一种快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法技术

本发明专利技术提供一种快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法，解决现有快速熔断器灭弧石英砂柱固化后易出现裂纹，进而导致熔断器快速分断能力和正常载流寿命下降的问题。该方法包括以下步骤：1)将固化剂与去离子水按质量比为1:4～2:3混合后作为固化液，加热固化液使硅酸钠完全溶解到去离子水中并保温处理，固化剂为九水合硅酸钠晶体或粉末，模数n＝1～3；2)缩合磷酸铝混合到烘干后的石英砂中并搅拌均匀，再填装到熔断器陶瓷管内；3)抽取固化液滴灌注入熔断器陶瓷管内砂体中；4)加热烘烤脱水固化，具体为将熔断器陶瓷管封住的一端打开，熔断器陶瓷管呈水平姿态放进脱水烘箱内，使熔断器陶瓷管填装的砂体内水分蒸发，冷却后获得无裂纹熔断器灭弧石英砂柱。

【技术实现步骤摘要】
一种快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法
本专利技术涉及一种砂柱固化工艺，具体涉及一种快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法。
技术介绍
高电压大电流熔断器作为短路快速保护核心器件，目前已广泛应用于电力系统、充电电源、电池、新能源汽车、电力机车、船舶潜艇、航空航天等领域。高电压大电流熔断器一般由空芯陶瓷管、灭弧介质、熔体、金属端帽构成，熔体和灭弧介质填充在陶瓷管内部。对于μs～ms级超快速分断熔断器，采用高温固化的石英砂柱作为熔断器熔体分断灭弧介质，在短路故障下、熔体狭颈熔化起弧后，固化的石英砂柱迅速将电弧粒子吸附到砂体内部，促成熔体快速灭弧分断，实现快速短路保护；在熔断器正常通流、载流情形下，熔体会发热，被固化的石英砂柱紧紧包裹的熔体可以通过砂柱迅速导热散热，促使熔体温升降低，大大延长了熔断器寿命。但是，如果石英砂柱在固化和脱水过程中出现裂纹，尤其是裂纹出现在熔断器熔体狭颈位置，高温熔体狭颈就会出现导热散热不良，熔体载流寿命迅速降低；并且短路故障下狭颈位置的裂纹气隙不利于快速灭弧，熔断器分断时间延长，对快速分断保护不利。因此，快速熔断器灭弧石英砂柱的固化工艺，对熔断器的快速保护、载流寿命等关键特性具有重要影响。
技术实现思路
为了解决现有快速熔断器灭弧石英砂柱固化后易出现裂纹，进而导致熔断器快速分断能力和正常载流寿命下降的技术问题，本专利技术提供了一种快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)固化剂调配将固化剂与去离子水按质量比为1:4～2:3混合后作为固化液，加热固化液使硅酸钠完全溶解到去离子水中，固化液保温处理；其中，固化剂为九水合硅酸钠晶体或粉末，模数n＝1～3；2)填装熔断器陶瓷管2.1)将熔断器用的60～80目石英砂清洗、烘干，将缩合磷酸铝混合到烘干后的石英砂中并搅拌均匀，获得砂体；其中，缩合磷酸铝与石英砂的质量比为(0.0058～0.0063):1；2.2)将熔断器陶瓷管的一端开口封住，将步骤2.1)混合后的缩合磷酸铝和石英砂从熔断器陶瓷管的另一端开口处填装到熔断器陶瓷管内；3)固化剂滴灌3.1)将步骤2.2)填装后的熔断器陶瓷管竖直放置于烘箱中，且开口的一端朝上；烘箱温度为80～90℃，熔断器陶瓷管及内部填装的砂体在烘箱中保温；3.2)将熔断器陶瓷管从烘箱中取出后，竖直放置于常温常压环境中；3.3)抽取步骤1)保温处理的固化液，从熔断器陶瓷管上端开口处，快速将抽取的固化液全部滴灌注入熔断器陶瓷管内砂体中；整个滴灌过程所需要的时间为2～3min；其中，抽取的固化液与熔断器陶瓷管内填装石英砂的质量比为(0.19～0.21):1；4)加热烘烤脱水固化；将熔断器陶瓷管封住的一端打开，熔断器陶瓷管呈水平姿态放进脱水烘箱内，使熔断器陶瓷管填装的砂体内水分蒸发，冷却后获得无裂纹熔断器灭弧石英砂柱。进一步地，步骤4)具体为：4.1)将熔断器陶瓷管封住的一端打开，熔断器陶瓷管呈水平姿态放进40±1℃的脱水烘箱内；4.2)脱水烘箱内温度按0.8～1℃/h的线性升温速率持续升温并达到60±1℃；其中，每隔3～4h打开脱水烘箱箱门，将水平放置的熔断器陶瓷管沿陶瓷管轴向旋转180°后关闭箱门；4.3)脱水烘箱内温度按0.8～1℃/h的线性升温速率持续升温并达到100±1℃；4.4)脱水烘箱内温度按2.8～3.2℃/h的线性升温速率持续升温并达到130±1℃；4.5)保温4h后，脱水烘箱停止工作，熔断器陶瓷管及填装的砂体冷却后取出，获得无裂纹熔断器灭弧石英砂柱。进一步地，步骤1)中，所述固化剂与去离子水的质量比为3:7；所述九水合硅酸钠晶体或粉末的纯度≥99.7％，模数n＝2；所述保温温度≥90℃且≤100℃。进一步地，步骤1)中，加热固化液使硅酸钠完全溶解到去离子水中具体为，将固化液盛放于不锈钢容器中；在常温常压下对不锈钢容器均匀加热，使不锈钢容器中盛放的固化液加热到100℃。进一步地，步骤2.2)中，所述熔断器陶瓷管两端的开口直径大于等于8mm。进一步地，步骤2.2)具体为，用橡皮塞将熔断器陶瓷管一端的开口封住；将熔断器陶瓷管竖直放立，橡皮塞封口的一端朝底部，开口的一端朝上，将步骤2.1)混合后的缩合磷酸铝和石英砂从熔断器陶瓷管开口的一端填装到熔断器陶瓷管内，将熔断器陶瓷管内部空间填满并摇匀。进一步地，步骤2.1)中，采用去离子水清洗石英砂。进一步地，步骤3.1)中，熔断器陶瓷管及内部填装的砂体在烘箱中保温时间为0.5～1h。进一步地，步骤3.3)中，采用洁净注射器从保温的不锈钢容器中迅速抽取保温的固化液。进一步地，步骤4.2)中，线性升温速率为0.83℃/h，每隔4h打开脱水烘箱箱门；步骤4.3)中，线性升温速率为0.83℃/h；步骤4.4)中，线性升温速率为3℃/h。与现有技术相比，本专利技术的优点是：本专利技术固化方法包括固化剂调配、填装熔断器陶瓷管、固化剂滴灌、加热烘烤脱水固化步骤，采用模数为1～3的硅酸钠作为石英砂柱固化剂、缩合磷酸铝作为石英砂柱固化增强剂，通过合理设计固化剂与去离子水的质量配比、固化增强剂与石英砂的质量配比、滴灌固化液与熔断器陶瓷管内填装石英砂的质量配比，以及脱水固化过程的烘烤温度、温升速率、保温时间，可获得无裂纹熔断器灭弧石英砂柱，解决了现有快速熔断器灭弧石英砂柱固化过程中出现砂柱裂纹的难题。本专利技术固化工艺方法制成的快速熔断器灭弧砂柱，具有机械强度高、高温耐受性好、抗吸潮散解性好、稳定可靠性高的有益效果，可显著提高熔断器快速分断能力和正常载流寿命。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述。熔断器内部的灭弧石英砂柱的固化，需要考虑以下几个方面：固化剂不会明显腐蚀熔体金属材料；固化剂的热膨胀特性与石英砂膨胀特性基本一致；固化后的石英砂柱具有较强的机械强度和环境适应性；固化剂滴灌到石英砂中后，砂体要均匀固化，不能出现快速冷凝固化，否则石英砂会分层不连续，上层凝固后的砂体会阻止固化剂继续向下层石英砂渗透，导致下层石英砂无法固化；石英砂柱的固化温度、固化时间要合理，固化温度过高、固化时间过长都会导致砂柱裂纹，但固化温度过低、固化时间过短又会导致砂柱水分不能除尽而使砂柱强度降低。因此，固化剂及其成分配比、固化剂均匀滴灌与均匀固化过程控制、合理的固化温度和时间，是快速熔断器灭弧石英砂柱固化工艺的关键参数。硅酸钠是一种非常适合作为熔断器灭弧石英砂固化的固化剂，硅酸钠与水按特定比例混合后加热，硅酸钠会溶解到水中形成胶体，将该胶体滴灌、渗透到熔断器陶瓷管内的石英砂中，再加热将石英砂中的水分烘干后形成固化砂柱。固化用硅酸钠(Na2O·nSiO2)中Na2O与SiO2部分的摩尔数比值n称为模数，n为正整数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)固化剂调配/n将固化剂与去离子水按质量比为1:4～2:3混合后作为固化液，加热固化液使硅酸钠完全溶解到去离子水中，固化液保温处理；/n其中，固化剂为九水合硅酸钠晶体或粉末，模数n＝1～3；/n2)填装熔断器陶瓷管/n2.1)将熔断器用的60～80目石英砂清洗、烘干，将缩合磷酸铝混合到烘干后的石英砂中并搅拌均匀，获得砂体；/n其中，缩合磷酸铝与石英砂的质量比为(0.0058～0.0063):1；/n2.2)将熔断器陶瓷管的一端开口封住，将步骤2.1)混合后的缩合磷酸铝和石英砂从熔断器陶瓷管的另一端开口处填装到熔断器陶瓷管内；/n3)固化剂滴灌；/n3.1)将步骤2.2)填装后的熔断器陶瓷管竖直放置于烘箱中，且开口的一端朝上；烘箱温度为80～90℃，熔断器陶瓷管及内部填装的砂体在烘箱中保温；/n3.2)将熔断器陶瓷管从烘箱中取出后，竖直放置于常温常压环境中；/n3.3)抽取步骤1)保温处理的固化液，从熔断器陶瓷管上端开口处，快速将抽取的固化液全部滴灌注入熔断器陶瓷管内砂体中；整个滴灌过程所需要的时间为2～3min；/n其中，抽取的固化液与熔断器陶瓷管内填装石英砂的质量比为(0.19～0.21):1；/n4)加热烘烤脱水固化；/n将熔断器陶瓷管封住的一端打开，熔断器陶瓷管呈水平姿态放进脱水烘箱内，使熔断器陶瓷管填装的砂体内水分蒸发，冷却后获得无裂纹熔断器灭弧石英砂柱。/n...

【技术特征摘要】
20200227 CN 20201012554651.一种快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)固化剂调配
将固化剂与去离子水按质量比为1:4～2:3混合后作为固化液，加热固化液使硅酸钠完全溶解到去离子水中，固化液保温处理；
其中，固化剂为九水合硅酸钠晶体或粉末，模数n＝1～3；
2)填装熔断器陶瓷管
2.1)将熔断器用的60～80目石英砂清洗、烘干，将缩合磷酸铝混合到烘干后的石英砂中并搅拌均匀，获得砂体；
其中，缩合磷酸铝与石英砂的质量比为(0.0058～0.0063):1；
2.2)将熔断器陶瓷管的一端开口封住，将步骤2.1)混合后的缩合磷酸铝和石英砂从熔断器陶瓷管的另一端开口处填装到熔断器陶瓷管内；
3)固化剂滴灌；
3.1)将步骤2.2)填装后的熔断器陶瓷管竖直放置于烘箱中，且开口的一端朝上；烘箱温度为80～90℃，熔断器陶瓷管及内部填装的砂体在烘箱中保温；
3.2)将熔断器陶瓷管从烘箱中取出后，竖直放置于常温常压环境中；
3.3)抽取步骤1)保温处理的固化液，从熔断器陶瓷管上端开口处，快速将抽取的固化液全部滴灌注入熔断器陶瓷管内砂体中；整个滴灌过程所需要的时间为2～3min；
其中，抽取的固化液与熔断器陶瓷管内填装石英砂的质量比为(0.19～0.21):1；
4)加热烘烤脱水固化；
将熔断器陶瓷管封住的一端打开，熔断器陶瓷管呈水平姿态放进脱水烘箱内，使熔断器陶瓷管填装的砂体内水分蒸发，冷却后获得无裂纹熔断器灭弧石英砂柱。


2.根据权利要求1所述快速熔断器灭弧砂柱抗裂纹固化方法，其特征在于，步骤4)具体为：
4.1)将熔断器陶瓷管封住的一端打开，熔断器陶瓷管呈水平姿态放进40±1℃的脱水烘箱内；
4.2)脱水烘箱内温度按0.8～1℃/h的线性升温速率持续升温并达到60±1℃；
其中，每隔3～4h打开脱水烘箱箱门，将水平放置的熔断器陶瓷管沿陶瓷管轴向旋转180°后关闭箱门；
4.3)脱水烘箱内温度按0.8～1℃/h的线性升温速率持续升温并达到100±1℃；
4.4)脱水...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑜，苏建仓，何浩，袁飞，郑磊，李锐，喻斌雄，
申请(专利权)人：西北核技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61