專利名稱：銅包覆鋼上引連鑄裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種同心度好、高導電率、高抗拉強度、耐腐蝕的電力架空線的生 產裝置，特別是將銅包覆于鋼芯線上的裝置，屬于復合材料制造領域。
背景技術：
銅包覆鋼(Copper clad steel wire，縮寫為CCS)，是一種以優(yōu)質碳素鋼為芯體， 以銅為表面包覆層，經加工成整體的多金屬復合材料，它既具有鋼的抗拉強度，又有銅的良 好的導電性能和耐腐蝕性能。隨著社會經濟的不斷發(fā)展，電網的負荷增加以及電源點的不 斷建設，系統(tǒng)容量也越來越大。相應各變電所的短路電流也越來越大，對于高壓輸電線路來 講，兩端變電所進出線段的地線的熱穩(wěn)定問題也顯得越來越重要，特別是對于掛有OPGW光 纜的輸電線路這一問題尤為突出。雷擊斷電線的事故較多，2005年我國21條500KV線路 上共發(fā)生47次雷擊事故，110 220KV線路總長量大，相對遭受雷擊次數特大。2008年初， 五十年最大雪災，全國110 500KV的電網因冰風雪災停運電力線路共35819條，停運的變 電所共2003座，線路因災倒塔8500基，塔桿損傷90%出現在掛有OPGW光纜一側。這是因 為國內沒有價格適中、品質優(yōu)良的銅包鋼復合光纜，只能選用過粗單線、過大直徑的鋁包鋼 光纜的缺陷所致。目前，國內生產銅包鋼的方法有鑄造熱壓法、電鍍法、銅帶壓接法、焊管包覆法、 套管包覆法和水平連鑄法等幾種。這些方法雖可生產銅包鋼，卻都有明顯的缺點如其 中的鑄造熱壓法，工藝流程長，且材料利用率低，質量較難保證；銅帶壓接法，成本要高出 15% -20% ；電鍍法因使用氰化物而公害嚴重，表面電鍍液不易洗凈而使銅變黑，最后形成 洞孔；焊管包覆法和套管包覆法都因結合力差，難以獲得滿意效果。使用熱浸涂層水平連鑄方法，即用一根較細(一般Φ 10-Φ 14)的冷鋼芯桿，水平 通過銅水池，使銅水與該移動的鋼桿表面逐步凝固成為鑄造狀態(tài)的銅包鋼桿。這種方法生 產的銅包鋼桿有如下缺點(1)鋼芯桿移動的方向與銅水冷熱對流的方向相垂直，鋼芯桿表面周圍溫度不相 等，表面吸熱的能力就不相等。銅的包覆就不均勻，出現偏心。由于包覆銅層的偏心，就限 制了產品拉拔的程度，直徑小于1. 8mm就會露鋼。(2)銅包鋼桿因自身的重量和橫臥在進出線?？谏?，在高速進線時，鋼芯桿與銅包 鋼桿產生雜亂無章的振動，使逐步凝固的鑄態(tài)組織產生偏心，同時加速了進出線模口下端 的磨損，使銅包鋼桿逐步出現不規(guī)則形態(tài)。要克服這一個缺點，就要適時更換模具，嚴重影 響了生產能力。(3)由于鋼芯桿在銅水中浸泡的時間達6-8秒，在高溫的銅水中的鋼芯表面溫度 大于760°C時，會有部分磷離子釋放到銅水中，污染了銅水，導致導電率急劇下降，使銅包鋼 的電氣性能遭到破壞。綜上所述，依上述方法生產高抗拉強度、高導電率、耐腐蝕、小截面的銅包鋼產品 是不太合適的，而電力建設又急需該產品。因此如何對現有技術進行改進，提供一種能夠克
3服現有技術缺點的生產方法與裝置，是一個值得研究與解決的技術問題。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是根據生產高抗拉強度、高導電率、耐腐蝕、小截面 的銅包鋼產品的需要，設計一套結構合理、自動化程度高、低碳節(jié)能、使用壽命長的上引連 鑄裝置，該裝置不僅能夠保證生產出來的產品具有優(yōu)良的品質，同時其巧妙的結構還保證 了設備在維修也很方便，有利于提高生產效率。為解決上述技術問題，本實用新型提供了如下技術方案，銅包覆鋼上引連鑄裝置 包括銅水預處理裝置、鋼芯線預處理裝置、收繞裝置，所述裝置還包括熔化爐、保溫爐及連 鑄爐，所述熔化爐、保溫爐及連鑄爐組裝在同一框架式平臺上，所述熔化爐與保溫爐之間、 保溫爐與連鑄爐之間通過導流槽連通。作為銅包覆鋼上引連鑄裝置的一種優(yōu)選方案，其中所述保溫爐與連鑄爐之間設 置有連鑄爐閥門，熔化爐與保溫爐之間的導流槽開設在兩爐之間的下部，所述連鑄爐的爐 底高出保溫爐的爐底，其導流槽開設在保溫爐的中部與連鑄爐的下部。作為銅包覆鋼上引連鑄裝置的一種優(yōu)選方案，其中所述框架式平臺一端置于爐 體活動支撐點，另一端連接爐體升降裝置，所述爐體升降裝置上升時帶動框架式平臺向一 側傾斜。作為銅包覆鋼上引連鑄裝置的一種優(yōu)選方案，其中所述熔化爐、保溫爐的容積為 連鑄爐的3 5倍。作為銅包覆鋼上引連鑄裝置的一種優(yōu)選方案，其中所述熔化爐、保溫爐的容積為 連鑄爐的4倍。本實用新型所述裝置由于采用了熔化爐、保溫爐與連鑄爐相連接，從而能夠對連 鑄爐起到很好的恒溫作用，保證了產品的質量，另一方面，由于本實用新型設置有爐體升降 裝置，能夠方便的將連鑄爐中的銅水轉移，從而便于維修。
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。

圖1是本實用新型所述銅包覆鋼上引連鑄方法工藝流程示意圖。圖2是本實用新型所述裝置的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1和圖2，其中1放線機，2鋼芯線，3剝皮機，4拉絲機，5拋光機，6超聲波清 洗機，7預熱及氣體保護裝置，8下導向輪1，9校直機，10壓緊機，11預熱前銅板，12銅板加 料機，13預熱后的銅板，14熔化爐，15保溫爐，16連鑄爐閥門，17連鑄爐，18連鑄爐導入口， 19下石墨模，20上石墨模結晶器，21水冷卻裝置，22銅包覆鋼線，23上導向輪1，24導管及 氣體冷卻裝置，25上導向輪2，26上導向輪3，27熱軋軋輥，28上導向輪4，29、收線機，30下 導向輪2，31下導向輪3，32爐體升降裝置，33搖臂座，34升降裝置萬向搖臂，35爐體活動支 撐點，36爐體框架平臺，37爐體底腳。銅包覆鋼線上引連鑄方法，將預熱鋼線從連鑄爐底部穿入，依次從爐內下石墨模19，經過在兩模之間吸熱包覆銅液，然后從連鑄爐頂部垂直引出，具體操作控制方法如下1、在其中心具有鋼線作芯線2，用包覆材料以實際需要的厚度包覆在該芯材的周 圍，包覆材料是由純銅板(含銅99. 99%)構成。使用優(yōu)質鋼線作為芯線(2)的原因是為了 符合電力架空導(地)線的要求，其特點是同層單絲材料、彈性模量、溫度系數、比熱容等 參數相等。還有銅與鋼之間的熱膨脹系數差小，表面不出現脫層、開裂、起泡等現象。2、銅水預處理裝置，將銅板加入預熱爐加熱，并清除銅板表面的水分及硫酸根離 子等。在銅板預加熱爐內稍加保護氣體，從而使銅板不受氧化，加料機按指令把銅板放在預 熱爐輥道，在預熱爐加熱到300°C 400°C，然后用銅板加料機12液壓推桿將銅板加入熔化 爐。熔化爐設有裝料口和扒渣口，裝料口向上敞開，以便銅板連續(xù)加入，扒渣口用于清渣和 填加木炭保溫脫氧層。保溫爐亦為工頻爐，其作用主要是控制和穩(wěn)定銅液溫度，一般控制在 1150°C 1110°C之間，氧含量控制在0.03% 0.05%之間。另一個功能是控制爐內液面 高度，在保溫爐內裝有液面探桿，用以控制液面高度。通過改變保溫爐感應器的電壓進行溫 度自動控制。3、鋼芯線2如圖經放線機1、剝皮機3、拉絲機4、拋光機5、超聲波清洗機6、預熱 及氣體保護裝置7、校直機9、壓緊機10穿入連鑄爐導入口 18。由放線機1將鋼芯線2進 入剝皮機3，剝去氧化皮，經拉絲機4將芯線拉至需要的規(guī)格，再經拋光機5，拋光機由一臺 三組高速旋轉的鋼絲輪機和三組經壓實的布輪組成，對鋼芯線360度打磨拋光，使芯線表 面清潔光亮，經超聲波清洗機6再一次清洗，進入預熱裝置7這里有氣體保護，再經下導向 輪18、校直機9、壓緊機10，從連鑄爐17底部連鑄爐導入口 18垂直向上進入石墨模腔。進 入下石墨模19與上石墨模結晶器20之間吸熱包覆銅，再經上石墨模結晶器20向上垂直引 出，后由水冷卻裝置21導管及氣體冷卻裝置24進入熱軋軋輥27進行第一次熱軋，最后由 收線機29收繞完成。4、本實用新型的一體化可傾斜式連鑄爐，是把熔化爐14保溫爐15連鑄爐17組裝 在同一活動的框架式平臺36上，在熔化爐14保溫爐15底部之間的位置設一爐體活動支撐 點35，另一端平放在爐體底腳37上，在爐體底腳37內側設一爐體升降裝置32，在需要檢修 時，松開上導向輪225，爐體升降裝置32升起，三個爐體向左傾斜15度 30度，連鑄爐17 內銅液將從導流槽回流到保溫爐15，隨即關閉連鑄爐閥門16，爐體升降裝置32下降，爐體 復位，即可進行檢修操作。在連鑄爐外側設一升降裝置萬向搖臂34，可以按需要進行手動 或自動操作。在未開機時，通過調節(jié)升降裝置萬向搖臂34使爐內上下石墨模具緊密閉合， 銅液不進入模腔；開機時，該裝置向上升起，進入連鑄狀態(tài)。為了確保在連鑄狀態(tài)時需要的 爐溫1130°C 士2. 5°C時，爐內埋設測溫探頭。測溫數據輸送給感應器，感應器把信息傳輸給 計算機管理系統(tǒng)，經計算機處理后，給升降裝置萬向搖臂34下達指令，適時調節(jié)包覆距離， 修正生產速度，使得銅液溫度、銅芯預熱溫度包覆距離、生產速度四者協調一致。連鑄爐17 如圖1內銅液應保持一定的高度。熔化爐14、保溫爐15的容積約為連鑄爐17的四倍，熔化 爐14、保溫爐15的底部在同一水平線上，導流槽開口在兩爐之間的下部，用以分離銅液中 的雜質，連鑄爐17的爐底則高出保溫爐15約20%，導流槽開口在保溫爐15中部與連鑄爐 17的下部。當在熔化爐14加入整塊新料和生產速度較快、耗用銅液較多時，由于有了保溫 爐的控溫作用，所以對銅液的溫度影響不大，能夠將連鑄爐溫差變化控制在士 左右。本 實用新型所述連鑄爐，用高密度石墨做模具，具有耐高溫、耐磨損的特點，在模具的下口，裝
5有陶瓷導入口，導入口的上端內徑與穿入的鋼芯線外徑一致；上口陶瓷模與結晶器相互配 合，其內徑等于銅包覆鋼線的外徑，陶瓷?？趯κ＞咂鸨Ｗo作用。5、研發(fā)銅包覆鋼電力架空導(地)線，產品目標明確，根據GB-T7424. 4-2003光纖 復合架空地線國家標準規(guī)定，選定其導電率為30% 40% IACS范圍。那么，我們就要做出 一系列方案進行優(yōu)化，選擇最優(yōu)方案。只需包覆一次，就能達到導電率為30% 40% IACS 的要求，其相關參數如下銅水液面高度300mm 350mm，包覆距離8cm 17cm，銅液溫度控 制在1150°C 1110°C之間，生產速度為100 200m/min。其理由如下(1)設定銅水液面高度在300mm 350mm之間，首先是利用銅液壓差提高銅的包覆 質量，其次是生產速度為100 120m/min，銅液溫差控制在1150°C 1110之間，生產效率 尚ο(2)設定包覆距離為8cm 17cm之間。包覆距離與鋼芯桿預熱溫度、生產速度、銅 液溫度密切相關。距離短，銅包覆量不充分，出現脫包現象；距離長，使得鋼芯桿在銅水中停 留時間長，部分磷離子釋放污染銅水。假定預熱溫度為600°C，生產速度為120m/min，爐內溫度1130°C 士2. 5°C時，包覆 距離則選擇17cm ；預熱溫度為700°C時，生產速度為lOOm/min，爐內溫度1130°C 士2. 5°C 時，包覆距離8cm。在爐內裝有測溫裝置、液面探桿等，與感應器相連，感應器將相關數據輸入計算 機，由計算機處理后，給各調節(jié)裝置下達指令，對鋼芯桿預熱溫度、生產速度、包覆距離、爐 內溫度適時進行微調，讓生產始終處于最佳狀態(tài)。在生產大截面(上限17mm)，大導電率(上限80%IACS)時，除進行上述調節(jié)之外， 還要在產品第一次包覆引出爐后進行熱軋，以增強銅與鋼的金屬結合。6、一體化可傾斜式連鑄爐，未開機時，通過安裝在連鑄爐17外側的升降裝置萬向 搖臂(34)使爐內石墨模具準確閉合，銅液不進入模腔；開機時，升降裝置升起，控制覆銅距 離，進入連鑄狀態(tài)。檢修時，一體化爐體升降裝置32從連鑄爐底部一側將爐子整體頂起，傾 斜15° -30°，銅液從連鑄爐經導流槽回流到保溫爐15，然后關閉連鑄爐閥門16，再將爐體 復位應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照 較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實 用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍， 其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求一種銅包覆鋼上引連鑄裝置，包括銅水預處理裝置、鋼芯線預處理裝置、收繞裝置，其特征在于所述裝置還包括熔化爐(14)、保溫爐(15)及連鑄爐(17)，所述熔化爐(14)、保溫爐(15)及連鑄爐(17)組裝在同一框架式平臺(36)上，所述熔化爐與保溫爐之間、保溫爐與連鑄爐之間通過導流槽連通。
2.根據權利要求1所述的銅包覆鋼上引連鑄裝置，其特征在于所述保溫爐(15)與連 鑄爐(17)之間設置有連鑄爐閥門(16)，熔化爐與保溫爐之間的導流槽開設在兩爐之間的 下部，所述連鑄爐的爐底高出保溫爐的爐底，其導流槽開設在保溫爐的中部與連鑄爐的下 部。
3.根據權利要求1所述的銅包覆鋼上引連鑄裝置，其特征在于所述框架式平臺(36) 一端置于爐體活動支撐點(35)，另一端連接爐體升降裝置(32)，所述爐體升降裝置上升時 帶動框架式平臺向一側傾斜。
4.根據權利要求1所述的銅包覆鋼上引連鑄裝置，其特征在于所述熔化爐、保溫爐的 容積為連鑄爐的3 5倍。
5.根據權利要求4所述的銅包覆鋼上引連鑄裝置，其特征在于所述熔化爐、保溫爐的 容積為連鑄爐的4倍。專利摘要本實用新型公開了一種銅包覆鋼上引連鑄裝置，其關鍵在于將預熱鋼芯線從連鑄爐底部進入，依次從爐內銅水中連續(xù)鑄造包覆后再從連鑄爐上部垂直拉出。本實用新型所述裝置由于采用了熔化爐、保溫爐與連鑄爐相連接，從而能夠對連鑄爐起到很好的恒溫作用，保證了產品的質量，另一方面，由于本實用新型設置有爐體升降裝置，能夠方便的將連鑄爐中的銅水轉移，從而便于維修。
文檔編號H01B13/00GK201655426SQ20102015383
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權日2010年4月9日
發(fā)明者秦志春, 黃國華 申請人:秦志春;黃國華