CN113102494B - 一种锌铜复合接地线及其制备方法 - Google Patents

一种锌铜复合接地线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锌铜复合接地线及其制备方法，所述的制备方法，包括如下步骤：将锌铜复合接地线进行轧制处理，然后进行退火、保温后即成。本发明所述的锌铜复合接地线解决在埋地工程中铜质材料与钢质材料的电化学腐蚀问题，在纯铜线材表面均匀包覆一层锌合金层，在解决电化学腐蚀问题的同时，提升产品在低土壤电阻率地区的抗腐蚀性，以适应电力工程等有特殊需要的工程应用场景。

Description

一种锌铜复合接地线及其制备方法
技术领域
本发明属于防雷接地线领域，尤其是涉及一种锌铜复合接地线及其制备方法。
背景技术
目前在电力防雷接地行业，其使用的普遍为以纯铜为主的接地材料，主要为纯铜线(绞线)、铜覆钢防雷接地线等。但是在低土壤电阻率地区(土壤电阻率在20Ω.m及以下时)，土壤环境是高腐蚀环境，根据DL/T 5394-2007电力工程地下金属构筑物防腐技术导则标准7.2.1中明确规定，土壤电阻率在20Ω.m及以下时，接地材料不宜采用铜材。因铜的电位较钢正，与其他地下金属如钢会产生电位差，从而对其他钢质材料产生电化学腐蚀，从而影响建筑物的运行安全。为了解决这一普通性存在的矛盾，研发出新型的防雷接地材料就尤为重要。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种锌铜复合接地线及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种锌铜复合接地线的制备方法，包括如下步骤：将锌铜复合接地线进行轧制处理，然后进行退火、保温后即成。轧制处理的目的是为使锌合金材料更加均匀的进入纯铜绞线与绞线间内部，同时提升复合锌铜接地线的塑性与韧性。
进一步，所述的退火步骤的温度为260-320℃；所述的退火步骤的升温时间为10-30分钟。
进一步，所述的保温步骤的时间为60-120分钟。保温后随炉降温至室温后移出退火炉。
进一步，所述的锌铜复合接地线由包括如下步骤的方法制成：将纯铜线进行校直处理、水平连铸处理后即得。将纯铜线材放至纯铜线开圈机上，拉出一头经线缆校直机进行校直处理，为下一步进入水平连铸机组中的结晶器做好准备。
进一步，所述的水平连铸处理包括如下步骤：将经校直处理后的纯铜线穿入水平连铸机组的结晶器内，将处于熔融状态的锌合金注入结晶器内与所述的经校直处理后的纯铜线结合即成；所述的水平连铸步骤的温度为450-550℃；所述的水平连铸步骤使用的冷却水的温度为35-45℃。要求炉内温度控制在450-550度之间，确保锌合金处理熔融状态。纯铜线浸入水平连铸机组中的锌液，然后进行对应的结晶器进行冷却，达到需要规格的锌层厚度。将均匀包覆锌合金的产品进入牵引机组，将后续覆锌的锌铜接地线均匀的引出。
进一步，所述的轧制处理步骤中锌铜复合接地线的线径收缩比为25-50％；所述的轧制处理步骤中每组线径收缩比小于等于15％。轧制处理目的是使复合接地金属材料表面光亮，去除连铸工艺中的结晶纹；同时改变锌铜复合结地线金属的分子结构，提升产品的抗形变性能。过大的收缩比，会使锌铜复合接地线表面金属材料受损或起飞边毛刺，影响产品质量。
进一步，所述的锌合金中包含锌与铜、镁、铝、镉、锑、硒、铅或钛中的至少一种；所述的纯铜线为纯铜绞线、单芯纯铜线或多芯纯铜线中的至少一种；所述的纯铜线中的铜为T2紫铜材质。锌合金中包含多种金属，以起到细化锌合金组织，提高蠕变强度，在加工时不易开裂、变形的作用。
一种锌铜复合接地线，该接地线由锌铜复合接地线经轧制处理、退火、保温后得到。
进一步，所述的退火的温度为260-320℃；所述的退火的升温时间为10-30分钟；所述的保温的时间为60-120分钟。
一种制备锌铜复合接地线的生产线，所述的生产线依次设置有开卷机、线缆校直机、水平连铸机、牵引机、线缆轧制机、线缆收线机、加热工业退火炉。
本发明所述的锌铜复合接地线的制备方法的综合工艺参数及操作简单，生产复合锌铜接地线的生产设备都为市场上成熟的产品设备，易于定制与取得。产品生产无论是铜线材的退火加热、还是产品水平连铸以及后续的轧制生产，设备都可以实现程序化控制，以确保产品性能的稳定以及设备操作的简单可控。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的锌铜复合接地线解决在埋地工程中铜质材料与钢质材料的电化学腐蚀问题，在纯铜线材表面均匀包覆一层锌合金层，在解决电化学腐蚀问题的同时，提升产品在低土壤电阻率地区的抗腐蚀性，以适应电力工程等有特殊需要的工程应用场景。
本发明所述的锌铜复合接地线在铜的表面复合了一定厚度的锌层，使其的抗腐蚀性能大大增加，提升了产品的使用寿命，从而确保了项目工程的安全运行。
本发明所述的锌铜合金接地线采用水平连铸、扎制及退火工艺制成，水平连铸可以确保锌合金与纯铜线(绞线)在高温状态下实现二种材料间的冶金结合，提升二种金属表面的结合力，扎制工艺改变复合锌铜接地金属的性质，提升产品的抗形变能力，退火工艺可以取消经过扎制工艺后材料本身存的应力，进一步稳定产品的抗形变能力。
本发明所述的锌铜合金接地线可以满足产品入地防腐的要求，以锌在极强腐蚀土壤环境中以每年腐蚀0.006-0.015MM/a计算(国际防腐权威《尤利格腐蚀手册》)，产品可以有效防腐66.7年，可以满足建筑物的使用年限(常规工业建筑物使用年限为50年)，同时产品可以进行直身直径20倍为转弯半径的折弯，产品性能可以满足施工需求。
附图说明
图1为本发明实施例所述的制备锌铜复合接地线的生产线的示意图；
图2为本发明实施例所述的锌铜复合接地线的截面图；
图3为本发明实施例所述的锌铜复合接地线弯折70度后的产品图；
图4为本发明实施例所述的锌铜复合接地线弯折145度后的产品图。
图5为本发明对比例所述的锌铜复合接地线弯折15度后开裂的产品图。
附图标记说明：
1、开卷机；2、线缆校直机；3、水平连铸机；4、牵引机；5、线缆轧制机；6、线缆收线机；7、加热工业退火炉。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
生产总直径为16.2mm，锌层厚度为1mm，纯铜绞线为120mm2的产品为例，其具体的工艺流程及工艺参数如下：
(1)原材料为T2纯铜绞线，绞线规格为185mm2，锌合金采用含AL为0.25-5％，铜含量为2-3％，0.002-0.008wt％的锑和0.002-0.005wt％的硒，以及少量铁、镁、锡、镉，余量为锌的锌合金。
(2)将纯铜绞线产品放置在线缆开卷器上进行开卷处理，开卷器为无动力装置，靠前方牵引机牵引转动。
(3)将纯铜绞线引入线缆校直机，线缆校直机为无动力装置，其拥有横竖共8组加前后中心固定轮各一组，前后中心轮固定主要是为了固定纯铜绞线在开圈过程中避免上下跳动，从而使纯铜线缆始终处于校直机中心，以及引出线缆始终与水平连铸机铸中结晶模具中心位保持一致，以解决水平连铸中锌合金层包覆时的均匀度问题。
(4)将经行校直处理过的纯铜线穿入水平连铸机组结晶器，结晶器模具选用与水平连铸相配套的模具规格进行水平连铸。此时水平连铸炉温控制在500-550℃，进行水平连铸处理，确保锌合金融化后一直处于融熔状态，确保流动性，从而达到与铜质线缆达到精密分子结合的锌铜复合接地线。同时外部冷却水需要保持在35-45℃间，以确保冷却水冷却结晶器内结晶模具，从而取得表面结合均匀，无斑点或缺锌现象的锌铜复合接地线。
(5)将连铸完成的锌铜复合接地线经牵引机组进行牵引输出，牵引速度控制在每分钟50-80cm生产效率，合理的速度是为了使锌合金液均匀的包覆在铜芯线缆上，为水平连铸炉内的结晶冷却取得时间，过快的速度将使产品结晶不均匀，产生产品表面缺陷的产品。
(6)将水平连铸完成锌铜复合接地线引入轧制机线，扎制机组根据当前规格选用8组轧制机组，选用以下规格型号：
总体参数：
Figure BDA0003019641090000061
Figure BDA0003019641090000071
轧辊规格及动力配置：
Figure BDA0003019641090000072
冷却系统：
Figure BDA0003019641090000073
稀油润滑系统：
①工作压力 0.25-0.4mpa
②油箱容积 0.8m3
③润滑方式 内循环润滑
(7)产品经过扎制后经收线机组进行收线，收线后就检验合格就可以取得符合要要求的锌铜复合接地线。生产所得为总直径为16.2mm，锌层厚度为1mm，纯铜绞线为120mm2的产品。
(8)将进行整理过的锌铜复合接地线移入工业加温退火炉中，退火炉的温度调试为320℃，加工量为1000米，进行加温时间为30分钟，退火炉温度到达设定限值后随炉保温90分钟，保温时间到达后，关闭加温，使产品在炉内随炉除温并保持炉内热风循环。产品从保温降至室温时间用时9小时18分钟。
(9)将冷却至常温状态下的锌铜复合接地线进行检测，包装即成。该产品可以在常温下，在以其自身直径20倍为转弯半径时实现折弯90度，表面锌层不开裂，同时锌合金层与铜线缆表面达到分子结合，使产品与纯铜绞线紧密结合，即强化了产品抗腐蚀性能，同时又能满足在防雷接地中承受故障大电流的需求。
对比例1
生产总直径为16.2mm，锌层厚度为1mm，纯铜绞线为120mm2的产品为例，其具体的工艺流程及工艺参数如下：
(1)原材料为T2纯铜绞线，绞线规格为120mm2，锌合金采用含铜含量为2-3％，0.002-0.008wt％的锑和0.002-0.005wt％的硒，以及少量铝、铁、镁、锡、镉，余量为锌的锌合金。
(2)将纯铜绞线产品放置在线缆开卷器上进行开卷处理，开卷器为无动力装置，靠前方牵引机牵引转动。
(3)将纯铜绞线引入线缆校直机，线缆校直机为无动力装置，其拥有横竖共8组加前后中心固定轮各一组，前后中心轮固定主要是为了固定纯铜绞线在开圈过程中避免上下跳动，从而使纯铜线缆始终处于校直机中心，以及引出线缆始终与水平连铸机铸中结晶模具中心位保持一致，以解决水平连铸中锌合金层包覆时的均匀度问题。
(4)将经行校直处理过的纯铜线穿入水平连铸机组结晶器，结晶器模具选用与水平连铸相配套的模具规格进行水平连铸。此时水平连铸炉温控制在500-550℃，进行水平连铸处理，确保锌合金融化后一直处于融熔状态，确保流动性，从而达到与铜质线缆达到精密分子结合的锌铜复合接地线。同时外部冷却水需要保持在35-45℃间，以确保冷却水冷却结晶器内结晶模具，从而取得表面结合均匀，无斑点或缺锌现象的锌铜复合接地线。
(5)将连铸完成的锌铜复合接地线经牵引机组进行牵引输出，牵引速度控制在每分钟50-80cm生产效率，合理的速度是为了使锌合金液均匀的包覆在铜芯线缆上，为水平连铸炉内的结晶冷却取得时间，过快的速度将使产品结晶不均匀，产生产品表面缺陷的产品。
(6)将水平连铸复合接地线进行产品抗折弯检测，产品经过约15度左右折弯，产品就出现锌合金层开裂现象，如图5所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锌铜复合接地线的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将锌铜复合接地线进行轧制处理，然后进行退火、保温后即成；
所述的退火步骤的温度为260-320℃；所述的退火步骤的升温时间为10-30分钟；
所述的保温步骤的时间为60-120分钟；
所述的轧制处理步骤中锌铜复合接地线的线径收缩比为25-50%；所述的轧制处理步骤中每组线径收缩比小于等于15%。
2.根据权利要求1所述的锌铜复合接地线的制备方法，其特征在于：所述的锌铜复合接地线由包括如下步骤的方法制成：将纯铜线进行校直处理、水平连铸处理后即得。
3.根据权利要求2所述的锌铜复合接地线的制备方法，其特征在于：所述的水平连铸处理包括如下步骤：将经校直处理后的纯铜线穿入水平连铸机组的结晶器内，将处于熔融状态的锌合金注入结晶器内与所述的经校直处理后的纯铜线结合即成；所述的水平连铸步骤的温度为450-550℃；所述的水平连铸步骤使用的冷却水的温度为35-45℃。
4.根据权利要求3所述的锌铜复合接地线的制备方法，其特征在于：所述的锌合金中包含锌与铜、镁、铝、镉、锑、硒、铅或钛中的至少一种；所述的纯铜线为纯铜绞线、单芯纯铜线或多芯纯铜线中的至少一种；所述的纯铜线中的铜为T2紫铜材质。
5.一种使用权利要求1-4中任一项所述的制备方法制备得到的锌铜复合接地线，其特征在于：该接地线由锌铜复合接地线经轧制处理、退火、保温后得到。
6.根据权利要求5所述的锌铜复合接地线，其特征在于：所述的退火的温度为260-320℃；所述的退火的升温时间为10-30分钟；所述的保温的时间为60-120分钟。
7.一种权利要求1-4中任一项所述的制备方法所使用的制备锌铜复合接地线的生产线，其特征在于：所述的生产线依次设置有开卷机、线缆校直机、水平连铸机、牵引机、线缆轧制机、线缆收线机、加热工业退火炉。
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