模式(新产业链、价值链)、企业文化等诸多方面的世界级企业。建议结合电缆行业“十二五”规划制定和实施,尽快开展电缆技术发展路线图的编制工作,推动我国电线电缆材料学科的发展。

 

4、瞄准线缆高端市场,寻求新的商机

    前面说过,我国目前拥有各类电线电缆生 产 企 业70 0 0 余家,但随着行业生产规模无序扩大,设备利用率不足一半,企业利润下滑,众多企业只能保本或微利经营。更为严峻的是,2001~2007 年 4 月,铜价猛涨了 6~7 倍,导致电线电缆生产原料价格全线上扬,给电线电缆企业带来极大的经营压力。电线电缆行业是料重工轻的行业,原材料占电线电缆总成本的 80%左右,原材料价格每上涨 5 % ,相当利润就减少 4 % 。目前原材料涨幅达 5 0 % ,即使企业调高电线电缆价格,其经营压力也己经到了难于承受的境地。由此带来的负面效应是生产厂家偷工减料,劣质电线电缆充斥市场,非标产品屡禁难绝。电缆行业市场化虽然较为充分,但从细分市场来看,高端市场具有需求巨大,进入门槛高的特点,国内能够参与细分市场竞争的企业数量并不多,这些行业内企业大多订单饱满,盈利状况较为良好。他们的发展思路和发展轨迹也越来越受到同行瞩目。针对国内电线电缆行业低水平竞争的现状,业内人士透露,原材料价格上涨是导致电线电缆行业平均利润率下降的主要原因,行业平均利润目前仅为2 % ~5 % 之间。但是,在强调安全性和对环境保护的高档电线电缆产品上(如低烟、无卤、防火、阻燃电缆等),产品附加值高,产品毛利润率高达4 0 % 以上,由于产能不足,国内需要大量进口以满足内需。与电器工业领域其它产品一样,外资企业在电线电缆高端市场处于领先地位。来自欧洲的耐克森、比瑞利以及来自日本的古河、住友都在我国线缆市场中占有相当份额,外资企业在高端产品市场上的优势更加明显。比如日本古河已经在中国占据了相当大的市场份额。耐克森的特种电缆以及交通用电缆在中国具有相当高的声誉,正在不断地打入一些重点工程,最近又中标海南500kV 海底电缆工程。荷兰菲利普和德国西门子公司的光缆在中国早已家喻户晓。美国 C T C公司的 A C C C 导线又成功地打入中国市场并开始建立制造基地。

    从未来的发展看,各行各业对线缆产品的需求将向着高性能、高质量的方向发展,国内企业若想在国际企业参与的竞争中取得立足之地,必须在产品性能上逐步缩小与世界先进企业之间的差距。对此,有业内人士坦言,今后中国电线电缆高端产品市场的竞争,将表现在若干个知名品牌之间。中国企业能不能得到这个市场,做好产品,做强品牌是关键。

    令人欣慰的是,我国电线电缆这种发展现状,已引起了国内一些注重质量、技术、市场、创新和品牌发展的企业的重视,他们与时俱进,不断拓展新的市场机会,目标只有一个,在电线电缆高端市场寻找商机。如电缆行业上市公司——宝胜股份有效克服了铜价大幅上涨等不利因素影响,大力开发重大用户和国家重点工程,不断取得新突破。近年来在青藏铁路、西气东输工程、台塑集团等大型项目上中标,一些产品,如防火电缆、超高压电缆等已经具备与跨国线缆企业同台竞技的实力,由于国家重点工程合同量大、用户资信高、资金风险低、市场影响广,对电缆的质量和服务要求较高,宝胜股份能够不断成功开发重大项目,不仅展现了企业实力,创造了品牌效益,更为企业赢得了发展先机。

    再以浙江万马电缆股份公司为例,虽然面临严酷的市场竞争,万马电缆却没有陷入价格竞争的“红海”,通过将品牌定位在中高端市场,并把战略重点放在国家电力系统上。在万马当前的客户收入结构中,电力系统占有最大的比重,达到近60%。在浙江、湖北、宁夏等省份,万马电缆在电力系统的市场占有率稳居第一,在河南、河北、江西等中部省份的市场占有率也位居前三强。全国所有地一级以上的电网公司,万马电缆都是供货商,发达地区的县一级电网公司,万马电缆也有进入。与工程类客户相比,电网客户每年都有稳定增长的需求,一般情况下维护老客户的成本相对较开发新客户要低很多,万马电缆以较少的投入换取了较大的订单,规模效应显著。同时,针对高速发展的超高压电缆市场,公司又投入巨资建设超高压电缆生产线。2006年底,高 158 米的超高压电缆生产立塔已顺利使用,这是目前国内高度最高、生产工艺最先进的电缆生产立塔,预示着万马电缆跨入国内为数不多生产超高压电缆企业的行列。

电线电缆业高端市场前景广阔,值得期待,国外企业因深厚的技术积累而具备强大的研发能力,目前在高端市场占据优势,我国电线电缆企业仍需苦练内功,深耕细作,通过技术进步来实现产品结构的优化和高端化。

三、电线电缆材料更新换代

1、国外线缆铝合金材料概况

  全球最大的铝业制造公司—力拓加铝公司,生产世德合金电缆,是北美唯一一家生产铝合金电缆及其材料的综合性跨国企业,总部设在美国的乔治亚州亚特兰大市,在北美地区有6家生产基地,并拥有整套营销网络,还建立了研发中心,在我国天津也设有分厂进行生产。这家公司,是2007年由力拓与加铝两家公司合并后成立的,现在他们号称自己是全球铝业的领导者,他们合并前的公司,已有100年历史,铝合金电缆也有40年历史。他们的宣传口号是世德合金电缆“性价比高”“可靠连接”“安装便捷”。

 

 

 

 

 

 

 

这是美国亚特兰大市力拓加铝公司总部

 

 

 

 

这是加铝(天津)铝合金产品有限公司

 

 

 

力拓公司生产的世德合金电缆有如下主要型号产品:

 

                                                由北美力拓加铝公司生产铝合金电缆已在美国等先进国家得到应用,并已扩大到美洲、欧洲及亚洲等多个国家,特别是发展中国家十分看好这一庞大的市场。天津生产力拓公司产品,为我国电工行业了解并应用铝合金线缆提供了条件。

    用铝合金制备线缆材料和铜线有什么不同呢,能否满足业主需求?亚特兰大市加铝电缆的高级工程师Hunter以加铝AA-8000系列铝合金线缆的严格测试,回答了这个问题,他指出,“目前,铝合金建筑线的规格一般从8AWG1000Kcmil(加拿大达1500 Kcmil )。虽然2005版美国国家电工法规(NEC)并没有要求,铝合金建筑线在美国都是紧压束合,一般可以用在与铜相同规格的线管中。紧压束合可将导线直径降低10%左右(照片1)”。

    他还指出,“铝合金随成分不同可以有大不相同的特性。合金(将两种或更多金属结合在一起)可以大大地影响任何金属的特质。将铝制成合金(并改变其特性)的能力是铝被广泛使用的主要原因之一。人们已经开发出了具有各种强度、导电性和特性的铝导电合金。”

 

 

 

 

 

照片1紧压束合导线比相同直径的非紧压导线具有更高的载流容量。

 

 

 

照片2典型的机械螺丝型导线连接器。

    他又指出“在阅读关于安装铝导线的出版信息时应注意因为大多数建议并不是正在讨论的哪种合金特有的。许多出版的说明指南只适用于特定类型的常用输电线可能具有一些基于轶事证据而非科学事实的安装技术。”

他再指出“各种类型的铝导线是为不同的应用制造的都具有不同的合金、结构、退火或束合。例如架空电力线中使用的合金具有极好的抗拉强度但因为太硬而不适合用作建筑线。另一方面建筑线的合金是根据连接性能和柔软性研制的配方因没有所需的机械特性而不能用于架空应用。”

 

 

照片3典型的压紧型导线连接器。

    他归纳:“此处给出的准则和信息仅限于用AA-8000系列铝合金和交联聚乙烯绝缘XLPE制成的紧压束合600V电缆。”

AA-8000线有哪些物理特性?

AA-8000的重量约为相同载流量的铜线的一半。较低的重量意味着较低的拉张力这可以降低安装过程中电线绝缘损坏的可能性。AA-8000的强度重量比高于铜相同载流量导线的直径稍大于铜基于紧压束合AA-8000导线一般比相同载流量铜导线成本低。最后从AA-8000特殊要求、端接方法、安装及维护证明AA-8000系列铝合金建筑线可以用于支路、馈电和公共设施应用也可以用于临时布线。它具有重量轻、柔软、可靠和性价比高等优点。这些特点使AA-8000受到客户欢迎。

    加铝电缆最近对铝电缆和铜电缆的整个生命周期进行了系统地研究,并考虑到不同的设计应用方式。 生命周期研究的结果显现了使用替代铜电缆的STABILOY R 合金电缆所带来的突出经济性。 以下是一些主要结果:

1)相比铜电缆的设计,合金电缆环境经济指数提高了 45%90%

2)在整个使用期间内,如果放大电缆截面积,可以大大减少建筑能耗;

3)一般节能灯的投资回报期为2.5年,在使用了STABILOY R 合金电缆替代铜缆和相应的桥架后, 可以使这个时间大大缩小到 0.9 年。

    南方开发投资集团(SDIG)/佐治亚州电力研究中心对加铝电缆设计和执行了一个程序通过比行业接受的标准(UL 486B CSA C22.2 No. 65 ANSI C119.4)严格的热循环试验和扭矩试验比较带有机械螺丝型连接器的AA-8030铝合金导线的接头性能和电气性能等同的铜导线的接头性能。在热循环试验前后分别比较导线材料的物理性能。

1XHHW-2 (RW90-600V)* AA-8030 铝合金导线的ANSI C119.4试验结果

导线 规格

接头

AWG # 2

AWG # 2/0

AWG # 4/0

500 KCMIL

750 KCMIL

T

DT

R

T

DT

R

T

DT

R

T

DT

R

T

DT

R

所测数量

16

16

16

16

16

满足要求

16

16

16

16

16

15

16

16

16

16

16

15

16

16

15

不满足要求

_

_

_

_

_

1

_

_

_

_

_

1

_

_

1

    用行业接受的热循环试验预测接头的长期性能。在比行业接受的标准严格的热循环试验中,带有机械螺丝型连接器的AA-8030铝合金导线的接头性能与电气性能等同的铜导线的接头相同或更好。这些接头是用各种不同的所知和不同的制作方法制作的。用热循环试验(ANSI C 119.4)的绝对温度(T)、温度稳定性(DT)和电阻稳定性(R)的标准评价接头的性能。表1和表2汇总了本试验程序中使用的针对每个导线规格评价的十六个接头的测试结果。

 

 

 

2THHN-2 (T90)*铜导线的ANSI C119.4试验结果

导线 规格

接头

AWG # 4

AWG # 1

AWG # 2/0

350 KCMIL

500 KCMIL

T

DT

R

T

DT

R

T

DT

R

T

DT

R

T

DT

R

所测数量

16

16

16

16

16

满足要求

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

16

12

不满足要求

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

4

 

    作为电工铝合金材料,最关键的一条,还是合金材料的配方研究,绝大多数是十分保密的,配方也不公布,我们资料调研中,就查到了8000系列-5的配方,电工用8000系列软式中软铝合金导线中的8030高抗蠕变绞线进行配方研制,其配方为:硅:0.1%,铁:0.30-0.8%,铜:0.15-0.30%,镁:0.05%,硼:0.001%-0.04%,锌:0.05%,剩余部分为纯铝。

    国际上铝合金线缆企业,我们就着重介绍北美的力拓加铝公司,500强企业之一,具有代表性,其它就不一一介绍了。

 

2、国内电工铝合金材料发展现状

    我国电工铝及其合金导体材料于上世纪60年代问世,我国铜匮乏,国外又把铜列为禁运物资,我国铝丰富,为了打破国外的封锁,从国情出发,自力更生发展我国的制铝工业,乃大势所趋,上下齐心协力,制铝业发展迅猛,在科研开发方面,也取得成果,如上世纪80年代,上海电缆研究所的“稀土优化综合处理技术”对含铝99.7%的铝锭进行工艺处理,达到电工铝指标,成为国际首创,在全国推广。          我国电工铝合金导体一度辉煌,其在电工导体中使用量曾和铜平分秋色,占了半壁江山。随着我国改革开放,国民经济快速发展,对铜的需求越来越大,对电工铝合金导体也有了更高的要求,铜又成了电工导体的首选材料,铝合金在电工导体中的用量下降到20%左右,所以对电工铝的高质量要求已成为我们共同努力的目标。

电线电缆行业“十二五”发展规划指出,“国内铝及铝合金熔炼配方技术及连铸造轧设备水平达不到国际上发达国家水平”。“在铝合金杆的制造领域国内多数企业产品结构不全,产品质量不稳定,产品性能及技术水平参差不齐,在铝合金系列中,国内很难找到做全铝合金系列的企业。”尽管存在着这样那样的问题,我国电工行业的专家以及原子能科技工作者,一直在努力寻找适合中国国情,能满足国内市场需求的电工用铝合金材料。对我国颇具特色的稀土电工铝作如下回顾,展望“以铝节铜”的前景。

⑴我国稀土电工铝和铝稀土合金发展迅猛

    稀土金属具有独特的化学活性,加入到铝和铝合金熔炼过程和材料中,显示出明显的净化、细化和合金化效果而被广泛应用。我国铝稀土合金的应用开发萌芽于二十世纪六十年代,虽然比国外晚约30 ,但发展速度快,后来居上,首先将稀土金属用于66 - 1 Al - Si 活塞合金。七十年代为初创时期,铝稀土在Al - Mg - Si 加强型输电线和FeCrAl 电热丝中获得应用。1980 - 1985 年为发展时期。在应用方面,广州有色院发现加入稀土可以提高铝的导电率和耐腐蚀性,在稀土电工铝和铝制品中的应用取得突破性进展。在冶炼方面,中科院长春应化所创造性地获得了“在较低温度下(690750 ) ,电解制取铝稀土中间合金系列”,为研发稀土在铝和铝合金中的应用提供了条件;中国相继发明了往铝电解槽中添加稀土化合物,直接生产铝稀土合金新工艺。1984 年长春应化所主办了我国铝稀土合金生产、应用和分析学习班,30 多个单位66 名技术人员参加形成一个高潮。1988 年稀土电工铝通过国家鉴定,国务院稀土办和能源部科技司联合发文推广应用,19901995 年为黄金时期,我国将稀土和铝这两门不同学科更紧密地结合起来推动稀土铝的科研、生产和应用以惊人的速度全面发展,与我国自己开发的稀土农用、毛织物染色、稀土铸铁等并驾齐驱,在世界上颇具特色,处于领先地位,并在国际上获得高度评价。早在1987 年英国化学经济手册就这样评说:“除了美国、西欧和日本应用(领域) 之外,中国稀土有某些独特应用。例如中国人生产的铝合金高压线就含有稀土,还将含有稀土的铝合金用做炒菜锅”。著名稀土冶金专家美国稀土信息中心主任K. A.Gschncidner ,J r. :“很可能中国熔盐电解稀土金属的工艺超过西方世界(包括日本) ⋯⋯中国人似乎在某些领域优于西方国家和日本,如稀土加入铝和其它金属(如铜、银、铝) 中的技术”。

⑵独具特色的稀土电工铝

    稀土在铝导体中的应用分四类,示于表3。广州有色院等用微量稀土处理铝液,除去其中氢、氧、氟等杂质,与溶解于铝液中的硅、铁作用,使之呈硅化物、硅铁化合物形式析出于晶界,加上稀土微合金化作用,不仅提高了中国产铝电线电缆的导电性,还细化了组织、强化了基体、提高了强度、改善了加工性能。现在中国生产的铝电线电缆的导电性能略高于国际电工委员会标准,而且强度提高20 % ,耐磨性能提高数倍,耐腐蚀性能也明显提高。一举改变了中国铝电线电缆的落后面貌,为中国铝电线电缆行业全面赶超世界先进水平铺平了道路。2000 年延吉铝业公司又将提铈提钕后剩余的待用镧镨铈(L PC) 碳酸稀土电解生产Al- L PC 高导电率合金做成铝稀土母排用于自己公司电解槽改造工程中。我国各大、中电线厂已将稀土电工铝投入生产,年产能力超过40 万吨。这些稀土铝投入使用,每年可节电40 亿千瓦小时,创效益20 亿元。稀土铝导体已出口十多个国家,为国家创汇。

 

 

 

3        稀土在电工铝和铝制品中的应用

 

编号

应用领域

组分(含稀土种类和用量%

结果和特点

1

高导电稀土铝导线(铝盘条、铝绞线、钢芯铝绞线)

Al - RE(富铈稀土,L PC , 富镧稀土;0.150.3Wt %)

除气、除杂、细化组织, 提高导电率和耐腐蚀性, 改善物理和加工性能。

2

铝母排(大电流输电)

Al - RE(富铈稀土,L PC ,富镧稀土;0.150.3Wt %)

 

除气、除杂、细化组织, 提高导电率和耐腐蚀性, 改善物理和加工性能。

3

高强度稀土铝合金导线(大跨越、高山、高压输电线和电车线)

 

Al - Mg - Si - RE (富铈、富镧

L PC ,0.10.3Wt %)

 

改善耐震性能, 强度高, 重量轻,弧垂性能好,使用寿命长

 

4

耐热稀土铝合金导线(变电站和大电流母线)

 

Al - Zr - RE ( Y 或富Y,La ,

Ce0. 22Wt %)

 

载流量为纯铝线的1162 ,使用温度高(可达150 )

 

5

铝制品(铝锅、壶、桶、暖水瓶、洗衣机内胆、拉链、窗纱、鞋眼、

电子设备外壳、装饰用铝材等)

 

Al - RE ,Al - Mg - RE (富铈、

富镧、L PC0.10.3Wt %)

 

除气除夹杂。细化组织,提高强度、耐蚀性能和成品率

 

6

铝箔(包装、装饰和电容器)

Al - RE , Al - Fe ( 微量) - RE

( 铈、富铈、富镧, 0.005 0.1Wt %)

 

除气、除杂,细化组织,提高热轧与冷轧板、带、箔变形塑性,减少断裂,提高加工成品率

 

7

铝簿板和带015 - 1mm

Al - RE Al - Fe (微量) - RE(铈、

富铈、富镧,0.0050.1Wt %)

 

除气、除杂,细化组织,提高热轧与冷轧板、带、箔变形塑性,减少断裂,提高加工成品率

    ⑶电工用铝合金是我国电线电缆发展的商机

我国是世界上电线电缆第一生产大国。拉动中国电线电缆发展的是中国电信发展和电力发展需要。而制造电线电缆所需的导体材料是铜,也是世界上用得最多国家,目前达到500万吨的耗用量。所以中国电线电缆使用铜导体的市场左右了世界铜的价格。而先进的科学和技术也在电线电缆产品上获得应用,一是光纤,二是超导,由于全国光纤光缆及时应用,中国的信息化高速公路规模空前。目前正在提速和扩容,而超导技术仅很小试用和探索,远没有达到实际应用能力,而决定支撑中国电线电缆生产依然是电工用铝合金,因为电工用铝合金正逐步取代铜,而成为不可阻挡的历史车轮。铜在自然界中以氧化铜矿、硫化铜矿存在,我国铜储量少,冶炼成本也居高不下,现在铜价如此飙升,每吨7万多元元也降不下来,这些铜导线的不利因素使我们对输电导体材料的注意力转移到导电性仅次于铜的铝合金方面来。电线电缆行业原来只有在架空导线一类大量使用铝材。架空导线使用铝线或合金铝线,主要是发挥导线比铜抗击自然灾害能力强,例如材质轻,铝层外的氧化膜能保护铝不继续氧化内层的优点。但是一般电线电缆仍然是以电解铜为主体,铜的电导率(IACS)为103.06,铝的电导率为64.96。铝在地壳的含量占8%(重量比),仅次于氧和硅,居全球元素的第三位,其比重为2.7g/cm3,属轻金属元素。目前铝的产量在有色金属中占首位,世界年产量约6000万吨,仅次于钢铁产量,2010我国的铝产量在1500万吨左右,年增长速度为7.2%。如果以铝代铜作为输电导体,上述不利情况就会有很大改观。在超导还没有达到实际使用前,发展电工用铝合金,以铝代铜的技术就成为重要的科技攻关内容。

    ⑷将立足于国内资源

电工用铝合金原材料取自A00电解铝。我国的电解铝已是世界第一生产大国,储藏丰富,资源充足,为电线电缆使用提供了充足的资源,就目前我们发展电工用铝合金产业,完全可立足于国内。如果电线电缆大量出口,更将带动铝业的蓬勃发展,为我国国民经济发展作出更大贡献。。

    ⑸电工用铝合金,将成为电网智能化、建筑智能化的优选产品

    我国国家电网正在不断提升智能化水平,预计国家将在十二五投入五万亿人民币,这给我们推进电工用铝合金电缆提供了机遇。国内由于采用了OPGW(带光纤的复合地线),为国网的构建取得了经验,大网智能提升,城网改造的电缆,利用铝合金结构,可带进光纤,把电网智能化提高到新水平。

对建筑行业来说,建筑智能化也大量需要铝合金电缆。建筑群需要提高输电容量,铝合金电缆可以做到。建筑群需要把家用电视、电话、互联网合起来,用铝合金电缆也可做到。建筑行业使用铝合金电缆,功能齐全,质量轻,价格也比铜质电缆便宜很多,是我国城市化建设的不可缺少的产品。我国智能化建筑已经起步,这将给发展电工用铝合金带来新的机遇。

⑹稀土电工铝及其合金导体为我国电工铝合金奠定基础

稀土铝合金导体材料的研究应用方面,取得成果,在电工用铝合金材料方面,科学家们发现,以铝为主要原料的稀土材料为电工用铝合金开辟了新途径。稀土是铝、镁、锌、铜等有色金属良好的净化和变质剂,一般只要加入千分之几,就能起到清除有害杂质影响,细化晶粒并产生合金化的作用,从而提高材料的加工和使用性能。因此

稀土铝合金是代替铜材制造电线电缆的理想材料。我国冶炼厂生产的铝锭,由于受自然资源的影响,含硅量较高,而硅又是影响导电性能的主要有害杂质,使我国以往生产的铝导线导电性能常常达不到国际电工委员会的标准,成为长期困扰我国铝导线行业的一大难题。

    我国科学家们借助稀土的作用解决了这个难题。在世界上率先采用微量稀土处理铝液,使其与硅作用形成硅化物析出晶界,加上稀土的微合金化作用,克服了硅的有害影响。明显改善了导电性能。由于稀土还能细化晶粒强化基体,还提高了电线电缆的机械强度和加工性能,使我国生产的铝电线电缆不但导电性能略高于国际电工委员会标准,还比以前机械强度提高了20 % ,抗腐蚀性能提高了一倍,耐磨性能更是提高了约10 ,一举改变了我国铝电线电缆生产的落后状况,使产品达到了国际先进水平。用普通铝制造的铝导线,生产过程中常出现断线,而采用高强度、高导电性的稀土铝合金拉制的铝导线,在生产和使用中断线率明显下降。在广东省沿海地区遭受的一次强台风袭击中,许多电线电缆遭到严重破坏,过后人们惊异地发现,凡采用稀土铝合金制造的电缆线均安然无恙。高导电高强度稀土铝电缆已用于50 万伏超高压输电线,还成功地用在长江大跨度输电线路上。由于提高了强度,用于一万伏输电线路,一般不用钢芯加强,还节省了大量镀锌钢丝。用稀土铝合金拉制的各种电线电缆,电能损耗小,经久耐用,已经成为国家级电网的规范性产品。目前,我国年产能力已超过40 万吨,形成了一个强大的稀土铝导线输电网,每年可为国家节电40 亿度,创造了可观的经济效益。稀土在铸造铝合金中应用也取得同样良好的效果。在用量最多的铝硅系铸造合金中,加上千分之几的稀土,就能明显改善合金的机械加工性能,已有多种牌号的产品用于飞机、船舶、汽车、柴油机、摩托车和装甲车等方面的活塞、齿轮箱、汽缸和仪器仪表等器部件上。稀土用于建筑铝材和民用铝制品上,可以提高材料的冲压性能、耐腐蚀性能、机械强度和表面光洁度,既能改善产品质量,又能提高成品率。稀土建筑铝型材经久耐用不变形、质感好。稀土铝合金用于高压锅和普通铝锅等制品方面,由于强度大和冲压性能好,可以减薄制品的壁厚,既节省材料又精巧耐用。我国科学家们在研究开发稀土铝合金过程中,发明了在铝电解槽中直接电解制备稀土铝合金的新工艺,配合对掺法和铝热还原法可以生产出不同品质和用途的稀土铝合金。我国的稀土铝合金生产工艺和应用技术已达到国际先进水平。

    我们在调研中,我国科学家,对稀土电工铝和稀土合金为我国电工用铝合金奠定了基础,指出了方向,我国稀土的丰富储藏,让人们感到无比的欣慰,在我国许多杂志上收集的文章,充分证明了这一点。

     ⑺“以铝节铜”,实现电工用材的转型创新

    电工用铝合金,其发展前景看好,“以铝节铜”是方向,是前提,是电工用导线材料的更新换代,转型创新。近年来,电工用铝合金的使用量也将逐步扩大,逐步取代铜或铜的合金,铜作为导电体材料,不可能一下子退出历史舞台,其实,铜本身也有着许多值得改进,值得提高的地方,由于我国缺铜,大量向国外进口,进口了大量的废铜,其质量一直是电工行业科学家们最为头痛的问题,电缆行业最需要的是精铜,一般品位都在99.95%铜以上,直至高纯铜(A级),这是为了确保质量和安全,要求应该很高,也只有这样,才能满足导电率和制杆、制线的三性(即可轧性、可拉性和可退火性)要求,国际先进国家和其它国家都是如此,我国也不例外。

    我国铜少这是事实,进口大量废铜,用于电工用铜,其实使用废铜于导体材料也是世界的一大趋势,对缺铜的中国来说,进口废铜无可非议,然而,废铜直接用来制作导体,未经再生处理,这中间会有很多问题需要解决,如何做到物尽所用,对路实用,线缆行业的几个要求,如可拉性,表面光滑性,导电性,柔软性等等如何保证,都是值得重视的问题。在线缆行业中,尤以细的、微细的电磁线,通信线和软线的要求为最高,这些都必须确保质量,其实,我国铜导体制线也存在不少问题,有篇文章指出:“我国铜线制线业质量欠佳,生产粗放,材料浪费,对环境又造成污染,生产的低氧亮铜,既不低氧,又不光亮。这是由于线缆行业无序竞争,不重视质量的结果。”

    电线电缆行业是一个基础器材和基础产品的制造业,电线电缆被比喻为国民经济的“血管”和“神经”,它是输送电源、传递信息、和制造机电、电器仪表的基础器材,是电气化、信息化的基础,也是工农业生产和科研教学都必不可少的,可见它的重要地位。

作为传统产品的电工用铜材,如何“驱动发展,创新转型”是放在我们面前一大课题,我们在调研中,在对铜以及铜合金材料的各种参数的分析以及存在的问题都有所反映。但让人耳目一新是电工用铝合金导体材料,稀土铝合金材料,有着与铜材比美的各种数据,让人们看到了传统电工材料创新的曙光,我们核科技工作者为什么热衷于这个课题,我们觉得采用先进的辐射法将会提高电工用铝合金的性能,诸如耐温,抗老化等等。我们在调研中,未能在国内外大量的文献中找到一篇相关报导,仅看到国内相关核技术的民间组织在对辐射加工处理电工用铝合金导体及辅助材料,进行技术跟踪,这也是十分可喜的。我学会核科技工作者,多年来在电工行业开展辐射法研究,为核电站、大飞机以及飞机、汽车等行业提供了辐照电线电缆,这也为利用核技术实现线缆材料更新换代的产业化研究提供了条件和基础,在第一阶段,我们收集了大量的调研资料,初步开展了配方研究,辐照剂量研究,并取得了比较满意的结果。

3、铝合金线缆在住宅配电系统节能中应用

    近些年来,我国用电量迅速增加,传统集中供配电形式必定会有大量低压电缆的使用,造成低压线路能耗大量增加,有色金属使用量增加,线路成本明显增加,室外土建工程施工量增加。然而近年来,国际、国内铜资源紧缺,价格不断提升,电缆成本已经聚焦了投资方关注的目光,降低线路损耗、减少电缆成本、提高性价比已成为大家共同关注的焦点。因此,对铝合金电缆在住宅配电系统节能中的应用十分必要,也必将成为首选。

⑴住宅配电系统线路分类

    一般情况下,住宅建筑中的的低压配电线路分为馈线电缆、配电干线电缆、户内布电线。馈线电缆和配电干线电缆的设计、施工及维护均有资质专业人员来完成,而户内布线则多采用穿管暗敷的形式,住户大多没有维护意识和能力。

    长久以来,人们对建筑用低压电缆的选择,通常是以铜为主。认为铜导体在电气性能及可靠程度上都高于其他导体,是用作电缆材料的不二选择。但铜作为地球上的一种稀缺资源,尤其是在我们国家,矿藏量十分有限,铜矿石大量依赖进口。另一方面,铝资源丰富,单位重量铝的价格远低于铜,而且铝质线缆重量要比铜轻得多(铝的密度为2.7g/cm3,铜的密度为8.9g/cm3)。在倡导节能环保、可持续发展的大环境下,我们是不是应该突破固有的使用习惯,在适用的条件下,去接受更加经济且环保的铝合金电缆呢?

   众所周知,任何新事物、新科技的产生,必然会触动既有行业经济团体的利益,以致招来大量非议,受到同行及竞争对手排挤、打压。但随着越来越多的人逐渐了解并接受这种新鲜事物,以往陈旧的理念理所当然地会被历史的洪流所淘汰。就像现在,众多的设计师和业主基于其性能可靠,经济节约,绿色环保等考虑,纷纷开始选用铝合金电力电缆,恰恰说明铝合金电力电缆适用于中国市场,是非常符合中国国情的产物,同时能够满足很多场合应用的需求,有着广阔的市场和生命力。

⑵电力电缆与建筑布电线的区别

    供配电系统如何降低能耗,节约能源也越来越引起人们的关注,节能产品不断涌现,但受传统配电理念的影响,目前常常采用集中设置变配电所的方式,八十年代以前,住宅面积小,楼层低,每户用电量很小,再加当时配电网络管理水平有限,变配电所均采用集中设置的方式。阐明电缆与电线的区别,利于对铝合金电缆节能应用的进一步研究,如对其概念不加以区分,会导致内容的混淆。电缆与电线在电压等级、制造标准、应用方式、结构等方面均存在差异性。制造标准上,电力电缆遵从GBT 12706.1-2008标准,额定电压为1KV3KV,通常用于馈线配电,室内敷设在线槽中或电气竖井的配电干线,两端多用接线端子同用电设备或配电保护设备相接。建筑布电线遵从GBT 5023-2008标准,额定电压为450V750V,通常应用于室内的分支回路,敷设于层间配电或预埋管道中,其两端多在微型断路器中直接插入,通过机械同插座、灯头相连接;敷设标准上,两者出在材料、结构等制作标注上存在差异外,按准过方式亦存在不同,因敷设方式的不同而要求明确;设计标准上,两者在使用范围上存在着差异性。因此,电力电缆与布电线在许多地方均存在不同,不可将其混淆。

⑶铝合金电缆在住宅配电系统节能中的应用分析

    1 应用中的电导率。从公式R=ρ*L/S

式中:R-导体的电阻,Ω;ρ-导体的电阻率,ΩmL-导体回路的长

度,mS-导体的截面,mm2

得知:电阻率是固有的,对于具体工程而言,长度不变,就只有改变

导体的截面了。铜的电阻率为0.0172×10-6Ωm,铝的电阻率为0.0282×10-6Ωm。当铝芯截面为铜芯截面1.6倍时,就能保证同样的导电性能,也就是增加60%的导体截面,增加26%的直径。这里需要说明的是,上述铜的电阻率是对紫铜而言,而黄铜的电阻率为0.07×10-6Ωm,就远大于纯铝了。在实际节能应用中,通过紧压工艺,将铝紧度控在0.95以上,电缆外径的增加低于26%。另外,专家、学者们在工业纯铝中加入镁、钙、硅、铁等元素制成的铝合金,其电阻率也有所降低。从而在节省大量铜材料的同时,电缆占用空间的增加也在可接受范围。

    2 应用中的载流量。电气性能相同条件下,相比于铜电缆,铝电缆直径要大112毫米。铝合金电缆在住宅配电系统节能的应用中,在相同导线性能满足的条件下,重量相同的铝合金电缆是铜电缆长度的两倍。故载流量一致时,铝合金电缆仅为铜电缆的一半。质量缩减的同时,亦降低了对住宅配电系统的支撑设备要求。

    3 应用中的抗蠕变性。在住宅配电系统节能的应用中,合金电缆因其特殊的热处理工艺及合金配方,使得金属在压力和受热下的蠕变倾向大大的降低,其压缩性能和抗蠕性被提高了300%之多。当实施供电中,其与锡之间亦无反应,不会受到腐蚀。电缆化学性质稳定,故障减少,使用寿命得以保障,避免了因电缆腐蚀,电阻增加所带来的线损耗。

    4 应用中的机械性能。因铝合金电缆独特的加工工艺和合金配方,使其在住宅配电系统节能应用中,柔韧性能大放异彩,比铜电缆高出了25%,铜缆的一般弯曲半径是外径的1020倍,而铝合金电缆仅为7倍,且其电气连接具有和铜一样的稳定性。铝合金电缆所提供的配电系统在保证安全的前提下,能提高安装效率,节省成本。

    5 应用中与电器设备的匹配。由于电器设备的接线端为铜排,因此铝合金电缆需用铜铝过渡接线端子与电器设备相连接。铜铝过渡接线端子在以前已使用了很长的一段日子,技术已很成熟了,使用起来问题不会很大。不过有一点需要注意的是,因为铝合金电缆在同等载流量的情况下,截面增加了,电器设备的接线端的铜排需要另外加工,但所增加的费用极微。铝合金电缆在住宅配电系统节能中的应用,是针对由物业管理公司具有专业知识的电工管理和操作的整栋住宅或小区的。该物业具有配电干线或分支线通常设在电气竖井或相关场所的桥架内,其使用铝合金电缆是符合规范要求的。近期铝合金电缆已在佛山规模不大的住宅小区的配电系统中逐渐试用。这是当前应对铜资源紧缺,响应国家节能减排的要求。随着配电技术的不断发展,铝合金电缆的应用必将越加完善,进而促进电力行业的进一步发展。

4、采用核技术制备电工用铝合金导体材料的研究内容和技术关键

    电线电缆材料学科发展课题组全体成员对采用核技术制备电工用铝合金导体材料的研究内容和技术关键进行了认真讨论,在我们初步实验的基础上,严格按照相关技术标准,对比国内外电工铝合金导体材料的技术指标和性能,提出如下研究内容和技术关键。

    ⑴研究内容

    A对调查的国内外有关电工用铝合金文件、资料,进行整理、分类、取舍;

    B采用核技术中的辐射法对电工用铝合金导体材料及其辅助材料等进行处理,确定辐照剂量及辐照手段,初步提出全套工艺要求,使铝合金的电性能、力学性能和抗腐蚀性能均符合相关技术标准;

    C提出几种铝合金的各种元素配方,提出多个元素成分比,通过辐照及各种技术测试,选择最佳配方;

D提出第二阶段开展的工作内容,并作好技术准备;

①研究BAl-0.3%Zr(重量百分比,下同)合金的净化效果及其机理,确定Al-0.3%Zr合金的关键元素添加量;

    ②研究稀土Ce元素含量对铝合金的净化效果及机理,确定Al-0.3%Zr合金的最佳Ce元素添加量(设为0.x%);

    ③研究时效温度、时间、冷变形量以及二次变形、二次时间对Al-0.3%Zr-0.x%Ce合金的抗拉强度、导电率和蠕变性能的影响规律,对显微组织进行表征,以期获得优异性能的工艺路线;

    ④研究Zr含量对Al-Zr-Ce合金抗拉强度、导电率和蠕变性能的影响规律;

    ⑤研究时效温度、时间、冷变形量以及二次变形、二次时间对Al-0.3%Zr-0.1%Sc-0.x%Ce合金的抗拉强度、导电率和蠕变性能的影响规律,Sc对合金性能的影响机理和ScZr元素析出强化的交互作用;

    ⑥研究Sc含量对Al-Zr-Sc-Ce合金抗拉强度、导电率和蠕变性能的影响规律。

⑵技术关键

    A辐照技术的掌握、辐照剂量大小、时间的控制;

    B净化Al-Zr合金铝液的最佳元素与稀土Ce元素含量的确定;

    C综合性能优异的Al-Zr-Ce合金处理工艺路线的制订;

    DZr元素含量对Al-Zr-Ce合金综合性能的影响规律;

    E综合性能优异的Al-Zr-Sc-Ce合金的处理工艺路线的制订;

    FSc元素对合金性能的影响机理以及ScZr元素析出强化的交互作用分析;

    GSc元素含量对铝合金综合性能的影响规律。

本课题为实现电工用铝合金导体材料产业化。第一阶段开展国内外调研,提出研究内容和关键技术,并初步提出辐照法的剂量辐照手段。其中大多研究内容,安排在本项目的第二阶段,对各种技术关键,也是课题组成员多次讨论后提出的,在第二阶段工作中有待充实调整。

 

 

四、抑制铜制线缆,加速开发铝合金线缆

 

1、我国电线电缆材料的新进展

随着中国经济的快速增长以及工业化、城镇化、超高压、特高压输电网和农网改造的进一步加快,我国“十一五”期间电缆工业获得了快速发展 2010年行业完成现价工业销售产馇9365亿元,同比增长294% ,按可比价格的价值量计算(按铜价涨幅20% 以上),实际行业销售产值增长约为1O%上下。行业年用铜、铝导体总量约为440万吨和200万吨,分别占全国用铜、铝量的64%和13%,约占全球电线电缆铜导体产量的3O2010年全世界铜导体产量将达1440万吨;光纤用量约为8000多万公里。目前中国电缆工业的规模、产量以及增长速度都列世界第一, 并且正以求质量、求壮实和求稳中向前发展。

2000年以来,电缆行业的固定资产年均增长速度达到1 6%,随着行业制造规模的快速提高,行业的技术进步和产品结构升级相对缓慢,过度重复建设、产能过剩,中低端产品混战,高端失守。行业存在着发展速度与发展质量、发展规模与效益水平不平衡的矛盾,进一步提高自主研发能力,解决核心技术、关键材料、开发先进装备,是电缆行业应该担当的责任,也是电线电缆产业实现由大变强的战略转变的要求。

 

                                                                                           2010年中国电缆工业铜、铜合金导体(440万吨,年计)

5大类线缆产品中用量所占的百分比( )

 

4  2010年中国电缆工业铜、铜合金导体总产能(装机能力)

和实际产量统计(万吨)

项目

总产能(装机能力)

总产量(用量)

总产能

12000

/

总产量

/

440.0

生产的铜杆种类

1.低氧铜杆(所用原料99.99%99.95%电解铜板和废杂铜)

2.上引法无氧铜杆(所用原料9999%和9995 电解铜板和废杂铜)

3.废杂铜直接再生低氧铜杆(所用原料废杂铜)

生产方式和生产线数量(条)

1.连铸连轧低氧铜制杆—— 182条生产线,其中进口生产线32(所用原材料9999%和9995 电解铜板) 其总装机能力为3930万吨,重复引进国别有美国、德国、意失利,八十年代旱期引进单机能力310万吨/年,中期引进单机能力155F吨/年及以上/年,近期引进单机能力1535多万吨/年,都想占领电缆行业高端高质量产品的市场。生产单位主要在冶金系统的专业铜杆生产厂,产品销往电缆行业。

2.上引法无氧铜制杆—— 600多条国产生产线,主要在电线电缆厂,也有少量引进生产线。早期单机产能多为2000吨/年(约共200),后期羊机产能多为4000-5000吨/年 (约共400) ,且技术水平有较大提高,可直接引出8mm铜杆, 总产能超过200万吨。铜杆一般自产自用,有少量外销电缆厂。所用原料主要为9995%和9999 电解铜板、废杂铜。

3.废杂铜直接再生连铸连轧低氧铜制杆一约有150条国产连铸连轧生产线,时开时停地几乎都用于生产再生低氧铜杆。主要生产单位为冶金系统的专业制杆厂和少数电线电缆厂。使用原料为混杂废铜,总计产能约600万吨。

2010年用电解铜生产的低氧铜杆和无氧铜杆总计约290万吨;用废杂铜直接再生的连铸连轧低氧铜杆和无氧铜杆总计约150万吨。

 

2、我国电缆工业铜导体加工的发展与问题

我国电缆工业铜、铜合金导体总产能(装机能力)和实际产量(2010)见上表4;按电缆工业年铜导体用量440万吨计,在5大类电线电缆产品中用量所占的百分比如图1所示。

从表和图可以看出在无序、重复引进和在低水平下重复建设,突出地存在下列主要问题:

⑴电工用铜杆生产,其装备能力已大大过剩,比当今的需要量高出了2-7倍。

⑵用9999% 和9995% 电解铜,在引进的32条生产线上生产的低氧铜杆和用上述同样的原料在国产的上引法生产线上生产的含氧量在1 0ppm 以下的无氧铜杆都可满足电工用铜杆的要求,两者都起到了较大的作用。

⑶在2006~2010年间,从国外引进的大产能(15万吨~35万吨/年)低氧铜生产线(共计9条,总产能224万吨/年),大都瞄准线缆用高质量的中细线、细线和微细线的用杆市场。其实,这个市场目前线缆行业每年的需用量可能还不足2010年总需用量的30%。这么大的产能必然转向中粗和粗线用杆市场竞争。此时,理想的质量— — 价格优势可能已不复存在。直径0.3mm以上的铜线生产,对铜杆的质量要求相对要低些,但市场份额更大。此时,铜杆的价格——质量优势就更显竞争力了。

⑷引进先进的工艺、炉子和连铸连轧生产线采用原材料品位96(连续生产方式)94(批式生产方式)的废杂铜,可以生产出铜含量达9990%及以上的低氧铜杆,其质量可达到现行国标电工用3级铜杆的标准要求,在电缆行业用的铜杆市场中可占有较大的份额。

⑸国产的低氧铜连铸连轧生产线,特别是在用混杂废铜直接再生连铸连轧低氧铜制杆的情况下,无论在质量上,还是在工艺、炉子、连铸连轧装备和环保上与现代化的先进水平相比相差2030年,需要提到日程迎头赶上。

 

3、铝合金导体发展新趋势

    ⑴“以铝节铜”,“光进铜退”势不可挡

电线电缆产品“以铝节铜”,我国和国际上许多国家都在探讨、研发、试验并逐步推广试用或应用。在上世纪七八十年代中国铜、铝导体的使用比例曾达11的水平。中国缺铜,并进一步显现依赖国外进口,特别铜价的上升,也进一步推动了“以铝节铜”之势。在电工界,一般有一种潜意识是:当铜、铝的价格比大于3时,就要想用铝了,以减轻经济压力。

铜、铝材料均属电工用良导体,但在性能上各有特征,最终到底使用铜还是铝应由电工装备的最终设计者和用户决定。电力电缆的用铜量据行业之首,可以预测铝和铝合金芯电力电缆会有适度的增加。为了减轻重量、节约能源,汽车等装备用线的缆线正在研讨在合适的场合用铝或铝合金线代替铜线。据报导A380大型客机已使用了铝线芯的航空导线。

作电缆线芯用的铝合金线如:“具有高导电率和受控抗拉强度和伸长率的铝合金导体”已在13本开发: “电工用退火和中间热处理的8000系铝合金线”早已在北美洲应用;“稀土高铁铝合金线”亦在我国试制成功,正在推广使用。

通信领域的电缆市场“光进铜退”和“以铝节铜”趋势凸显。约用了15年的时间(19952010)通讯领域用铜量从占行业总用铜量的9%,降到了目前的45(198万吨),并将继续下降。

 

 

“光进铜退”意味着光纤逐步向用户端延伸,最终实现光纤到户和光纤到桌面;铜线缆逐步从用户端退缩,并最终退网。现在除核心网、域域网尚留少量铜线缆外,接入网还有7O%的铜线缆将被光纤代替(并且已开始进入个域网、片域网),目前我国接入网用电缆有5亿线对公里(年降22),而光缆只有O5亿纤芯公里。个域网线缆组件(电子消费类产品)是个大市场(现全部用铜)2010年我国电子线缆市场为3708亿元(其中一半为汽车线束)预计到2015年将达750亿元。移动网用的射频铜电缆,用铝电缆代替不仅成本下降而且在安装、重量、减少能耗等方面也有显著优势。事实上,从全球规模商业的情况看,铝电缆已成为一种可显著减少固定资产投资,可代替铜电缆的方案。

电子变压器“铜改铝”势在必行。电子变压器有着广泛的使用领域,包括:中频、音频、脉;中、电源、片式等多种变压器,我国电子变压器生产量占世界总量的20% 以上,其中6O%用于供应国际市场。曾用铝漆包线生产微波炉用高温变压器获得成功和好评以来,给我国电子变压器生产指出了一个光明的前途。由于“铜改铝”具有不可逆性,深信在新技术、新材料、新工艺的推动下,电子变压器行业的“铜改铝”将迎来新的春天。

⑵优质再生铜杆可“名正言顺”地进入电缆市场

要解决废杂铜直接再生制杆利用严重的全国性质量问题加快淘汰落后国外2O3O年的旧装备、旧工艺乃是必由之路。任务艰巨,任重而道远,但前途光明灿烂。

废物资源化是加大环保力度,促进循环经济大规模发展的重要途径,也是培育和发展节能环保战略性新兴产业的核心内容,对我国建设资源节约型和环境友好型社会具有重要意义。国务院将节能环保列为七大战略性新兴产业之一,废物资源化是节能环保产业三大主体任务之一。

废物资源化科技工程“十二五”专项规划即将公布,其中废旧金属再生利用技术的发展目标是针对铜、铝、铅、锌等大宗废旧金属及废稀贵金属的再生利用,将重点突破废旧金属专业化分选折解、保()级利用、二次污染控制等重大技术与装备,提高废旧金属回收率与再生产品的质量,支撑再生金属产业升级与转型支撑未来五年再生金属使用量比例提高1O15%;技术重点是废铜废铝保()级利用技术,重点研发分选折解等预处理技术与装备,低能耗冶炼与产品保级利用技术与装备,低品位废旧金属绿色短流程冶金技术,开发废杂铜分级直接再生铜导体等金属制品。

工信部、科技部、财政部已于今年印发了《再生有色金属产业发展推进计划》的通知。到2015年,再生铜、铝占当年铜、铝产量比例分别达到40%和30%左右;再生铜、铝行业形成一批年产10万吨以上规模企业:技术装备水平,废旧有色金属机械化折解预处理技术普遍应用,分级利用水平进一步提升,再生铜新型强化熔炼炉向设施完整化和配套化方向发展,再生铝双室反射炉、铝液搅拌技术、铝液直供、蓄热式燃烧等技术装备广泛应用。通知明确指出:要加快建立行业准人制度;加大技术研发推广力度;实施试点示范工程建设;加快淘汰落后生产能力,加大对限期淘汰装备的监管力度,防止擅自扩容改造和异地转移,再生铜行业;淘汰无烟气治理设施的焚烧工艺和装备以及5O吨以下的传统固定式反射炉:完善政策法规体系,建立健全再生有色金属标准体系、研究建立再生有色金属回收利用评价指标和监测体系:加大行业监管指导力度,禁止采用露天焚烧方法去除废铜、铝芯电线电缆的塑料、橡胶、漆等其他杂物;充分发挥行业协会的作用,在行业自律及维护市场秩序等方面的作用、鼓励行业协会积极参与有关政策法规、行业标准、发展规划、准人条件等制订工作,共同推动再生有色金属利用行业规范、健康发展。

废杂铜直接再生制杆国产化技术开发及应用,建设示范生产线的项目已经启动,将全面推动我国废杂铜直接再生铜杆的技术升级,淘汰旧工艺和旧装备,开创新局面。

废杂铜直接再生铜杆的核心是要解决全国性严重的质量题、真正的全过程节能和环保问题。针对这个核心目标,主要的问术内容是:废杂铜预处理分拣、分类、异类金属和有机物分离自技先进机械装备和方法,严格防止“不干不净的混杂废料”进入冶金炉;制订“废杂铜直接再生制杆”利用的废杂铜专用分类标准和废旧电线电缆分类标准;研究先进的废杂铜直接再生高导电微合金化铜理论、精炼工艺、连续式冶金炉装备和精炼过程控制技术;研究设计制造国产化的具有国际先进技术水平的连铸连轧生产线(当然这种生产线既能适用于再生铜亦能适用于电解铜生产):在节能环保领域除必须保证导体的导电率,降低电阻发热损耗外,要研究废渣的高效污染处理、开发节能环保型固体型固体废物焚烧炉、余热回收利用技术设备、加强对有毒有害物质(如二嗯英等)生成机理、治理技术和快速监测技术研究。

⑶中国电缆工业建立“铜导体的质量评估体系”,对再生铜的质量整顿、电解铜升水、制订行业专用标准和采购规范以及推进市场监督都将起到重要的作用。

现在质量不合格的电工用再生铜杆(美其名曰“非标产品”)满天飞,扰乱市场,其原因之一是生产系统缺少企业准入和产品认证制度,流通领域对质量监管不严,有标准不依。在此情况下中国电缆工业要走出质量难关,建立铜导体的质量评估体系乃是急需和久治之举。

⑷对高强、高导和细、超细铜合金导体在中国电缆工业中建立自己的研发和生产体系势在必行

国家发改委发布的新的《产业结构调整指导目录》己在201161日起实施,《目录》明确指出:继续将普通电线电缆制造项目列入限制类条目。同时为了适应新兴产业发展对高性能特种电线电缆新的配套要求,将“用于新能源、信息产业、航天航空、轨道交通、海洋工程、电子微电子、机器人、医疗机械等领域的特种电线电缆”列入了限制类的除外范畴。这将引导线缆产业抑制产能无序扩张、支持产业技术升级转型起到积极的作用。所谓特种电线电缆无非是表现在“两个特”上,即“导体要特”(包括:金属母体材料、金属镀层或包覆层和导线绞合的结构),“绝缘材料要特”。这些特种线缆,总需量不大,但属特需的高档产品,从而附加值很高。就金属导体而言,为达到高强、高导或细、超细的要求,目前还首推古老而又不断新发展的铜合金,它主要分为两类,即固溶型的非热处理合金和析出型的热处理合金,种类不多、但品种和牌号繁多,且往往都属非标或专利产品,这更需要我们独立自主、自力更生的去创新开发。

高速电气化列车和地铁、高架轨道交通用的接触网导线(电车线)是一种非热处理铜合金,它采用了我国首先集成创新的新工艺,集优化合金成分、控制冷作硬化和晶粒细化的综合优势,使产品性能达到了比国际先进标准高得多的水平。这种产品可在设计时速380公里,商业运行时速300公里下运行。可以预料,这种用中国工艺生产的产品必将在国内、外电气化高速铁路和轨道交通中扩大应用。

随着我国航空航天事业的发展,航空导线也随之获得了发展。从飞机上所用的航空导线来看的确不少,如一架波音或空中客车的长程飞机要用超过250公里的航空导线或毛重为25吨的导体,为连接起见要用超过1万个连接器;一架短程的喷气机要用7O公里的航空导线:一架小型直升机需用30公里航空导线。所用的线缆主要有:单根电话线、多芯电缆、高温电缆、同轴电缆、数据传输电缆和特殊结构的光纤电缆。它们都分布在飞机的不同部位,从机体、发动机和发动机舱,通过复杂的控制设备——内部的通信系统。为了减轻线缆的重量和节省空间,已采用了铝芯电缆和薄壁电缆。

特种电线电缆用的铜合金导线,在我国基本尚属空白,要仰仗国外进口,特别是铜合金线的原材料及深度加工。现在的国产航空导线仍然是几十年前的老材料、老工艺和老镀层。这需用我们根据特种线缆性能个性化的要求去下功夫创新开发,建立我们中国电缆工业自己的铜合金导体的研发和生产体系,以满足各种特种线缆的特殊需要。

高强、高导铜合金导体的微细化涉及铜导体本身的材料和制杆以及微细化深加工的问题。根据欧盟6指令的规定,我们在研发新的高强、高导铜合金材料时要淘汰过去航空界一直采用的镉铜等含镉的有毒材料,创新研发无镉的铜合金导体。

⑸新一代的上引法无氧铜杆生产线将向单机大产能、节能化方向发展

采用一台30吨熔化炉、兆瓦级的双回路感应器和二台20头上引连铸机的生产线,最大产能可达3000040000吨/年(相当于1条小产能的连铸连轧生产线)。双回路感应器比单回路感应器具有更广的功率范围,且对金属的加热和流动亦有更高的效率,从而具有较低的能耗和较长的寿命;无级功率控制感应器是晶体管变频器式的功率控制技术,比传统的有级控制技术好,具有平滑的功率调节,可延长感应器的寿命,减少能源消耗和排除谐波共振现象的有害影响;在双炉生产线上设计采用自动的合金进料器可用于生产铜合金:应用一个有效的双回路冷却水系统,具有一个封闭的主环路,在上引法生产线上是一个重要的组成部分。

4、辐照铝合金电工导体材料前景展望

    电工用辐照铝合金线缆导体材料的产业化研究开发,在市科协和各级主管领导部门支持下,在电工技术人员、核科技工作者共同努力下,必将以其巨大的社会、经济效益被市场所接受,但课题组全体成员十分清醒地看到,我国电工用铜导体材料根深蒂固,再之国外加铝公司早已看好中国市场,并在国内直接生产,且已占据一定的市场份额,如果推广国产辐照电工铝合金产品,必须在质量、价格上占据优势,取得主管部门支持,扩大宣传力度,争取让用户了解并采用,还需要我们不懈努力,我们建议,从取代10万吨电解铜开始,逐步扩大应用范围,增加应用量,我们对应用前景充满希望。

⑴目前,无论国内国外的电工铝合金导体材料,包括铜导体材料,耐温仅为70°~ 90°C,而经辐照处理的铝合金导体材料可达到125°C,此外抗腐蚀,抗老化等更胜一筹。在价格上,明显低于铜导体,比国外的铝合金产品也要低10%以上;

⑵目前市场上建筑行业的电工导体材料用量十分可观,其中国内外的铝合金导体已在使用,建议首先在建筑行业采用辐照铝合金导体,不但质优价廉,还由于耐温、耐腐蚀、抗老化的优势,确保了消防安全,还完全可达到建筑物的寿期;

    ⑶电工用铝合金导体尚不能全部取代铜导体,建议逐步扩大市场份额,争取尽早被市场所接受。第一步取代10万吨电解铜,且电工铝合金全部达到美国ASTM标准的各项指标;

⑷第二步取代200万吨电解铜,这就意味着我国要生产400万吨电解铝,这不仅促进了我国铝业发展,还将电工用电解铜的使用量减少了50%左右,真是一举两得;

⑸采用电工铝合金导体,有望实现分支接头线缆代替母线槽的技术革新,且重量轻,也便于安装。特别在建筑物电工导体中使用,将确保用电安全可靠;

    ⑹推广电工铝合金,实现了传统产业的更新换代和转型发展,电工铝合金杆的生产还可根据市场需求和辐照装置进行布点,不但节约运输成本,且完全符合国家低碳绿色的环保要求,还为电工行业降低成本节约能源作出贡献,真正做到了利国利民,造福子孙;

⑺采用以铝为主要原料的合金,制作成电工用导体材料,将真正摆脱我国缺铜的制约,还为国家节约大量外汇;

⑻辐照工具将采用工业辐照加速器,国内生产能力较强,已有的加速器生产线,每年能够承担约20万吨铝合金辐照量,如电工铝合金使用量扩大,也将推动我国工业辐照加速器的产业化进程。

 

五、电线电缆材料发展的机遇和展望

 

通过对电线电缆材料这一学科发展全过程的调研,我们深深体会到,现代社会中 ,有人群生活的地方 ,以及一切经济活动的场合 ,在宇宙空间、地下、海洋等一切需要探索、发的所有活动中 ,以及任何一项科技开发创新项目的研制活动中 ,都离不开电力和电磁波的应用。而电及电磁波的发生、传输及应用都必须采用电线电缆来作为连接、输的部件或作为主机的绕组材料。造高智能化大楼 ,就要有供数百、千台电子计算机分级联网用的计算机网络电缆 ;要建成城市公共有线电视网 ,就必须有高速率、损耗和高可靠性传输用的宽频带电缆 (或光缆) ;为保证通信和数据传输的可靠性和私密性 ,各大海洋之间建设了多条长达几千海里长的光缆干线 ;要实现军事上的大炮或高炮群遥控程序发射 ,就必须有适合野外恶劣环境的控制、信号电缆 ;人造卫星中的电线电缆必须耐高温、太空的电子辐射 ,甚至其仪表中要采用直径达微米级的微细绝缘线 ;医疗用的 X光机、C T机必须要有直流±100kV、±200kV级的高压软电缆 ;心脏起博器必须要有可以插入人体血管中的、很细却又对人体无害的专用电线 ;现代农业工厂化的迅猛发展 ,促使了各种专用电缆的发展 ,如土壤加热电缆 ,自控温电缆等。又如对所有需要防火的场合又必须有各种等级的阻燃或耐火的电线电缆 ;还有各种防止生物伤害———如防鼠、防白蚁、防霉、防鸟啄的电线电缆等等 ,不胜枚举。一切工业生产、交通运输、筑工程和设施、现代农业和科研、军工装备或军事设施、空、洋的探测以及社会生活 (包括每一个家庭和人们的日常生活)都与电线电缆产品息息相关。

用于电力系统的电线电缆比作为人体的血管(家庭及办公室内的电线比作为“微血管”) ;把电磁波信息传递用的电线电缆 (光缆)比作人体的神经 ;将制成电机、表绕组 (线圈)用的电磁线比作为心脏中的重要部件。以此来说明电线电缆在所有经济活动和社会生活中的不可缺少性。

随着我国国民经济发展,新兴产业以及军工国防系统对电线电缆提出了更高要求,下面从环保电缆、交联电缆和特种电缆等作一一介绍。

 

1、环保电缆

    电线电缆材料国际上已有一万几十年的发展历史,随着经济的高速发展,线缆材料的需求是越来越大,要求也越来越高。在美国和欧洲许多国家,迫于环保和废弃物回收法规的严厉要求,传统的线缆材料,特别是含有铅、镉和汞的电缆材料受到巨大挑战,要求绿色环保,对无卤、低烟、低毒和耐温的线缆包覆材料进行了广泛的研究开发,把无卤阻燃剂的研究列为重点,以确保人身安全。

    ⑴环保电缆的特点

    a、环保电缆不含卤素,燃烧时不会产生有毒有害及腐蚀性气体,卤素是优良的阻燃剂,在PVC中氯气含量在25~35%之间,当PVC燃烧时会发生脱氧反应而生成HCIHCI气体具有腐蚀性酸性物质,这种毒性气体可使人窒息死亡。除了卤素元素外,磷类阻燃剂也应列在禁用范围。

    B、环保电缆燃烧时,发烟量少。为确保不熟悉现场的人员有逃生机会,可视距离不能少于15m,一般电缆燃烧的可视距离仅为5~8m,环保电缆最远可达97m

    C、环保电缆不仅具有良好的阻燃性能,采用的氢氧化铝、氢氧化镁阻燃体系,燃烧不会产生有毒有害气体,发烟量也少。

    D、环保电缆不含铅、镉等重金属,不含对人体有害物质。

    e、环保电缆可以重复利用,对人、对环境都不会造成有害影响。

    ⑵环保电缆的发展现状

    世界上最早将环保电缆系列化、标准化并充分考虑回收再重复使用的是日本电线工业工会,欧美一些国家和地区都对非环保电缆作出了不同程度的限制措施,美国从20013月起,全面禁止含铅含DOP(邻苯二甲酸二辛酯) PVC电缆的进口和销售,2003年欧共体通过了ROHS指令—《欧盟关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》,对铅、镉等重金属实行最严格的限制,并建立了生态管理和审核体系(EMAS)。在国内,1998年北京供电局首先颁文规定,在所管辖系统,禁用PVC电缆,2001年,我国颁布了光缆用低烟无卤材料相关标准,同年,公安部颁布了阻燃及耐火电缆分级和有关要求。2002年,北京市政府向国际奥委会承诺奥运村将全部使用环保型建筑材料。2008年奥运村和2010年上海世博会都宣布了将全部使用环保型电缆产品的相关政策规定。10年前在上海、北京等城市大型公共场所都禁止使用PVC等非环保型电缆产品。

    ⑶环保电缆的相关标准

    1ISO14000环境管理系列标准

国际标准化组织(ISO)充分意识到在环境保护方面的重大责任,出台了一系列国际标准;

    2、日本的EM电缆标准

日本环保型电缆开发国际领先,有关环保电缆的JCS标准有10多项,涉及民用住宅、办公场所电缆和通讯电缆等等;

    3、欧共体各国的标准

欧共体在多年前就对电缆中的铅、镉等重金属实行最严格的限制,并建立了生态管理和审核体系(EMAS),先后发布了ROHS指令和WEEE指令,对制造商都有严格的要求,必须遵循当地及欧共体的环保法规,他们颁布的无卤阻燃电缆标准,就是无铅无镉型环保电缆标准;

    4、国内的有关标准

国内对环保电缆标准起草较晚,一度比较模糊,曾把低烟无卤电缆、低烟低卤电缆等都列为环保电缆。直到2010年环保部发布《环境标志产品技术要求电线电缆》标准,才明确规定了环保电缆定义及技术要求,该标准环保要求等级不低于日本的EM标准。

 

2、交联电缆

   辐射加工在国民经济的许多领域得到广泛应用,利用工业辐照电子加速器生产交联电线电缆是辐射加工最显著的成果。目前,全世界用于工业的辐照电子加速器有700800台,总功率超过20000kW,其中200多台应用于电线电缆的辐照交联,主要集中在北美、欧洲、日本、俄罗斯、中国及韩国等国家。美国、日本等国几乎所有生产电线的大厂,都利用电子加速器生产辐照交联特种电线电缆。我国现有电子加速器近60台,用于电线电缆辐照交联的近50台,与日本生产辐照交联电线电缆的电子加速器台数相近。我国辐照交联电线电缆产品无论在规格、品种和技术等各方面与先进工业国家仍有相当大的差距。

我国电线电缆行业辐射加工应用现状

世纪90年代初,我国电线电缆行业开始形成电子加速器生产交联电缆的投资热潮,到目前为止,近50台电子加速器总功率超过2000kW,其中有一半是国产电子加速器,其它分别从美国、俄罗斯、日本、法国、韩国引进。目前,我国辐照加工电线电缆生产线的生产能力虽然比不上美国,但与日本、俄罗斯、西欧等国的生产能力差距不大,被国际上认为是辐加工发展速度最快的国家。

1 交联电缆主要品种                      

交流电缆开发初期由于辐射工艺后,国产原材料品种少,质量又不稳定,国内相关标准滞后等原因,造成了一些电子加速器生产线开工不足,影响了经济效益的充分发挥。近几年来,情况有了一定改善。1992年辐照交联电线电缆的年产值仅为3000多万元,现在已增加到近20亿元,已开发的并有较成熟市场的产品主要有:

    1.110 kVl kV辐照交联聚乙烯绝缘架空电缆。该产品了国内最早开发的交联电线电缆,目前仍为多家电缆厂的主导产品。

    1.21 kV辐照交联聚乙烯绝缘电力电缆(含阻燃、耐火、无卤低烟型)。该产品是辐照交联电线电缆开发最早的品种之一,已成为多家电缆厂辐交联电缆的主导产品。

    1.3辐照交联聚乙烯绝缘控制电缆 (含阻燃、耐火、无卤低烟型)

    1.4辐照交联聚乙烯绝缘机场照明电缆。该产品已被民航及军用机场广泛采用。

    1.5 125辐照交联聚烯烃绝缘机车线。

    1.6 105辐照交联聚氯乙烯(XLPVC)绝缘电线。

    1.7 125150:辐照交联聚烯烃绝缘电线。

    1.8交联汽车用低压电线。现进入市场的主要有两种,105125

    1.9其它开发的产品还有辐照交联聚乙烯绝缘潜油泵电缆、核电站电缆和彩电高压线等。

    已开发成功多种辐照交联电线电缆用材料

    1我国专业生产辐照交联电线电缆用材料的厂家已有十余家,已开发投放市场的辐照料主要有:

    1.1  1 kV10kV辐照交联架空绝缘料;

    1.2  90105无卤阻燃辐照交联电缆绝缘料、护套料;

    1.3  150辐照交联聚烯烃电缆料;

    1.4  125辐照交联聚烯烃电缆料;

    1.5  105辐照交联聚氯乙烯电缆料

    1.6  辐照交联机场照明线专用料;

    1.7  125150辐照交联聚烯烃电机引接线绝缘料。

    2已制定的产品标准有:

    2.1额定电压450/750 V及以下交联聚氯乙烯绝缘电线和电缆;

    2.2额定电压450/750 V及以下交联聚烯烃绝缘电线和电缆。

    3已制定的材料标准有:

    3.1架空绝缘电缆用黑色可交联聚乙烯绝缘料;

    3.2电线电缆用可交联聚乙烯绝缘料;

    3.3电线电缆用可交联阻燃聚烯烃料。

    4与国际先进水平的差距及存在的问题

    虽然我国在电线电缆辐照加工方面取得了长足的进展.但在产品质量、品种、效率和产业经济效益等方面与世界先进国家的差距还是很大,存在的主要问题及原因分析如下:

    4.1技术创新能力低

电线电缆辐照加工企业普遍存在科技投入不,技术创新能力低的问题。先进国家的企业是非常重视技术开发的,一是用于科技开发的资金投入高,二是技术力量雄厚。由于产品的技术含量高,其开发的产品往往可以垄断市场,表现在经济效益好,产值高。世界先进国家的辐交联电线电缆产值已超过80亿美元,我国目前也只有20亿人民币,而设备台数却占了将近四分之一。

    4.2企业效益不平衡

    上海、江苏、浙江、广东、山东和湖北等地的电线电缆辐加工企业效益较好,开机率比较饱满,有的甚至一年到头不停机生产,但东北、华东及中西部地区效益相对较差,许多企业开机率较低,有的甚至常年闲置。

    4.3产品的质量不过关

   在电线电缆辐照加工中,由于部分企业的加速器束下装置达不到设计要求,又无束下监测手段,辐照后电线电缆表面剂量分布不均匀,达不到改性的要求,产品的合格率较低。

    4.4缺乏高档次产品

    产品开发目前还局限在低压电力电缆、架空绝缘电缆、电机引接线、机车线和灯用线等少数产品。高档次的军用、宇航、石油平台等特种辐照线缆几乎是空白。

    3今后发展趋势

    综上所述,我国电线电缆辐加工行业在设备、材料研制、标准制订和产品开发等各方面都有了一定的基础,随着我国计划经济向市场经济的转变,市场对辐照电线电缆的品种和数量的需求将有较大幅度的增长,线缆行业对产品结构的调整迫在眉睫。今后五至十年的发展趋势预测如下:

    1  1kV10kV架空绝缘电缆、低压电力电缆目前同时存在着过氧化物交联、辐照交联和硅烷交联等三种交联方式,各有所长,今后几年内将会齐头并进共同发展,特别是今后几年内1 kV聚氯乙烯绝缘电力电缆将会迅速被交联聚乙烯绝缘电力电缆所取代,已是大势所趋,势不可挡。

    2  建筑用线。随着国民经济的发展,对建筑用电线的要求将越来越高,各类阻燃、耐火、无毒、环保等新型线缆将逐步替代普通的聚氯乙烯线缆,市场前景将十分宽广,其中:

    辐照交联聚氯乙烯绝缘电线,特点是阻燃、耐刮磨,安全可靠性好;

    辐照交联聚烯烃绝缘及护套线缆,点是环保、无毒、安全可靠性高。

    3 汽车线。汽车已成为我国的支柱产业。随着汽车的自动化程度越来越高,车内敷设的电线数量和长度不断增长。由于受狭窄空间限制及使用条件苛刻,要求汽车电线采用薄绝缘,并耐燃料油及润滑油,具有高的耐磨、耐高温性,导线焊接时不熔,阻燃等。使用辐照交联聚氯乙烯绝缘汽车电线及辐照交联聚烯烃绝缘汽车电线可实现这些要求。预测今后几年内辐照交联汽车电线需求量将逐年增加。

    4 电气装备用配线。此类电线用量很大,包括电子、电机、家用电器、灯具、计算机和仪器仪表等均要使用,根据用途及使用场合分别要求其配线具备柔软性、耐焊接性、剥皮性、耐磨性、耐浸漆性、耐油、耐高温和阻燃等预测今后几年内该类国内产品也将逐渐使用辐照交联电线。

    5 随着国内材料和产品开发水平的提高,将逐步开发出军用、宇航、核电站、海上石油平台等高难度、高要求的特种辐照交联电线电缆。

    6 随着辐交联电线电缆市场需求的增长,有条件的企业将建立地区内的辐加工服务中心,以满足该地区无辐射加工能力的电线电缆企业生产辐交联电线电缆,条件是应具有先进的生产线及各种配套设施,并且有完善的质量保证体系及辐照剂量测试手段。

    7 加工企业在开发辐交联特种电线电缆的同时,也可以开发以下产品:

    7.1辐照交联聚乙烯废料的利用;

    7.2辐照交联聚乙烯及聚丙烯发泡材料;

    7.3辐照交联聚乙烯(PEX)管材。

我国电线电缆辐照加工行业近十几年来虽然已有了长足的发展,但与国际先进水平仍有较大差距。我们应充分利用我国辐照加工设备的优势,加大技术投入,提高创新能力,抓住机遇,不断开发辐交联新材料及电线电缆新产品,并扩展应用新领域,使我国辐照加工产业及辐照交联电线电缆产业获得更大的发展。 

3、特种电缆

    ⑴什么是特种电缆

    电线电缆与国民经济发展密切相关,“十一五”我国经济高速发展,打下电缆也保持了良好的增长势头,年平均增长速度为18.77%,远远超过9%GDP增长速度,产量也跃升为世界第一。但我国虽多达7000家线缆企业,但中小企业居多,特别作坊式的小企业唱起了主角,这是近年来行业“门槛低”,管理不严造成的,以至出现生产能力过剩,质量控制和检测手段缺乏,为争夺市场,产品质量低劣,竞相压价,扰乱市场秩序,对常规线缆产品的质量都不能保证,就更加达不到高端产品客户的特种需求了。什么是特种线缆,特制线缆是在普遍电缆的基础上发展起来的,一系列具有独特性能和特殊结构的产品,需采用新材料、新工艺、新设计,技术含量高。使用条件严格,且附加值也高。随着国民经济的发展,需要特种电缆的部门和领域越来越多,诸如航空航天用高性能传输线、通信用高频电缆、飞机汽车用高性能阻燃线缆、核电站用核级电缆、国防工业使用的高性能电缆(如舰船用水密电缆),这些特种材料必须具备环保、阻燃、低烟、无卤无毒等特种要求。

    ⑵我国高性能特种电线电缆发展现状

    1、特种线缆产品集中度较高

    我国现有电线电缆制造企业近7000多家,市场集中度非常低,前10名线缆制造商仅占13%的市场份额。从细分市场来看,高端市场具有技术含量高、进入门槛高、产品附加值高等特点,国内有实力参与高端市场竞争的企业数量并不多,现有高性能特种线缆厂家占电线电缆制造企业总数不足1%,企业集中度相对而言反而较高。以京沪高铁通信线缆为例,进口产品占据了超过六成的市场份额,尤其是技术含量高的数据总线电缆等产品,基本全部被外资产品所把持。

  2高端产品供给不足

    目前我国电线电缆行业低端线缆产品产能过剩、供过于求,高端线缆产品大量依赖进口。而高端装备制造等产业发展迅猛,对高端电线电缆需求将大幅增长,目前国内市场急需发展的产品有:航天航空用线缆和、数据总线电缆、船用电缆、核电站电缆、机车车辆用电缆、通信用高频电缆、城市轨道用电缆等。

    3进口产品占据主要市场

    中国经济的快速发展、旺盛的市场需求,为高性能特种线缆行业创造了广阔的市场需求,在为国内电线电缆企业创造发展机遇的同时,也对国外电线电缆制造商产生巨大的吸引力。世界排名前列的电线电缆制造商瑞侃、耐克森、住友电工、德拉克等均已在我国建立了合资、独资企业。外国企业和进口产品的引进,虽然能在现阶段暂时满足国内市场的高端电线电缆产品需求,但由于进口电线电缆产品价格昂贵、交货时间长,在一定程度上影响了高端制造业的发展速度。

    4国产化需求强烈

    为了进一步加强产业安全、经济安全和国防安全,我国对相关产品国产化的需求越来越强烈,国家产业政策明确提出在重大项目建设上将优先使用国内自主品牌产品,产业环境十分有利于国内特种线缆企业的发展。

    以航天产业为例,作为高端装备制造业的领导产业,航天一直采取以自主研发为主,以引进国外先进技术为辅,逐步实现完全替代国外产品的发展模式。目前我国用于卫星发射的长征系列运载火箭都是我国自行研制生产,使用的航天用电线电缆也完全由国内企业提供。

    ⑶我国高性能特种电线电缆行业市场展望

    1、民用航空领域

    20073月,中国政府批准了设计和建造大型商用客机的计划(即“大飞机计划”)。该计划是《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中的重点项目。具官方披露消息,大飞机投资研制经费约500亿~600

亿元人民币,大飞机项目的研发思路是“一次立项、两个机型,军民并行、系列发展”。大飞机项目的开展,对于我国航空工业意义重大。

未来中国需要20003000架大型民用客机,这为我国支线民航飞机产业提供了广阔的市场空间。从目前国内支线飞机的生产情况来看,截至20115月,新舟系列飞机(新舟60飞机和新舟600飞机)已经累计获得订单196架,交付用户54架,其产能最高可达30/年;截至2010年底,ARJ21已经获得340架订单,其2012年产能预计可以达到50/年。按照一架支线飞机的用线量100120km来计算,在未来5年内,其线缆总需求量约为68km2016年之后,C919飞机也将商业化生产,民用航空领域对线缆的需求量会进一步增大,预计未来国产大飞机年产能力最终将会达到150架,20年内总量会达到2300架。

    在民用航空领域,国外企业占据了主要市场,主要是CDT、耐克森及卡莱等公司,供应的线种以聚酰亚胺饶包线为主,此类电缆能够实现量产的国内企业还很少,大多数刚刚研制成功,在产品质量上与进口产品相比还存在一定的差距,但随着支线飞机生产规模的扩大和我国特种电线电缆制造水平的不断提高,国内线缆企业在这一领域的市场份额必将不断扩大。

    2、轨道交通领域

    2004年,国务院审议通过了《中长期铁路网规划》,并于2008年进行了新的调整。按照新调整的《中长期铁路网规划》,到2020年全国铁路营业里程达到12万千米以上,其中规划建设客运专线1.6万千米以上,新线建设4.1万千米,全国铁路复线率和电化率均达到50%60%以上;西部地区路网规模5万公里以上。根据铁道部最新的投资计划,20102012年计划安排机车车辆购置投资3250亿元。将对机车电缆、通信和信号电缆产生巨大需求。“十二五”期间,铁路机车车辆用电缆年平均约1620万公里。预计在铁路通信各类信号电缆每年市场需求710万公里。我国城市轨道交通建设由于经济实力和技术水平的限制起步较晚。在2000年之前,全国仅有北京、上海、广州三个城市拥有轨道交通线路。进入21世纪以来,随着中国经济的飞速发展和城市化进程的加快,城市轨道交通也进入大发展时期。目前我国共有40多个城市制定了规模宏大的轨道交通发展规划。目前,我国已有10个城市开通了31条城市轨道交通线路,运营里程达到835km。预计到2016年,我国将建成89条共计2500km的城市轨道交通,我国的城市轨道交通行业已步入一个跨越式发展的新阶段,我国已经成为世界最大的城市轨道交通市场。据预测,“十二五”期间轨道交通动车和拖车用轨道交通电缆需求约2.53万公里,城市轨道交通用信号电缆的年需求量约1.52万公里。轨道交通特种线缆市场主要被三家线缆企业所占据,分别是灏讯、耐克森和巢湖海兴电缆厂。其中灏讯和耐克森均为全球领先的高端特种电线电缆生产企业,并在中国建有生产基地,在飞速发展的高铁领域,两家外资企业共占据着超过九成的市场份额,在城市轨道交通领域也占据六成左右的市场。巢湖海兴电缆则是国内最大的轨道交通线缆生产企业,是铁道部定点专业电线生产企业,在城市轨道交通中占据35%左右的市场份额,在高铁领域中也占有10%左右的市场份额。

    轨道交通领域也和民用航空领域一样,高性能特种线缆的供应还不得不依赖于进口,但是值得庆幸的是在这一领域中已经出现了如巢湖海兴这样能够部分替代进口的企业,相信随着轨道交通用线缆需求量的不断扩大和企业研究开发进程的不断深入,还将有越来越多类似的企业脱颖而出,在这一高端市场中占据一席之地。

    3军工领域

    军工领域的发展除了对于保障国土安全,维护社会和平有着重要意义以外,还是先进科学技术研发运用的实验田,如铁路运输、航空运输、通讯和卫星定位等技术都是率先在军事领域应用后再逐步推广到民用领域的。在深刻认识到军工制造业对推动科技实力进步具有重大作用的背景下,我国已经将军工产业作为了高端装备制造的龙头产业,并且资源投入呈现逐年加速增长的态势。

    总体来看,我国共有十大军工集团,涉及核、航天、航空、船舶、兵器以及军事电子等六大领域,总资产规模近1.5万亿,2010年营业收入达到12405亿元。从1999年开始,中国军费以每年12%~20%的增幅开始逐年增加,从200020056年间,国防费支出从1207.54亿元增加到2475亿元,翻了一番。从1999年到2010年的12年间,军费从1076亿元增加到5335亿元,增长了约4倍。

    军工制造具有保护国家安全的重要任务,所以对全面实现国产化的愿望更加强烈,这也为国内军用特种线缆企业的发展创造了良好的遇,只要企业不惧困难勇于创新,定能开创飞速发展的新局面。

    随着通讯、轨道交通、航天航空、核电、造船以及军工等新兴行业的发展,我国对于特种电线电缆的需求将快速增加,现有的一些生产工艺落后、质量控制不过关的线缆生产企业将在产业升级的进程中被逐渐淘汰。今后线缆行业主要发展方向将集中于技术含量较高的船用电缆、机车车辆用电缆、核电站核岛及辅助设备用核级电缆、航空航天领域用电缆、高频通讯电缆等特种电缆。国家“十二五规划纲要”对造船、铁道、飞机、核电、宇航和通讯领域的发展规划已经明朗,需要特种电缆的品种和数量基本确定,上述领域市场的突现,将会很快对线缆行业格局进行重新洗牌,一批符合新时期需求的电线电缆企业将迎来高速发展的良机。

 

六、电线电缆材料学科在发展中前进

  

    本报告前面对铝合金导体材料作了比较详细的总结,对我国发展铝合金线缆的研究和推广也提出了我们的建议,并把以铝节铜或以铝代铜,作为我国线缆材料发展的机遇。我们还对电线电缆材料最新发展趋势也作了分析,对环保电缆、交联电缆、特种电缆以及在新兴高科技行业的应用作了介绍。我国著名线缆专家黄崇祺院士见证了我国线缆工业从解放到现在六十多年的巨大变化,他的演讲就是一份最好的总结,既看到成绩,又看到不足,还为我们指明了电线电缆材料这门学科的发展方向,演讲内容节录于后:

    解放初期,我国没有真正工业生产意义上的电工铝导体,用半连续式浇铸机制造方锭;经加热由迦线式轧机生产铝杆;用非滑动罐式拉线机拉制铝线;用速度很慢的笼式绞线机生产导线,工艺技术和装中国缺铜,铜又是战略物资,改革开放前进口困难。自 1957 年开始,电缆行业的产品结构进行了改革,并提出了“以铝代铜”的方针。2006 年前后铜价暴涨,在以铝节铜、降低成本和减重节能的思维下,铝导体的应用又得到了相应的发展。随着我国电力事业的迅速发展,超、特高压输电工程和智能电网的建设,预计将会进一步扩大电工铝导体的应用。中国电缆工业自主创新设计和生产的第一条铝连铸连轧生产线,彻底改变了我国铝杆生产的落后面貌。上世纪 70 年代开发完成的这条生产线,以熔、铸、轧一条龙的连续生产方式受到欢迎,并迅速在全国推广并出口,直至现在稀土优化综合处理生产电工铝导体的

技术是中国自主创新的国际先进技术,是使我国电工铝导体实现大规模工业化稳定生产的里程碑,为输、配电用铝导体创造了物质基础。稀土优化综合处理生产电工铝导体的技术是继铝连铸连轧生产线后又一项重大基础性的自主创新成果,经几十年的生产考验,已成为我国电工铝导体生产的主导技术。自主创新开发导电用高强度、耐热铝合金,为我国架空输电线路的建设作出贡献。在保证导电率的条件下,开发具有高强度、耐热和高强度/耐热型铝合金是高压、超高压、特高压、大跨越、大容量输电线路发展之必须。

    自上世纪 60 年代开始至今,我国先后已开发了高强度铝—镁—硅和铝—镁—硅—稀土合金,非热处理型高导电耐热铝合金和高强度耐热铝合金,满足了架空导线、大跨越导线、光纤复合架空地线、变电站用大电流母线的需求。为了适应对铝合金杆的生产需要,在已有的铝连铸连轧生产线基础上进行改型,设计和生产了铝合金连铸连轧生产线。一般铝—锆型耐热铝合金均需热处理,耗电多、工时长,是大量生产的瓶颈之一,为此,自主创新开发了非热处理型的高导电耐热铝合金。国产的各种耐热铝合金导线,其质量和性能均可符合国际标准要求。园铝线一次成型压接法,生产的铝包钢线首次在南京长江 22 万伏,2000 米级大跨越输电工程中应用。园铝线一次成型压接法生产铝包钢线及其生产线是在上世纪70 年代初完成的一项自主创新工艺和生产线,工艺简单,原材料铝比国外同类方法的利用率高,可达 70%,并在原材料铝线和镀锌钢线的管道化连续清洗,园铝线一次成型一压接上有创新,线的性能可达到国外同类产品的水平。有 17 条大跨越输电线路采用此种导线,30 多年来,线路一直运行正常。2008 年春节前后,我国南方遭受 50 年不遇的特大雪灾,湖南很多 500kV以下的输、配电线路不能正常运行,但架在湘江上的此种铝包钢导线的 220kV 110kV 大跨越输电线路 ( 分别已运行 33 年和 15 ) 导线和铁塔完好无损。高速铝拉线机的出现改变了我国铝线生产慢、脏,铝线性能和质量难保的落后面貌。在技术引进消化吸收的基础上,由我国自主创新设计和生产的直线式高速铝拉线机,具有速度快、生产率高,可获得抗拉强度高、表面质量好的铝和铝合金线,特别适于架空导线用硬铝线的生产,为超、特高压架空导线的开发和生产提供了必备装备。我国自主创新设计和生产的铝、铝合金型线拉线机,可使铝和铝合金杆经一个工序直接拉出所需形状的型线,简化了工序,提高了劳动生产率,改变了落后的型线生产方式,为型线绞、碳纤维加强芯绞、预应力钢芯绞的架空导线和型线绞缆芯电缆的生产,提供了很好的生产装备。框式绞线机的出现改变了我国架空导线生产的落后面目,从总体上提升了导线的质量和生产效率,技术经济效果显著。

    在技术引进消化吸收的基础上,由我国自主创新设计和生产的框式绞线机,与旧式的笼绞机、叉绞机牛相比,不仅操作的自动化程度提高了,而且导线的质量和生产率有了明显的提高。此种设备已在全国推广,成为架空导线生产的主导设备,而且已开发和生产了更大型的710 四段框特高压架空输电线路用导线发展的需要。

    中国超、特高压输电线路用的各种架空导线使用的都是自主创新国产优质导线,世界最高电压等级的 100 万伏交流输电工程、±80 万伏直流输电工程和长江三峡输电工程亦不例外。在此领域中,我国之所以能如此自力、自强,首先靠的是自主创新,其次靠的是实现了真正的消化吸收和再创新,并且科研、设计成果有效地转化成生产力。在架空导线发展的进程中,我国也不断地建立和完善了架空导线试验基地,为新导线的开发、产品质量评定和提高提供了试验研究的物质条件。架空导线生产的基础和保证在材料和装备、导线产品是上层建筑,目前我国已建立了比较完整的生产体系,开发了各种导线的系列产品,可满足当前电力发展的需要。

    中国铜导体生产的特点是电工用光亮低氧铜杆生产的快速发展,主要得益于引进消化吸收和自主再设计,但在再设计中简化了某些影响铜杆质量的关键技术,导致消化不良,尤其在之后的废杂铜直接制杆生产中加剧了铜杆的质量问题。现在先进的废杂铜直接制杆连铸连轧生产线已经引进,铜杆质量可以保证,个别技术指标可超过国家三级杆标准,这将有利于促进我国废杂铜制杆生产的技术进步、质量和环境污染的改善。上世纪 80 年代前,我国没有电工用光亮铜杆,生产的全是质差、圈重小的黑铜杆。生产方式是平炉熔炼一铸船形锭—加热—迦线式轧机生产黑杆—酸洗供货。80 年代开始,我国陆续引进了浸涂法、上引法和连铸连轧法 ( 美国式、德国式、意大利式和芬兰式 ) 生产无氧和低氧铜杆,可以说全世界拥有的方法我国都有。自那以后,我国电工用光亮铜杆的数量和质量有了快速的增长和提高,由此我国自主设计铜连铸连轧生产线也开始了。现在,电工用铜杆的生产不是数量问题,而是质量极需从速提高的问题。生产装机能力远大于需要,国产的生产线急需深入消化吸收和改造,电缆与冶金行业应加强合作,取长补短,加强铜杆质量认证、监督和管理。

电缆工业呼喊铜杆质量危机、国家号召节约能源,尽管我国废杂铜直接再生制杆利用在废杂铜分类和分拣、预处理方法和装备、熔炼炉和精炼工艺技术、铜连铸连轧装备、环保、质检认证和管理上尚有许多不尽如人意之处,但我们应从速组织起来打好这一质量仗。2008 年,我国引进首条国际先进的废杂铜连铸连轧生产线,为我国在这一领域促进技术进步、提高质量、改进环保、加强引进消化吸收再创新打下了良好的基础。

    “以铝节铜”、 “以光纤代铜”是电缆工业的方向。我国铜包铝制品,在铜价暴涨以来有了快速发展和增长,但尚需改进质量和选择论证恰当的应用场合。2008 年,我国引进首条国际先进的铜包铝生产线,预期将在产品质量、品种开发、装备改进上开创新的局面。

随着我国 3G 通信技术、智能电网和汽车减重节能的发展将会有新的应用。康仿”连续挤压装备及其应用技术的开发,为型材生产的工艺改造、大长度连续挤压成形和包覆以及简化生产工序,技术经济效果显著。康仿”连续挤压技术自上世纪 70 年代从英国引进以后,消化吸收和再创新,特别把上引法无氧铜连续生产技术与“康仿”连续挤压技术相结合形成的智能生产线更是各抒其长,将各自的优势发挥到极致。由此对“康仿”机组、挤压制品材料和产品种类的发展,产品质量的提高,简化工艺过程和减少工模具消耗,改善环保和节约能源均获得了明显的技术经济效果。

    电气化铁路接触网用接触线自主创新应用新的工艺技术,使生产水平和接触线性能一举登上国际先进水平,为我国电气化铁路、城市轨道交通、矿山电气化运输提供了价廉物美的国产接触网导线。随着我国电气化铁路从低速向高速发展,速度等级不同的客运专线,到 2012年初或 2011 年末即将通车的约 1300 公里的京—沪高速电气化路,其运行速度在350 公里 / 小时及以上,对接触导线提出了“高强度和高导电”的要求。铜扁线生产面貌彻底改变,换位和组合绕组线生产登上新高,为 11 100 万伏超、特高压变压器等心脏部件提供了物质保证。铜扁线是电力变压器、电抗器、干式变压器和牵引变压器用绕组线的基础材料。换位导线具有减小变压器体积、降低由漏磁场引起的环流附加损耗和涡流损耗,可提高绕组线的机械强度和节省绕制时间。因此,在超、特高压变压器中获得了广泛应用。换位导线的品种也相应骤增,换位导线生产线已可打制 5 71 根不同绝缘的换位导线并已掌握了制造高硬度、多根数、小节距、高轴向换位导线的技术。换位机已具有双推指换位装置,配置两组换位器的换位头,可确保差异较大的线规组成的换位导线的几何尺寸精度、导线组合的紧密性和换位间距的正确性。我国首条引进的换位导线生产线具有 9 段绞笼每笼可装 6 盘扁线,换位根数最多可达 54根,是目前国际上同类生产线中最先进之一。

    中国第一座大跨度斜拉桥 ( 上海南浦大桥 ) 和第一座大跨度悬索桥 ( 广东汕头海湾大桥 ) 所需的“斜拉索”和“预制平行钢丝束”主缆是由中国电缆工业自主创新设计、建立专业化生产厂制造的,随着我国大桥建设的高速发展,开创了中国桥梁建设的新局面。

展望未来的发展充满机遇和挑战,黄院士深深感到,中国的电缆工业虽然已是电缆生产的世界第一大国,但在高端产品与高科技方面与国外尚有差距,外观技术指标的差距,只是表象,而实质性的差距则在于缺乏技术储备;从金属导体的年用量可以看出一个企业或整个电缆工业的经济规模。金属导体加工技术和品种的不断创新是中国电缆工业发展的发动机之一 ;中国电缆工业应在求质量、求强而大和求

稳中向前发展。

黄院士以自己的亲身经历,以大量的事实叙述了新中国成立后,中国电缆工业发展的全貌和电线电缆在国民经济发展中所发挥的巨大作用。我国是电缆生产的第一大国,然而在高端产品,高科技方面和国外先进国家相比存在着差距,我们不是电缆强国,许多高端产品还依赖进口。依赖外资企业供货,展望未来,我们充满着机遇和挑战!是的,中国电缆工业的发展,对我们从事电线电缆材料学科研究和应用的科技工作者提出了更高的要求。我们将从国民经济发展的需要,努力实现电线电缆材料的更新换代,以优质的铝合金导体材料,替代铜导体材料,采用核技术和其它新技术,对电线电缆的包覆材料和电缆材料进行辐照处理。我们大力生产交联电缆、环保电缆,为我国航空航天、轨道交通、核电、汽车、军工等新兴产业或工业领域提供不同规格型号的高端产品,真正实现电缆强国的宏大目标。

国民经济的发展,也推动了学科的发展,电线电缆学科在发展中前进!

本报告根据我们自己的工作实践,并参考了资料汇编而成,其中对部分作者的文稿还作了节录,在此,向诸位作者表示感谢!