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【摘 要】本文介绍了钢铁厂冶炼设备用防溅变频动力仪表信号及控制系统耐高温复合扁电缆的研制，分析了电缆的使用与环境要求，并对电缆的选材和结构进行了设计，对电缆性能进行了确定。
【关键词】钢铁厂冶炼设备；耐高温；复合扁电缆
1 电缆的设计
现有的钢铁厂用电缆一般包括有变频系统动力电缆、控制系统电缆、DCS系统数据传输电缆、报警系统电缆以及电机动力传输电缆，若分开布线，导致如下的问题，1）变频动力系统电缆、控制系统电缆和DCS系统数据传输电缆分开做成不同的电缆，三个系统分开布线，提高了成本。2）分开的布线电缆不能在卷筒上使用，不能整体收放，需分别设置独立移动系统，安装和维护不便。3）动力系统不同的电机，电缆分开布线不便。4）对不同系统的电缆分开安装，要设置适合移动系统；进行维护时，要对每个系统电缆进行检查，安装维护成本高。
钢铁厂冶炼设备用防溅变频动力仪表信号及控制系统耐高温复合扁电缆整体在电缆滚筒上安装使用，电缆在滚筒上来回收放，配合钢铁冶炼设备的运动，实现动力传输或者信号传输，安装和维护成本降低，促进了冶炼设备的自动化。
1.1 电缆的使用与环境要求
复合扁电缆应用于钢铁厂冶炼设备高温及腐蚀性气体或液体环境下钢包车、钢水车、渣罐车、钢包设备维修车等钢铁厂、铜冶炼厂、连铸机及开口机和火电厂机炉本体的动力或控制线路，也可用于钢水、铁水等金属溶液附近耐高温辐射热和抗溶液崩溅的动力或控制线路。在上述类似环境下工作的电缆，要求具有耐高温，该复合扁电缆整体的集合度比较高，能在电缆滚筒上来回收放使用。
1.2 电缆的设计
1.2.1 结构
如图1所示的变频系统动力电缆、控制系统电缆、DCS系统数据传输电缆、报警系统电缆以及变频电机动力传输电缆外依次包覆有扁平状的硅橡胶护套、隔热层和编织铠装防溅层。
图1 电缆结构示意图
如图1所示变频系统动力线组包括有3根动力线芯和3根地线芯，动力线芯的3根导体线芯和3根地线芯导体外分别挤包硅胶绝缘层后相绞合，缆芯外分别依次包覆有玻璃纤维包带、由镀锡铜丝编织的屏蔽层和玻璃纤维包带；
如图1所示复合扁电缆的控制系统电缆包括有5根绝缘线芯，镀锡铜导体外分别挤包氟塑料绝缘层后相绞合，5根绝缘线芯绞合而成的缆芯外包覆有聚四氟乙烯包带和镀锡铜丝编织的屏蔽层及聚四氟乙烯包带；
如图1所示复合扁电缆DCS系统数据传输电缆包括有2根绝缘线芯，镀锡铜导体外分别挤包氟塑料绝缘层后相绞合，2根绝缘线芯外依次包覆聚四氟乙烯包带和镀锡铜丝编织的屏蔽层及聚四氟乙烯包带；
如图1所示扁电缆的报警系统电缆包括有2根绝缘线芯，所述的2根镀锡铜导体外分别挤包有氟塑料绝缘层；
如图1所示复合扁电缆的力矩电机动力传输电缆包括有4根绝缘线线芯，镀锡铜导体外分别挤包氟塑料绝缘层后相绞合，缆芯依次包覆有聚四氟乙烯包带和镀锡铜丝编织的屏蔽层及聚四氟乙烯包带；
1.2.2 选材
冶金高温环境加速电缆绝缘层和护套层的老化，并对信号的传输造成影响。复合电缆在选材上选择具有优良的电绝缘性能和耐高温性，耐强酸碱、耐油、耐腐蚀、耐老化和耐低温性的绝缘和护套材料保障电缆安全运行。
经过材料性能分析及成本方面的考虑，导体采用GB/T 3956规定的第5种镀锡铜导体；变频动力线芯绝缘为硅橡胶，电力线、控制线、仪表线、报警线绝缘为聚全氟乙丙烯；护套为高抗撕硅橡胶护套；防溅层为玻璃纤维带隔热层和镀锌钢丝编织。
1.3 复合电缆的技术性能要求
复合扁电缆是由变频系统动力电缆、控制系统电缆、DCS系统数据传输电缆、报警系统电缆以及电机动力传输电缆复合在一起，形成扁电缆，让不同系统电缆集成一体。电缆整体在电缆滚筒上安装使用，降低成本，提高了效率。
复合电缆的材料基本都采用耐高温材料，可耐高温，以适应高温环境。复合电缆要求具有的柔软性和抗拉拽性，屏蔽效用，并要求能有效的防止了钢水飞溅对电缆的烫伤。
根据使用要求及参考相关的标准规定的性能指标，综合考虑电缆需要的电性能、使用环境等多方面的因素，制订了企业标准，规定的电缆相关技术性能指标见表1～表5的技术要求。
2 电缆的试制
2.1 试制电缆型号
按照用户设备及传输功率的要求，设计并试制了样品电缆，按设计进行了样品电缆的制作，试制复合电缆的型号GTFJ-G（F）GB/90 2×（3×25+3×4）+4×1.5+5×1.5+2×2×1.5+2×1.5，其中：3×25+3×4为变频线芯组；4×1.5为动力线芯组；5×1.5为控制线芯组；2×2×1.5为仪表信号线芯组；2×1.5为报警线芯。
2.2 试制过程中的关键控制
各工序均需按照既定工艺，着力于工艺要点，确保工序质量，各工序工艺要点如下：
导体。严格控制单丝的退火，保持单丝镀锡退火后的断裂伸长率在25～28%之间，控制各单丝束丝张力均匀性，绞合应圆整，无跳丝发生；股线复绞后无单丝松弛。
绝缘。电力线、控制线、仪表线、报警线绝缘采用日本大金生产的聚全氟乙丙烯（FEP），通过对在本色料中添加色母，通过高温挤出机挤出，线芯绝缘颜色清晰，外表光滑。以FEP绝缘的线芯，都是1.5mm2的绝缘线芯，要求挤出的时候厚度和外径均匀，尤其是仪表信号线芯绝缘同心度控制在95%以上；变频动力线芯绝缘采用本公司自制的高强度硅橡胶绝缘料，通过硅橡胶挤出机挤出，高温烘道硫化，硅橡胶绝缘的动力线芯硫化适度。
成缆。变频动力线芯采用“3+3”结构成缆，成缆节径比控制在10以下，控制线芯组成缆节径比控制在8以下，仪表线芯节距控制在50～55mm之间，各个单元的总成缆节径比控制在16以下。变频动力线芯成缆绕包玻纤带，其余线芯绞合或者成缆时绕包聚四氟乙烯带。 屏蔽。镀锡铜丝编织，编织覆盖率不小于80%。仪表线芯组，控制线芯组及动力线芯组和报警线的总成缆组，要求屏蔽之间相互绝缘，满足不同系统分开接地的要求，屏蔽后分别绕包聚四氟乙烯带，单层绕包重叠率在50%以上，双层绕包控制在25%以上。
护套。护套采用本公司自制的高强度硅橡胶护套料，采用自制的专用挤出模具制造，扁电缆表面平整，光滑。如图1所示，硅橡胶通过专用的挤出模具紧密紧压在一字型排列的3个缆芯上，护套厚度均匀。通过水煮硫化后经过高温烘道（水温控制在90～95℃，烘道温度控制在200℃～250℃）充分硫化。
防溅层。防溅层采用绕包机绕包玻纤带后，用48锭钢丝编织机，根据使用场合可采用镀锌钢丝或者不锈钢丝编织一层防护层，编织丝直径≥0.4mm，编织密度≥90%。
3 电缆性能及测试
复合电缆试制成功后分别从复合电缆电气性能，绝缘的物理机械性能及护套的物理机械性能和复合电缆的综合性能等方面进行了全性能型式试验。试验技术指标参见表1～表5。
3.1 复合电缆电气性能
电气性能主要从20℃时导体直流电阻，20℃下绝缘电阻及工作温度下绝缘电阻，仪表信号线芯的传输性能，变频动力线芯的综合屏蔽性能，耐冲击电压性能以及成品电缆耐压试验做了测试。技术性能要求及测试结果见表1。
表1复合电缆电气性能
3.2 复合电缆绝缘及护套材料的机械物理性能
绝缘及护套材料的机械物理性能主要从老化前后的机械性能，耐酸、碱腐蚀、硅橡胶的硫化，抗撕裂性能等主要方面进行了测试，技术性能要求及测试结果见表2～4。
表2 复合电缆变频动力线芯绝缘机械物理性能
表3 复合电缆控制、仪表信号、报警线芯绝缘机械物理性能
表4 复合电缆护套机械物理性能
3.3 复合电缆的电缆综合性能
为了考核复合电缆弯曲下的性能，制订并测试了电缆在弯曲下的试验，技术性能要求及测试结果见下表。
表5 复合电缆综合性能
注：D为复合电缆的等效圆直径，即测量扁电缆的周长，换算成圆电缆的直径。
4 结语
该产品由多种耐高温腐蚀材料组成，采用复合电缆设计、扁电缆模具设计等技术，具有变频动力、仪表信号及控制系统复合传输功能，提升了效率，降低了成本。
扁电缆的研制过程，本电缆适用于一种典型的钢铁冶炼设备，在具体的应用过程中，可以对电缆的截面，变频动力系统电缆，动力传输系统及仪表信号控制系统及报警系统的电缆的芯数和截面进行不同的组合。也可以在电缆中做钢丝加强件，以适应在有较大拉力设备系统中应用。电缆已经获得相关部门的质量认定，产品性价比高，广泛应用于钢铁及金属冶炼等领域，在电厂、矿山等类似领域也可适用，可有效降低生产成本，促进经济发展。
【关键词】钢铁厂冶炼设备；耐高温；复合扁电缆
1 电缆的设计
现有的钢铁厂用电缆一般包括有变频系统动力电缆、控制系统电缆、DCS系统数据传输电缆、报警系统电缆以及电机动力传输电缆，若分开布线，导致如下的问题，1）变频动力系统电缆、控制系统电缆和DCS系统数据传输电缆分开做成不同的电缆，三个系统分开布线，提高了成本。2）分开的布线电缆不能在卷筒上使用，不能整体收放，需分别设置独立移动系统，安装和维护不便。3）动力系统不同的电机，电缆分开布线不便。4）对不同系统的电缆分开安装，要设置适合移动系统；进行维护时，要对每个系统电缆进行检查，安装维护成本高。
钢铁厂冶炼设备用防溅变频动力仪表信号及控制系统耐高温复合扁电缆整体在电缆滚筒上安装使用，电缆在滚筒上来回收放，配合钢铁冶炼设备的运动，实现动力传输或者信号传输，安装和维护成本降低，促进了冶炼设备的自动化。
1.1 电缆的使用与环境要求
复合扁电缆应用于钢铁厂冶炼设备高温及腐蚀性气体或液体环境下钢包车、钢水车、渣罐车、钢包设备维修车等钢铁厂、铜冶炼厂、连铸机及开口机和火电厂机炉本体的动力或控制线路，也可用于钢水、铁水等金属溶液附近耐高温辐射热和抗溶液崩溅的动力或控制线路。在上述类似环境下工作的电缆，要求具有耐高温，该复合扁电缆整体的集合度比较高，能在电缆滚筒上来回收放使用。
1.2 电缆的设计
1.2.1 结构
如图1所示的变频系统动力电缆、控制系统电缆、DCS系统数据传输电缆、报警系统电缆以及变频电机动力传输电缆外依次包覆有扁平状的硅橡胶护套、隔热层和编织铠装防溅层。
图1 电缆结构示意图
如图1所示变频系统动力线组包括有3根动力线芯和3根地线芯，动力线芯的3根导体线芯和3根地线芯导体外分别挤包硅胶绝缘层后相绞合，缆芯外分别依次包覆有玻璃纤维包带、由镀锡铜丝编织的屏蔽层和玻璃纤维包带；
如图1所示复合扁电缆的控制系统电缆包括有5根绝缘线芯，镀锡铜导体外分别挤包氟塑料绝缘层后相绞合，5根绝缘线芯绞合而成的缆芯外包覆有聚四氟乙烯包带和镀锡铜丝编织的屏蔽层及聚四氟乙烯包带；
如图1所示复合扁电缆DCS系统数据传输电缆包括有2根绝缘线芯，镀锡铜导体外分别挤包氟塑料绝缘层后相绞合，2根绝缘线芯外依次包覆聚四氟乙烯包带和镀锡铜丝编织的屏蔽层及聚四氟乙烯包带；
如图1所示扁电缆的报警系统电缆包括有2根绝缘线芯，所述的2根镀锡铜导体外分别挤包有氟塑料绝缘层；
如图1所示复合扁电缆的力矩电机动力传输电缆包括有4根绝缘线线芯，镀锡铜导体外分别挤包氟塑料绝缘层后相绞合，缆芯依次包覆有聚四氟乙烯包带和镀锡铜丝编织的屏蔽层及聚四氟乙烯包带；
1.2.2 选材
冶金高温环境加速电缆绝缘层和护套层的老化，并对信号的传输造成影响。复合电缆在选材上选择具有优良的电绝缘性能和耐高温性，耐强酸碱、耐油、耐腐蚀、耐老化和耐低温性的绝缘和护套材料保障电缆安全运行。
经过材料性能分析及成本方面的考虑，导体采用GB/T 3956规定的第5种镀锡铜导体；变频动力线芯绝缘为硅橡胶，电力线、控制线、仪表线、报警线绝缘为聚全氟乙丙烯；护套为高抗撕硅橡胶护套；防溅层为玻璃纤维带隔热层和镀锌钢丝编织。
1.3 复合电缆的技术性能要求
复合扁电缆是由变频系统动力电缆、控制系统电缆、DCS系统数据传输电缆、报警系统电缆以及电机动力传输电缆复合在一起，形成扁电缆，让不同系统电缆集成一体。电缆整体在电缆滚筒上安装使用，降低成本，提高了效率。
复合电缆的材料基本都采用耐高温材料，可耐高温，以适应高温环境。复合电缆要求具有的柔软性和抗拉拽性，屏蔽效用，并要求能有效的防止了钢水飞溅对电缆的烫伤。
根据使用要求及参考相关的标准规定的性能指标，综合考虑电缆需要的电性能、使用环境等多方面的因素，制订了企业标准，规定的电缆相关技术性能指标见表1～表5的技术要求。
2 电缆的试制
2.1 试制电缆型号
按照用户设备及传输功率的要求，设计并试制了样品电缆，按设计进行了样品电缆的制作，试制复合电缆的型号GTFJ-G（F）GB/90 2×（3×25+3×4）+4×1.5+5×1.5+2×2×1.5+2×1.5，其中：3×25+3×4为变频线芯组；4×1.5为动力线芯组；5×1.5为控制线芯组；2×2×1.5为仪表信号线芯组；2×1.5为报警线芯。
2.2 试制过程中的关键控制
各工序均需按照既定工艺，着力于工艺要点，确保工序质量，各工序工艺要点如下：
导体。严格控制单丝的退火，保持单丝镀锡退火后的断裂伸长率在25～28%之间，控制各单丝束丝张力均匀性，绞合应圆整，无跳丝发生；股线复绞后无单丝松弛。
绝缘。电力线、控制线、仪表线、报警线绝缘采用日本大金生产的聚全氟乙丙烯（FEP），通过对在本色料中添加色母，通过高温挤出机挤出，线芯绝缘颜色清晰，外表光滑。以FEP绝缘的线芯，都是1.5mm2的绝缘线芯，要求挤出的时候厚度和外径均匀，尤其是仪表信号线芯绝缘同心度控制在95%以上；变频动力线芯绝缘采用本公司自制的高强度硅橡胶绝缘料，通过硅橡胶挤出机挤出，高温烘道硫化，硅橡胶绝缘的动力线芯硫化适度。
成缆。变频动力线芯采用“3+3”结构成缆，成缆节径比控制在10以下，控制线芯组成缆节径比控制在8以下，仪表线芯节距控制在50～55mm之间，各个单元的总成缆节径比控制在16以下。变频动力线芯成缆绕包玻纤带，其余线芯绞合或者成缆时绕包聚四氟乙烯带。 屏蔽。镀锡铜丝编织，编织覆盖率不小于80%。仪表线芯组，控制线芯组及动力线芯组和报警线的总成缆组，要求屏蔽之间相互绝缘，满足不同系统分开接地的要求，屏蔽后分别绕包聚四氟乙烯带，单层绕包重叠率在50%以上，双层绕包控制在25%以上。
护套。护套采用本公司自制的高强度硅橡胶护套料，采用自制的专用挤出模具制造，扁电缆表面平整，光滑。如图1所示，硅橡胶通过专用的挤出模具紧密紧压在一字型排列的3个缆芯上，护套厚度均匀。通过水煮硫化后经过高温烘道（水温控制在90～95℃，烘道温度控制在200℃～250℃）充分硫化。
防溅层。防溅层采用绕包机绕包玻纤带后，用48锭钢丝编织机，根据使用场合可采用镀锌钢丝或者不锈钢丝编织一层防护层，编织丝直径≥0.4mm，编织密度≥90%。
3 电缆性能及测试
复合电缆试制成功后分别从复合电缆电气性能，绝缘的物理机械性能及护套的物理机械性能和复合电缆的综合性能等方面进行了全性能型式试验。试验技术指标参见表1～表5。
3.1 复合电缆电气性能
电气性能主要从20℃时导体直流电阻，20℃下绝缘电阻及工作温度下绝缘电阻，仪表信号线芯的传输性能，变频动力线芯的综合屏蔽性能，耐冲击电压性能以及成品电缆耐压试验做了测试。技术性能要求及测试结果见表1。
表1复合电缆电气性能
3.2 复合电缆绝缘及护套材料的机械物理性能
绝缘及护套材料的机械物理性能主要从老化前后的机械性能，耐酸、碱腐蚀、硅橡胶的硫化，抗撕裂性能等主要方面进行了测试，技术性能要求及测试结果见表2～4。
表2 复合电缆变频动力线芯绝缘机械物理性能
表3 复合电缆控制、仪表信号、报警线芯绝缘机械物理性能
表4 复合电缆护套机械物理性能
3.3 复合电缆的电缆综合性能
为了考核复合电缆弯曲下的性能，制订并测试了电缆在弯曲下的试验，技术性能要求及测试结果见下表。
表5 复合电缆综合性能
注：D为复合电缆的等效圆直径，即测量扁电缆的周长，换算成圆电缆的直径。
4 结语
该产品由多种耐高温腐蚀材料组成，采用复合电缆设计、扁电缆模具设计等技术，具有变频动力、仪表信号及控制系统复合传输功能，提升了效率，降低了成本。
扁电缆的研制过程，本电缆适用于一种典型的钢铁冶炼设备，在具体的应用过程中，可以对电缆的截面，变频动力系统电缆，动力传输系统及仪表信号控制系统及报警系统的电缆的芯数和截面进行不同的组合。也可以在电缆中做钢丝加强件，以适应在有较大拉力设备系统中应用。电缆已经获得相关部门的质量认定，产品性价比高，广泛应用于钢铁及金属冶炼等领域，在电厂、矿山等类似领域也可适用，可有效降低生产成本，促进经济发展。