CN113658759B - 一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法 - Google Patents

一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法，包括以下步骤：大截面高纯坯杆连续铸造、铜坯杆冷拉拔、多辊冷轧制、剥皮冷拉丝、全退扭绞制。本发明生产出来的纯铜承力索绞线整绳拉断力显著提升，高出铁标要求1.5‑2KN，绞线单丝的抗拉强度、导电率、折弯性能等关键指标也均有明显提升，不仅大幅提高了产品的综合性能，更好的满足铁路标准，而且相比一些传统工艺从生产制造成本上有明显的降低。实际生产应用过程中，工艺控制更为稳定，有利于大长度连续性的生产制造。

Description

一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法
技术领域
本发明属于铜加工技术领域，具体涉及一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法。
背景技术
承力索（绞线）作为电气化铁路接触网线材之一，承担着输电和悬挂接触线双重作用的重要导线。由于铁路的特殊作业条件和环境，要求承力索具备导电强、受流好，具有良好的载流能力；同时具备高强度，以保证承力索在架设后变形小、弧垂均匀，能承受机车高速行驶过程中传递的振动，以及风、冰、雨、雪等自然环境外力载荷作用。随着我国电气化铁路及城市轨道交通的快速发展，对接触网线材的质量也要求越来越高，新铁标更是对抗拉强度、整绳拉断力等指标有更高要求。目前传统工艺及现有的技术，生产出的纯铜承力索单丝强度、导电性能等指标普遍不高，整绳拉断力也难以稳定的提升，工艺控制参数余量小，在批量生产过程中极易造成废品，从而影响整体的成材率及优良率。
传统的工艺通常利用工频上引炉生产坯杆，坯杆氧含量10-20ppm，控制相对较高，坯杆直径也以φ20-28mm为主，后续冷加工变形量小。或者以连铸+热连轧的方式，坯杆中氧含量300ppm以内，虽产量得以提高，但整体性能普遍较低，整绳拉断力较难满足标准要求。另外还有一些工艺是通过添加一些银等微量元素，以提纯铜高线材的抗拉强度；或是放大单丝的线径，以提高整绳的拉断力，但实际上效果并不明显，同时又会额外增加制造成本。
发明内容
本发明提供一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法，所述方法包括以下步骤：
A、以纯度为99.995%以上的高纯阴极铜板作为原料，将铜板烘烤后加入到1250℃的高纯石墨坩埚炉内进行熔化，坩埚外部采用惰性气体保护，铜液液面则采用石墨颗粒及鳞片石墨进行覆盖，减少热量损失并隔绝空气，覆盖厚度80-100mm，控制铜液温度为1200±5℃，冷却水流量45L/min，最后通过结晶器上引铸造出直径φ30-32mm的大截面坯杆；因为采用高纯石墨坩埚熔炼，铜液中的杂质元素＜30ppm，坯杆中氧含量＜3ppm，故坯料杆的导电性＞102.2%；
B、将φ30mm及以上的大截面坯杆经过连续冷拉拔，拉拔毂轮直径为φ1250mm，经过3-4道次减面拉拔，每道次的变形量保证在18-25%，拉拔过程中通过剥皮装置，去除铸态杆粗糙的表面组织及拉拔后的不均匀褶皱，制成直径φ19.5-20mm的高质量坯杆，保证拉拔过程中整体的冷变形量＞60%；
C、将拉拔后的坯杆再经过12辊轧机冷轧，乳液浓度8-10%，经过水平方向和垂直方向的连续压延，晶粒组织得到均匀细化，轧制出的φ8.0mm铜杆，强度＞450Mpa；
D、φ8.0mm铜杆在拉丝前经过剥皮，剥皮深度为0.1-0.2mm，彻底的去除冷轧后的线杆的氧化膜层，再经过多道次毂轮拉拔，制成2.0-3.0mm规格尺寸的铜单丝，其中φ2.80mm单丝强度达到480Mpa，φ2.25mm单丝强度达到500Mpa；
E、将多根单丝按照铁标规定的绞合结构进行绞制，控制恒张力且水平放线，每层成型后均采用一组14轮去应力装置，最大程度消除绞合过程中产生的内部应力，生产出高强度纯铜承力索绞线。
所述步骤B的拉拔模具和毂轮均采用内部水冷，外部乳液冷却的方式。
本发明与现有技术相比具有以下优点：生产出来的纯铜承力索绞线整绳拉断力显著提升，高出铁标要求1.5-2KN，绞线单丝的抗拉强度、导电率、折弯性能等关键指标也均有明显提升，不仅大幅提高了产品的综合性能，更好的满足铁路标准，而且相比一些传统工艺从生产制造成本上有明显的降低。实际生产应用过程中，工艺控制更为稳定，有利于大长度连续性的生产制造。
具体实施方式
一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法，所述方法包括以下步骤：
A、以纯度为99.995%以上的高纯阴极铜板作为原料，将铜板烘烤后加入到1250℃的高纯石墨坩埚炉内进行熔化，坩埚外部采用惰性气体保护，铜液液面则采用石墨颗粒及鳞片石墨进行覆盖，减少热量损失并隔绝空气，覆盖厚度80-100mm，控制铜液温度为1200±5℃，冷却水流量45L/min，最后通过结晶器上引铸造出直径φ30-32mm的大截面坯杆；因为采用高纯石墨坩埚熔炼，铜液中的杂质元素＜30ppm，坯杆中氧含量＜3ppm，故坯料杆的导电性＞102.2%；
B、将φ30mm及以上的大截面坯杆经过连续冷拉拔，拉拔毂轮直径为φ1250mm，经过3-4道次减面拉拔，每道次的变形量保证在18-25%，拉拔过程中通过剥皮装置，去除铸态杆粗糙的表面组织及拉拔后的不均匀褶皱，制成直径φ19.5-20mm的高质量坯杆，保证拉拔过程中整体的冷变形量＞60%；
C、将拉拔后的坯杆再经过12辊轧机冷轧，乳液浓度8-10%，经过水平方向和垂直方向的连续压延，晶粒组织得到均匀细化，轧制出的φ8.0mm铜杆，强度＞450Mpa；
D、φ8.0mm铜杆在拉丝前经过剥皮，剥皮深度为0.1-0.2mm，彻底的去除冷轧后的线杆的氧化膜层，再经过多道次毂轮拉拔，制成2.0-3.0mm规格尺寸的铜单丝，其中φ2.80mm单丝强度达到480Mpa，φ2.25mm单丝强度达到500Mpa；
E、将多根单丝按照铁标规定的绞合结构进行绞制，控制恒张力且水平放线，每层成型后均采用一组14轮去应力装置，最大程度消除绞合过程中产生的内部应力，生产出高强度纯铜承力索绞线。
所述步骤B的拉拔模具和毂轮均采用内部水冷，外部乳液冷却的方式。
实施例1
按照上述发明步骤：将高纯阴极铜板加入到1250℃的石墨坩埚中进行熔化，炉体内持续保持惰性气氛，铜液温度控制在1195-1205℃，覆盖剂采用100目的磷片石墨，覆盖厚度必须保证在80-100mm。引杆生产后，铸造速度250-280mm/min，控制水流量45L/min以上，铜液可通过装有石墨模具及内管的结晶器连续稳定的铸造出φ30-32mm铜杆，落盘成卷重量在4吨左右。整个铸造过程中需控制铜液中的氧的质量百分比≤3ppm，硫的质量百分比≤5ppm，其他杂质元素质量百分比≤20ppm，坯杆抗拉强度≥200Mpa，伸长率40%-42%，导电率≥102%IACS。
铸造成卷的φ30-32mm铜杆，通过直径为φ1250mm毂轮的巨型拉机进行冷拉拔，选用模具时控制每道次的变形量在18-25%，整体的冷加工率≥60%以上。乳液浓度20-25%，拉拔速度控制在15-20m/min，φ19.5-20mm坯料成卷采用1400mm铁盘收线。落盘后的铜坯杆抗拉强度≥350Mpa。
冷拉拔后的φ19.5-20mm铜坯杆通过12辊轧机冷轧，控制轧制速度2-3m/s，乳液浓度5-8%，出杆后Φ8.0mm成卷采用架装收线。Φ8.0mm抗拉强度≥440Mpa，伸长率3.0-3.5%，导电率可达到99.75%IACS。
冷轧制后的φ8.0mm铜坯杆，在拉丝前经过剥皮处理，剥皮深度0.1-0.2mm，去除线表的CuO及Cu2O，拉拔速度6-12m/s，乳液浓度8-12%，过线模具每道次的加工量控制在20-22%，成品模加工量在15-18%，最终成盘单丝采用630铁盘收线。Φ2.8mm单丝抗拉强度≥470Mpa，导电率可达到99.54%IACS，Φ2.25mm单丝抗拉强度≥490Mpa，导电率达到99.37%IACS。反复弯曲≥11裂/15断。
拉拔后的单丝按照铁标JT70/JT95/JT120/JT150规定结构，在全退扭的绞线设备上进行装盘，调节并保持所有单丝的张力一致，每层成型后均采用一组14轮去应力装置，包括7轮水平压轮，7轮垂直压轮，控制压线角度在30°，压轮间距为80-150mm，最终保持60-80%速度完成收线。具体技术参数见下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
A、以纯度为99.995%以上的高纯阴极铜板作为原料，将铜板烘烤后加入到1250℃的高纯石墨坩埚炉内进行熔化，坩埚外部采用惰性气体保护，铜液液面则采用石墨颗粒及鳞片石墨进行覆盖，覆盖厚度80-100mm，控制铜液温度为1200±5℃，冷却水流量45L/min，最后通过结晶器上引铸造出直径φ30-32mm的大截面坯杆；
B、将φ30mm及以上的大截面坯杆经过连续冷拉拔，拉拔毂轮直径为φ1250mm，经过3-4道次减面拉拔，每道次的变形量保证在18-25%，拉拔过程中通过剥皮装置，制成直径φ19.5-20mm的高质量坯杆，保证拉拔过程中整体的冷变形量＞60%；
C、将拉拔后的坯杆再经过12辊轧机冷轧，乳液浓度8-10%，经过水平方向和垂直方向的连续压延，轧制出的φ8.0mm铜杆，强度＞450Mpa；
D、φ8.0mm铜杆在拉丝前经过剥皮，剥皮深度为0.1-0.2mm，再经过多道次毂轮拉拔，制成2.0-3.0mm规格尺寸的铜单丝，其中φ2.80mm单丝强度达到480Mpa，φ2.25mm单丝强度达到500Mpa；
E、将多根单丝按照铁标规定的绞合结构进行绞制，控制恒张力且水平放线，每层成型后均采用一组14轮去应力装置，生产出高强度纯铜承力索绞线。
2.根据权利要求1所述的一种高强度纯铜承力索绞线的生产方法，其特征在于：所述步骤B的拉拔模具和毂轮均采用内部水冷，外部乳液冷却的方式。
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