Cuprul și aluminiul în inginerie electrică

Fără ghiduri – nicăieri

Cuprul (lat. Cuprum) — unul dintre cele șapte metale cunoscute din antichitate. Rezerve semnificative de minereu de cupru se găsesc în SUA, Chile, Rusia (Urali), Kazahstan (Jezkazgan), Canada, Zambia și Zair.

Cuprul face parte din peste 150 de minerale, 17 dintre ele și-au găsit uz industrial, printre care: bornit (Cu5FeS4), calcopirită (pirită de cupru - CuFeS2), calcocitul (lustru de cupru - Cu2S), covellită (CuS), malachit (Cu2 (OH). ) 2 [CO3]). Prelucrarea minereurilor sulfurate asigură aproximativ 80% din tot cuprul extras.

Mierea locală se găsește și în natură.

Cupru pur — metal fragil și roz moale, destul de greu, excelent conductor de căldură și electricitate, ușor de supus unui tratament de presiune. Aceste calități fac posibilă utilizarea produselor din cupru în inginerie electrică - în prezent, peste 70% din tot cuprul produs este folosit pentru producția de produse electrice. Pentru produsele cu conductivitate electrică maximă se folosește așa-numitul cupru „fără oxigen”. În alte cazuri, este adecvat și cuprul pur comercial care conține 0,02-0,04% oxigen.

Principalele caracteristici ale cuprului: greutatea specifică - 8,93 g / cm3, punctul de topire - 1083 ° C,rezistență electrică cupru la 20 ° C 0,0167 Ohm * mm2 / m. Cuprul pur are o conductivitate electrică ridicată (al doilea după argint). Această calitate a cuprului este folosită în industrie pentru a face bare electrice din cupru.

Barele colectoare din cupru sunt produse în conformitate cu GOST 434-78. Starea în care sunt livrate consumatorului barele de cupru: bare neîncălzite (marcare-T-hard), recoacete (M-soft) și TV-hard din cupru fără oxigen.

În stare deformată, rezistența cuprului este mai mare decât cea a metalului recoapt, iar valorile conductivității electrice sunt reduse.

Aliajele care măresc rezistența și îmbunătățesc alte proprietăți ale cuprului sunt obținute prin introducerea de aditivi în acesta, precum zinc, staniu, siliciu, plumb, aluminiu, mangan și nichel. Mai mult de 30% cupru este folosit pentru aliaje.

Alama - aliaje de cupru cu zinc (cuprul de la 60 la 90% și zinc de la 40 la 10%) - mai puternic decât cuprul și mai puțin susceptibil la oxidare. Odată cu adăugarea de siliciu și plumb la alamă, proprietățile sale anti-frecare sunt crescute, cu adaos de staniu, aluminiu, mangan și nichel, rezistența anticoroziune este crescută. Tablele și produsele turnate sunt utilizate în construcția de mașini, în special în industria chimică, în optică și fabricarea de instrumente, în producția de plase pentru industria celulozei și hârtiei.

Bronz... Anterior, aliajele de cupru (80-94%) și staniu (20-6%) erau numite bronz. Acum sunt produse bronzuri fără lumen, numite după componenta principală după cupru.

Bronzurile de aluminiu conțin 5-11% aluminiu, au proprietăți mecanice ridicate combinate cu rezistență la coroziune.

Bronzurile de plumb care conțin 25-33% plumb sunt utilizate în principal pentru producția de rulmenți care funcționează la presiune mare și viteze mari de alunecare.

Bronzurile de siliciu care conțin 4-5% siliciu sunt folosite ca înlocuitori ieftini pentru bronzurile de staniu.

Bronzurile de beriliu care conțin 1,8-2,3% beriliu se caracterizează prin duritate după întărire și elasticitate ridicată. Din ele se fac arcuri și produse de primăvară.

Bronzurile de cadmiu — aliaje de cupru cu o cantitate mică de cadmiu (până la 1%) — sunt utilizate la fabricarea cărucioarelor pentru cărucioare, la fabricarea fitingurilor pentru conducte de apă și gaz și în inginerie.

Lipituri — aliaje de metale neferoase utilizate în lipire pentru a obține o cusătură de sudură monolitică. Dintre lipiturile dure se cunoaște un aliaj cupru-argint (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; restul este zinc).

În Rusia, anvelopele din cupru sunt produse de mai multe fabrici: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

Producția mondială de cupru în 2007 a crescut cu 2,5% față de 2006 și s-a ridicat la 17,76 milioane de tone. Consumul de cupru a crescut cu 4% în 2007, consumul de cupru din China crescând cu 25% de la an la an, în timp ce consumul de cupru din SUA a scăzut brusc cu 20%.

Aluminiu și aliajele sale

Aluminiul și o serie de aliaje pe baza acestuia sunt utilizate în inginerie electrică datorită conductivității electrice bune, rezistenței la coroziune, greutății specifice scăzute și, mai important, costului mai mic în comparație cu cuprul și aliajele sale conductoare.

În funcție de mărimea rezistenței electrice, aliajele de aluminiu se împart în conductoare și aliaje cu rezistență electrică mare.

Conductivitatea electrică specifică a aluminiului electric de clase A7E și A5E este de aproximativ 60% din conductibilitatea cuprului recoaptă conform standardului internațional. Aluminiul tehnic AD0 și aluminiul electric A5E sunt utilizate pentru producția de fire, cabluri și anvelope. Aliajele de aluminiu slab aliate ale sistemelor Al-Mg-Si AD31, AD31E sunt utilizate în industria electrică.

Scoarța terestră conține 8,8% aluminiu. Este al treilea element cel mai abundent din natură după oxigen și siliciu și primul dintre metale. Face parte din argile, feldspați, mica. Sunt cunoscute câteva sute de minerale Al (aluminosilicați, bauxite, alunite și altele). Cel mai important mineral de aluminiu - bauxita conține 28-60% oxid de aluminiu - oxid de aluminiu Al2O3.

În forma sa pură, aluminiul a fost obținut pentru prima dată de către fizicianul danez H. Oersted în 1825, deși este cel mai comun metal din natură.

Producția de aluminiu se realizează prin electroliza oxidului de aluminiu Al2O3 în topitură criolit NaAlF4 la o temperatură de 950 ° C.

Principalele caracteristici ale aluminiului: densitate - 2,7 × 103 kg / m3, căldură specifică a aluminiului la 20 ° C - 0,21 cal / grade, punctul de topire - 658,7 ° C, punctul de fierbere al aluminiului - 2000 ° C, coeficient de dilatare liniară a aluminiu (la o temperatură de aproximativ 20 ° C): — 22,9 × 106 (1 / deg)

Aliajele de aluminiu, care îi măresc rezistența și îmbunătățesc alte proprietăți, se obțin prin introducerea de aditivi de aliere precum cuprul, siliciul, magneziul, zincul, manganul.

Duraluminiu (duralumin, duraluminiu, de la numele orașului german unde a început producția industrială a aliajului) - topitură de aluminiu (bază) cu cupru (Cu: 2,2-5,2%), magneziu (Mg: 0,2-2,7%) mangan (Mn : 0,2-1%). Întărit și îmbătrânit, adesea căptușit cu aluminiu. Este un material structural pentru ingineria aviației și transporturilor.

Silumin — aliaje ușoare de aluminiu (bază) cu siliciu (Si: 4-13%), uneori până la 23% și alte elemente: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Părți de configurație complexă sunt produse de acesta, în principal în industria auto și aviație.

Magnalia — aliaje de aluminiu (bază) cu magneziu (Mg: 1-13%) și alte elemente cu rezistență ridicată la coroziune, sudabilitate bună, plasticitate ridicată. Se folosesc la realizarea de piese turnate (turnate magnalia), table, sârmă, nituri etc. (Magnalia deformabilă).

În ceea ce privește domeniul de aplicare, aliajele de aluminiu ocupă locul al doilea după oțel și fontă.

Câteva fapte interesante despre aluminiu:

• până la 140 mg de aluminiu sunt prezente în corpul unui adult,

• 1 kg de aluminiu într-o mașină economisește mai mult de 10 litri de benzină la fiecare 200 de mii de kilometri,

• chiar și merele conțin aluminiu - până la 150 mg / kg,

• fiecare 20 din atomii care alcătuiesc învelișul superior al planetei noastre este un atom de aluminiu,

• necesarul zilnic de aluminiu al unui adult este estimat la 2,45 mg.

Cu o conductivitate specifică mai mică (aproximativ 56% din cuprul recoapt), aliajele conductoare de aluminiu servesc aceluiași scop ca și aluminiul electric. Astfel de aliaje sunt utilizate pentru a îndeplini cerințele speciale de rezistență ridicată, fluaj și alte cerințe speciale.Anvelopele din aluminiu sunt produse conform GOST 15176-89 din aliaje AD31 și AD31T, mai rar AD0.

Consumul mondial de aluminiu primar în 2007 a fost de 37,52 milioane de tone, ceea ce a fost cu 3,184 milioane de tone (sau 9,3%) mai mult decât în ​​2006. Producția mondială de aluminiu primar a crescut în 2007 cu 4,024 milioane de tone față de 2006 și a ajuns la 38,02 milioane de tone.

Producători de produse din cupru

Cel mai mare producător de cupru de pe piața rusă - MMC Norilsk Nickel

Al doilea mare producator de miere din tara noastra este holdingul UMMC.

Al treilea jucător important de pe piața rusă este Russian Copper Company. CJSC „Russian Copper Company” include 11 întreprinderi care operează în patru regiuni ale Rusiei, precum și pe teritoriul Kazahstanului

Pe piață există anvelope din cupru din mai multe fabrici: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky și Kolchuginsky OCM fac parte din OJSC UMMC.

Tehnologii și prețuri

Deoarece tehnologia de producere a autobuzelor din cupru este cunoscută și este practic aceeași în toate fabricile, raportul preț/calitate iese în prim-plan pentru consumator. Întreprinderi autohtone - liderii industriei produc în prezent produse de calitate și concurează între ei, în principal pe preț. Dar vorbind despre calitatea barelor de cupru, este de remarcat faptul că impuritățile, chiar și în cantități foarte mici, reduc semnificativ conductivitatea electrică a cuprului. Prin urmare, căsătoria nu are locul aici.

În același timp, întreprinderile străine și locale oferă soluții inovatoare care le permit să producă produse cu parametri de calitate clar definiți.Mai mult, în momentele deosebit de critice, producția de anvelope din cupru are loc după soluții proprii, uneori originale.

De exemplu, OJSC «KUZOTSM» produce benzi colectoare din aliaj de cupru-argint. Un astfel de aliaj depășește cuprul în caracteristicile operaționale și, spre deosebire de aliajul de cupru cu cadmiu, este ecologic. Fabrica produce, de asemenea, o serie de profile electrice critice. În special, acestea sunt profile electrice dreptunghiulare din cupru, cum ar fi anvelopele semirigide, anvelopele solide cu acoperire sporită a suprafeței: anvelopele cu rotunjire completă a părților mici ale secțiunii cu duritate diferită etc.

Anvelopele semirigide sunt fabricate pentru a îndeplini cerințele britanice de calitate a suprafeței BS1432 și pentru a obține proprietăți mecanice semirigide. Anvelopele sunt realizate dintr-o țagla presată în două treceri de tragere cu recoacere intermediară, iar finisarea se face cu un grad redus de deformare față de schema tradițională de fabricație a anvelopelor solide.

Anvelope cu puritate crescută a suprafeței, destinate acoperirii lor electrolitice ulterioare cu argint, oferind cea mai mare conductivitate electrică la punctul de contact, iar acest lucru impune cerințe speciale pentru rugozitatea suprafeței lor (Rz≤0,63 microni conform GOST 2789-73). Indicatorul de rugozitate cerut de client a fost realizat la KUZOTsM printr-o serie de metode tehnologice — utilizarea reducerilor totale crescute în timpul tragerii, pregătirea suplimentară a suprafeței de tragere înainte de finalizarea tragerii și prelucrarea corespunzătoare a unui canal cu formă specială din matrițe compozite și monolitice. . Nivelul de rugozitate garantat de mai sus (Rz≤0,63 microni) permite aplicarea uniformă pe suprafața anvelopei de acoperiri cu o grosime dată.În acest fel, este posibil să se creeze suprafețe de contact cu rezistență de contact scăzută și conductivitate electrică ridicată.

Anvelopele cu rotunjire completă a laturilor mici ale secțiunii, adică cu o rază de curbură egală cu jumătate din grosimea anvelopei, prezintă anumite avantaje față de cele tradiționale: rezistența la uzură a stratului izolator crește datorită absenței îndoiurilor. în colțurile profilului se realizează economii semnificative de cupru, iar indicatorii de distribuție a sarcinii curente pe secțiune sunt anvelope îmbunătățite.

În câteva luni, relațiile dintre producătorii ruși de produse electrice și concurenții lor străini ar trebui să treacă într-o nouă etapă. Acest lucru se datorează intrării în OMC. Pe de o parte, aderarea la OMC deschide o piață externă pentru producătorii ruși. Pe de altă parte, aderarea la OMC înseamnă o reducere obligatorie a taxelor de import, care ar trebui redusă de aproape o ori și jumătate în 3 4 ani. Principala competiție va fi în calitatea produselor.

N. Alexandrov. Metale și prețuri