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铜的技术和标准

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发布日期:2010-06-08   作者:佚名
核心提示:  1、开采和矿物处理: 美国早期的铜业生产主要集中中美国西部(Arizona, Utah, New Mexico, Montana, and Alaska),当时的铜为生产

  1、开采和矿物处理: 美国早期的业生产主要集中中美国西部(Arizona, Utah, New Mexico, Montana, and Alaska),当时的铜为生产仅限于开采丰富的含铜矿物。十九世纪末期浮选法的引进可以让人们从低质的斑状矿石中提取铜和其他金属(包括金和银)。在二十世纪八十年代中期,有一个采矿厂引进了一种巨大的、效率很高的运输系统。

  2. 闪速熔炼: 不断改善的电镀和熔炼技术已经成功地提高了冶炼厂的生产力和生产率,同时还越来越适应比较苛刻的环境限制了。

  3. 电解精炼: 在过去的十年里,许多精炼厂都利用电解精炼法用传统的铜代替了由不锈钢或钛制成的始极片。沉积铜通过用截切机或用气喷净法挠曲与不锈钢或钛始极片分离。由于在电解槽里引进了正、负极电的自动处理技术,因此也节约了大量的人力劳动。

  4. 溶剂提取: 传统的硫化矿一般都需要经过研磨、熔炼和精炼。溶剂的提取需以较低的价格来加工低质的氧化物矿。 在第一阶段(滤取阶段),酸性废物(稀硫酸)由摆动台、滴灌设备或洒水车(报雨鸟)被分布在六十英尺高的矿物堆层上,当它渗入时,它可以通过溶解的铜堆而过滤出去。这些含铜的水及充溢的过滤溶液都是从矿物堆底部流出,然后再注入一个综合水池里,从这个综合水池里,它又被抽到溶液提炼厂。这种充溢的过滤溶液然后再与专门用来提炼铜的、含有一种有机化学物的煤油溶液相混合。这种含有铜的有机物质,也叫有机负载物,然后再与一种叫做电解液或含水溶液的含铜硫酸相混合。在混合和沉淀的过程中,铜被从有机溶液转换到含水溶液中,经过过滤然后再抽到使用电解冶金法的电解室里。

  5. 电解冶金法: 在电解冶金的过程中,就象在电精制的过程中一样,从电解液中提取的铜要储存七天,然后再放置到铜负极始极片或不锈钢母片。正电极是由铅制成的。十天以后,每个原来大约重达1.7bs(7.7克的铜始极片都变成了铜质的、重量达200bs( 90.8克的负电极。所产生的电解铜负极符合ASTM B115的要求, 关于电解负极铜以及电精铜的具体规格在世界金属交易市场上都有交易。

  6. 铜的流动: 这儿展示了铜多铜矿厂或回收的金属碎屑堆一直到终端市场的整个流动过程。在轧铜厂的运作过程中,同时还引进了诸如锌、铅、锡和镍这样的合金属,它们都符合ASTM 的规定,并遵守B-2委员会的法定程序。

  7. 不断的铸造: 或许在过去的这一百年里铜行业中唯一重要的革新,从商业和技术的角度讲,都是连续性钢丝棒技术的引入。用这种方法生产的棒是电线和电缆工业最基本的原料来源。在生产技术方面的变化是相当大的,从而导致世界范围内用连续性线锭产品来代替传统的250-1b(113.5-kg)的钢丝棒。连续性的铸造可使线圈的重量达到10,000-1b(4,540-kg). 在线圈的尺寸由做它使用的250-1b线锭确定之前,线圈的尺寸只由处理设备的容量来限定。钢丝棒厂收到的负电极产品与不断铸造的那部分基本是相等的,其量由1987年的250万磅增加到1996年将近350万磅。连续铸造钢丝棒符合ASTM B49的规格要求,这是电力上所用的热卷铜回火棒的规格标准。 连续性或半连续性铸造同时也用来生产铸造块,以便来将其再生产成盘状、片状、条状产品,或是将其生产成连续性铸造块,从而再将其锯成坯锭,成为生产管子、导管和钢棒的过渡产品。

  8. 技术革新的产品: 越来越多的生产厂商已经将其多合金、多产品的生产线转化成为有合金数量限制的单一产品生产线。比如:管道产品、条状产品和棒状产品,这些产品的生产都是源于加工技术的改进。

  9. 分析控制: 精炼厂和轧铜厂都从分析配置中获益,这种装置可以快速确定保温炉中融化金属的化学成分,并在铸造之前进杂物控制。

  10、 无缝钢管: 在生产管道用、冷藏用、医用空气用、天然气用和液化石油汽用的无缝钢管方面的进步使得铜变成了住宅、商业和工业建筑使用的首选材料。从历史的角度讲,无缝铜管生产首先是通过穿刺过程将一个固体坯锭变成一个空壳。具有薄墙厚度的挤压壳是在二十世纪50年代引入市场的,当时已有了大型的挤压机,这种挤压机具有更高的挤压速度。此外,这些外壳还适合于冷拉机上的冷拉以及比过去冷拉工作台上更大单位重量的辊箱式拉丝卷筒上的冷拉。在冷拉机设计中的一个主要的进展是旋转器或连续块在拨管上的广泛应用,这一原理是从线材工业上发展而来的。高速联合机根据一定的尺寸将管道清理、拉直、检测、标记以及切割,随后再将此产品转由捆扎设备依据严格的尺寸进行处理,或者是将产品重绕,其目的就是为了软线使用者能对其进行退火处理。在ASTM B88中的不规则管壁厚度以及无缝铜水管的规格在几年前都转变成了0%。人们现在正在深入的工程评估的基础之上对其进行重新研究。作为空调应用的无缝管越来越是通过Schumag程序生产的,期间,需要用一个碳化浮塞来进行一次直穿。这一程序用高度的注意力改善了对管壁厚度的控制。 作为医用和天然气或LP汽应用的管道要求有很高的内表面清洁度。这一要求是通过以下过程来实现的:将管子浸入到含有适当的化学清洁机中,然后通过用B819规定中的程序来检测管状产品,这些规定是专门适用于医用空气无缝铜管, B837, 天然气和液化石油汽燃料分配系统的无缝铜管.

  11.焊接管: 在二十世纪60年代, 用条铜而不用填充金属生产的焊接铜和铜合金变得相当地商业化. 支出卷中的条铜在接下来的几个步骤里被整成管子形状,然后再用几个可选方法之一来将其焊接.其主要的规格是: ASTM447, 焊接铜管和ASTM B 543以及铜和铜合金热交换管.主要的优点有: 有机会来利用多余的轧铜条容量,可生产有选择的管道长度而不会有任何金属浪费,可生产适用于冷却和空调的长型的绕线线圈,在汽油和石油生产线里还有其他用途,较紧的管壁厚度也是另外一个优点. 在住宅中, 焊接黄铜管在铺设管道, 下水管道,建筑中以及在生产床头板, 踏脚板和路灯柱中的应用呈现缓慢而稳定的增长.

  12.增强的管道表面: 经过修改的ASTM B 359规格, 即时对于带有集成散热片的铜和铜合金无缝冷凝器和热交换器管道的规格, 是专门为高级表面式冷凝器和其他专业的空调设备设计生产的. 一个关于应用焊接管道板的类似规格也在酝酿之中. 这样的管道有它自己的内表面或外表面, 或两都有,通过一种冷成形法生产一种整体得到增强的表面, 从而改善与核酸盐相关的热转换.根据1995年的门罗协议, 推动这一发展实际是对世界范围内象R11和R12这些特定的破坏嗅氧层制冷剂生产的否定. 用来替代的制冷剂是R134和R123,虽然没有显示出什么破坏性行为,但是从热力学的角度讲,并没不十分有效;因此我们需要具有更高热交换特征的管道。

  13.盘状、片状和条状产品: 这些产品最初是以直接的冷硬铸造块出现的,其大小从一开始的7,000 1bs增加到了现在的 55,000 1bs(3,200kg 到25, 000kg)。由于生产了大型的线圈,因而金属质量和生产效率都得到了提高。关于条铜宽度限制的精密设定、毛边设定自由以及其他一些改善都已基本达到标准化。还有一种条状退火炉已经被引进到了生产运作过程中了,它可以提供高级的粒度控制、降低了需求、与过去罩式退火炉相比还节约了工厂的面积。在国内的生产厂中,轧制工序已经很大程度上替代了拉拨工序,从而提高了产品质量和生产效率。在二战期间,美国铜行业向曼哈顿项目做了一个一不太知名的贡献。在Tenn, Oak Ridge,对铀235的提炼设施中非常紧迫地需要一种铜母线。因为所有的铜都要用于战争,因此这就需要一种具有类似导电性的原料。(银的导电性是104% IACS,而铜的寻电性则是100% IACS,因此银就成了一个相当适合的替代原料。)大约有七亿金衡盎司的纯铜(相当于今天的ASTM B413,这是对精炼银的规定)都是从美国财政部借来,然后再运送到位于N.J.Carteret的美国金属精炼公司(USMR),在那儿经过再熔化,然后铸造成纯银线锭。这些线锭然后再运送到位于N.J.的Phelps Dodge;s Elizabeth,将这些设备轧压成母线(相当于今天对于铜棒、母线、棒所做的ASTM B187规定)。在二十世纪70年代末, 银制母线从服务项目上撤除掉,被转回到USMR来进行熔化、精炼,并铸造成有1000金衡盎司重的铸块,再返回到财政部。

  14.铜棒: 黄铜条和黄铜棒工业,在1996年生产了将近110万磅的黄铜条和黄铜棒,现在这一行业已经引进了一种大型质量挤压坏锭的半连续铸造法,同时还将挤压机的容量从2000吨提高到了6000吨。这就消除了挤压法中的缺陷,并使得能够以更高的生产效率生产出大型的线圈,而生产效率的提高,如果与得到改善的矫正设备相结合的话,就可以生产出供多轴螺丝机使用的更高级的产品。

  15.铜线: 用于拉模的天然钻石从很大程度上讲已经被多晶的人工钻石代替了。不断增强的拉模设计通过极大地减少表面的氧化物而改善表面状况的,同时还获得了较高的机械性能。多线拉丝机现在非常地普遍,同时还配有高级绝缘漆,因而适合于高温导电的应用范围。在磁线应用中,也因为它的温度能力已得到了提高,所以马达的尺寸可以缩小。

  16.主要市场: 现在各种各样的铜合金存在于无数的应用当中,在这些应用中,它们以其独特的特性成为商家的首选材料。下面就是一些主要的市场用途介绍:

  1) 住宅线和其他线产品: 住宅线在美国是最大的铜消费市场。在1997年,铜的使用量大约是14亿1bs,占所有运送的铜金属量的16.9%. 在线缆业中第二大铜市场是磁线,约有7亿1bs。它主要用于马达、发电机和变压器,约占所有运送的铜线产品的18%左右。铜的一个比较小但又很很需要的应用是在电力电缆领域。

  2) 汽车电力: 1997年汽车电线和电缆的消耗量是3亿1bs。现代客车电力系统十分错综复杂,由各种各样的零件、线缆和终端组成。这就反映了现代汽车和轻型卡车中所期待的对于电力、照明、控制设备、娱乐设施和所有其他方便设施应用的增强。与此同时,还开发了几种新的合金用于温度标准提高的应用范围,比如:起催化作用的转换器。

  3)计算机: 近来,铜合金C66300(名义上只有86%的铜,2.2%的锡,2%的钴,剩余的都是锌)已经成功地用于计算机工业中,用来生产一种引线框连接器。

  4)管道系统:在已经制定的三个管壁厚度计划中,铜管仍是工程建筑中一个主要的因素。1997年,用于铺设管道的铜是6.52亿1bs, 约占全美运送的铜总量的18.9%, 其主要的规格是B88,是一种无缝铜制水管。

  5)空调和制冷: 铜突出的抗腐特性和热交换特性使得铜在制冷领域里的应用不断增长,尤其在“太阳带国家里”。人口和工业的发展都直接地与制冷设备有密切的联系,从很大程度上讲,这是通过在其设备当中使用铜来实现的。想象一下人们从空调屋里到车上再到大型购物中心最后到生产设施的整个过程。其主要的规格是: B280,是一种空调和制冷基地服务公司的无缝铜管。

  6)汽车散热器: 尽管汽车散热器的市场份额已经被铝所超越,但是它仍然是美国唯一最大的黄铜条市场。ASTM B 569,是对热交换器管道的窄形和轻形黄铜条的规格限制,这种规格已被用来满足内燃机和其他封闭系统热源中热交换器的薄壁运水管道的生产需求。 7).硬币: 在过去的十五年里,加拿大政府曾一度撤消一美元和两美元的纸币发行,取而代之的是铜制的金属硬币,通常叫做“Loonies”和“Toonies ”。(这样命名是为了代表在一美元硬币背面的潜鸟图像。) 在1998年二月, 美国硬币联合会会见了美国财政部和美国造币厂的代表,并一起回顾了一美元硬币的技术历程。此硬币预计用一种铜合金制成,并在2000年作为国际公法的一部分开始铸造。此法规定:这一新硬币的直径要与现行的Susan B. Anthony硬币的直径相同,其颜色须是金色,且边要显眼,硬币及其部件(包括条和块产品)都必须在美国生产。设计及安全要求,也即自动识币机独特的电磁识别标记,也是非常重要的。造币厂认真地检测了两种镀金金属系统——一个是金质北欧硬币(与瑞典的克朗相似),另一个是经过修饰的英磅。 新硬币在公众范围和商业场合的接收程度将最终决定旧纸币是否会被取消。

  8)铜屋顶: 在过去的几十年里,在美国,将铜片和铜条用作屋顶材料已呈上升趋势。ASTM B 370规格, 即工程建筑所使铜条和铜块,以其多种型号和多种厚度,成为规格和购买的基础。铜金属的竞争性数量以及对铜的信心不断推动了这个健康市场的发展。最近认可的规格是ASTM B882,是一种在建筑中应用的预先生锈铜。长期以来,建筑师和工程师们都期望生产使用这种产品,因为他们急切地想用铜制屋顶和建筑横木来发展这种值得称赞的绿色。

  9)低铅和无铅锻造和铸造铜合金: 滤沥到水里的铅对人体健康的影响引起了人们对于现有铜合金及开发一种饮用水用的新合金的重新思考。铸件的耐压紧密度以及由铅附属物提供的锻造和铸造部件的上等机械加工性都是必须要达到的要求。含合金的锻造和铸造无铅铋必须具有以下特性: 符合ANSI/NSF 61的健康要求以及饮水系统成分健康要求。现在人们已经开始用一种酸化钠醋酸洗涤剂来清除机器上的铅污渍。但是这一行业的某些部门提出了对混合碎屑的顾虑,因为他们认为在这些混合碎屑中,铋的微量会导致在加工过程中金属的热脆。碎屑回收工业学院(ISRI)和黄铜与青铜铸造生产商(BBIM)正在研究一种碎屑回收严格的控制程序和分割程序。

  10).家用产品: 在家用产品中, 人们选择铜是因为铜具有以下特点: 优美的外形、可靠的质量、很高的商誉、良好的设计因素、较好的物质和机械性能以较长的使用寿命。电力照明器材和火炉设备一起成为主要的家用产品范畴。 11)服务: 用来确定铜原料对于应力腐蚀破裂敏感度的传统方法是硝酸亚汞试验。(ASTM B154)为了响应来自ASME 锅炉和压力容器编码和美国海岸巡逻队的要求, B-5 委员会将应力腐蚀免疫的IS0 6957铜合金氨测试转换为ASTM形式。这完全出于他们对于测试溶液和样品处理的考虑。ASTM B858M,即在铜合金中用一种氨蒸汽来确定其对于应力腐蚀破裂的敏感度的方法现在是官方使用的一种方法。这种测试方法刺激了服务条件的发展,在这些条件下,可能会出现应力腐蚀破裂,并克服硝酸亚汞试验的缺点。

  12)未来展望: 世界经济变得越来越全球化了。随着二十一世纪的到来,第三世界国家正在建立电讯链路,变成电力的主要消费者,他们在建造家园、工厂和商业建筑,这样就需要大量的铜来满足他们的需求。铜被用作工程原料已有一万年的历史了,它对人类的贡献是呈金字塔式的,与日俱增。如果没有铜,真不敢想象未来的世界将会是什么样子。


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