CN109371280A - 一种高强度高导电率铜镁合金绞线用铸杆及其铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度高导电率铜镁合金绞线用铸杆及其铸造工艺，所述铸造工艺包括以下步骤：向工频感应炉中直接加入铜含量≥99.99％的阴极铜和金属镁，再向熔化后所得的铜液中加入精炼剂，然后在铜液表面覆盖鳞片石墨，最后采用上引连铸法铸造得到所述铜镁合金绞线用铸杆。采用本发明所提供的铜镁合金绞线用铸杆制备得到的铜镁合金绞线在强度提升的同时还能提高其导电性能，其可满足目前电气化铁路线对铜镁合金绞线所应具有的高强度及高导电率的要求。

Description

一种高强度高导电率铜镁合金绞线用铸杆及其铸造工艺
技术领域
本发明涉及一种高强度高导电率铜镁合金绞线用铸杆及其铸造工艺，属于电气化铁路线技术领域。
背景技术
铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，是综合交通运输体系的骨干和主要运输方式之一，在我国经济社会发展中的地位和作用至关重要。目前，国家要求加强电气化铁路建设，扩大铁路运输有效供给，构建现代综合交通运输体系，建设交通强国。具体提出：到2020年，全国铁路营业里程增加2.9万公里，其中高速铁路增加1.1万公里。这就要求铁路建设，尤其是高速铁路中需提供更可靠、更节约的接触网线材。
承力索用铜镁合金绞线是通过吊弦将接触线悬吊起来，并与接触线并联供电，因此承力索需要能承受较大的张力，并具有较高的导电性能。但是传统的铜镁合金绞线用铸杆采用普通的上引连铸工艺已不能同时满足高强度和高导电率的要求。
与本发明相关的现有技术一：
现有技术一的技术方案：
中国专利CN107068300A提供了一种高强度高导电率铜镁合金绞线的铸造工艺。其在确保超高导电率的情况下，大幅度增加了产品强度。其具体工艺为：将铜含量>99.9％重量百分比的阴极铜和镁置于真空熔炼炉中，熔炼成铜镁合金锭，再将铜镁合金锭熔炼成铜镁合金液，将结晶器直接伸入铜镁合金液中，采用上引连铸的方法铸造铜镁合金铸杆，经过挤压工序后再经过冷轧工序获得铜镁合金单丝坯料，之后通过拉丝机将铜镁合金单丝坯料进行拉丝，制成规定尺寸的铜镁合金单丝，最后将多根铜镁合金单丝绞制成铜镁合金绞线，即得到超高导电率高强度绞线。
现有技术一的缺点：
现有技术一提供了一种高强度高导电率铜镁合金绞线的铸造工艺，所采用的技术方案存在如下缺陷：
将铜含量>99.9％重量百分比的阴极铜和镁置于真空熔炼炉中，熔炼成铜镁合金锭，再将铜镁合金锭熔炼成铜镁合金液，将结晶器直接伸入铜镁合金液中，采用上引连铸的方法铸造铜镁合金铸杆。这种工艺首先需在真空熔炼炉中熔炼成铜镁合金锭，再采用上引连铸法铸造铜镁合金铸杆，降低了生产效率，提高生产成本的同时可能还会在熔炼铜镁合金锭时引入新的杂质。
与本发明相关的现有技术二：
现有技术二的技术方案：
中国专利CN107103941A公开了一种超高导电率高强度绞线及其对应的铸造工艺。其具体工艺为：将铜含量>99.95％重量百分比的阴极铜和镁置于真空熔炼炉中，其中镁含量的质量百分比为0.12％-0.15％，熔炼成铜镁合金锭，再将铜镁合金锭熔炼成铜镁合金液，采用上引连铸的方法，将铜镁合金液上引连铸成铜镁合金杆，经过挤压工序后再进行冷轧获得铜镁合金单丝坯料，之后通过拉丝机将铜镁合金单丝坯料进行拉丝，制成规定尺寸的铜镁合金单丝，最后将多根铜镁合金单丝绞制成铜镁合金绞线，即超高导电率高强度绞线。
现有技术二的缺点：
现有技术二提供了一种超高导电率高强度绞线及其对应的铸造工艺，所采用的技术方案存在如下缺陷：
将铜含量>99.9％重量百分比的阴极铜和镁置于真空熔炼炉中，熔炼成铜镁合金锭，再将铜镁合金锭熔炼成铜镁合金液，将结晶器直接伸入铜镁合金液中，采用上引连铸的方法铸造铜镁合金铸杆。这种工艺首先需在真空熔炼炉中熔炼成铜镁合金锭，再采用上引连铸法铸造铜镁合金铸杆，降低了生产效率，提高生产成本的同时可能还会在熔炼铜镁合金锭时引入新的杂质。
因此，提供一种高强度高导电率铜镁合金绞线用铸杆及其铸造工艺，进而提供一种高强度高导电率铜镁合金绞线已经成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种铜镁合金绞线用铸杆的铸造工艺。
本发明的目的还在提供由所述铜镁合金绞线用铸杆的铸造工艺铸造得到的铜镁合金绞线用铸杆。
本发明的目的还在于提供一种铜镁合金绞线，其是采用所述的铜镁合金绞线用铸杆制备得到的。
本发明的目的还在于提供所述的铜镁合金绞线作为高速铁路所用接触网线材的应用。
为达到上述目的，一方面，本发明提供一种铜镁合金绞线用铸杆的铸造工艺，其中，所述铸造工艺包括以下步骤：
向工频感应炉中直接加入铜含量≥99.99％的阴极铜和金属镁，再向熔化后所得的铜液中加入精炼剂，然后在铜液表面覆盖鳞片石墨，最后采用上引连铸法铸造得到所述铜镁合金绞线用铸杆。
根据本发明具体实施方案，在所述的铸造工艺中，所用工频感应炉是指上引法连续铸造炉，使用其可以大长度连续生产铜杆，而本领域现有真空熔炼炉每次只能铸造几十千克铸锭，无法实现连续生产。
根据本发明具体实施方案，所述的铸造工艺对鳞片石墨的用量或者覆盖厚度等不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理设置鳞片石墨的用量或者覆盖厚度，只要保证可以实现本发明的目的即可。
根据本发明具体实施方案，在所述的铸造工艺中，所用上引连铸法为本领域常规技术手段。
根据本发明具体实施方案，在所述的铸造工艺中，所述金属镁的质量百分含量为0.16％-0.19％，其中，金属镁的质量百分含量是以铜含量≥99.99％的阴极铜的总重量为100％计算得到的。
根据本发明具体实施方案，在所述的铸造工艺中，若金属镁的质量百分含量低于含量范围(0.16％-0.19％)下限所生产得到的铜镁合金单丝的强度无法满足TB/T3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》标准的要求；若金属镁的质量百分含量高于含量范围(0.16％-0.19％)上限所生产得到的铜镁合金单丝的电阻率则会高于TB/T 3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》标准的要求。
根据本发明具体实施方案，在所述的铸造工艺中，所述铸造温度为1250℃±10℃。
根据本发明具体实施方案，在所述的铸造工艺中，以所述铜液(含镁铜液)的总重量为100％计，所述精炼剂包括0.08-0.12％的冰晶石、0.02-0.05％的氯化钠、0.15-0.20％的硼砂、0.02-0.05％的碳酸钠和0.12-0.25％的萤石。
根据本发明具体实施方案，在所述的铸造工艺中，所述铜镁合金绞线用铸杆的外径为30mm。
另一方面，本发明还提供了所述的铜镁合金绞线用铸杆的铸造工艺铸造得到的铜镁合金绞线用铸杆。
根据本发明具体实施方案，该铜镁合金绞线用铸杆的外径为30mm。
再一方面，本发明还提供了一种铜镁合金绞线，其是采用所述的铜镁合金绞线用铸杆制备得到的。
其中，由铜镁合金绞线用铸杆制备铜镁合金绞线的工艺为本领域常规技术手段。
本发明所提供的该铜镁合金绞线的强度和导电率与单丝直径有关，单丝直径越小，其加工硬化效果越强，导电率降低。
又一方面，本发明还提供了所述的铜镁合金绞线作为高速铁路所用接触网线材的应用。
采用本发明所提供的铜镁合金绞线用铸杆制备得到的铜镁合金绞线在强度提升的同时还能提高其导电性能，其可满足目前电气化铁路线对铜镁合金绞线所应具有的高强度及高导电率的要求。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种高强度高导电率铜镁合金绞线用铸杆，其是采用包括以下步骤的制备方法制备得到的：
向工频感应炉中直接加入铜含量≥99.99％的阴极铜和金属镁，再向熔化后所得的铜液中加入精炼剂，然后在铜液表面覆盖鳞片石墨，最后采用上引连铸法铸造得到所述铜镁合金绞线用铸杆；
在本实施例中，所述金属镁的质量百分含量为0.18％；
在本实施例中，所述铸造温度为1250℃；
在本实施例中，以所述铜液的总重量为100％计，所述精炼剂包括0.10％的冰晶石、0.02％的氯化钠、0.20％的硼砂、0.045％的碳酸钠和0.18％的萤石；
本实施例所得到的该铜镁合金绞线用铸杆的外径为30mm。
将本实施例所制备得到的该铜镁合金绞线用铸杆经过挤压工序后，再经过冷轧工序获得铜镁合金单丝坯料，之后通过拉丝机将该铜镁合金单丝坯料进行拉丝，制成规定尺寸的铜镁合金单丝，最后将多根铜镁合金单丝绞制成铜镁合金绞线。
本实施例所制备得到的系列铜镁合金绞线所用单丝的主要技术性能指标如下表1所示，本实施例中所制备得到的铜镁合金绞线的主要技术性能指标如下表2所示。
表1
注：表1中所涉及的各种性能参数，如单丝抗拉强度、单丝20℃时电阻率、单丝导电率、单丝反复弯曲次数、单丝扭转及单丝缠绕等均是采用本领域常规方法(如TB/T 3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》)测得的；此外，表1中所涉及的外观及卷曲，产品是否合格的判断也是采用本领域常规技术手段(如TB/T 3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》)进行的。
表2
注：表2中所涉及的各种性能参数，如绞后单丝抗拉强度、绞线20℃时直流电阻、绞线拉断力等均是采用本领域常规方法(如TB/T 3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》)测得的；此外，表2中产品是否合格的判断也是采用本领域常规技术手段(如TB/T3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》)进行的。
对比例1
采用目前本领域所用常规铸杆制备(铸杆的铸造温度为1250℃，金属镁的质量百分含量为0.25％，铜液表面覆盖鳞片石墨，但不添加精炼剂，该铸杆的外径为25mm)得到的系列铜镁合金绞线所用单丝的主要技术性能指标如下表3所示，其中，由铸杆制备得到的系列单丝及铜镁合金绞线的工艺与实施例1相同。
表3
注：表3中所涉及的各种性能参数，如单丝抗拉强度、单丝20℃时电阻率、单丝导电率、单丝反复弯曲次数、单丝扭转及单丝缠绕等均是采用本领域常规方法(如TB/T 3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》)测得的；此外，表3中所涉及的外观及卷曲，产品是否合格的判断也是采用本领域常规技术手段(如TB/T 3111-2017《电气化铁路用铜及铜合金绞线》)进行的。
从表1及表3中可以看出，采用本发明所提供的铜镁合金铸杆(铜镁合金绞线用铸杆)所制造的铜镁合金绞线用单丝的导电率提升不少于1％，单丝抗拉强度提升不少于8％，可见使用该铜镁合金铸杆在提升导电率的同时还可大幅提高单丝的抗拉强度，提高铜镁合金绞线的力学性能，保证产品在使用中安全可靠。

Claims (9)

1.一种铜镁合金绞线用铸杆的铸造工艺，其特征在于，所述铸造工艺包括以下步骤：
向工频感应炉中直接加入铜含量≥99.99％的阴极铜和金属镁，再向熔化后所得的铜液中加入精炼剂，然后在铜液表面覆盖鳞片石墨，最后采用上引连铸法铸造得到所述铜镁合金绞线用铸杆。
2.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，所述金属镁的质量百分含量为0.16％-0.19％。
3.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，所述铸造温度为1250℃±10℃。
4.根据权利要求1所述的铸造工艺，其特征在于，以所述铜液的总重量为100％计，所述精炼剂包括0.08-0.12％的冰晶石、0.02-0.05％的氯化钠、0.15-0.20％的硼砂、0.02-0.05％的碳酸钠和0.12-0.25％的萤石。
5.根据权利要求1-4任一项所述的铸造工艺，其特征在于，所述铜镁合金绞线用铸杆的外径为30mm。
6.权利要求1-5任一项所述的铜镁合金绞线用铸杆的铸造工艺铸造得到的铜镁合金绞线用铸杆。
7.根据权利要求6所述的铜镁合金绞线用铸杆，其特征在于，该铸杆的外径为30mm。
8.一种铜镁合金绞线，其是采用权利要求6或7所述的铜镁合金绞线用铸杆制备得到的。
9.权利要求8所述的铜镁合金绞线作为高速铁路所用接触网线材的应用。
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