[发明专利]热熔连铸连轧生产扁带型铜覆钢的装置和方法

说明书

本发明公开了热熔连铸连轧生产扁带型铜覆钢的装置和方法，属于电力设备接地材料领域，以圆棒形钢材和铜材为原料，借助除锈设备、校直机、轧制机、熔铜装置和热处理设备等进行加工，具体包括钢材预处理、钢材经过椭圆塑形成为椭圆形截面、椭圆形钢材经过熔铜炉进行连铸形成椭圆形铜覆钢、椭圆形铜覆钢轧制成为扁线型铜覆钢，再经过热处理后定型成为扁带型铜覆钢成品等工序。加工生产得到的铜覆钢铜层厚度均匀，耐腐蚀性好，柔韧性佳，弯折90度不会出现明显的开裂分层现象，各项指标优于目前市场上的电镀、机械包覆法等制作成的铜覆钢，具有广泛应用价值。

技术领域

本发明涉及电力系统及电气装置等接地体材料生产领域，具体的为热熔连铸连轧生产扁带型铜覆钢的装置和方法。

背景技术

目前电力系统的发展迅速，随着能源互联网概念的提出，对于电力系统的运行稳定性提出了新的要求，而接地体作为各个电力设备的共地点以及故障电流和雷击电流散流进入大地的介质，其重要性不言而喻。

接地体的性能和质量关系到电力设备的稳定运行，现阶段常用的接地体材料以钢材为主，比如镀锌钢、铜覆钢等，由于接地体往往位于地表以下，受土壤的pH值、含水量以及微生物的影响，接地体容易被腐蚀变细乃至断裂，这将严重威胁到接地体的正常生命周期，对电力系统的安全稳定运行造成干扰，故耐腐蚀性成为考量接地体服役年限的重要指标，比如在一些腐蚀性较强的地区，接地体埋设后2至3年后便会发生明显的腐蚀变细甚至断裂，所以在接地体材料的研究发展过程中，人们采取在芯线钢材外部包裹一层锌或者铜等金属以提高接地体的耐腐蚀性，此外纯铜材质的接地体耐腐蚀性和导电性均极好，但是由于纯铜材质的接地体造价昂贵，所以未被大范围采用。以铜覆钢为例，便是在钢材的外部包裹上一层铜，所以又叫做铜包钢，其导电性以及耐腐蚀性均优于钢材和锌包钢，所以铜覆钢材料成为接地体的较优选择。根据铜覆钢的截面形状可以被分为圆棒形和扁带型，两者的主要区别便是圆棒形铜覆钢在运输过程中无法卷曲，体积较大，而扁带型的铜覆钢可以卷曲成盘状，容易运输，在接地体的铺设过程中也较易操作，所以铜覆钢以扁带型为主，各个接地体材料加工企业也以生产扁带型的铜覆钢为主。事实上扁带型铜覆钢的加工难度要大于圆棒形铜覆钢，铜层的厚度控制以及如何确保材料在弯曲过程中铜层不会开裂等均成为限制扁带型铜覆钢材料加工生产的瓶颈。目前扁带型铜覆钢的生产方式主要由以下几大类：

机械包覆法：钢丝和铜带预处理、铜带螺旋卷绕在钢丝的表面并焊接成铜管、轧制或拉伸到所需的线径。这种方法设备简单、操作方便、易于控制、不污染环境，但须采用高质量的无氧铜带，加工量大、铜带利用率低、产品成本高，且难以得到长尺寸的连续制品。

电镀法：电镀法是利用电解原理在铜盐中给钢丝表面镀上铜。传统电镀法的工艺是：将铜棒加工成螺旋形的线卷、连续不断地输入到电解槽内、一面转动一面电镀铜、根据不同的用途拉伸到预定线径、热处理。近年来这种工艺又有了改进，新研制的电镀法是在纵型供电旋转卷筒上多级卷绕钢丝，使钢丝多次通过电镀液而进行多次电镀，这样可获得高质量的厚铜层。电镀法设备简单，操作容易，原材料利用率高，但由于电镀液中含有剧毒的氰化物，其排放造成了极大的社会公害。多年来，许多研究者进行了大量的研究以期找到具有氰化物特性的无氰镀铜配方，但在与基体金属结合方面未取得与氰化物相匹敌的电解液。此外，电镀法难以获得厚的包覆铜层，成品线的直径一般在14mm以下。

挤压法：芯材钢线经表面处理后，进行预先热处理，在模具出口处对钢线施以张力，以使铜与钢因磨擦压接而复合。应用挤压法获得的铜层厚度可从相当于镀层厚度到几毫米，形状可以是异形断面。但挤压复合时因为产生坯料和芯线间的相对滑移，所以若复合比确定不当，容易造成芯线或外包层的断裂。

由于以上几种方法制备得到的扁带型铜包钢在质量上或者加工过程中存在诸多不足之处，因此有必要研制出一种新型的扁带型铜覆钢加工工艺，来解决现有生产技术中存在的不足。

发明内容