鐵路貫通地線及其制備裝置和制備方法
【技術領域】
[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】
[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套，銅合金護套能夠增強地線的耐腐蝕、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)的銅合金護套易出現(xiàn)質(zhì)量問題，而采用電鍍的方式制備銅合金護套無法獲得Imm以上厚度的銅合金護套。
[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體接地極、接地線，該設計包括導體及設置在導體外的絕緣層，導體包括鋼質(zhì)芯材及外表面的銅層，所述導體在芯材與銅層之間設有銅鋼分子結晶層。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晶層，銅鋼結合力好，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合界面采用高溫熔接，因此，無殘留物，結合面不會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象；表面銅層較厚，耐腐蝕性強，使用壽命長，減輕了檢修勞動強度。
[0005]上述制備方法總結起來主要包括: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晶層界面的接地線，該方法中將鋼芯預先加熱成高溫使之與環(huán)繞其周圍的熔融銅液共同結晶是該工藝的核心步驟，其所要達到的技術效果是使銅鋼雙金屬界面完全牢固結合，成為單一金屬一樣。但是，就地線這一技術領域，地線纜芯的材質(zhì)各有不同，且纜芯大都是預先制備好的，將纜芯加熱至高溫使之與護套熔液共結晶，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，本領域技術人員需要對基于連鑄法制備包芯結構的貫通地線的工藝作出進一步改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術提供一種鐵路貫通地線，由纜芯和包覆在纜芯外的護套組成，該護套的厚度能夠根據(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的制備裝置。
[0007]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為: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套，所述銅合金護套的厚度為0.9mm?10mm。
[0008]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，所述保溫爐具有熔煉銅合金熔液的保溫爐腔；結晶腔室，位于所述保溫爐腔下方并與保溫爐腔相連通；結晶器，設置在所述結晶腔室內(nèi)并靠近所述保溫爐的爐壁；所述結晶器具有橫向延伸的結晶通道，所述結晶通道連通所述結晶腔室，圍繞所述結晶通道設置有循環(huán)冷卻水道以及繞設在所述循環(huán)冷卻水道外側(cè)的加熱感應線圈；所述保溫爐腔下方成型有供纜芯橫向穿過所述結晶通道的穿孔，對應所述穿孔的前側(cè)設置有纜芯放卷輪，對應所述穿孔的后側(cè)設置有地線收卷輪。
[0009]優(yōu)選地，所述結晶腔室頂部具有連通所述保溫爐腔的進液口，所述進液口配置有開閉封蓋，從而可控制進入結晶腔室內(nèi)銅合金熔液的量，有助于保證結晶器內(nèi)銅合金護套的正常生長規(guī)律。
[0010]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，在保溫爐的保溫爐腔內(nèi)熔煉銅合金熔液，將銅合金熔液注入結晶腔室并滲入結晶器的結晶通道，裝設在纜芯放卷輪上的纜芯從前向后由穿孔橫向穿過結晶通道，纜芯的行進速度為500?15000mm/min ;在纜芯行進的同時開啟循環(huán)冷卻水，并通過加熱感應線圈對纜芯進行加熱，所述加熱感應線圈的加熱溫度沿結晶通道的長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)結晶通道內(nèi)的銅合金熔液從纜芯表面由內(nèi)向外冷凝結晶成銅合金護套，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繼續(xù)向后牽引使收卷于地線收卷輪上。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述結晶腔室頂部具有連通所述保溫爐腔的進液口，所述進液口配置有可開閉封蓋。
[0012]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，砷元素為降低應力開裂的敏感性，稀土元素在黃銅合金表面形成絡合物膜，進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力腐蝕以及鹽霧腐蝕和二氧化硫腐蝕性能。
[0013]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套，保溫爐的保溫爐腔用于熔煉護套銅合金熔液并提供保溫，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行調(diào)制；該裝置中帶有結晶器的結晶腔室是澆鑄銅合金護套最關鍵的部分，銅合金熔液從保溫爐保溫爐腔進入結晶腔室并滲入結晶器填滿結晶通道，與此同時，纜芯放卷輪和地線收卷輪控制纜芯從前向后以設定速度有穿孔橫向穿過結晶通道，啟動加熱感應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晶。加熱感應線圈沿纜芯行進方向?qū)|芯進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形成形核溫度差，使在纜芯表面優(yōu)先形成初始結晶核，這些初始結晶核誘使銅合金熔液從纜芯表面由內(nèi)向外結晶凝固(而不是由靠近循環(huán)冷卻水道的外側(cè)從外向內(nèi)結晶生長)，配合纜芯的行進速度和循環(huán)冷卻水的冷卻作用，使銅合金熔液的結晶生長由纜芯表面從內(nèi)向外并偏向纜芯行進方向的逆方向進行，最終實現(xiàn)了控制銅熔液的結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構，該結晶生長控制方式使銅合金護套與纜芯之間結合得更加緊密可靠，銅合金護套的晶體尺寸均一，保證了鐵路貫通地線的性能。
[0014]上述鐵路貫通地線生產(chǎn)裝置是與相應的基于連鑄原理的銅合金護套澆注方法生產(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套，克服了現(xiàn)有采用電鍍方法無法做到Imm以上厚度的護套。且與【背景技術】引用的連鑄法制備銅包鋼地線的方法相比，本發(fā)明無需在結晶前對纜芯進行預高溫加熱至使之與護套材料發(fā)生共結晶，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。
[0015]另外，本發(fā)明中鐵路貫通地線生產(chǎn)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)纜芯橫向穿過結晶器，因而降低了設備的整體高度，便于作業(yè)人員裝設以及更換纜芯的操作。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:提供了一種包裹銅合金護套的鐵路貫通地線，其銅合金護套的厚度介于0.9mm?10_范圍，銅合金護套采用銅合金熔液澆注到纜芯外層結晶凝固而成，銅合金護套的厚度可以通過改變結晶器結晶通道的管徑來實現(xiàn)。本發(fā)明另提供鐵路貫通地線的制備裝置和相應的制備方法，通過加熱感應線圈和循環(huán)冷卻水道來實現(xiàn)控制結晶通道內(nèi)的銅合金熔液由纜芯表面由內(nèi)向外定向生長，以獲得護套與纜芯結合可靠、護套晶相均一的鐵路貫通地線。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例中貫通地線制備裝置結構示意圖；
圖2為結晶器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019]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，所述保溫爐I具有熔煉銅合金熔液的保溫爐腔2 ;結晶腔室3，位于所述保溫爐腔2下方且其頂部具有連通所述保溫爐腔2的進液口 4，所述進液口 4配置有開閉封蓋5 ;結晶器，設置在所述結晶腔室3內(nèi)并靠近所述保溫爐I的爐壁；所述結晶器具有橫向延伸的結晶通道7，所述結晶通道7連通所述結晶腔室3，圍繞所述結晶通道7設置有循環(huán)冷卻水道6以及繞設在所述循環(huán)冷卻水道6外側(cè)的加熱感應線圈8 ;所述保溫爐腔2下方成型有供纜芯9橫向穿過所述結晶通道7的穿孔，對應所述穿孔的前側(cè)設置有纜芯放卷輪10，對應所述穿孔的后側(cè)設置有地線收卷輪11。
[0020]本實施例中結晶腔