專利名稱：熱浸涂銅包鋼的上引成型方法及其上引成型裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)銅包鋼的方法和設(shè)備，特別是一種使用熱浸涂生產(chǎn)銅包鋼 的方法和設(shè)備，屬于在鋼桿基體上浸鑄銅水的鍍覆領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
銅包鋼(Copper clad steel wire)簡寫為CCS。是一種在鋼芯線材表面包上銅的 雙金屬線； 一般銅層的包覆比為20%~30%、導(dǎo)電率為21 40%IACS。生產(chǎn)方法主要有； 鑄造熱壓法、電鍍法、銅帶壓接法、熱浸涂法、焊管包覆法、套管包覆法六種。這些方 法雖可生產(chǎn)銅包鋼，但卻有明顯的缺點。如其中的鑄造熱壓法(鑄軋法)的工藝流程較長， 且材料利用率偏低，質(zhì)量較難保證；電鍍法因使用氰化電鍍液有毒而公害嚴(yán)重，表面電 鍍液不易洗凈而使銅變色成黑銅；銅帶壓接法需用銅帶而使成本過高(高12 16%); 焊管包覆法和套管包覆法都因結(jié)合力難以獲得滿意的結(jié)果而未被采用。
使用熱浸涂鑄造法生產(chǎn)銅包鋼，目前均為水平鑄造法，即用一根較細的冷鋼芯 桿，水平通過銅水池，使銅水與該移動的鋼芯桿表面逐步凝固結(jié)合成較粗的鑄造狀態(tài) 的銅包鋼桿。這種方法雖可生產(chǎn)銅包鋼，但卻有明顯的不可克服的缺點。這些缺點主 要在于
(1) 鋼芯桿移動的方向與銅水冷熱對流方向相垂直，鋼芯桿表面周環(huán)溫度不相等， 表面吸熱的能力就不等，銅的包覆就不均勻出現(xiàn)偏心。由于鍍層偏心的存在就限制了產(chǎn)
品規(guī)格，單絲直徑不得小于1. 8ram。
(2) 銅包鋼桿因自身的重量和橫臥在進出線摸口上，在高速拉線時，鋼芯桿與銅包 鋼桿產(chǎn)生雜亂無章的振動，使逐步凝固結(jié)合的鑄態(tài)組織產(chǎn)生不對稱(偏心)，同時也加 速了進、出線摸口的磨損，增大銅包鋼桿不圓度。故產(chǎn)品速度就不得提高， 一般不超過 2M/min 。
(3) 由于鋼芯桿在銅水中浸泡時間過長，在高溫的銅水中通過的鋼芯表面溫度〉 760°C會有部份磷離子游離到銅水中，污染銅水，導(dǎo)致導(dǎo)電率急劇下降，使銅包鋼的電 氣性能遭到破壞
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是為了克服上述方法生產(chǎn)銅包鋼的不足之處，提供一種能生產(chǎn) 出高導(dǎo)電率和結(jié)合力強的適合電網(wǎng)架空用銅包鋼導(dǎo)線和地線的熱浸涂銅包鋼的上引 成型方法。
本發(fā)明的另一個目的是根據(jù)上述的上引成型方法，提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，生產(chǎn) 效率高，使用壽命長的熱浸涂銅包鋼的上引成型裝置。
本發(fā)明的熱浸涂銅包鋼的上引成型方法，關(guān)鍵在于將預(yù)熱鋼桿從坩堝的底部進 入，依次從坩堝內(nèi)的銅水中浸涂后再從坩堝的上部垂直拉出，所述鋼桿預(yù)熱溫度為 60 500°C，銅水溫度為U60 1108。C，鋼桿在銅水中的浸涂距離為6 15mm，浸涂后 的銅包鋼桿從坩堝拉出的生產(chǎn)速度為60 100M/min。調(diào)節(jié)溫度、浸涂距離和生產(chǎn)速 度可控制銅層厚度，如浸涂距離長和生產(chǎn)速度快，則銅層厚度??；反之，浸涂距離短 和生產(chǎn)速度慢，則銅層厚度厚。
本發(fā)明的熱浸涂銅包鋼的上引成型裝置,包括銅水預(yù)處理裝置、鋼桿預(yù)處理裝置、 坩堝、收繞裝置，還包括下石墨管、上石墨管、冷卻管、提升管和提升裝置，所述下 石墨管的下端固裝在坩堝底部，下石墨管的上端垂直浸泡在坩堝內(nèi)的銅水中與上石墨 管的下端同軸對接，上石墨管的上端固裝在冷卻管下端，冷卻管上端從頂部伸出坩堝 并經(jīng)提升管與提升裝置連接，銅水預(yù)處理裝置為恒溫坩堝提供設(shè)定高度的銅水，經(jīng)鋼 桿預(yù)處理裝置校直處理和預(yù)熱后的鋼桿從下石墨管垂直進入坩堝，再經(jīng)上石墨管和冷 卻裝置與收繞裝置連接。
在未開機時，為了防止銅水進入石墨管而造成銅水污染、導(dǎo)電率下降，銅包鋼的 電氣性能遭到破壞?？蓪⑾率艿纳隙丝谠O(shè)計為上凸型端口；上石墨管的下端口設(shè) 計成上凹型端口，使凹、凸端口同軸對接，緊密相聯(lián)，能確保在未開機時的銅水進不 了石墨管，而在開機工作時，由于鋼桿在銅水中浸涂的時間很短且上升速度很快，高 溫的銅水遇冷凝結(jié)在鋼桿上的銅包鋼桿從上石墨管引出也進不了下石墨管，而此時在 銅水中經(jīng)過的鋼桿溫度控制在72(TC左右，遠低于760'C，能做到保護銅水不受污染。 為了利用銅液壓差提高銅的包裹質(zhì)量，可將下石墨管的上凸型端口設(shè)計在銅液面下的 250 300mm之間。為了延長了石墨管的使用壽命，可在下石墨管的下端設(shè)有高強度 合金的下口模，下口模內(nèi)徑等于待涂鋼桿外徑，上石墨管的下端鑲嵌有高強度合金的 上口模，上口模的內(nèi)徑等于浸涂后的銅包鋼桿外徑。
本發(fā)明的熱浸涂銅包鋼的上引成型裝置中所述的銅水預(yù)處理裝置包括運送輥道、 電解銅板、銅板加料機、預(yù)熱裝置、熔化保溫裝置；所述收繞裝置包括冷卻裝置、上部傳動裝置、導(dǎo)管、入口調(diào)節(jié)器、單頭拉線機、出口調(diào)節(jié)器、繞桿機和收線架；所述 鋼桿預(yù)處理裝置包括放線架、轉(zhuǎn)向輪、單頭拉線機、剝皮模及冷卻裝置、主傳動裝置、 鋼桿校直裝置和鋼桿預(yù)熱裝置；所述銅水預(yù)處理裝置為坩堝提供適當(dāng)高度的銅水，鋼 桿從放線架上放出，依次經(jīng)轉(zhuǎn)向輪、單頭拉線機、剝皮模及冷卻裝置、主傳動裝置、 鋼桿校直裝置和鋼桿預(yù)熱裝置，垂直進入坩堝熱涂銅層而成銅包鋼后，再依次經(jīng)冷卻 裝置、上部傳動裝置、導(dǎo)管、入口調(diào)節(jié)器、單頭拉線機、出口調(diào)節(jié)器和繞桿機、將銅 包鋼繞制在收線架上。
本發(fā)明的熱浸涂銅包鋼的上引成型方法，是在現(xiàn)有的熱浸涂法生產(chǎn)無氧銅桿的技 術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上對其進行研究和改造，主要是將現(xiàn)有的水平成型改為垂直上引成型， 使鋼桿表面周環(huán)溫度相等，表面吸熱的能力相等，徹底解決了銅包覆的偏心難題，使 產(chǎn)品速度不再受偏心限制而大幅度提高，又因?qū)摋U預(yù)熱溫度、銅水溫度、浸涂距離 和浸涂速度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，可將銅包鋼桿溫度控制在720'C以下，既能使銅鋼界面 具有足夠的結(jié)合強度，又能有效避免鋼桿中的磷離子進入而污染銅水，使銅包鋼產(chǎn)品 具有高強度、高導(dǎo)電率和低成本等優(yōu)點。本發(fā)明所用的裝置，是在現(xiàn)有的熱浸涂銅包 鋼的水平鑄造裝置的基礎(chǔ)上，主要是將坩堝中的石墨管由水平安裝改為垂直安裝，并 設(shè)有校直處理裝置和上石墨管相應(yīng)的提升裝置，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，生產(chǎn)效率高等優(yōu) 點，還由于在上石墨管的下端口設(shè)計成上凹型并鑲嵌有高強度合金的上口模，下石墨 管的上端口設(shè)計成上凸型并在下端口鑲嵌有高強度合金的下口模，可以有效的延長最 容易受損的石墨管的使用壽命，通過更換高強度合金上、下口模，還可使石墨管的壽 命成倍延長。是一種優(yōu)質(zhì)高效的熱浸涂銅包鋼的新方法和新設(shè)備。能生產(chǎn)出包覆比為 14% 65%、導(dǎo)電率為21 70%IACS的高導(dǎo)電率和結(jié)合力強的銅包鋼桿，再經(jīng)現(xiàn)有的拉 絲設(shè)備即可生產(chǎn)出各種直徑的銅包鋼絲，最適合電網(wǎng)的架空導(dǎo)線和架空避雷線使用。


圖1是本發(fā)明中的坩堝的一種靜態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明中的坩堝的一種動態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的一種總體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的熱浸涂銅包鋼的上引成型方法，關(guān)鍵在于將預(yù)熱鋼桿從坩堝的底部進 入，依次從坩堝內(nèi)的銅水中浸涂后再從坩堝的上部垂直拉出，所述溫度等參數(shù)的具體 控制方法再作進一步詳細描述如下
51、 鋼桿預(yù)熱溫度與導(dǎo)電率成反比，導(dǎo)電率21 7096IACS對應(yīng)預(yù)熱溫度為500 60 °C，當(dāng)制造導(dǎo)電率為30%IACS的CS線時，無論浸漬深度怎么淺，也不能得到銅包覆 比為20W約3(EIACS)的CS線，只有把鋼線加熱，使之溫度升高，使單位時間內(nèi)的熱 交換量減少，才能使銅的包覆量減少，這樣才能得到低包覆比的CS線。如果將線再 進行第二次浸涂，就可得到銅包鋼包覆比為80%的CS線。同時由于鋼線進行預(yù)熱 (63~453°C)，使得銅鋼界面的結(jié)合強度有所提高。
2、 鋼桿預(yù)熱溫度與銅包鋼的出線溫度成正比，當(dāng)用冷卻水控制出線溫度確有難 度時，則可調(diào)整鋼桿預(yù)熱溫度，來滿足銅包鋼銅層厚度的要求。
3、 坩堝內(nèi)的銅水標(biāo)準(zhǔn)溫度為1133'。+-2.4%,如坩堝內(nèi)的銅水溫度升高時，則鋼 桿預(yù)熱溫度須調(diào)高。
4、 在制造厚包覆層的CS線，由于浸涂厚度大，即使銅液面有一定程度的變化， 也不會對銅包覆率產(chǎn)生影響。而在制造薄包覆層的CS線時，情況正相反，即使銅液 面發(fā)生微小變化，也會導(dǎo)致銅包覆率有很大的變化，因此必須嚴(yán)格控制銅液面的變化， 才能控制住銅包覆率的變化，使其波動范圍不大于+-1%。浸涂距離與生產(chǎn)速度成正 比，浸涂距離為6,生產(chǎn)速度為60M/min;或浸涂距離為10mm，生產(chǎn)速度為 100M/min;生產(chǎn)速度又受設(shè)備的材質(zhì)及性能所限。
總之，所述鋼桿預(yù)熱溫度為60 50(TC，銅水溫度為1160 1108'C，鋼桿在銅水 中的浸涂距離為6 15mm，浸涂后的銅包鋼桿從坩堝拉出的生產(chǎn)速度為60 100M/min 之間時均可生產(chǎn)出各種導(dǎo)電率(21 709&IACS)的銅包鋼合格產(chǎn)品。調(diào)節(jié)鋼絲預(yù)熱溫度、 浸涂距離和生產(chǎn)速度可控制銅層厚度，如鋼絲預(yù)熱溫度高、浸涂距離長和生產(chǎn)速度快， 則銅層厚度??；反之，鋼絲預(yù)熱溫度低、浸涂距離短和生產(chǎn)速度慢，則銅層厚度厚。
附圖非限制性公開了本發(fā)明裝置中的一個具體實施例，結(jié)合附圖作進一步描述如下。
參見附圖1和2，附圖標(biāo)號中的是l是套蓋，2是冷卻水入口， 3是保護氣入口， 4是冷卻水出口， 5是提升桿，6提升裝置，7是軸套，8是冷卻管，9是石墨坩堝內(nèi) 套，IO是加熱線圈，ll是保溫層，12是銅水，13是上石墨管，14是上口模，15是 銅包覆層(見圖2)， 16是銅水進出口， 17是下石墨管，18是下口模，19是鋼桿。
本發(fā)明的熱浸涂銅包鋼的上引成型裝置，包括銅水預(yù)處理裝置、鋼桿預(yù)處理裝置、 坩堝、收繞裝置，還包括下石墨管17、上石墨管13、冷卻管8、提升管5和提升裝 置6，所述下石墨管17的下端固裝在坩堝9底部，下石墨管17的上端垂直浸泡在坩堝內(nèi)的銅水12中與上石墨管13的下端同軸對接，上石墨管13的上端固裝在冷卻管 8下端，冷卻管8上端從頂部伸出坩堝并經(jīng)提升管6與提升裝置6連接，銅水預(yù)處理 裝置為恒溫坩堝提供設(shè)定高度的銅水，經(jīng)鋼桿預(yù)處理裝置的校直處理和預(yù)熱后的鋼桿 19從下石墨管17垂直進入坩堝9，再經(jīng)上石墨管13和冷卻裝置與收繞裝置連接。
所述下石墨管17的上端口為上凸型端口；上石墨管13的下端口成上凹型端口， 下石墨管17的上凸型端口設(shè)計在銅液面下的250 300ram之間，下石墨管17的下端 設(shè)有高強度合金的下口模18，下口模18內(nèi)徑等于待涂鋼桿外徑(如<D6.5~8mm)， 上石墨管13的下端鑲嵌有高強度合金的上口模14，上口模14的內(nèi)徑等于浸涂后的 銅包鋼桿外徑(如0)7 12mm)。
浸涂前的結(jié)構(gòu)如圖1所示，此時的上石墨管13下端的上凹型端口與下石墨管17 的上凸型端口緊密接觸，銅水12不與鋼桿接觸。浸涂時，先用銅水預(yù)處理裝置將熔 化的銅水注入到坩堝中并保持設(shè)定高度和溫度，將鋼桿19按設(shè)定速度向上拉出后， 再用提升裝置6經(jīng)提升桿5和冷卻管8將上石墨管13向上提升6 15mni，此時，銅 水在一定的壓力下粘附在溫度較低的鋼桿表面而形成銅層15，其結(jié)構(gòu)如圖2所示， 該銅層15的厚薄可隨鋼桿預(yù)熱溫度的低高、浸涂距離(等于上石墨管向上提升的高 度)的大小和生產(chǎn)速度的慢快密切相關(guān)，適當(dāng)調(diào)整即可獲得所需厚度的銅層。停機前， 應(yīng)先降下上石墨管再停機，停機時間長時，應(yīng)將坩堝內(nèi)的銅水排出，以免凝結(jié)成塊。
本發(fā)明的熱浸涂銅包鋼的上引成型裝置中所述的銅水預(yù)處理裝置包括運送輥道 21、電解銅板22、銅板加料機23、預(yù)熱裝置24、熔化保溫裝置25;所述收繞裝置包 括冷卻裝置27、上部傳動裝置29、導(dǎo)管30、入口調(diào)節(jié)器31、單頭拉線機32、出口調(diào) 節(jié)器33、繞桿機34和收線架35;所述鋼桿預(yù)處理裝置包括放線架36、轉(zhuǎn)向輪37、單 頭拉線機39、剝皮模及冷卻裝置40、主傳動裝置41、鋼桿校直裝置42和鋼桿預(yù)熱裝 置43;所述銅水預(yù)處理裝置為坩堝26提供適當(dāng)高度的銅水，鋼桿38從放線架36上放 出，依次經(jīng)轉(zhuǎn)向輪37、單頭拉線機39、剝皮模及冷卻裝置40、主傳動裝置41、鋼桿 校直裝置42和鋼桿預(yù)熱裝置43，垂直進入坩堝26熱涂銅層而成銅包鋼桿28后，再依 次經(jīng)冷卻裝置27、上部傳動裝置29、導(dǎo)管30、入口調(diào)節(jié)器31、單頭拉線機32、出口 調(diào)節(jié)器33和繞桿機34、將銅包鋼桿28繞制在收線架35上。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。該銅 包鋼桿再經(jīng)現(xiàn)有的拉絲設(shè)備即可生產(chǎn)出各種直徑的銅包鋼絲，最適合電網(wǎng)的架空導(dǎo)線 和架空地線使用。
權(quán)利要求
1、一種熱浸涂銅包鋼的上引成型方法，其特征在于預(yù)熱鋼桿從坩堝的底部進入，依次從坩堝內(nèi)的銅水中浸涂后再從坩堝的上部垂直拉出，所述鋼桿預(yù)熱溫度為60～500℃，銅水溫度為1160～1108℃，鋼桿在銅水中的浸涂距離為6～15mm，浸涂后的銅包鋼桿從坩堝拉出的速度為60～100M/min。
2、 權(quán)利1所述方法的熱浸涂銅包鋼的上引成型裝置，包括銅水預(yù)處理裝置、鋼 桿預(yù)處理裝置、坩堝、收繞裝置，其特征在于還包括下石墨管、上石墨管、冷卻管、 提升管和提升裝置，所述下石墨管的下端固裝在坩堝底部，下石墨管的上端垂直浸泡 在坩堝內(nèi)的銅水中與上石墨管的下端同軸對接，上石墨管的上端固裝在冷卻管下端， 冷卻管上端從頂部伸出坩堝并經(jīng)提升管與提升裝置連接，銅水預(yù)處理裝置為恒溫坩堝 提供設(shè)定高度的銅水,經(jīng)鋼桿預(yù)處理裝置的校直處理和預(yù)熱后的鋼桿從下石墨管垂直 進入坩堝，再經(jīng)上石墨管和冷卻裝置與收繞裝置連接。
3、 如權(quán)利要求2所述的熱浸涂銅包鋼的上引成型裝置，其特征在于下石墨管的 上端口為上凸型端口；上石墨管的下端口成上凹型端口，下石墨管的上凸型端口設(shè)計 在銅液面下的250 300mra之間，下石墨管的下端設(shè)有高強度合金的下口模，下口模 內(nèi)徑等于待涂鋼桿外徑，上石墨管的下端鑲嵌有高強度合金的上口模，上口模的內(nèi)徑 等于浸涂后的銅包鋼桿外徑。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的熱浸涂銅包鋼的上引成型裝置，其特征在于所述銅 水預(yù)處理裝置包括運送輥道、電解銅板、銅板加料機、預(yù)熱裝置、熔化保溫裝置；所 述收繞裝置包括冷卻裝置、上部傳動裝置、導(dǎo)管、入口調(diào)節(jié)器、單頭拉線機、出口調(diào) 節(jié)器、繞桿機和收線架；所述鋼桿預(yù)處理裝置包括放線架、轉(zhuǎn)向輪、單頭拉線機、剝 皮模及冷卻裝置、主傳動裝置、鋼桿校直裝置和鋼桿預(yù)熱裝置；所述銅水預(yù)處理裝置 為坩堝提供適當(dāng)高度的銅水，鋼桿從放線架上放出，依次經(jīng)轉(zhuǎn)向輪、單頭拉線機、剝 皮模及冷卻裝置、主傳動裝置、鋼桿校直裝置和鋼桿預(yù)熱裝置，垂直進入坩堝熱涂銅 層而成銅包鋼桿，再依次經(jīng)冷卻裝置、上部傳動裝置、導(dǎo)管、入口調(diào)節(jié)器、單頭拉線 機、出口調(diào)節(jié)器和繞桿機繞制在收線架上。
全文摘要
本發(fā)明的熱浸涂銅包鋼的上引成型方法，主要是將預(yù)熱鋼桿從坩堝的底部進入，依次從坩堝內(nèi)的銅水中浸涂后再從坩堝的上部垂直拉出，與該方法相應(yīng)的上引成型裝置，包括銅水預(yù)處理裝置、鋼桿預(yù)處理裝置、坩堝、收繞裝置，還包括下石墨管、上石墨管、冷卻管、提升管和提升裝置，主要是將現(xiàn)有的水平成型改為垂直上引成型，使鋼桿表面周環(huán)溫度相等，表面吸熱的能力相等，徹底解決了銅包覆的偏心難題，將鋼桿預(yù)熱溫度、銅水溫度、浸涂距離和浸涂速度控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，既可使銅鋼界面具有足夠的結(jié)合強度，又能有效避免鋼桿中的磷離子進入而污染銅水，使銅包鋼產(chǎn)品具有高強度、高導(dǎo)電率和低成本等優(yōu)點，最適合作電網(wǎng)的架空導(dǎo)線和架空避雷線使用。
文檔編號C23C2/36GK101629274SQ20091018471
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月19日
發(fā)明者曹佩榮 申請人:曹佩榮