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              銅的技術和標準

              放大字體  縮小字體 發布日期:2010-06-08   作者:佚名
              銅之家訊:  1、開采和礦物處理: 美國早期的銅業生產主要集中中美國西部(Arizona, Utah, New Mexico, Montana, and Alaska),當時的銅為生產

                1、開采和礦物處理: 美國早期的業生產主要集中中美國西部(Arizona, Utah, New Mexico, Montana, and Alaska),當時的銅為生產僅限于開采豐富的含銅礦物。十九世紀末期浮選法的引進可以讓人們從低質的斑狀礦石中提取銅和其他金屬(包括金和銀)。在二十世紀八十年代中期,有一個采礦廠引進了一種巨大的、效率很高的運輸系統。

                2. 閃速熔煉: 不斷改善的電鍍和熔煉技術已經成功地提高了冶煉廠的生產力和生產率,同時還越來越適應比較苛刻的環境限制了。

                3. 電解精煉: 在過去的十年里,許多精煉廠都利用電解精煉法用傳統的銅代替了由不銹鋼或鈦制成的始極片。沉積銅通過用截切機或用氣噴凈法撓曲與不銹鋼或鈦始極片分離。由于在電解槽里引進了正、負極電的自動處理技術,因此也節約了大量的人力勞動。

                4. 溶劑提?。?傳統的硫化礦一般都需要經過研磨、熔煉和精煉。溶劑的提取需以較低的價格來加工低質的氧化物礦。 在第一階段(濾取階段),酸性廢物(稀硫酸)由擺動臺、滴灌設備或灑水車(報雨鳥)被分布在六十英尺高的礦物堆層上,當它滲入時,它可以通過溶解的銅堆而過濾出去。這些含銅的水及充溢的過濾溶液都是從礦物堆底部流出,然后再注入一個綜合水池里,從這個綜合水池里,它又被抽到溶液提煉廠。這種充溢的過濾溶液然后再與專門用來提煉銅的、含有一種有機化學物的煤油溶液相混合。這種含有銅的有機物質,也叫有機負載物,然后再與一種叫做電解液或含水溶液的含銅硫酸相混合。在混合和沉淀的過程中,銅被從有機溶液轉換到含水溶液中,經過過濾然后再抽到使用電解冶金法的電解室里。

                5. 電解冶金法: 在電解冶金的過程中,就象在電精制的過程中一樣,從電解液中提取的銅要儲存七天,然后再放置到銅負極始極片或不銹鋼母片。正電極是由鉛制成的。十天以后,每個原來大約重達1.7bs(7.7克的銅始極片都變成了銅質的、重量達200bs( 90.8克的負電極。所產生的電解銅負極符合ASTM B115的要求, 關于電解負極銅以及電精銅的具體規格在世界金屬交易市場上都有交易。

                6. 銅的流動: 這兒展示了銅多銅礦廠或回收的金屬碎屑堆一直到終端市場的整個流動過程。在軋銅廠的運作過程中,同時還引進了諸如鋅、鉛、錫和鎳這樣的合金屬,它們都符合ASTM 的規定,并遵守B-2委員會的法定程序。

                7. 不斷的鑄造: 或許在過去的這一百年里銅行業中唯一重要的革新,從商業和技術的角度講,都是連續性鋼絲棒技術的引入。用這種方法生產的棒是電線和電纜工業最基本的原料來源。在生產技術方面的變化是相當大的,從而導致世界范圍內用連續性線錠產品來代替傳統的250-1b(113.5-kg)的鋼絲棒。連續性的鑄造可使線圈的重量達到10,000-1b(4,540-kg). 在線圈的尺寸由做它使用的250-1b線錠確定之前,線圈的尺寸只由處理設備的容量來限定。鋼絲棒廠收到的負電極產品與不斷鑄造的那部分基本是相等的,其量由1987年的250萬磅增加到1996年將近350萬磅。連續鑄造鋼絲棒符合ASTM B49的規格要求,這是電力上所用的熱卷銅回火棒的規格標準。 連續性或半連續性鑄造同時也用來生產鑄造塊,以便來將其再生產成盤狀、片狀、條狀產品,或是將其生產成連續性鑄造塊,從而再將其鋸成坯錠,成為生產管子、導管和鋼棒的過渡產品。

                8. 技術革新的產品: 越來越多的生產廠商已經將其多合金、多產品的生產線轉化成為有合金數量限制的單一產品生產線。比如:管道產品、條狀產品和棒狀產品,這些產品的生產都是源于加工技術的改進。

                9. 分析控制: 精煉廠和軋銅廠都從分析配置中獲益,這種裝置可以快速確定保溫爐中融化金屬的化學成分,并在鑄造之前進雜物控制。

                10、 無縫鋼管: 在生產管道用、冷藏用、醫用空氣用、天然氣用和液化石油汽用的無縫鋼管方面的進步使得銅變成了住宅、商業和工業建筑使用的首選材料。從歷史的角度講,無縫銅管生產首先是通過穿刺過程將一個固體坯錠變成一個空殼。具有薄墻厚度的擠壓殼是在二十世紀50年代引入市場的,當時已有了大型的擠壓機,這種擠壓機具有更高的擠壓速度。此外,這些外殼還適合于冷拉機上的冷拉以及比過去冷拉工作臺上更大單位重量的輥箱式拉絲卷筒上的冷拉。在冷拉機設計中的一個主要的進展是旋轉器或連續塊在撥管上的廣泛應用,這一原理是從線材工業上發展而來的。高速聯合機根據一定的尺寸將管道清理、拉直、檢測、標記以及切割,隨后再將此產品轉由捆扎設備依據嚴格的尺寸進行處理,或者是將產品重繞,其目的就是為了軟線使用者能對其進行退火處理。在ASTM B88中的不規則管壁厚度以及無縫銅水管的規格在幾年前都轉變成了0%。人們現在正在深入的工程評估的基礎之上對其進行重新研究。作為空調應用的無縫管越來越是通過Schumag程序生產的,期間,需要用一個碳化浮塞來進行一次直穿。這一程序用高度的注意力改善了對管壁厚度的控制。 作為醫用和天然氣或LP汽應用的管道要求有很高的內表面清潔度。這一要求是通過以下過程來實現的:將管子浸入到含有適當的化學清潔機中,然后通過用B819規定中的程序來檢測管狀產品,這些規定是專門適用于醫用空氣無縫銅管, B837, 天然氣和液化石油汽燃料分配系統的無縫銅管.

                11.焊接管: 在二十世紀60年代, 用條銅而不用填充金屬生產的焊接銅和銅合金變得相當地商業化. 支出卷中的條銅在接下來的幾個步驟里被整成管子形狀,然后再用幾個可選方法之一來將其焊接.其主要的規格是: ASTM447, 焊接銅管和ASTM B 543以及銅和銅合金熱交換管.主要的優點有: 有機會來利用多余的軋銅條容量,可生產有選擇的管道長度而不會有任何金屬浪費,可生產適用于冷卻和空調的長型的繞線線圈,在汽油和石油生產線里還有其他用途,較緊的管壁厚度也是另外一個優點. 在住宅中, 焊接黃銅管在鋪設管道, 下水管道,建筑中以及在生產床頭板, 踏腳板和路燈柱中的應用呈現緩慢而穩定的增長.

                12.增強的管道表面: 經過修改的ASTM B 359規格, 即時對于帶有集成散熱片的銅和銅合金無縫冷凝器和熱交換器管道的規格, 是專門為高級表面式冷凝器和其他專業的空調設備設計生產的. 一個關于應用焊接管道板的類似規格也在醞釀之中. 這樣的管道有它自己的內表面或外表面, 或兩都有,通過一種冷成形法生產一種整體得到增強的表面, 從而改善與核酸鹽相關的熱轉換.根據1995年的門羅協議, 推動這一發展實際是對世界范圍內象R11和R12這些特定的破壞嗅氧層制冷劑生產的否定. 用來替代的制冷劑是R134和R123,雖然沒有顯示出什么破壞性行為,但是從熱力學的角度講,并沒不十分有效;因此我們需要具有更高熱交換特征的管道。

                13.盤狀、片狀和條狀產品: 這些產品最初是以直接的冷硬鑄造塊出現的,其大小從一開始的7,000 1bs增加到了現在的 55,000 1bs(3,200kg 到25, 000kg)。由于生產了大型的線圈,因而金屬質量和生產效率都得到了提高。關于條銅寬度限制的精密設定、毛邊設定自由以及其他一些改善都已基本達到標準化。還有一種條狀退火爐已經被引進到了生產運作過程中了,它可以提供高級的粒度控制、降低了需求、與過去罩式退火爐相比還節約了工廠的面積。在國內的生產廠中,軋制工序已經很大程度上替代了拉撥工序,從而提高了產品質量和生產效率。在二戰期間,美國銅行業向曼哈頓項目做了一個一不太知名的貢獻。在Tenn, Oak Ridge,對鈾235的提煉設施中非常緊迫地需要一種銅母線。因為所有的銅都要用于戰爭,因此這就需要一種具有類似導電性的原料。(銀的導電性是104% IACS,而銅的尋電性則是100% IACS,因此銀就成了一個相當適合的替代原料。)大約有七億金衡盎司的純銅(相當于今天的ASTM B413,這是對精煉銀的規定)都是從美國財政部借來,然后再運送到位于N.J.Carteret的美國金屬精煉公司(USMR),在那兒經過再熔化,然后鑄造成純銀線錠。這些線錠然后再運送到位于N.J.的Phelps Dodge;s Elizabeth,將這些設備軋壓成母線(相當于今天對于銅棒、母線、棒所做的ASTM B187規定)。在二十世紀70年代末, 銀制母線從服務項目上撤除掉,被轉回到USMR來進行熔化、精煉,并鑄造成有1000金衡盎司重的鑄塊,再返回到財政部。

                14.銅棒: 黃銅條和黃銅棒工業,在1996年生產了將近110萬磅的黃銅條和黃銅棒,現在這一行業已經引進了一種大型質量擠壓壞錠的半連續鑄造法,同時還將擠壓機的容量從2000噸提高到了6000噸。這就消除了擠壓法中的缺陷,并使得能夠以更高的生產效率生產出大型的線圈,而生產效率的提高,如果與得到改善的矯正設備相結合的話,就可以生產出供多軸螺絲機使用的更高級的產品。

                15.銅線: 用于拉模的天然鉆石從很大程度上講已經被多晶的人工鉆石代替了。不斷增強的拉模設計通過極大地減少表面的氧化物而改善表面狀況的,同時還獲得了較高的機械性能。多線拉絲機現在非常地普遍,同時還配有高級絕緣漆,因而適合于高溫導電的應用范圍。在磁線應用中,也因為它的溫度能力已得到了提高,所以馬達的尺寸可以縮小。

                16.主要市場: 現在各種各樣的銅合金存在于無數的應用當中,在這些應用中,它們以其獨特的特性成為商家的首選材料。下面就是一些主要的市場用途介紹:

                1) 住宅線和其他線產品: 住宅線在美國是最大的銅消費市場。在1997年,銅的使用量大約是14億1bs,占所有運送的銅金屬量的16.9%. 在線纜業中第二大銅市場是磁線,約有7億1bs。它主要用于馬達、發電機和變壓器,約占所有運送的銅線產品的18%左右。銅的一個比較小但又很很需要的應用是在電力電纜領域。

                2) 汽車電力: 1997年汽車電線和電纜的消耗量是3億1bs?,F代客車電力系統十分錯綜復雜,由各種各樣的零件、線纜和終端組成。這就反映了現代汽車和輕型卡車中所期待的對于電力、照明、控制設備、娛樂設施和所有其他方便設施應用的增強。與此同時,還開發了幾種新的合金用于溫度標準提高的應用范圍,比如:起催化作用的轉換器。

                3)計算機: 近來,銅合金C66300(名義上只有86%的銅,2.2%的錫,2%的鈷,剩余的都是鋅)已經成功地用于計算機工業中,用來生產一種引線框連接器。

                4)管道系統:在已經制定的三個管壁厚度計劃中,銅管仍是工程建筑中一個主要的因素。1997年,用于鋪設管道的銅是6.52億1bs, 約占全美運送的銅總量的18.9%, 其主要的規格是B88,是一種無縫銅制水管。

                5)空調和制冷: 銅突出的抗腐特性和熱交換特性使得銅在制冷領域里的應用不斷增長,尤其在“太陽帶國家里”。人口和工業的發展都直接地與制冷設備有密切的聯系,從很大程度上講,這是通過在其設備當中使用銅來實現的。想象一下人們從空調屋里到車上再到大型購物中心最后到生產設施的整個過程。其主要的規格是: B280,是一種空調和制冷基地服務公司的無縫銅管。

                6)汽車散熱器: 盡管汽車散熱器的市場份額已經被鋁所超越,但是它仍然是美國唯一最大的黃銅條市場。ASTM B 569,是對熱交換器管道的窄形和輕形黃銅條的規格限制,這種規格已被用來滿足內燃機和其他封閉系統熱源中熱交換器的薄壁運水管道的生產需求。 7).硬幣: 在過去的十五年里,加拿大政府曾一度撤消一美元和兩美元的紙幣發行,取而代之的是銅制的金屬硬幣,通常叫做“Loonies”和“Toonies ”。(這樣命名是為了代表在一美元硬幣背面的潛鳥圖像。) 在1998年二月, 美國硬幣聯合會會見了美國財政部和美國造幣廠的代表,并一起回顧了一美元硬幣的技術歷程。此硬幣預計用一種銅合金制成,并在2000年作為國際公法的一部分開始鑄造。此法規定:這一新硬幣的直徑要與現行的Susan B. Anthony硬幣的直徑相同,其顏色須是金色,且邊要顯眼,硬幣及其部件(包括條和塊產品)都必須在美國生產。設計及安全要求,也即自動識幣機獨特的電磁識別標記,也是非常重要的。造幣廠認真地檢測了兩種鍍金金屬系統——一個是金質北歐硬幣(與瑞典的克朗相似),另一個是經過修飾的英磅。 新硬幣在公眾范圍和商業場合的接收程度將最終決定舊紙幣是否會被取消。

                8)銅屋頂: 在過去的幾十年里,在美國,將銅片和銅條用作屋頂材料已呈上升趨勢。ASTM B 370規格, 即工程建筑所使銅條和銅塊,以其多種型號和多種厚度,成為規格和購買的基礎。銅金屬的競爭性數量以及對銅的信心不斷推動了這個健康市場的發展。最近認可的規格是ASTM B882,是一種在建筑中應用的預先生銹銅。長期以來,建筑師和工程師們都期望生產使用這種產品,因為他們急切地想用銅制屋頂和建筑橫木來發展這種值得稱贊的綠色。

                9)低鉛和無鉛鍛造和鑄造銅合金: 濾瀝到水里的鉛對人體健康的影響引起了人們對于現有銅合金及開發一種飲用水用的新合金的重新思考。鑄件的耐壓緊密度以及由鉛附屬物提供的鍛造和鑄造部件的上等機械加工性都是必須要達到的要求。含合金的鍛造和鑄造無鉛鉍必須具有以下特性: 符合ANSI/NSF 61的健康要求以及飲水系統成分健康要求?,F在人們已經開始用一種酸化鈉醋酸洗滌劑來清除機器上的鉛污漬。但是這一行業的某些部門提出了對混合碎屑的顧慮,因為他們認為在這些混合碎屑中,鉍的微量會導致在加工過程中金屬的熱脆。碎屑回收工業學院(ISRI)和黃銅與青銅鑄造生產商(BBIM)正在研究一種碎屑回收嚴格的控制程序和分割程序。

                10).家用產品: 在家用產品中, 人們選擇銅是因為銅具有以下特點: 優美的外形、可靠的質量、很高的商譽、良好的設計因素、較好的物質和機械性能以較長的使用壽命。電力照明器材和火爐設備一起成為主要的家用產品范疇。 11)服務: 用來確定銅原料對于應力腐蝕破裂敏感度的傳統方法是硝酸亞汞試驗。(ASTM B154)為了響應來自ASME 鍋爐和壓力容器編碼和美國海岸巡邏隊的要求, B-5 委員會將應力腐蝕免疫的IS0 6957銅合金氨測試轉換為ASTM形式。這完全出于他們對于測試溶液和樣品處理的考慮。ASTM B858M,即在銅合金中用一種氨蒸汽來確定其對于應力腐蝕破裂的敏感度的方法現在是官方使用的一種方法。這種測試方法刺激了服務條件的發展,在這些條件下,可能會出現應力腐蝕破裂,并克服硝酸亞汞試驗的缺點。

                12)未來展望: 世界經濟變得越來越全球化了。隨著二十一世紀的到來,第三世界國家正在建立電訊鏈路,變成電力的主要消費者,他們在建造家園、工廠和商業建筑,這樣就需要大量的銅來滿足他們的需求。銅被用作工程原料已有一萬年的歷史了,它對人類的貢獻是呈金字塔式的,與日俱增。如果沒有銅,真不敢想象未來的世界將會是什么樣子。


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