專利名稱：鋼芯覆銅線的下引連鑄方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是金屬連鑄技術領域，具體為鋼芯覆銅線的下引連鑄方 法及裝置。
背景技術：
目前，國內在鋼芯表層覆銅主要以下三種方法1、電鍍法將處理干 凈的鋼絲(鋼棒)進入電鍍槽，利用電鍍原理，在鋼的表面電鍍上一層銅， 該工藝也稱冷鍍工藝。其主要缺點是銅層較薄、銅鋼結合面易殘留電解 液；單股大截面線材長度較短，用于做接地線使用時連接點太多，施工運 輸不方便，使用壽命短；電鍍工藝對環境有污染。2、包覆法將處理干凈 的鋼芯插入銅管內，或用銅帶包在鋼芯外，通過氬弧焊焊接，再利用直拉 機拉絲模的束緊力將銅管束緊在鋼芯的外表面。該工藝也稱冷拉包覆法， 即用機械力將銅層包覆在鋼芯上，主要缺點是銅鋼結合力差。3、水平連 鑄包覆法將處理干凈的鋼芯水平方向穿過銅熔化爐的銅液，通過水平安 裝的結晶器在出口處連續鑄造一定厚度的銅。該工藝能夠解決電鍍銅層較 薄和包覆法結合力差的問題，但其主要缺點是銅層的均勻性(同心度)控 制較困難，而且鋼芯通過銅液時形成的銅鐵合金不能保證其不向銅爐內擴 散。另外，也有采用上引連續鑄軋制造銅包鋼的方法的報導，此方法雖然 對銅層均勻性有一定的改善，但控制還是比較困難，鋼芯通過銅液時形成 的銅鐵合金向銅爐內擴散問題也不能保證解決。
發明內容
本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種鋼芯覆銅線 的連鑄方法，以在大截面覆銅時能夠有效控制銅層厚度及均勻性。
本發明的另一個目的在于防止并確保鋼芯通過銅液時形成的銅鐵合金 不會向銅液中擴散的方法。
本發明的又一個目的在于提供實現上述方法的鋼芯覆銅線連鑄裝置。
本發明提供一種鋼芯覆銅線下引連鑄方法，該方法使用一個具有內腔 的連鑄爐，連鑄爐的底部設有與連鑄爐內腔相通的石墨結晶模，該結晶模 具有冷卻裝置和基本豎直的模腔，在連鑄爐內鋼芯線由上至下穿過模腔， 連鑄爐內的銅液進入鋼芯線與結晶模之間的間隙中，凝固包覆在鋼芯線上， 然后鋼芯覆銅線被牽引出結晶模，其特征在于，所述牽引是間歇式運動。
本發明的一種鋼芯覆銅線下引連鑄裝置，包括連鑄爐、導引裝置和牽 引裝置，連鑄爐的底部設有與連鑄爐內腔相通的結晶模，所述結晶模具有 冷卻裝置和基本豎直的模腔，鋼芯線經所述導引裝置由上至下穿過模腔， 牽引裝置位于結晶模的下端，用于牽引鋼芯覆銅線，其特征在于，所述的 牽引裝置是間歇式牽引裝置。
利用本發明的裝置連鑄鋼芯覆銅線時，鋼芯覆銅線被間歇地牽引出潤 滑性良好的結晶模，通過間歇牽引，可以延長結晶模內鋼芯線周圍銅液的 凝固時間，保證凝固厚度，從而為制造鋼芯大厚度覆銅線提供了條件。
借助本發明的方法和裝置，通過設計或使用與鋼芯線形成不同凝固間 隙(鋼芯線與模腔內壁之間的間隙)的結晶模，可以制造不同加大厚度的 鋼芯覆銅線。
此外，由于本發明下引連鑄鋼芯覆銅線，鋼芯線在連鑄爐內、特別是在結晶模內呈豎直方向，使得因鋼芯線的重力或銅液的浮力造成的鋼芯線 與模腔之間的同心度偏差大大減小(與水平連鑄相比)，提高了覆銅的均勻 性。
圖1為本發明的工藝流程示意圖2為旋轉式下引連鑄爐結構示意圖3為間歇牽引裝置結構示意圖4為凸輪機構原理圖5為棘輪機構結構示意圖。
圖中l放線架，2鋼芯線，3清洗機，4導向輪，5校直機，6加熱爐， 7導引裝置，8連鑄爐，9牽引裝置，IO覆銅鋼線，ll收線機，12密封圈， 13浮筒，14保護氣體導入管，15保護氣體，16浮筒升降輪，17保溫爐， 18陶瓷定心模，19結晶模，20結晶模模腔，21銅液，22旋轉支架，23水 冷器，24二次冷卻裝置，25冷卻液，26導流孔，27導流槽，28感應加熱 器，29旋轉吊鉤，30熔化爐，31脫氧保護劑，32保溫材料，33壓輪， 34壓輪鎖緊機構，38棘輪機構，39變速箱，40電機，41旋轉支點，42 擺桿，43滾動輪，44凸輪，45凸輪轉動軸，46驅動棘爪，47止回棘爪， 48間歇傳動輸出軸，49從動棘輪，50壓緊彈簧。
具體實施例方式
本發明的鋼芯覆銅線下引連鑄裝置，包括連鑄爐(8)、導引裝置(7) 和牽引裝置(9)，連鑄爐(8)的底部設有與連鑄爐內腔相通的結晶模(19)， 所述結晶模(19)具有冷卻裝置(23、 24)和基本豎直的模腔(20)，鋼芯 線(2)經所述導引裝置(7)由上至下穿過模腔(20)，牽引裝置(9)位于結晶模(19)的下端，用于牽引鋼芯覆銅線(10)，所述的牽引裝置(9) 是間歇式牽引裝置。
使用本發明裝置下引連鑄鋼芯覆銅線時，在連鑄爐(8)內鋼芯線(2) 由上至下穿過模腔(20)，連鑄爐(8)內的銅液進入鋼芯線與結晶模(19) 之間的間隙中，凝固包覆在鋼芯線上，然后鋼芯覆銅線(10)被間歇式牽 引出結晶模(19)。
通過間歇牽引，可以延長結晶模內鋼芯線周圍銅液的凝固時間，保證 凝固厚度，從而為制造鋼芯大厚度覆銅線提供了條件。通過下引連鑄，由 于鋼芯線在連鑄爐內、特別是在結晶模內呈豎直方向，使得因鋼芯線的重 力或銅液的浮力造成的鋼芯線與模腔之間的同心度偏差大大減小(與水平 連鑄相比)，提高了覆銅的均勻性。
在上述方案的基礎上，本發明可以有如下變型
1. 所述結晶模(19)在模腔(20)的上游端四周均布有銅液導流孔(17)， 見圖2。這種結構，可以使鋼芯線與銅液僅在導流孔處短暫接觸，從而大大 減小了所形成的銅鐵合金向爐內銅液中的擴散，保證了銅液的質量。
2. 所述結晶模(19)為多個(未示出)。這種結構可以大大提高生產效率。
3. 所述結晶模(19)的上端連接氣體保護裝置，鋼芯線(2)經氣體保 護裝置進入結晶模(19)。這種結構可以防止鋼芯線在進入結晶模之前受熱 氧化，保證覆銅的質量。
4. 所述的結晶模(19)的頂端安裝有陶瓷定心模(18)，陶瓷定心模(18) 具有與所述模腔(20)對齊的通孔。陶瓷定心模耐高溫、強度高、耐磨， 可以保證鋼芯線與結晶模模腔之間的同心度，并提高其穩定性。5. 所述的結晶模冷卻裝置(23、 24)包括設置在模腔四周的水冷器(23) 和設置在結晶模(19)出口的二級冷卻裝置(24)。水冷器(23)用于使銅 液在模腔(20)內冷卻而包覆凝固在鋼芯線上，二級冷卻裝置(24)則用 于快速降低鋼芯覆銅線的溫度，防止其高溫氧化。
6. 所述的連鑄爐(8)包括一個保溫爐(17)和一個與之連接為一體的 熔化爐(30)，所述結晶模(19)設置在保溫爐(17)的底部，熔化爐(30) 與保溫爐(17)的內腔之間具有導流槽(27)， 一個旋轉機構與所述連鑄爐
(8)相連，用于控制連鑄爐(8)傾斜旋轉而在熔化位置和連鑄位置之間 轉換。例如，在熔化位置使所述導流槽在熔化爐(30) —端的入口位置高 于其在保溫爐(17) —端的出口位置，而在連鑄位置使導流槽(27)的入 口及出口的相對位置(高度)能夠使銅液從所述熔化爐(30)流入保溫爐
(17)，方便控制，避免了使用常規堵塞方式出現的漏液問題。
7. 在連鑄爐(8)內，所述的結晶模(19)上套有浮筒(13)，鋼芯線 (2)由浮筒(13)的上端向下傳輸，浮筒(13)可通過升降機構上下移動，
在浮筒降落在連鑄爐底部時，其頂端高于連鑄爐(8)內銅液的液面高度， 而且該浮筒(13)構成鋼芯線的氣體保護裝置。這種結構將防止鋼芯線氧 化的氣體保護裝置與中斷向結晶模中供應銅液的阻流裝置結合在一起，大 大簡化了結構。
8. 所述的牽引裝置(9)包括帶有凹槽的壓輪(33)和驅動裝置，驅動 裝置包括步進電機和與之相連的傳動機構。使用步進電機作為驅動裝置， 可以提高間歇牽引的精度，便于調節牽引的周期。
9. 所述的牽引裝置(9)包括帶有凹槽的壓輪(33)和驅動裝置，驅動 裝置包括電機(40)以及順序相連的變速機構(39)、凸輪(44)、隨凸輪輪廓線運動的主擺桿(42)、樞軸連接在主擺桿(42)上的驅動棘爪(46)、 從動棘輪(49)、防止從動棘輪(49)回轉的止回棘爪(50)，從動棘輪(49) 經傳動機構與壓輪(33)連接。該間歇式牽引機構為純機械式結構，可以 提高牽引運動的穩定性。
此外，本發明的裝置還可以在連鑄爐之前設置鋼芯線校直裝置和清洗 裝置，這樣， 一方面可以提高鋼芯線輸入結晶模的穩定性，保證覆銅的同 心度， 一方面可以改善銅液與鋼芯線的冶金結合，提高鋼芯覆銅線的質量。
在本發明的裝置之后可以設置精拉裝置，將上述鋼芯覆銅線毛坯通過 拉絲機拉制成精度尺寸較高的單股連續覆銅鋼芯線。
本發明的鋼芯覆銅線下引連鑄方法，其使用一個具有內腔的連鑄爐 (8)，連鑄爐的底部設有與連鑄爐內腔相通的石墨結晶模(19)，該結晶模 (19)具有冷卻裝置和基本豎直的模腔(20)，在連鑄爐內鋼芯線(2)由 上至下穿過模腔(20)，連鑄爐內的銅液進入鋼芯線與結晶模(19)之間的 間隙中，凝固包覆在鋼芯線上，然后鋼芯覆銅線(10)被牽引出結晶模(19)， 所述牽引是間歇式運動。
在上述方法的基礎上，本發明可以有如下變型
1. 所述鋼芯線(2)使用盤圓鋼芯線，在進入結晶模(19)之前，經過 在線校直工序。
2. 所述鋼芯線(2)使用盤圓鋼芯線，在進入結晶模(19)之前，經過 在線清洗和加熱烘干工序。
使用盤圓鋼芯線，并通過在線校直、清洗和烘干工序，可以提高生產 效率，改善銅液與鋼芯線的冶金結合，提高產品質量。
3. 所述的清洗包括酸洗、堿中和和水清洗，所述的加熱烘干在氣體保護加熱爐內進行。
4.在連鑄爐內鋼芯線(2)在惰性氣體保護下進入結晶模(19)，所述 間歇式運動的時間間隔以將鋼芯覆銅線牽引出結晶模(19)下出口時不漏 銅液為準。
在圖1中，下引鋼芯覆銅線的制備方法主要包括以下步驟
(1) 預處理將(先去除氧化層，然后用拉絲機拉)制成盤圓鋼芯線 (2)在進入連鑄爐(8)連鑄前，首先經過在線清洗、在線校直和加熱烘
干工序，清洗如包括酸洗、堿中和和水清洗，加熱烘干在氣體保護加熱爐
(6)內進行，如加熱溫度為350°C-400°C;
(2) 連鑄將經過預處理后的鋼芯線(2)再通過連鑄爐(8)進行連 鑄，該方法使用的連鑄爐(8)包括熔化爐(30)和具有內腔保溫爐(17)， 保溫爐(17)的底部設有與保溫爐(17)內腔相通的結晶模(19)，結晶模
(19)具有設置在結晶模腔(20)四周的水冷器(23)、設置在結晶模(19) 出口的二次冷卻裝置(24)和基本豎直的結晶模腔(20)，鋼芯線(2)經 所述導引裝置(7)由上至下穿過結晶模腔(20)，在保溫爐(17)內鋼芯 線(2)在惰性氣體保護下進入結晶模(19)，保溫爐(17)內的銅液(21) 進入鋼芯線(2)與結晶模(19)之間的間隙中，凝固包覆在鋼芯線(2) 上，然后鋼芯覆銅線(10)通過牽引裝置(9)牽引出結晶模(19)，間歇 運動的時間間隔以將鋼芯覆銅線(10)牽引出結晶模(19)下出口時不漏 銅液為準，在整個連鑄過程由于牽引是間歇式運動，使得鋼芯覆銅線(10) 的覆銅層穩定。牽引出的鋼芯覆銅線(10)由收線機(11)收成鋼芯覆銅 線盤圓毛坯。
鋼芯覆銅線盤圓毛坯可用于后續加工，如通過拉絲機拉制成精度尺寸較高的單股連續覆銅鋼芯線。
在圖2中，示出了本發明鋼芯覆銅線下引連鑄裝置的一種具體結構，
其包括連鑄爐(8)、導引裝置(7)和牽引裝置(9)，連鑄爐(8)包括熔 化爐(30)和保溫爐(17)，烙化爐(30)和保溫爐(17)通過導流槽(27) 相連通，并且連鑄爐(8)上設有感應加熱器(28)和保溫材料(32)，保 溫爐(17)的底部設有與保溫爐(17)內腔相通的結晶模(19)，結晶模(19) 在結晶模腔(20)的上游端四周均布有銅液導流孔(26);結晶模(19)具 有設置在結晶模腔(20)四周的水冷器(23)、設置在結晶模出口的二次冷 卻裝置(24)和基本豎直的結晶模腔(20)，結晶模(19)的頂端安裝有陶 瓷定心模(18)，陶瓷定心模(18)具有與結晶模腔(20)對齊的通孔；鋼 芯線(2)經導引裝置(7)由上至下穿過結晶模腔(20)，牽引裝置(9) 位于結晶模(19)下端，用于牽引鋼芯覆銅線(10);在保溫爐(17)內， 一個浮筒(13)套在結晶模(19)上，浮筒(13)的上端連接氣體保護管 (14)，保護氣體(15)通過氣體保護管(14)加入浮筒(13)內，鋼芯線 (2)經保護氣體(15)再進入結晶模(19)，鋼芯線(2)由浮筒(13)的 上端向下傳輸，浮筒(13)可通過浮筒升降輪(16)上下移動，在浮筒(13) 降落在保溫爐(17)底部時，其頂端高于保溫爐(17)內銅液(21)的液 面高度，而且該浮筒(13)構成一個鋼芯線的氣體保護裝置，且可阻止浮 筒(13)外銅液(21)流入浮筒(13)內。具體操作時，①拉動旋轉吊鉤 (29)將熔化爐(30)繞旋轉支架(22)逆時針旋轉到最低位置，在熔化 爐(30)內加入電解銅，通過感應加熱器(28)加熱電解銅，使電解銅熔 化為銅液(21)，在銅液(21)的表面覆蓋脫氧保護劑(31)，同時在保溫 爐(17)底部安裝結晶模(19)，再將浮筒(13)套在結晶模(19)上，通過浮筒升降輪(16)把浮筒(13)放到保溫爐(17)的底部，浮筒(13) 內通過保護氣體導入管(14)充入適量的保護氣體(15)，通過導引裝置(7) 穿好處理過的鋼芯線(2);②拉動旋轉吊鉤(29)將熔化爐(30)繞旋轉 支架(22)順時針旋轉到水平位置，熔化爐(30)內的銅液(21)(例如電 解銅熔化至115CrC 120CTC)通過導流槽(27)流入保溫爐(17)內，將 保溫爐(17)內的銅液(21)上覆蓋脫氧保護劑(31)，通過保溫爐(17) 上的感應加熱器(28)加熱銅液(21)，等到銅液(21)溫度恒定后(例如 電解銅液115(TC 120(TC)，通過浮筒升降輪(16)將移動浮筒(13)升高 到一定的位置，保溫爐(17)內加的銅液(21)通過結晶模(19)上部四 周的導流孔(26)流入結晶模腔(20)內；③通過安裝在結晶模(19)下 端的牽引裝置(9)牽動鋼芯線(2)向下移動，覆銅鋼芯線(10)通過設 置在結晶模腔(20)四周的水冷器(23)和設置在結晶模(19)出口的二 次冷卻裝置(24)冷卻后，最后出來的就是均勻的鋼芯覆銅線(10)。
在圖3 —圖5中，牽引裝置(9)包括帶有凹槽的壓輪(33)、壓輪鎖緊 機構(34)、凸輪(37)和棘輪機構(38)，壓輪(33)通過其凹槽壓緊鋼 芯覆銅線(10)，在棘輪機構(38)的間歇傳動輸出軸(48)上設有擺桿(42)， 擺桿(42)的頂端裝有滾動輪(43)，滾動輪(43)依靠在凸輪(44)上， 在擺桿(42)上裝有與從動棘輪(49)輪廓線嚙合的驅動棘爪(46)，在從 動棘輪(49)的側面設有與從動棘輪(49)輪廓線嚙合的止回棘爪(47)， 止回棘爪(47)上有壓緊彈簧(50);電機(40)與變速箱(39)相連。工 作時，擺桿(42)隨著凸輪(44)旋轉而擺動，擺桿(42)擺動時會帶動 驅動棘爪(46)在從動棘輪(49)的齒上上下卡動，從而推動從動棘輪(49) 轉動，而止回棘爪(47)在壓緊彈簧(50)的作用下也會隨著從動棘輪(49)轉動不斷卡在從動棘輪(49)的齒上，阻止從動棘輪(49)回轉，經過間 歇傳動輸出軸(48)和壓輪鎖緊機構(34)控制壓輪(33)運動，從而達 到間歇牽引的作用。
使用本發明制造的鋼芯覆銅線具有以下優點
1. 銅與鋼之間的復合層為冶金分子結合，復合層較厚，銅層厚度可達
1. 0腿以上；
2. 采用陶瓷定芯模和導引裝置，定芯準確并可微調，同心度控制誤差
可控制在l: 1.2范圍內；
3. 由于銅鐵合金擴散減少，表層銅的導電率大幅提高；
4. 由于采用下引連續鑄銅，不會出現因為鋼芯的重力或浮力影響覆銅
的均勻性，而且鋼芯線與銅液的包覆結合點位于連鑄爐內熔池的下方，大 的銅液靜壓力更有利于銅液與已包覆銅接口處的熔接。
權利要求
1. 一種鋼芯覆銅線下引連鑄方法，該方法使用一個具有內腔的連鑄爐(8)，連鑄爐的底部設有與連鑄爐內腔相通的石墨結晶模(19)，該結晶模(19)具有冷卻裝置和基本豎直的模腔(20)，在連鑄爐內鋼芯線(2)由上至下穿過模腔(20)，連鑄爐內的銅液進入鋼芯線與結晶模(19)之間的間隙中，凝固包覆在鋼芯線上，然后鋼芯覆銅線(10)被牽引出結晶模(19)，其特征在于，所述牽引是間歇式運動。
2. 根據權利要求1所述的下引連鑄方法，其特征在于，所述鋼芯 線(2)使用盤圓鋼芯線，在進入結晶模(19)之前，經過在線校直 工序。
3. 根據權利要求1所述的下引連鑄方法，其特征在于，所述鋼芯 線(2)使用盤圓鋼芯線，在進入結晶模(19)之前，經過在線清洗和加熱烘干工序。
4. 根據權利要求3所述的下引連鑄方法，其特征在于，所述的清洗包括酸洗、堿中和和水清洗，所述的加熱烘干在氣體保護加熱爐內 進行。
5. 根據權利要求1 — 4之一所述的下引連鑄方法，其特征在于， 在連鑄爐內鋼芯線(2)在惰性氣體保護下進入結晶模(19)，所述間 歇式運動的時間間隔以將鋼芯覆銅線牽引出結晶模(19)下出口時不 漏銅液為準。
6.—種鋼芯覆銅線下引連鑄裝置，包括連鑄爐(8)、導引裝置(7)和牽引裝置(9)，連鑄爐的底部設有與連鑄爐內腔相通的結晶模(19)，所述結晶模(19)具有冷卻裝置(23， 24)和基本豎直的模腔(20)， 鋼芯線(2)經所述導引裝置(7)由上至下穿過模腔(20)，牽引裝 置位于結晶模(19)的下端，用于牽引鋼芯覆銅線(10)，其特征在 于，所述的牽引裝置是間歇式牽引裝置(9)。
7. 根據權利要求6所述的下引連鑄裝置，其特征在于，所述結晶 模(19)在模腔(20)的上游端四周均布有銅液導流孔(17)。
8. 根據權利要求6或7所述的下引連鑄裝置，其特征在于，所述 結晶模(19)為多個。
9. 根據權利要求6或7所述的下引連鑄裝置，其特征在于，所述 結晶模(19)的上端連接氣體保護裝置，鋼芯線(2)經氣體保護裝 置進入結晶模(19)。
10. 根據權利要求6或7所述的下引連鑄裝置，其特征在于，所 述的結晶模(19)的頂端安裝有陶瓷定心模(18)，陶瓷定心模(18) 具有與所述模腔(20)對齊的通孔。
11. 根據權利要求6或7所述的下引連鑄裝置，其特征在于，所 述的結晶模冷卻裝置(23, 24)包括設置在模腔四周的水冷器(23) 和設置在結晶模(19)出口的二級冷卻裝置(24)。
12. 根據權利要求6或7所述的下引連鑄裝置，其特征在于，所 述的連鑄爐(8)包括一個保溫爐(17)和一個與之連接為一體的熔 化爐(30)，所述結晶模(19)設置在保溫爐(17)的底部，熔化爐(30)與保溫爐(17)的內腔之間具有導流槽(27)， 一個旋轉機構與所述連鑄爐(8)相連，用于控制連鑄爐(8)傾斜旋轉而在熔化位 置和連鑄位置之間轉換。
13. 根據權利要求6或7所述的下引連鑄裝置，其特征在于，在 連鑄爐內，所述的結晶模(19)上套有浮筒(13)，鋼芯線(2)由浮 筒(13)的上端向下傳輸，浮筒(13)可通過升降機構上下移動，在 浮筒降落在連鑄爐底部時，其頂端高于連鑄爐內銅液的液面高度，而 且該浮筒(13)構成鋼芯線的氣體保護裝置。
14. 根據權利要求6或7所述的下引連鑄裝置，其特征在于，所 述的牽引裝置(9)包括帶有凹槽的壓輪(33)和驅動裝置，驅動裝 置包括步進電機和與之相連的傳動機構。
15. 根據權利要求6或7所述的下引連鑄裝置，其特征在于，所 述的牽引裝置(9)包括帶有凹槽的壓輪(33)和驅動裝置，驅動裝 置包括電機(40)以及順序相連的變速機構(39)、凸輪(44)、隨凸 輪輪廓線運動的主擺桿(42)、樞軸連接在主擺桿(42)上的驅動棘 爪(46)、從動棘輪(49)、防止從動棘輪回轉的止回棘爪(50)，從 動棘輪(49)經傳動機構與壓輪(33)連接。
全文摘要
本發明涉及鋼芯覆銅線下引連鑄方法及裝置，其使用一個具有內腔的連鑄爐(8)，連鑄爐的底部設有與連鑄爐內腔相通的石墨結晶模(19)，該結晶模(19)具有冷卻裝置和基本豎直的模腔(20)，在連鑄爐內鋼芯線(2)由上至下穿過模腔(20)，連鑄爐內的銅液進入鋼芯線與結晶模(19)之間的間隙中，凝固包覆在鋼芯線上，然后鋼芯覆銅線(10)被間歇式牽引出結晶模(19)。與現有技術相比，本發明可以增加鋼芯線覆銅的厚度，提高鋼芯線與所覆銅層的同心度。
文檔編號B21C1/00GK101546631SQ20081018725
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年2月22日
發明者孫永春 申請人:孫永春