Cobre e alumínio na engenharia elétrica

Sem guias - em nenhum lugar

Cobre (lat. Cuprum) — um dos sete metais conhecidos desde a antiguidade. Reservas significativas de minério de cobre são encontradas nos EUA, Chile, Rússia (Urais), Cazaquistão (Jezkazgan), Canadá, Zâmbia e Zaire.

O cobre faz parte de mais de 150 minerais, 17 deles encontraram uso industrial, incluindo: bornita (Cu5FeS4), calcopirita (pirita de cobre — CuFeS2), calcocita (brilho de cobre — Cu2S), covelita (CuS), malaquita (Cu2 ( OH ) 2 [CO3]). O processamento de minérios sulfetados fornece cerca de 80% de todo o cobre extraído.

O mel local também é encontrado na natureza.

Cobre puro — metal maleável e quebradiço rosa macio, bastante pesado, excelente condutor de calor e eletricidade, facilmente submetido a tratamento de pressão. São essas qualidades que possibilitam o uso de produtos de cobre na engenharia elétrica – atualmente mais de 70% de todo o cobre produzido é usado para a produção de produtos elétricos. Para produtos com condutividade elétrica máxima, é usado o chamado cobre "isento de oxigênio". Em outros casos, cobre puro comercial contendo 0,02-0,04% de oxigênio também é adequado.

As principais características do cobre: ​​gravidade específica — 8,93 g / cm3, ponto de fusão — 1083 ° C,resistência elétrica cobre a 20 ° C 0,0167 Ohm * mm2 / m. O cobre puro tem uma alta condutividade elétrica (perdendo apenas para a prata). Essa qualidade de cobre é usada na indústria para fazer barramentos elétricos de cobre.

Os barramentos de cobre são produzidos de acordo com GOST 434-78. O estado em que os barramentos de cobre são entregues ao consumidor: barramentos sem aquecimento (marcação T-hard), recozidos (M-soft) e TV-hard feitos de cobre isento de oxigênio.

No estado deformado, a resistência do cobre é maior que a do metal recozido e os valores de condutividade elétrica são reduzidos.

As ligas que aumentam a resistência e melhoram outras propriedades do cobre são obtidas pela introdução de aditivos, como zinco, estanho, silício, chumbo, alumínio, manganês e níquel. Mais de 30% de cobre é usado para ligas.

Latão - ligas de cobre com zinco (cobre de 60 a 90% e zinco de 40 a 10%) - mais forte que o cobre e menos suscetível à oxidação. Com a adição de silício e chumbo ao latão, suas propriedades antifricção são aumentadas, com a adição de estanho, alumínio, manganês e níquel, a resistência anticorrosiva é aumentada. Folhas e produtos fundidos são utilizados na construção de máquinas, especialmente na indústria química, na ótica e na fabricação de instrumentos, na produção de redes para a indústria de papel e celulose.

Bronze... Anteriormente, as ligas de cobre (80-94%) e estanho (20-6%) eram chamadas de bronze. Agora são produzidos bronzes sem lúmen, nomeados após o componente principal após o cobre.

Os bronzes de alumínio contêm 5-11% de alumínio, possuem altas propriedades mecânicas combinadas com resistência à corrosão.

Bronzes de chumbo contendo 25-33% de chumbo são usados ​​principalmente para a produção de rolamentos que operam em alta pressão e altas velocidades de deslizamento.

Bronzes de silício contendo 4-5% de silício são usados ​​como substitutos baratos para bronzes de estanho.

Bronzes de berílio contendo 1,8-2,3% de berílio são caracterizados por dureza após o endurecimento e alta elasticidade. Molas e produtos de primavera são feitos a partir deles.

Os bronzes de cádmio — ligas de cobre com uma pequena quantidade de cádmio (até 1%) — são utilizados na fabricação de carros para carrinhos, na fabricação de conexões para tubulações de água e gás e na engenharia.

Soldas - ligas de metais não ferrosos usadas na soldagem para obter uma costura soldada monolítica. Entre as soldas duras, é conhecida uma liga de cobre-prata (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; o restante é zinco).

Na Rússia, os pneus de cobre são produzidos por várias fábricas: OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

A produção mundial de cobre em 2007 aumentou 2,5% em relação a 2006 e totalizou 17,76 milhões de toneladas. O consumo de cobre aumentou 4% em 2007, com o consumo de cobre da China saltando 25% em relação ao ano anterior, enquanto o consumo de cobre dos EUA caiu drasticamente em 20%.

Alumínio e suas ligas

O alumínio e várias ligas à base dele são usados ​​na engenharia elétrica devido à boa condutividade elétrica, resistência à corrosão, baixo peso específico e, principalmente, custo mais baixo em comparação com o cobre e suas ligas condutoras.

Dependendo da magnitude da resistência elétrica, as ligas de alumínio são divididas em condutivas e ligas com alta resistência elétrica.

A condutividade elétrica específica dos graus de alumínio elétrico A7E e A5E é de cerca de 60% da condutividade do cobre recozido de acordo com o padrão internacional. O alumínio técnico AD0 e o alumínio elétrico A5E são utilizados na produção de fios, cabos e pneus. As ligas de alumínio de baixa liga dos sistemas Al-Mg-Si AD31, AD31E são usadas na indústria elétrica.

A crosta terrestre contém 8,8% de alumínio. É o terceiro elemento mais abundante na natureza depois do oxigênio e do silício e o primeiro entre os metais. Faz parte de argilas, feldspatos, micas. Várias centenas de minerais de Al são conhecidos (aluminossilicatos, bauxitas, alunitas e outros). O mineral de alumínio mais importante - a bauxita contém 28-60% de óxido de alumínio - óxido de alumínio Al2O3.

Em sua forma pura, o alumínio foi obtido pela primeira vez pelo físico dinamarquês H. Oersted em 1825, embora seja o metal mais comum na natureza.

A produção de alumínio é realizada por eletrólise do óxido de alumínio Al2O3 em criolita fundida NaAlF4 a uma temperatura de 950 ° C.

As principais características do alumínio: densidade — 2,7 × 103 kg / m3, calor específico do alumínio a 20 ° C — 0,21 cal / deg, ponto de fusão — 658,7 ° C, ponto de ebulição do alumínio — 2000 ° C, coeficiente de expansão linear de alumínio (a uma temperatura de cerca de 20 ° C): — 22,9 × 106 (1 / deg)

As ligas de alumínio, que aumentam sua resistência e melhoram outras propriedades, são obtidas pela introdução de aditivos de liga, como cobre, silício, magnésio, zinco e manganês.

Duralumínio (duralumínio, duralumínio, do nome da cidade alemã onde começou a produção industrial da liga) - alumínio fundido (base) com cobre (Cu: 2,2-5,2%), magnésio (Mg: 0,2-2,7%) manganês ( Mn : 0,2-1%). Endurecido e envelhecido, muitas vezes revestido com alumínio. É um material estrutural para aviação e engenharia de transporte.

Silumin — ligas leves de alumínio (base) com silício (Si: 4-13%), às vezes até 23% e alguns outros elementos: Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Peças de configuração complexa são produzidas por ela, principalmente nas indústrias automotiva e aeronáutica.

Magnalia — ligas de alumínio (base) com magnésio (Mg: 1-13%) e outros elementos com alta resistência à corrosão, boa soldabilidade, alta plasticidade. Eles são usados ​​para fazer peças fundidas (cast magnalia), chapas, arames, rebites, etc. (Magnália Deformável).

Em termos de escopo de aplicação, as ligas de alumínio ocupam o segundo lugar depois do aço e do ferro fundido.

Alguns fatos interessantes sobre o alumínio:

• até 140 mg de alumínio está presente no corpo de um adulto,

• 1 kg de alumínio em um carro economiza mais de 10 litros de gasolina a cada 200 mil quilômetros,

• até as maçãs contêm alumínio - até 150 mg / kg,

• cada vigésimo dos átomos que compõem a camada superior do nosso planeta é um átomo de alumínio,

• a necessidade diária de alumínio para um adulto é estimada em 2,45 mg.

Com uma condutividade específica mais baixa (cerca de 56% de cobre recozido), as ligas condutoras de alumínio servem ao mesmo propósito que o alumínio elétrico. Essas ligas são usadas para atender a alta resistência, fluência e outros requisitos especiais.Os pneus de alumínio são produzidos de acordo com GOST 15176-89 a partir das ligas AD31 e AD31T, menos frequentemente AD0.

O consumo mundial de alumínio primário em 2007 foi de 37,52 milhões de toneladas, 3,184 milhões de toneladas (ou 9,3%) a mais que em 2006. A produção mundial de alumínio primário aumentou em 2007 em 4,024 milhões de toneladas em relação a 2006 e atingiu 38,02 milhões de toneladas.

Fabricantes de produtos de cobre

O maior produtor de cobre no mercado russo — MMC Norilsk Nickel

O segundo maior produtor de mel do nosso país é a holding UMMC.

O terceiro maior player no mercado russo é a Russian Copper Company. A CJSC "Russian Copper Company" inclui 11 empresas que operam em quatro regiões da Rússia, bem como no território do Cazaquistão

Existem no mercado pneus de cobre de várias fábricas: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky e Kolchuginsky OCM fazem parte do OJSC UMMC.

Tecnologias e preços

Como a tecnologia para a produção de ônibus de cobre é conhecida e praticamente a mesma em todas as fábricas, a relação preço / qualidade vem à tona para o consumidor. Empresas nacionais - os líderes da indústria atualmente produzem produtos de qualidade e competem entre si, principalmente em preço. Mas falando sobre a qualidade dos barramentos de cobre, vale ressaltar que as impurezas, mesmo em quantidades muito pequenas, reduzem significativamente a condutividade elétrica do cobre. Portanto, o casamento não tem lugar aqui.

Ao mesmo tempo, empresas estrangeiras e locais oferecem soluções inovadoras que lhes permitem produzir produtos com parâmetros de qualidade claramente definidos.Além disso, em momentos particularmente críticos, a produção de pneus de cobre ocorre de acordo com nossas próprias soluções, às vezes originais.

Por exemplo, OJSC «KUZOTSM» produz fitas coletoras de liga de cobre-prata. Essa liga supera o cobre em características operacionais e, ao contrário da liga de cobre com cádmio, é ecologicamente correta. A planta também produz uma série de perfis elétricos críticos. Em particular, trata-se de perfis elétricos retangulares de cobre, como pneus semirrígidos, pneus sólidos com cobertura de superfície aumentada: pneus com arredondamento total dos pequenos lados da seção com dureza diferente, etc.

Os pneus semirrígidos são fabricados para atender aos requisitos britânicos de qualidade de superfície BS1432 e para obter propriedades mecânicas semirrígidas. Os pneus são produzidos a partir do tarugo prensado em duas passadas de trefilação com recozimento intermediário e o acabamento é feito com grau de deformação reduzido em relação ao esquema tradicional de fabricação de pneus maciços.

Pneus com maior pureza de superfície, destinados ao seu posterior revestimento eletrolítico com prata, proporcionando a mais alta condutividade elétrica no ponto de contato, e isso dita requisitos especiais para sua rugosidade de superfície (Rz≤0,63 mícrons de acordo com GOST 2789-73). O indicador de rugosidade exigido pelo cliente foi alcançado na KUZOTsM por vários métodos tecnológicos - o uso de reduções totais aumentadas durante o estiramento, preparação adicional da superfície de estiramento antes da conclusão do estiramento e o processamento correspondente de um canal especialmente moldado a partir de matrizes compostas e monolíticas . O nível de rugosidade acima garantido (Rz≤0,63 mícrons) permite a aplicação de revestimentos de uma determinada espessura uniformemente na superfície do pneu.Desta forma, é possível criar superfícies de contato com baixa resistência de contato e alta condutividade elétrica.

Os pneus com arredondamento total dos pequenos lados da seção, ou seja, com raio de curvatura igual a metade da espessura do pneu, apresentam algumas vantagens sobre os tradicionais: a resistência ao desgaste do revestimento isolante aumenta devido à ausência de dobras nos cantos do perfil, são alcançadas economias significativas de cobre e os indicadores da distribuição da carga atual na seção são pneus aprimorados.

Em alguns meses, as relações entre os fabricantes russos de produtos elétricos e seus concorrentes estrangeiros devem passar para uma nova etapa. Isso se deve à entrada na OMC. Por um lado, a adesão à OMC abre um mercado estrangeiro para os fabricantes russos. Por outro lado, a adesão à OMC significa uma redução obrigatória dos direitos de importação, que deverão ser reduzidos quase uma vez e meia em 3 4 anos. A principal competição será na qualidade dos produtos.

N. Alexandrov. Metais e preços