一種鐵路貫通地線及其制備裝置和制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于干線鐵路和高速鐵路鐵軌上的貫通地線，以及該鐵路貫通地線的制備裝置和制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國干線鐵路和高速鐵路的軌道左右兩側(cè)沿鐵路全長各鋪設(shè)有一根鐵路貫通地線，左右兩根貫通地線每隔一段距離再橫向連通，由此構(gòu)成鐵路綜合接地系統(tǒng)。鐵路綜合接地就是將鐵路沿線的牽引供電回流系統(tǒng)、電力供電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、通信及其他電子信息系統(tǒng)、建筑物、道床、站臺、橋梁、隧道、聲屏障等需要接地的裝置通過貫通地線連成一體的接地系統(tǒng)。同時，貫通地線也是牽引回流的一個主要回路，從原理上來說，其實就是一個共用接地系統(tǒng)并通過等電位連接構(gòu)成鐵路的一個等電位體。
[0003]目前廣泛使用的貫通地線主要是纜芯外層包覆一定厚度的銅合金護(hù)套，銅合金護(hù)套能夠增強(qiáng)地線的耐腐蝕、防滲水能力，并能夠延長貫通地線的使用壽命。為了獲得厚度均一、成分均勻的銅合金護(hù)層，現(xiàn)在主要采用的方法有銅合金帶材焊接和電鍍的方法，但由于銅合金的導(dǎo)熱性以及焊縫組織差異性等原因會使焊接生產(chǎn)的銅合金護(hù)套易出現(xiàn)質(zhì)量問題，而采用電鍍的方式制備銅合金護(hù)套無法獲得Imm以上厚度的銅合金護(hù)套。
[0004]申請?zhí)?01210117064.0的發(fā)明專利申請公開了一種連鑄銅包鋼導(dǎo)體接地極、接地線，該設(shè)計包括導(dǎo)體及設(shè)置在導(dǎo)體外的絕緣層，導(dǎo)體包括鋼質(zhì)芯材及外表面的銅層，所述導(dǎo)體在芯材與銅層之間設(shè)有銅鋼分子結(jié)晶層。該發(fā)明采用水平連鑄法生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)銅與鋼之間冶金熔接形成分子結(jié)晶層，銅鋼結(jié)合力好，可像拉拔單一金屬一樣任意拉拔，可根據(jù)需要加工成大截面、大長度、且不出現(xiàn)脫節(jié)、翹皮、開裂現(xiàn)象；同時由于銅和鋼之間復(fù)合界面采用高溫熔接，因此，無殘留物，結(jié)合面不會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象；表面銅層較厚，耐腐蝕性強(qiáng)，使用壽命長，減輕了檢修勞動強(qiáng)度。
[0005]上述制備方法總結(jié)起來主要包括:鋼芯高溫加熱一銅包鋼環(huán)料一拉制等，最后制成具有鋼鋼結(jié)晶層界面的接地線，該方法中將鋼芯預(yù)先加熱成高溫使之與環(huán)繞其周圍的熔融銅液共同結(jié)晶是該工藝的核心步驟，其所要達(dá)到的技術(shù)效果是使銅鋼雙金屬界面完全牢固結(jié)合，成為單一金屬一樣。但是，就地線這一技術(shù)領(lǐng)域，對于纜芯與護(hù)套合金熔點(diǎn)差值范圍窄的地線產(chǎn)品，纜芯極易直接溶入護(hù)套合金熔液中，很難實現(xiàn)纜芯與護(hù)套界面擴(kuò)散共晶超長地線生產(chǎn)，同時地線纜芯的材質(zhì)各有不同，且纜芯大都是預(yù)先制備好的，將纜芯加熱至高溫使之與護(hù)套熔液共結(jié)晶，這或?qū)|芯的性能造成影響；另外，對纜芯加熱也會造成一定的能源消耗，后續(xù)的拉拔也是一項復(fù)雜的工藝，對纜芯的厚度及在長度方向上的均勻性都是難以把控的。綜上，本領(lǐng)域技術(shù)人員需要對基于連鑄法制備包芯結(jié)構(gòu)的貫通地線的工藝作出進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種鐵路貫通地線，由纜芯和包覆在纜芯外的護(hù)套組成，該護(hù)套的厚度能夠根據(jù)需要做到1_以上，以及基于連鑄原理制備該貫通地線的方法和相應(yīng)的制備裝置。
[0007]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為:一種鐵路貫通地線，包括纜芯和包覆在所述纜芯外層的銅合金護(hù)套，所述銅合金護(hù)套的厚度為0.9mm?10mm。
[0008]為了基于連鑄原理的制備上述鐵路貫通地線的裝置，包括保溫爐，用于熔煉銅合金護(hù)套的銅合金熔液；結(jié)晶爐，與所述保溫爐相連通，其一般保溫爐采用潛流式連通；結(jié)晶爐爐體下部成型有供纜芯穿過的結(jié)晶通道，所述結(jié)晶通道內(nèi)配置有結(jié)晶器；所述結(jié)晶器包括與所述結(jié)晶通道貫通的下引通道，圍繞所述下引通道設(shè)置的循環(huán)冷卻水道以及繞設(shè)在所述循環(huán)冷卻水道外側(cè)的加熱感應(yīng)線圈；對應(yīng)所述結(jié)晶通道上方設(shè)置有纜芯放卷輪，對應(yīng)所述結(jié)晶通道下方設(shè)置有地線收卷輪。
[0009]一種利用上述鐵路貫通地線的制備裝置生產(chǎn)鐵路貫通地線的方法，具體為，在保溫爐中熔煉銅合金熔液，將銅合金熔液注入結(jié)晶爐內(nèi)并滲入下引通道，裝設(shè)在纜芯放卷輪上的纜芯由上往下穿過下引通道，纜芯的下引速度為300?10000mm/min ;在纜芯下引的同時開啟循環(huán)冷卻水，并通過加熱感應(yīng)線圈對纜芯進(jìn)行加熱，所述加熱感應(yīng)線圈的加熱溫度沿下引通道的深度呈梯度遞減的趨勢，所述加熱溫度的最高溫度為980?1080°C，最低溫度為920?970°C，最高溫度和最低溫度之間的溫度梯度為20?40°C /cm,以實現(xiàn)下引通道內(nèi)的銅合金熔液從纜芯表面由內(nèi)向外冷凝結(jié)晶成銅合金護(hù)套，并包覆在纜芯外層形成鐵路貫通地線，最后將鐵路貫通地線向下牽引收卷于地線收卷輪上。
[0010]本發(fā)明中所述銅合金熔液的成分包括銅、鋅、鋁、砷、稀土元素，稀土元素可以是鑭(La)、鈰(Ce)、釹(Nd)、鈮(Nb)、銫等。銅鋅組成單相α黃銅合金，鋁元素為抑制黃銅合金脫鋅腐蝕，砷元素為降低應(yīng)力開裂的敏感性，稀土元素在黃銅合金表面形成絡(luò)合物膜，進(jìn)一步提高黃銅合金耐腐蝕性能。該合金具有抗脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕以及鹽霧腐蝕和二氧化硫腐蝕性能。
[0011]本發(fā)明提供的鐵路貫通地線生產(chǎn)裝置是基于連鑄法原理在纜芯外層澆鑄形成具有一定厚度的銅合金護(hù)套，保溫爐用于熔煉護(hù)套銅合金熔液，銅合金熔液的成分可以根據(jù)具體生產(chǎn)的鐵路貫通地線的性能要求進(jìn)行調(diào)制；該裝置中帶有結(jié)晶器的結(jié)晶爐是澆鑄銅合金護(hù)套最關(guān)鍵的部分，銅合金熔液從保溫爐中進(jìn)入結(jié)晶爐并滲入結(jié)晶器填滿下引通道，與此同時，纜芯放卷輪和地線收卷輪控制纜芯從下引通道內(nèi)以設(shè)定速度向下穿過，啟動加熱感應(yīng)線圈對纜芯加熱的同時配合循環(huán)冷卻水冷卻銅合金熔液使之凝固結(jié)晶。加熱感應(yīng)線圈沿纜芯行進(jìn)方向?qū)|芯進(jìn)行溫度梯度遞減式加熱，其目的是在纜芯和高溫銅合金熔液之間構(gòu)成形核溫度差，在纜芯表面優(yōu)先形成初始結(jié)晶核，這些初始結(jié)晶核誘使銅合金熔液從纜芯表面由內(nèi)向外結(jié)晶凝固(而不是由靠近循環(huán)冷卻水道的外側(cè)從外向內(nèi)結(jié)晶生長)，配合纜芯的下引速度和循環(huán)冷卻水的冷卻作用，使銅合金熔液的結(jié)晶生長由纜芯表面從內(nèi)向外并偏向纜芯行進(jìn)方向的逆方向進(jìn)行，最終實現(xiàn)了控制銅熔液的結(jié)晶生長過程按照利于形成穩(wěn)定、均一、成熟的銅合金晶相組織結(jié)構(gòu)，該結(jié)晶生長控制方式使銅合金護(hù)套與纜芯之間結(jié)合得更加緊密可靠，銅合金護(hù)套的晶體尺寸均一，保證了鐵路貫通地線的性能。
[0012]上述鐵路貫通地線生產(chǎn)裝置是與相應(yīng)的基于連鑄原理的銅合金護(hù)套澆注方法生產(chǎn)鐵路貫通地線相匹配。所涉及的鐵路貫通地線的制備方法原理簡單、控制巧妙，在保證銅合金性能及銅合金與纜芯可靠結(jié)合之外，能夠根據(jù)具體工程需要制備出不同厚度的銅合金護(hù)套，克服了現(xiàn)有采用電鍍方法無法做到Imm以上厚度的護(hù)套。且與【背景技術(shù)】引用的連鑄法制備銅包鋼地線的方法相比，本發(fā)明無需在結(jié)晶前對纜芯進(jìn)行預(yù)高溫加熱至使之與護(hù)套材料發(fā)生共結(jié)晶，所以不會對纜芯的性能產(chǎn)生影響，確保整個地線的最終性能，而且也節(jié)省了額外能源消耗。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:提供了一種包裹銅合金護(hù)套的鐵路貫通地線，其銅合金護(hù)套的厚度介于0.9mm?10_范圍，銅合金護(hù)套采用銅合金熔液澆注到纜芯外層結(jié)晶凝固而成，銅合金護(hù)套的厚度可以通過改變結(jié)晶器下引通道的管徑來實現(xiàn)。本發(fā)明另提供鐵路貫通地線的制備裝置和相應(yīng)的制備方法，通過加熱感應(yīng)線圈和循環(huán)冷卻水道來實現(xiàn)控制下引通道內(nèi)的銅合金熔液由纜芯表面由內(nèi)向外定向生長，以獲得護(hù)套與纜芯分界處結(jié)合可靠、護(hù)套金相組織均一的鐵路貫通地線。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例中貫通地線制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016]如圖1和圖2所示，以下各實施例中的鐵路貫通地線的制備裝置，包括保溫爐1，用于熔煉銅合金護(hù)套的銅合金熔液2及保溫；結(jié)晶爐3，與所述保溫爐I潛流式相連通；結(jié)晶爐3爐體下部成型有供纜芯8穿過的結(jié)晶通道4，所述結(jié)晶通道4內(nèi)配置有結(jié)晶器；所述結(jié)晶器包括與所述結(jié)晶通道4貫通的下引通道6，圍繞所述下引通道6設(shè)置的循環(huán)冷卻水道5以及繞設(shè)在所述循環(huán)冷卻水道5外側(cè)的加熱感應(yīng)線圈7 ;對應(yīng)所述結(jié)晶通道4上方設(shè)置有纜芯放卷輪9，對應(yīng)所述結(jié)晶通道4下方設(shè)置有地線收卷輪10。
[0017]