Rame e alluminio nell'ingegneria elettrica

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Rame (lat. Cuprum) — uno dei sette metalli conosciuti fin dall'antichità. Riserve significative di minerale di rame si trovano negli Stati Uniti, Cile, Russia (Urali), Kazakistan (Jezkazgan), Canada, Zambia e Zaire.

Il rame fa parte di oltre 150 minerali, 17 dei quali hanno trovato uso industriale, tra cui: bornite (Cu5FeS4), calcopirite (pirite di rame — CuFeS2), calcocite (lustro di rame — Cu2S), covellite (CuS), malachite (Cu2 (OH ) 2 [CO3]). La lavorazione dei minerali di solfuro fornisce circa l'80% di tutto il rame estratto.

Il miele locale si trova anche in natura.

Rame puro — metallo fragile rosa malleabile e tenero, piuttosto pesante, ottimo conduttore di calore ed elettricità, facilmente sottoposto a trattamento a pressione. Sono queste qualità che consentono di utilizzare i prodotti in rame nell'ingegneria elettrica: attualmente oltre il 70% di tutto il rame prodotto viene utilizzato per la produzione di prodotti elettrici. Per i prodotti con la massima conducibilità elettrica viene utilizzato il cosiddetto rame "privo di ossigeno". In altri casi è adatto anche rame puro commerciale contenente 0,02-0,04% di ossigeno.

Le principali caratteristiche del rame: peso specifico - 8,93 g / cm3, punto di fusione - 1083 ° C,resistenza elettrica rame a 20°C 0,0167 Ohm*mm2/m. Il rame puro ha un'elevata conduttività elettrica (seconda solo all'argento). Questa qualità di rame viene utilizzata nell'industria per realizzare sbarre elettriche in rame.

Le sbarre collettrici in rame sono prodotte in conformità con GOST 434-78. Lo stato in cui le sbarre di rame vengono consegnate al consumatore: sbarre collettrici non riscaldate (marcatura T-hard), ricotte (M-soft) e TV-hard in rame privo di ossigeno.

Allo stato deformato, la resistenza del rame è superiore a quella del metallo ricotto e i valori di conducibilità elettrica sono ridotti.

Le leghe che aumentano la resistenza e migliorano altre proprietà del rame si ottengono introducendovi additivi, come zinco, stagno, silicio, piombo, alluminio, manganese e nichel. Più del 30% di rame viene utilizzato per le leghe.

Ottone - leghe di rame con zinco (rame dal 60 al 90% e zinco dal 40 al 10%) - più resistenti del rame e meno suscettibili all'ossidazione. Con l'aggiunta di silicio e piombo all'ottone si aumentano le sue proprietà antifrizione, con l'aggiunta di stagno, alluminio, manganese e nichel si aumenta la resistenza anticorrosiva. Lastre e prodotti fusi sono utilizzati nella costruzione di macchine, in particolare nell'industria chimica, nell'ottica e nella costruzione di strumenti, nella produzione di reti per l'industria della cellulosa e della carta.

Bronzo... In precedenza, le leghe di rame (80-94%) e stagno (20-6%) erano chiamate bronzo. Ora vengono prodotti bronzi senza lumen, che prendono il nome dal componente principale dopo il rame.

I bronzi all'alluminio contengono il 5-11% di alluminio, hanno elevate proprietà meccaniche combinate con la resistenza alla corrosione.

I bronzi al piombo contenenti il ​​25-33% di piombo sono utilizzati principalmente per la produzione di cuscinetti operanti ad alta pressione ed elevate velocità di strisciamento.

I bronzi al silicio contenenti il ​​4-5% di silicio sono usati come sostituti economici dei bronzi allo stagno.

I bronzi al berillio contenenti l'1,8-2,3% di berillio sono caratterizzati da durezza dopo l'indurimento ed elevata elasticità. Molle e prodotti primaverili sono realizzati da loro.

I bronzi al cadmio - leghe di rame con una piccola quantità di cadmio (fino all'1%) - sono utilizzati nella fabbricazione di carrelli per carrelli, per la fabbricazione di raccordi per tubi dell'acqua e del gas e nell'ingegneria.

Saldature: leghe di metalli non ferrosi utilizzate nella saldatura per ottenere un cordone saldato monolitico. Tra le saldature dure è nota una lega rame-argento (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; il resto è zinco).

In Russia, i pneumatici in rame sono prodotti da diverse fabbriche: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

La produzione mondiale di rame nel 2007 è aumentata del 2,5% rispetto al 2006 e si è attestata a 17,76 milioni di tonnellate. Il consumo di rame è aumentato del 4% nel 2007, con il consumo di rame in Cina che è aumentato del 25% su base annua, mentre il consumo di rame negli Stati Uniti è diminuito drasticamente del 20%.

Alluminio e sue leghe

L'alluminio e una serie di leghe a base di esso sono utilizzati nell'ingegneria elettrica grazie alla buona conduttività elettrica, alla resistenza alla corrosione, al basso peso specifico e, soprattutto, al costo inferiore rispetto al rame e alle sue leghe conduttive.

A seconda dell'entità della resistenza elettrica, le leghe di alluminio sono suddivise in conduttive e leghe ad alta resistenza elettrica.

La conducibilità elettrica specifica dei gradi di alluminio elettrico A7E e A5E è circa il 60% della conducibilità del rame ricotto secondo lo standard internazionale. L'alluminio tecnico AD0 e l'alluminio elettrico A5E sono utilizzati per la produzione di fili, cavi e pneumatici. Le leghe di alluminio a bassa lega dei sistemi Al-Mg-Si AD31, AD31E sono utilizzate nell'industria elettrica.

La crosta terrestre contiene l'8,8% di alluminio. È il terzo elemento più abbondante in natura dopo l'ossigeno e il silicio e il primo tra i metalli. Fa parte di argille, feldspati, miche. Sono note diverse centinaia di minerali Al (alluminosilicati, bauxiti, aluniti e altri). Il minerale di alluminio più importante, la bauxite, contiene il 28-60% di ossido di alluminio, l'ossido di alluminio Al2O3.

Nella sua forma pura, l'alluminio fu ottenuto per la prima volta dal fisico danese H. Oersted nel 1825, sebbene sia il metallo più comune in natura.

La produzione di alluminio viene effettuata mediante elettrolisi dell'ossido di alluminio Al2O3 in criolite fusa NaAlF4 ad una temperatura di 950 ° C.

Le principali caratteristiche dell'alluminio: densità - 2,7 × 103 kg / m3, calore specifico dell'alluminio a 20 ° C - 0,21 cal / deg, punto di fusione - 658,7 ° C, punto di ebollizione dell'alluminio - 2000 ° C, coefficiente di dilatazione lineare di alluminio (a una temperatura di circa 20°C): — 22,9 × 106 (1/deg)

Le leghe di alluminio, che ne aumentano la resistenza e migliorano altre proprietà, si ottengono introducendo in esso additivi di lega come rame, silicio, magnesio, zinco, manganese.

Duralluminio (duralluminio, duralluminio, dal nome della città tedesca dove iniziò la produzione industriale della lega) - fusione di alluminio (base) con rame (Cu: 2,2-5,2%), magnesio (Mg: 0,2-2,7%) manganese ( Mn : 0,2-1%). Indurito e invecchiato, spesso rivestito di alluminio. È un materiale strutturale per l'ingegneria aeronautica e dei trasporti.

Silumin — leghe leggere di alluminio (base) con silicio (Si: 4-13%), a volte fino al 23% e alcuni altri elementi: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Vengono prodotte parti di configurazione complessa, principalmente nell'industria automobilistica e aeronautica.

Magnalia — leghe di alluminio (base) con magnesio (Mg: 1-13%) e altri elementi con elevata resistenza alla corrosione, buona saldabilità, elevata plasticità. Sono utilizzati per realizzare getti stampati (cast magnalia), lamiere, fili, rivetti, ecc. (Magnalia deformabile).

In termini di campo di applicazione, le leghe di alluminio occupano il secondo posto dopo l'acciaio e la ghisa.

Alcuni fatti interessanti sull'alluminio:

• nel corpo di un adulto sono presenti fino a 140 mg di alluminio,

• 1 kg di alluminio in un'auto fa risparmiare più di 10 litri di benzina ogni 200mila chilometri,

• anche le mele contengono alluminio — fino a 150 mg/kg,

• ogni 20 atomi che compongono il guscio superiore del nostro pianeta è un atomo di alluminio,

• il fabbisogno giornaliero di alluminio di un adulto è stimato in 2,45 mg.

Con una conduttività specifica inferiore (circa il 56% del rame ricotto), le leghe conduttrici di alluminio hanno lo stesso scopo dell'alluminio elettrico. Tali leghe vengono utilizzate per soddisfare requisiti di elevata resistenza, scorrimento e altri requisiti speciali.I pneumatici in alluminio sono prodotti secondo GOST 15176-89 dalle leghe AD31 e AD31T, meno spesso AD0.

Il consumo mondiale di alluminio primario nel 2007 è stato di 37,52 milioni di tonnellate, ovvero 3,184 milioni di tonnellate (o 9,3%) in più rispetto al 2006. La produzione mondiale di alluminio primario è aumentata nel 2007 di 4,024 milioni di tonnellate rispetto al 2006 e ha raggiunto i 38,02 milioni di tonnellate.

Produttori di prodotti in rame

Il più grande produttore di rame sul mercato russo — MMC Norilsk Nickel

Il secondo più grande produttore di miele nel nostro paese è la holding UMMC.

Il terzo attore principale nel mercato russo è la Russian Copper Company. CJSC "Russian Copper Company" comprende 11 imprese che operano in quattro regioni della Russia, nonché sul territorio del Kazakistan

Ci sono pneumatici in rame sul mercato di diverse fabbriche: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky e Kolchuginsky OCM fanno parte di OJSC UMMC.

Tecnologie e prezzi

Poiché la tecnologia per la produzione di autobus in rame è nota ed è praticamente la stessa in tutti gli stabilimenti, il rapporto qualità / prezzo viene in primo piano per il consumatore. Imprese nazionali: i leader del settore attualmente producono prodotti di qualità e competono tra loro, principalmente sul prezzo. Ma parlando della qualità delle sbarre in rame, vale la pena notare che le impurità, anche in quantità molto ridotte, riducono significativamente la conduttività elettrica del rame. Pertanto, il matrimonio non ha posto qui.

Allo stesso tempo, le imprese straniere e locali offrono soluzioni innovative che consentono loro di produrre prodotti con parametri di qualità chiaramente definiti.Inoltre, in momenti particolarmente critici, la produzione di pneumatici in rame avviene secondo soluzioni proprie, a volte originali.

Ad esempio, OJSC «KUZOTSM» produce nastri collettori in lega di rame-argento. Tale lega supera il rame nelle caratteristiche operative e, a differenza della lega di rame con cadmio, è rispettosa dell'ambiente. L'impianto produce anche una serie di profili elettrici critici. In particolare si tratta di profili elettrici in rame rettangolari, tipo pneumatici semirigidi, pneumatici pieni a copertura superficiale maggiorata: pneumatici con arrotondamento totale dei lati piccoli della sezione con diversa durezza, ecc.

I pneumatici semirigidi sono prodotti per soddisfare i requisiti di qualità della superficie britannica BS1432 e per ottenere proprietà meccaniche semirigide. I pneumatici sono ricavati da una billetta pressata in due passaggi di imbutitura con ricottura intermedia e la finitura avviene con un grado di deformazione ridotto rispetto allo schema tradizionale di produzione di pneumatici pieni.

Pneumatici con maggiore purezza superficiale, destinati al loro successivo rivestimento elettrolitico con argento, fornendo la massima conduttività elettrica nel punto di contatto, e questo impone requisiti speciali per la loro rugosità superficiale (Rz≤0,63 micron secondo GOST 2789-73). L'indicatore di rugosità richiesto dal cliente è stato ottenuto presso KUZOTsM mediante una serie di metodi tecnologici: l'uso di maggiori riduzioni totali durante l'imbutitura, un'ulteriore preparazione della superficie dell'imbutitura prima del completamento dell'imbutitura e la corrispondente lavorazione di un canale di forma speciale da stampi compositi e monolitici . Il livello di rugosità sopra garantito (Rz≤0,63 micron) consente l'applicazione uniforme di rivestimenti di un dato spessore sulla superficie del pneumatico.In questo modo è possibile creare superfici di contatto con bassa resistenza di contatto ed elevata conducibilità elettrica.

I pneumatici con arrotondamento completo dei lati piccoli della sezione, cioè con un raggio di curvatura pari alla metà dello spessore del pneumatico, presentano alcuni vantaggi rispetto a quelli tradizionali: la resistenza all'usura del rivestimento isolante aumenta per l'assenza di curve negli angoli del profilo si ottengono risparmi significativi di rame e gli indicatori della distribuzione del carico attuale sulla sezione sono pneumatici migliorati.

In pochi mesi, le relazioni tra i produttori russi di prodotti elettrici ei loro concorrenti stranieri dovrebbero passare a una nuova fase. Ciò è dovuto all'ingresso nell'OMC. Da un lato, l'adesione all'OMC apre un mercato estero per i produttori russi. D'altro canto, l'adesione all'OMC comporta una riduzione obbligatoria dei dazi all'importazione, che dovrebbero essere ridotti di quasi una volta e mezza in 3 4 anni. La competizione principale sarà nella qualità dei prodotti.

N. Aleksandrov. Metalli e prezzi