[发明专利]一种铜包钢连铸结晶装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜包钢连铸结晶装置，是一种铜包钢连铸成形加工装置，属于材料加工领域。

背景技术

我国铁路“十一五”发展规划纲要明确指出要大力开发时速300km以上的高速动车技术。高强、高导接触网导线加工技术为开发时速300km以上高速列车关键技术之一，高速列车的运行时速受限于输电接触网导线的电气性能和力学性能。

高速电力机车在运行过程中，受电弓相对接触网导线滑行使接触网导线产生一个波动传播速度(单位：km/h)，其计算公式为：C=3.6T/P]]>(T-接触线标准架设张力，单位：N；P-为导线的线密度，单位：kg/m)。电力机车的提速是以提高接触网导线波传播速度为前提的，只有当电力机车的运行速度控制在接触网导线波动传播速度的70％以下时，弓网之间才能处于稳定的受流状态。因而，如何保持铜及铜合金高接触网导线的导电率的同时，提高导线强度，降低其线密度是各国材料研究者所关注和努力的一个方向。

铜包钢复合材料有机地结合了钢的高强度和铜的高导电率的优势，有效地克服了传统接触网导线材料强度与导电性能的矛盾，并通过控制铜覆层厚度与钢线直径的相对比例，以实现高强度、高电导率的配合。因而，铜包钢复合材料具有强度高、导电性能优良、高温强度衰减幅度小，线密度相对较小、耐磨损等优点。

作为一种非常具有应用前景的电气化高速铁路接触网导线应用材料，铜包钢接触网导线不但性能优良，而且减少了铜的使用量，因而开发铜包钢接触网导线对铜资源贫乏的我国意义尤为重大。现有铜包钢加工方法普遍存在加工成本高、效率低、工序复杂等问题。国外一些具有代表性的铜包钢加工方法有铜带压接法、热浸镀法、焊管包覆法以及铸造热压法等。采用铜带压接法或焊管包覆法直接将无氰铜带压接在钢丝表面上或采用焊管包覆，这两种工艺的缺点是生产设备复杂，且无氰铜带成本较高、原材料利用率不高。美国通用公司为了克服以上缺点，开发了铜包钢热浸镀生产工艺，该技术直接将熔融态铜液镀在钢丝表面，具有结合强度高、避免使用无氰铜带的优点，但由于工艺影响因素较多，存在铜覆层厚度难以控制的缺点。目前国内较多采用电镀法来生产铜包钢，其主要缺点是生产效率低、铜覆层厚度小、与钢丝芯线结合强度不够；国内也有采用套管包复+拉拔成形法来生产铜包钢的，也存在工艺上的缺陷，同时生产连续性差、效率及原材料利用率低、界面冶金结合面积比例不够高等。

采用连续铸造方法在钢丝表面连续覆铜是一种高效率、短流程、低成本的铜包钢加工方法，目前一些企业已经开始了铜包钢丝的连铸覆铜的实践，但由于铜覆层强度较低，且温度高，厚度薄，在结晶器内非常容易导致铜覆层的断裂，对铜包钢的生产非常不利。

发明内容

本发明针对目前技术的缺陷，提供一种新型铜包钢连铸成形结晶装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种铜包钢连铸结晶装置，其特征在于：包括结晶器和两个冷却轮，所述结晶器设有中心通道和两个与之连通的侧向通道，所述结晶器出口处设有两个相对的冷却轮，所述冷却轮上设有边槽腔。

一种优选技术方案，其特征在于：所述的结晶器的材质为石墨。

本发明的铜包钢连铸结晶装置工作原理如下：结晶器的中心通道和两个侧向通道形成“Y”型结构，铜液通过两个侧向通道注入结晶器，钢芯线通过中心通道进入结晶器，铜液与钢芯线表层接触后冷却并与钢芯线表面形成冶金结合，随着钢芯线逐渐向外运动，铜液在钢芯线表层附着、凝固的厚度加大；最后钢芯线上由铜液冷却形成的铜覆层的表面在结晶器出口处的冷却轮边槽腔中凝固，由两个转向相反的冷却轮送出结晶器，结晶器与冷却轮紧密连接，无铜液的滴漏。可以通过控制边槽腔的大小来控制铜包钢复合材料的直径。冷却轮的转动可保持铜覆层材料与芯线材料的运动速度的一致，有效地避免了铜覆层材料由于摩擦而导致表层应力而断膜的现象。两个冷却轮同步转动，通过改变钢芯线移动速度、冷却轮的转速，控制铜覆层凝固冷却速度，同时减小覆层材料与结晶器壁的摩擦。

有益效果：