CN101629274A

CN101629274A - 热浸涂铜包钢的上引成型方法及其上引成型装置

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Publication number: CN101629274A
Application number: CN200910184711A
Authority: CN
Inventors: 曹佩荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: CN101629274B

Abstract

本发明的热浸涂铜包钢的上引成型方法，主要是将预热钢杆从坩埚的底部进入，依次从坩埚内的铜水中浸涂后再从坩埚的上部垂直拉出，与该方法相应的上引成型装置，包括铜水预处理装置、钢杆预处理装置、坩埚、收绕装置，还包括下石墨管、上石墨管、冷却管、提升管和提升装置，主要是将现有的水平成型改为垂直上引成型，使钢杆表面周环温度相等，表面吸热的能力相等，彻底解决了铜包覆的偏心难题，将钢杆预热温度、铜水温度、浸涂距离和浸涂速度控制在适当范围内，既可使铜钢界面具有足够的结合强度，又能有效避免钢杆中的磷离子进入而污染铜水，使铜包钢产品具有高强度、高导电率和低成本等优点，最适合作电网的架空导线和架空避雷线使用。

Description

热浸涂铜包钢的上引成型方法及其上引成型装置

技术领域

本发明涉及一种生产铜包钢的方法和设备，特别是一种使用热浸涂生产铜包钢的方法和设备，属于在钢杆基体上浸铸铜水的镀覆领域。

背景技术

铜包钢(Copper clad steel wire)简写为CCS。是一种在钢芯线材表面包上铜的双金属线；一般铜层的包覆比为20％～30％、导电率为21～40％IACS。生产方法主要有；铸造热压法、电镀法、铜带压接法、热浸涂法、焊管包覆法、套管包覆法六种。这些方法虽可生产铜包钢，但却有明显的缺点。如其中的铸造热压法(铸轧法)的工艺流程较长，且材料利用率偏低，质量较难保证；电镀法因使用氰化电镀液有毒而公害严重，表面电镀液不易洗净而使铜变色成黑铜；铜带压接法需用铜带而使成本过高(高12～16％)；焊管包覆法和套管包覆法都因结合力难以获得满意的结果而未被采用。

使用热浸涂铸造法生产铜包钢，目前均为水平铸造法，即：用一根较细的冷钢芯杆，水平通过铜水池，使铜水与该移动的钢芯杆表面逐步凝固结合成较粗的铸造状态的铜包钢杆。这种方法虽可生产铜包钢，但却有明显的不可克服的缺点。这些缺点主要在于：

(1)钢芯杆移动的方向与铜水冷热对流方向相垂直，钢芯杆表面周环温度不相等，表面吸热的能力就不等，铜的包覆就不均匀出现偏心。由于镀层偏心的存在就限制了产品规格，单丝直径不得小于1.8mm。

(2)铜包钢杆因自身的重量和横卧在进出线摸口上，在高速拉线时，钢芯杆与铜包钢杆产生杂乱无章的振动，使逐步凝固结合的铸态组织产生不对称(偏心)，同时也加速了进、出线摸口的磨损，增大铜包钢杆不圆度。故产品速度就不得提高，一般不超过2M/min。

(3)由于钢芯杆在铜水中浸泡时间过长，在高温的铜水中通过的钢芯表面温度＞760℃会有部份磷离子游离到铜水中，污染铜水，导致导电率急剧下降，使铜包钢的电气性能遭到破坏。

发明内容

本发明的主要目的是为了克服上述方法生产铜包钢的不足之处，提供一种能生产出高导电率和结合力强的适合电网架空用铜包钢导线和地线的热浸涂铜包钢的上引成型方法。

本发明的另一个目的是根据上述的上引成型方法，提供一种结构设计合理，生产效率高，使用寿命长的热浸涂铜包钢的上引成型装置。

本发明的热浸涂铜包钢的上引成型方法，关键在于将预热钢杆从坩埚的底部进入，依次从坩埚内的铜水中浸涂后再从坩埚的上部垂直拉出，所述钢杆预热温度为60～500℃，铜水温度为1160～1108℃，钢杆在铜水中的浸涂距离为6～15mm，浸涂后的铜包钢杆从坩埚拉出的生产速度为60～100M/min。调节温度、浸涂距离和生产速度可控制铜层厚度，如浸涂距离长和生产速度快，则铜层厚度薄；反之，浸涂距离短和生产速度慢，则铜层厚度厚。

本发明的热浸涂铜包钢的上引成型装置，包括铜水预处理装置、钢杆预处理装置、坩埚、收绕装置，还包括下石墨管、上石墨管、冷却管、提升管和提升装置，所述下石墨管的下端固装在坩埚底部，下石墨管的上端垂直浸泡在坩埚内的铜水中与上石墨管的下端同轴对接，上石墨管的上端固装在冷却管下端，冷却管上端从顶部伸出坩埚并经提升管与提升装置连接，铜水预处理装置为恒温坩埚提供设定高度的铜水，经钢杆预处理装置校直处理和预热后的钢杆从下石墨管垂直进入坩埚，再经上石墨管和冷却装置与收绕装置连接。

在未开机时，为了防止铜水进入石墨管而造成铜水污染、导电率下降，铜包钢的电气性能遭到破坏。可将下石墨管的上端口设计为上凸型端口；上石墨管的下端口设计成上凹型端口，使凹、凸端口同轴对接，紧密相联，能确保在未开机时的铜水进不了石墨管，而在开机工作时，由于钢杆在铜水中浸涂的时间很短且上升速度很快，高温的铜水遇冷凝结在钢杆上的铜包钢杆从上石墨管引出也进不了下石墨管，而此时在铜水中经过的钢杆温度控制在720℃左右，远低于760℃，能做到保护铜水不受污染。为了利用铜液压差提高铜的包裹质量，可将下石墨管的上凸型端口设计在铜液面下的250～300mm之间。为了延长了石墨管的使用寿命，可在下石墨管的下端设有高强度合金的下口模，下口模内径等于待涂钢杆外径，上石墨管的下端镶嵌有高强度合金的上口模，上口模的内径等于浸涂后的铜包钢杆外径。

本发明的热浸涂铜包钢的上引成型装置中所述的铜水预处理装置包括运送辊道、电解铜板、铜板加料机、预热装置、熔化保温装置；所述收绕装置包括冷却装置、上部传动装置、导管、入口调节器、单头拉线机、出口调节器、绕杆机和收线架；所述钢杆预处理装置包括放线架、转向轮、单头拉线机、剥皮模及冷却装置、主传动装置、钢杆校直装置和钢杆预热装置；所述铜水预处理装置为坩埚提供适当高度的铜水，钢杆从放线架上放出，依次经转向轮、单头拉线机、剥皮模及冷却装置、主传动装置、钢杆校直装置和钢杆预热装置，垂直进入坩埚热涂铜层而成铜包钢后，再依次经冷却装置、上部传动装置、导管、入口调节器、单头拉线机、出口调节器和绕杆机、将铜包钢绕制在收线架上。

本发明的热浸涂铜包钢的上引成型方法，是在现有的热浸涂法生产无氧铜杆的技术和设备的基础上对其进行研究和改造，主要是将现有的水平成型改为垂直上引成型，使钢杆表面周环温度相等，表面吸热的能力相等，彻底解决了铜包覆的偏心难题，使产品速度不再受偏心限制而大幅度提高，又因将钢杆预热温度、铜水温度、浸涂距离和浸涂速度控制在适当范围内，可将铜包钢杆温度控制在720℃以下，既能使铜钢界面具有足够的结合强度，又能有效避免钢杆中的磷离子进入而污染铜水，使铜包钢产品具有高强度、高导电率和低成本等优点。本发明所用的装置，是在现有的热浸涂铜包钢的水平铸造装置的基础上，主要是将坩埚中的石墨管由水平安装改为垂直安装，并设有校直处理装置和上石墨管相应的提升装置，具有结构设计合理，生产效率高等优点，还由于在上石墨管的下端口设计成上凹型并镶嵌有高强度合金的上口模，下石墨管的上端口设计成上凸型并在下端口镶嵌有高强度合金的下口模，可以有效的延长最容易受损的石墨管的使用寿命，通过更换高强度合金上、下口模，还可使石墨管的寿命成倍延长。是一种优质高效的热浸涂铜包钢的新方法和新设备。能生产出包覆比为14％～65％、导电率为21～70％IACS的高导电率和结合力强的铜包钢杆，再经现有的拉丝设备即可生产出各种直径的铜包钢丝，最适合电网的架空导线和架空避雷线使用。

附图说明

图1是本发明中的坩埚的一种静态结构示意图；

图2是本发明中的坩埚的一种动态结构示意图；

图3是本发明的一种总体结构示意图。

具体实施方式

本发明的热浸涂铜包钢的上引成型方法，关键在于将预热钢杆从坩埚的底部进入，依次从坩埚内的铜水中浸涂后再从坩埚的上部垂直拉出，所述温度等参数的具体控制方法再作进一步详细描述如下：

1、钢杆预热温度与导电率成反比，导电率21～70％IACS对应预热温度为500～60℃，当制造导电率为30％IACS的CS线时，无论浸渍深度怎么浅，也不能得到铜包覆比为20％(约30％IACS)的CS线，只有把钢线加热，使之温度升高，使单位时间内的热交换量减少，才能使铜的包覆量减少，这样才能得到低包覆比的CS线。如果将线再进行第二次浸涂，就可得到铜包钢包覆比为80％的CS线。同时由于钢线进行预热(63~453℃)，使得铜钢界面的结合强度有所提高。

2、钢杆预热温度与铜包钢的出线温度成正比，当用冷却水控制出线温度确有难度时，则可调整钢杆预热温度，来满足铜包钢铜层厚度的要求。

3、坩埚内的铜水标准温度为1133℃+-2.4％，如坩埚内的铜水温度升高时，则钢杆预热温度须调高。

4、在制造厚包覆层的CS线，由于浸涂厚度大，即使铜液面有一定程度的变化，也不会对铜包覆率产生影响。而在制造薄包覆层的CS线时，情况正相反，即使铜液面发生微小变化，也会导致铜包覆率有很大的变化，因此必须严格控制铜液面的变化，才能控制住铜包覆率的变化，使其波动范围不大于+-1％。浸涂距离与生产速度成正比，浸涂距离为6mm，生产速度为60M/min；或浸涂距离为10mm，生产速度为100M/min；生产速度又受设备的材质及性能所限。

总之，所述钢杆预热温度为60～500℃，铜水温度为1160～1108℃，钢杆在铜水中的浸涂距离为6～15mm，浸涂后的铜包钢杆从坩埚拉出的生产速度为60～100M/min之间时均可生产出各种导电率(21～70％IACS)的铜包钢合格产品。调节钢丝预热温度、浸涂距离和生产速度可控制铜层厚度，如钢丝预热温度高、浸涂距离长和生产速度快，则铜层厚度薄；反之，钢丝预热温度低、浸涂距离短和生产速度慢，则铜层厚度厚。

附图非限制性公开了本发明装置中的一个具体实施例，结合附图作进一步描述如下。

参见附图1和2，附图标号中的是1是套盖，2是冷却水入口，3是保护气入口，4是冷却水出口，5是提升杆，6提升装置，7是轴套，8是冷却管，9是石墨坩埚内套，10是加热线圈，11是保温层，12是铜水，13是上石墨管，14是上口模，15是铜包覆层(见图2)，16是铜水进出口，17是下石墨管，18是下口模，19是钢杆。

本发明的热浸涂铜包钢的上引成型装置，包括铜水预处理装置、钢杆预处理装置、坩埚、收绕装置，还包括下石墨管17、上石墨管13、冷却管8、提升管5和提升装置6，所述下石墨管17的下端固装在坩埚9底部，下石墨管17的上端垂直浸泡在坩埚内的铜水12中与上石墨管13的下端同轴对接，上石墨管13的上端固装在冷却管8下端，冷却管8上端从顶部伸出坩埚并经提升管6与提升装置6连接，铜水预处理装置为恒温坩埚提供设定高度的铜水，经钢杆预处理装置的校直处理和预热后的钢杆19从下石墨管17垂直进入坩埚9，再经上石墨管13和冷却装置与收绕装置连接。

所述下石墨管17的上端口为上凸型端口；上石墨管13的下端口成上凹型端口，下石墨管17的上凸型端口设计在铜液面下的250～300mm之间，下石墨管17的下端设有高强度合金的下口模18，下口模18内径等于待涂钢杆外径(如Φ6.5～8mm)，上石墨管13的下端镶嵌有高强度合金的上口模14，上口模14的内径等于浸涂后的铜包钢杆外径(如Φ7～12mm)。

浸涂前的结构如图1所示，此时的上石墨管13下端的上凹型端口与下石墨管17的上凸型端口紧密接触，铜水12不与钢杆接触。浸涂时，先用铜水预处理装置将熔化的铜水注入到坩埚中并保持设定高度和温度，将钢杆19按设定速度向上拉出后，再用提升装置6经提升杆5和冷却管8将上石墨管13向上提升6～15mm，此时，铜水在一定的压力下粘附在温度较低的钢杆表面而形成铜层15，其结构如图2所示，该铜层15的厚薄可随钢杆预热温度的低高、浸涂距离(等于上石墨管向上提升的高度)的大小和生产速度的慢快密切相关，适当调整即可获得所需厚度的铜层。停机前，应先降下上石墨管再停机，停机时间长时，应将坩埚内的铜水排出，以免凝结成块。

本发明的热浸涂铜包钢的上引成型装置中所述的铜水预处理装置包括运送辊道21、电解铜板22、铜板加料机23、预热装置24、熔化保温装置25；所述收绕装置包括冷却装置27、上部传动装置29、导管30、入口调节器31、单头拉线机32、出口调节器33、绕杆机34和收线架35；所述钢杆预处理装置包括放线架36、转向轮37、单头拉线机39、剥皮模及冷却装置40、主传动装置41、钢杆校直装置42和钢杆预热装置43；所述铜水预处理装置为坩埚26提供适当高度的铜水，钢杆38从放线架36上放出，依次经转向轮37、单头拉线机39、剥皮模及冷却装置40、主传动装置41、钢杆校直装置42和钢杆预热装置43，垂直进入坩埚26热涂铜层而成铜包钢杆28后，再依次经冷却装置27、上部传动装置29、导管30、入口调节器31、单头拉线机32、出口调节器33和绕杆机34、将铜包钢杆28绕制在收线架35上。其结构如图3所示。该铜包钢杆再经现有的拉丝设备即可生产出各种直径的铜包钢丝，最适合电网的架空导线和架空地线使用。

Claims

1、一种热浸涂铜包钢的上引成型方法，其特征在于预热钢杆从坩埚的底部进入，依次从坩埚内的铜水中浸涂后再从坩埚的上部垂直拉出，所述钢杆预热温度为60～500℃，铜水温度为1160～1108℃，钢杆在铜水中的浸涂距离为6～15mm，浸涂后的铜包钢杆从坩埚拉出的速度为60～100M/min。

2、权利1所述方法的热浸涂铜包钢的上引成型装置，包括铜水预处理装置、钢杆预处理装置、坩埚、收绕装置，其特征在于还包括下石墨管、上石墨管、冷却管、提升管和提升装置，所述下石墨管的下端固装在坩埚底部，下石墨管的上端垂直浸泡在坩埚内的铜水中与上石墨管的下端同轴对接，上石墨管的上端固装在冷却管下端，冷却管上端从顶部伸出坩埚并经提升管与提升装置连接，铜水预处理装置为恒温坩埚提供设定高度的铜水，经钢杆预处理装置的校直处理和预热后的钢杆从下石墨管垂直进入坩埚，再经上石墨管和冷却装置与收绕装置连接。

3、如权利要求2所述的热浸涂铜包钢的上引成型装置，其特征在于下石墨管的上端口为上凸型端口；上石墨管的下端口成上凹型端口，下石墨管的上凸型端口设计在铜液面下的250～300mm之间，下石墨管的下端设有高强度合金的下口模，下口模内径等于待涂钢杆外径，上石墨管的下端镶嵌有高强度合金的上口模，上口模的内径等于浸涂后的铜包钢杆外径。

4、如权利要求2或3所述的热浸涂铜包钢的上引成型装置，其特征在于所述铜水预处理装置包括运送辊道、电解铜板、铜板加料机、预热装置、熔化保温装置；所述收绕装置包括冷却装置、上部传动装置、导管、入口调节器、单头拉线机、出口调节器、绕杆机和收线架；所述钢杆预处理装置包括放线架、转向轮、单头拉线机、剥皮模及冷却装置、主传动装置、钢杆校直装置和钢杆预热装置；所述铜水预处理装置为坩埚提供适当高度的铜水，钢杆从放线架上放出，依次经转向轮、单头拉线机、剥皮模及冷却装置、主传动装置、钢杆校直装置和钢杆预热装置，垂直进入坩埚热涂铜层而成铜包钢杆，再依次经冷却装置、上部传动装置、导管、入口调节器、单头拉线机、出口调节器和绕杆机绕制在收线架上。