Miedź i aluminium w elektrotechnice

Żadnych przewodników – nigdzie

Miedź (łac. Cuprum) — jeden z siedmiu metali znanych od starożytności. Znaczące zasoby rud miedzi znajdują się w USA, Chile, Rosji (Ural), Kazachstanie (Jezkazgan), Kanadzie, Zambii i Zairze.

Miedź wchodzi w skład ponad 150 minerałów, z których 17 znalazło zastosowanie przemysłowe, w tym: bornit (Cu5FeS4), chalkopiryt (piryt miedzi — CuFeS2), chalkozyn (połysk miedzi — Cu2S), kowelit (CuS), malachit (Cu2 ( OH ) 2 [CO3]). Przeróbka rud siarczkowych dostarcza około 80% całej wydobywanej miedzi.

Lokalny miód występuje również w przyrodzie.

Czysta miedź — ciągliwy i miękki różowy kruchy metal, dość ciężki, doskonale przewodzący ciepło i elektryczność, łatwo poddający się obróbce ciśnieniowej. To właśnie te cechy umożliwiają wykorzystanie wyrobów z miedzi w elektrotechnice — obecnie ponad 70% całej produkowanej miedzi jest wykorzystywane do produkcji wyrobów elektrycznych. W przypadku produktów o maksymalnej przewodności elektrycznej stosowana jest tak zwana miedź „beztlenowa”. W innych przypadkach odpowiednia jest również handlowa czysta miedź zawierająca 0,02-0,04% tlenu.

Główne cechy miedzi: ciężar właściwy — 8,93 g / cm3, temperatura topnienia — 1083 ° C,opór elektryczny miedź w 20 ° C 0,0167 Ohm * mm2 / m. Czysta miedź ma wysoką przewodność elektryczną (ustępując tylko srebru). Ta jakość miedzi jest wykorzystywana w przemyśle do produkcji elektrycznych szyn zbiorczych z miedzi.

Szyny miedziane produkowane są zgodnie z GOST 434-78. Stan, w jakim szynoprzewody miedziane dostarczane są do odbiorcy: nieogrzewane (oznaczenie T-twarde), wyżarzane (M-miękkie) i TV-twarde wykonane z miedzi beztlenowej.

W stanie odkształconym wytrzymałość miedzi jest wyższa niż metalu wyżarzonego, a wartości przewodnictwa elektrycznego są zmniejszone.

Stopy zwiększające wytrzymałość i poprawiające inne właściwości miedzi uzyskuje się przez wprowadzenie do niej dodatków, takich jak cynk, cyna, krzem, ołów, aluminium, mangan i nikiel. W stopach stosuje się ponad 30% miedzi.

Mosiądz - stopy miedzi z cynkiem (miedź od 60 do 90% i cynk od 40 do 10%) - mocniejsze od miedzi i mniej podatne na utlenianie. Z dodatkiem krzemu i ołowiu do mosiądzu zwiększają się jego właściwości przeciwcierne, z dodatkiem cyny, aluminium, manganu i niklu zwiększa się odporność na korozję. Blachy i wyroby odlewane znajdują zastosowanie w budowie maszyn, zwłaszcza w przemyśle chemicznym, optyce i przyrządnictwie, przy produkcji siatek dla przemysłu celulozowo-papierniczego.

Brąz... Wcześniej stopy miedzi (80-94%) i cyny (20-6%) nazywano brązem. Obecnie produkowane są bezświetlne brązy, nazwane na cześć głównego składnika po miedzi.

Brązy aluminiowe zawierają 5-11% aluminium, posiadają wysokie właściwości mechaniczne połączone z odpornością na korozję.

Brązy ołowiowe zawierające 25-33% ołowiu stosowane są głównie do produkcji łożysk pracujących przy wysokich ciśnieniach i dużych prędkościach ślizgowych.

Brązy krzemowe zawierające 4-5% krzemu są używane jako tanie zamienniki brązów cynowych.

Brązy berylowe zawierające 1,8-2,3% berylu charakteryzują się twardością po utwardzeniu i dużą elastycznością. Wykonywane są z nich sprężyny i wyroby sprężynowe.

Brązy kadmowe — stopy miedzi z niewielką zawartością kadmu (do 1%) — są wykorzystywane do produkcji wózków do wózków, do produkcji armatury do rur wodociągowych i gazowych oraz w inżynierii.

Luty — stopy metali nieżelaznych stosowane w lutowaniu w celu uzyskania monolitycznego spoiny. Spośród lutów twardych znany jest stop miedzi ze srebrem (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; reszta to cynk).

W Rosji opony miedziane są produkowane przez kilka fabryk: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

Światowa produkcja miedzi w 2007 roku wzrosła o 2,5% w stosunku do 2006 roku i wyniosła 17,76 mln ton. Konsumpcja miedzi wzrosła w 2007 r. o 4%, przy czym konsumpcja miedzi w Chinach wzrosła rok do roku o 25%, podczas gdy konsumpcja miedzi w USA gwałtownie spadła o 20%.

Aluminium i jego stopy

Aluminium i szereg opartych na nim stopów znajduje zastosowanie w elektrotechnice ze względu na dobrą przewodność elektryczną, odporność na korozję, niski ciężar właściwy oraz, co ważne, niższy koszt w porównaniu z miedzią i jej stopami przewodzącymi.

W zależności od wielkości oporu elektrycznego stopy aluminium dzielą się na przewodzące i stopy o wysokiej rezystancji elektrycznej.

Specyficzna przewodność elektryczna aluminium klasy A7E i A5E wynosi około 60% przewodności wyżarzonej miedzi zgodnie z normą międzynarodową. Aluminium techniczne AD0 i aluminium elektrotechniczne A5E wykorzystywane są do produkcji przewodów, kabli i opon. Niskostopowe stopy aluminium układów Al-Mg-Si AD31, AD31E znajdują zastosowanie w przemyśle elektrotechnicznym.

Skorupa ziemska zawiera 8,8% aluminium. Jest to trzeci najbardziej rozpowszechniony pierwiastek w przyrodzie po tlenie i krzemie i pierwszy wśród metali. Wchodzi w skład iłów, skaleni, mików. Znanych jest kilkaset minerałów Al (glinokrzemiany, boksyty, alunity i inne). Najważniejszy minerał glinu — boksyt zawiera 28-60% tlenku glinu — tlenku glinu Al2O3.

Aluminium w czystej postaci zostało po raz pierwszy otrzymane przez duńskiego fizyka H. Oersteda w 1825 r., choć jest to najczęściej występujący metal w przyrodzie.

Produkcja aluminium odbywa się poprzez elektrolizę tlenku glinu Al2O3 w stopionym kriolicie NaAlF4 w temperaturze 950°C.

Główne cechy aluminium: gęstość — 2,7 × 103 kg / m3, ciepło właściwe aluminium w temperaturze 20 ° C — 0,21 cal / deg, temperatura topnienia — 658,7 ° C, temperatura wrzenia aluminium — 2000 ° C, współczynnik rozszerzalności liniowej aluminium (w temperaturze około 20°C): — 22,9 × 106 (1/st.)

Stopy aluminium, które zwiększają jego wytrzymałość i poprawiają inne właściwości, otrzymuje się przez wprowadzenie do niego dodatków stopowych, takich jak miedź, krzem, magnez, cynk, mangan.

Duralumin (duraluminium, duraluminium, od nazwy niemieckiego miasta, w którym rozpoczęto przemysłową produkcję stopu) - stop aluminium (baza) z miedzią (Cu: 2,2-5,2%), magnezem (Mg: 0,2-2,7%), manganem ( Mn : 0,2-1%). Hartowane i postarzane, często powlekane aluminium. Jest materiałem konstrukcyjnym dla inżynierii lotniczej i transportowej.

Silumin — lekkie stopy aluminium (baza) z krzemem (Si: 4-13%), czasem do 23% i niektórymi innymi pierwiastkami: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Wytwarzane są przez nią części o skomplikowanych konfiguracjach, głównie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

Magnalia — stopy aluminium (podstawa) z magnezem (Mg: 1-13%) i innymi pierwiastkami o wysokiej odporności na korozję, dobrej spawalności, wysokiej plastyczności. Stosowane są do wykonywania odlewów formowych (cast magnalia), blach, drutu, nitów itp. (Deformowalne Magnalie).

Pod względem zakresu zastosowania stopy aluminium zajmują drugie miejsce po stali i żeliwie.

Kilka interesujących faktów na temat aluminium:

• w organizmie osoby dorosłej znajduje się do 140 mg glinu,

• 1 kg aluminium w samochodzie to oszczędność ponad 10 litrów benzyny co 200 tysięcy kilometrów,

• nawet jabłka zawierają aluminium — do 150 mg/kg,

• co 20 atomów tworzących górną powłokę naszej planety to atom glinu,

• dzienne zapotrzebowanie osoby dorosłej na aluminium szacuje się na 2,45 mg.

Przy niższej przewodności właściwej (około 56% wyżarzonej miedzi) aluminiowe stopy przewodzące służą temu samemu celowi, co aluminium elektrotechniczne. Takie stopy są stosowane w celu spełnienia wysokich wymagań wytrzymałościowych, pełzania i innych specjalnych wymagań.Opony aluminiowe produkowane są zgodnie z GOST 15176-89 ze stopów AD31 i AD31T, rzadziej AD0.

Światowe zużycie aluminium pierwotnego w 2007 r. wyniosło 37,52 mln ton, czyli o 3,184 mln ton (czyli o 9,3%) więcej niż w 2006 r. Światowa produkcja aluminium pierwotnego wzrosła w 2007 r. o 4,024 mln ton w porównaniu z 2006 r. i osiągnęła poziom 38,02 mln ton.

Producenci wyrobów miedzianych

Największy producent miedzi na rynku rosyjskim — MMC Norilsk Nickel

Drugim co do wielkości producentem miodu w naszym kraju jest holding UMMC.

Trzecim znaczącym graczem na rynku rosyjskim jest Russian Copper Company. CJSC „Russian Copper Company” obejmuje 11 przedsiębiorstw działających w czterech regionach Rosji, a także na terytorium Kazachstanu

Na rynku dostępne są miedziane opony z kilku fabryk: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky i Kolchuginsky OCM są częścią OJSC UMMC.

Technologie i ceny

Ponieważ technologia produkcji autobusów miedzianych jest znana i jest praktycznie taka sama we wszystkich fabrykach, stosunek ceny do jakości wysuwa się na pierwszy plan dla konsumenta. Przedsiębiorstwa krajowe – liderzy branży wytwarzają obecnie produkty wysokiej jakości i konkurują ze sobą, głównie ceną. Ale mówiąc o jakości szyn miedzianych, warto zauważyć, że zanieczyszczenia, nawet w bardzo małych ilościach, znacznie zmniejszają przewodność elektryczną miedzi. Dlatego małżeństwo nie ma tu miejsca.

Jednocześnie zagraniczne i lokalne przedsiębiorstwa oferują innowacyjne rozwiązania, które pozwalają im wytwarzać produkty o jasno określonych parametrach jakościowych.Ponadto w szczególnie krytycznych momentach produkcja opon miedzianych odbywa się według własnych, czasem autorskich rozwiązań.

Na przykład OJSC «KUZOTSM» produkuje taśmy kolektorów ze stopu miedzi i srebra. Taki stop przewyższa miedź właściwościami eksploatacyjnymi i, w przeciwieństwie do stopu miedzi z kadmem, jest przyjazny dla środowiska. Zakład produkuje również szereg krytycznych profili elektrycznych. W szczególności są to miedziane profile elektryczne prostokątne, takie jak opony półsztywne, opony pełne o zwiększonym pokryciu powierzchni: opony z pełnym zaokrągleniem małych boków przekroju o różnej twardości itp.

Opony półsztywne są produkowane w celu spełnienia wymagań brytyjskiej normy BS1432 dotyczącej jakości powierzchni i uzyskania półsztywnych właściwości mechanicznych. Opony są wytwarzane z prasowanego kęsa w dwóch przejściach ciągnienia z pośrednim wyżarzaniem, a wykańczanie odbywa się przy zmniejszonym stopniu deformacji w porównaniu z tradycyjnym schematem wytwarzania opon pełnych.

Opony o podwyższonej czystości powierzchni, przeznaczone do późniejszego powlekania elektrolitycznego srebrem, zapewniające najwyższą przewodność elektryczną w miejscu styku, a to narzuca specjalne wymagania dotyczące chropowatości ich powierzchni (Rz≤0,63 mikrona zgodnie z GOST 2789-73). Wymagany przez klienta wskaźnik chropowatości został osiągnięty w KUZOTsM szeregiem metod technologicznych — zastosowanie zwiększonych ubytków całkowitych podczas ciągnienia, dodatkowe przygotowanie powierzchni ciągnienia przed zakończeniem ciągnienia oraz odpowiednia obróbka specjalnie ukształtowanego kanału z matryc kompozytowych i monolitycznych . Powyższy gwarantowany poziom chropowatości (Rz≤0,63 mikrona) pozwala na równomierne nałożenie powłoki o zadanej grubości na powierzchnię opony.W ten sposób możliwe jest tworzenie powierzchni stykowych o niskiej rezystancji stykowej i wysokiej przewodności elektrycznej.

Opony z pełnym zaokrągleniem małych boków przekroju, to znaczy o promieniu krzywizny równym połowie grubości opony, mają pewne zalety w stosunku do tradycyjnych: odporność na zużycie powłoki izolacyjnej wzrasta z powodu braku zagięć w rogach profilu uzyskuje się znaczne oszczędności miedzi, a wskaźnikami rozkładu aktualnego obciążenia na przekroju są ulepszone opony.

Za kilka miesięcy stosunki między rosyjskimi producentami wyrobów elektrycznych a ich zagranicznymi konkurentami powinny przejść na nowy etap. Wynika to z wejścia do WTO. Z jednej strony przystąpienie do WTO otwiera rynek zagraniczny dla rosyjskich producentów. Z drugiej strony przystąpienie do WTO oznacza obowiązkową obniżkę ceł importowych, które powinny zostać obniżone prawie półtorakrotnie w ciągu 3 4 lat. Główną konkurencją będzie jakość produktów.

N. Aleksandrow. Metale i ceny