Технология производства и потребительские свойства лент медных

Сурьма растворима в меди в твёрдом состоянии при температуре  эвтектики 645⁰С до 9,5%. Растворимость её резко уменьшается при понижении температуры. Сурьма значительно понижает электропроводность и теплопроводность меди.

Сера растворяется в расплавленной  меди, а при затвердевании её растворимость  снижается до нуля. Сера незначительно  влияет на электропроводность и теплопроводность меди, заметно снижает пластичность. Под влиянием серы значительно улучшается обрабатываемость меди резанием.

Фосфор ограничено растворим  в меди в твёрдом состоянии; предел насыщения твёрдого α-раствора при температуре 700^оС достигает 1,3% фосфора, а при 200^оС он снижается до 0,4%. Фосфор значительно понижает электропроводность и теплопроводность меди, но положительно влияет на механические свойства и свариваемость, повышает жидкотекучесть.  

Теллур растворим в  меди в твёрдом состоянии до 0,01%. На электропроводность меди теллур значительного  влияния не оказывает.  

Селен мало растворим в меди в твёрдом состоянии – до 0,1% и выделяется при затвердевании в виде соединения Se₂О. Влияние на медь аналогично влиянию серы. 

3.2 Физиологическая роль меди  

Физиологическая роль меди связана  с ее участием в работе ряда ферментов: перекисной дисмутазы, которая детоксицирует свободные радикалы, тирозиназы, участвующей в производстве меланина, допомин-бетта-гидроксилазы, от которой зависит производство катехоламинов. Медь необходима для функционирования дыхательных ферментов, входит в состав цитохром-оксидазы, функция которой состоит в транспорте электронов на терминальном участке митохондриально-транспортно-электронной цепи.

В последние годы внимание исследователей привлекает участие биоэлементов в  построении активности "антиоксидантных" ферментов. Они обладают свойством детоксировать активные центры кислорода, защищая таким образом мембраны клеток от разрушения. При дефиците меди уменьшают свою активность цитохром-С-оксидаза в мозге.

Медь обладает выраженным иммуномодулирующим действием, что четко выявлено при  исследовании первичного и вторичного иммунного ответов. Большое значение отводится участию меди в аллергических  реакциях. Так, при сенсибилизации повышается выведение этого элемента из организма. При первичном и повторных  анафилактических шоках она накапливается в ряде внутренних органов - сердце, печени, селезенке, что связано с защитными реакциями организма.

В организм медь поступает в основном с пищей. В некоторых овощах и  фруктах содержится от 30 до 230 мг% меди. Много меди содержится в морских продуктах, бобовых, капусте, картофеле, крапиве, кукурузе, моркови, шпинате, яблоках, какао-бобах.

В желудочно-кишечном тракте абсорбируется  до 95% поступившей в организм меди (причем в желудке ее максимальное количество), затем в двенадцатиперстной кишке, тощей и подвздошной кишке. Лучше всего организмом усваивается  двухвалентная медь. В крови медь связывается с сывороточным альбумином (12-17%), аминокислотами - гистидином, треонином, глутамином (10-15%), транспортным белком транскуприном (12-14%) и церулоплазмином (до 60-65%).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕДНЫХ ЛЕНТ И ЕЕ  
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

 

Медь встречается в земной коре в виде комплексов соединений, содержащих свинец, цинк, сурьму, мышьяк, золото и серебро. В рудах медь находится в виде сульфидных и окисленных соединений; встречается и самородная медь. Наибольшее распространение и значение имеют сульфидные руды, содержащие от 1% до 5% меди. К сульфидным рудам относятся медный колчедан, медный блеск и пёстрая медная руда.

Медный колчедан, или халькопирит, - минерал латунно-жёлтого цвета. Представляет собой химическое соединение меди с железом и серой – CuFeS_2, содержащее 34,5% меди. Это основной вид медной руды, из которой извлекают большую часть добывающей меди.

Медный блеск, или халькозин, - минерал  свинцово-серого или чёрного цвета. По химическому составу это соединения меди с серой - Cu₂S, в котором содержится 79,8% меди, а иногда присутствует примесь серебра. Медный блеск относится к богатым медным рудам.

Пёстрая медная руда, или борнит, является продуктом распада медного колчедана. Химический состав минерала – Cu₅FeS₄, т.е сульфид меди и железа с содержанием 52 – 65% меди.

Из оксидных медных руд наибольшее значение имеет красная медная руда.

Красная медная руда, или куприт, - минерал красного цвета, имеющий  химический состав Cu₂O с содержанием меди 88,8% меди. Медь можно получить пирометаллургическим и гидрометаллургическим способами. Наибольшее распространение в современной практике имеет пирометаллургический способ. При пирометрическом способе богатые окисленные руды с содержанием меди 3 – 5% и более подвергают непосредственной плавке. Руды со средним содержанием меди (1 – 2%) и все комплексные руды, в состав которых входят цинк, свинец, никель и другие металлы, включая благородные, перед плавкой обогащают. Наиболее широко используется флотационный метод, позволяющий получить концентрат с 15 – 20 % меди.

Богатую руду и концентрат вначале  обжигают при 600 – 700 ⁰С для удаления избытка серы и образования оксидов железа, а затем переплавляют в отражательных печах при температуре 1250 – 1300 ⁰С. При переплавке получается ещё не медь, а медный штейн, состоящий сернистых соединений меди и железа. Медный штейн, состоящий в основном из сульфидов меди и железа (Cu₂ S+FeS=80-90%) и других сульфидов, а также окислов железа, кремния, алюминия и кальция, выплавляют в печах различного типа. 
Комплексные руды, содержащие золото, серебро, селен и теллур, целесообразно обогащать так, чтобы в концентрат была переведена не только медь, но и эти металлы. Концентрат переплавляют в штейн в отражательных или электрических печах. Сернистые, чисто медные руды целесообразно перерабатывать в шахтных печах. При высоком содержании серы в рудах целесообразно применять так называемый процесс медно-серной плавки в шахтной печи с улавливанием газов и извлечением из них элементарной серы. В печь загружают медную руду, известняк, кокс и оборотные продукты. Загрузку ведут отдельными порциями сырых материалов и кокса. В верхних горизонтах шахты создается восстановительная среда, а в нижней части печи - окислительная. Нижние слои шихты плавятся, и она постепенно опускается вниз навстречу потоку горячих газов. Температура у фурм достигается 1500 0С на верху печи она равна примерно 450 0С. Столь высокая температура отходящих газов необходима для того, чтобы обеспечить возможность из очистки от пыли до начала конденсации паров серы. В нижней части печи, главным образом у фурм, протекают следующие основные процессы:

а) Сжигание углерода кокса 
б) Сжигание серы сернистого железа

в) Образование силиката железа

Газы, содержащие CO2, SO2, избыток кислорода  и азот, проходят вверх через столб  шихты. На этом пути газов происходит теплообмен между шихтой и ними, а также взаимодействие CO2 с углеродом  шихты.

При температуре около 1000 0С плавятся наиболее легкоплавкие эвтектики из FeS и Cu₂S, в результате чего образуется пористая масса. 
В порах этой массы расплавленный поток сульфидов встречается с восходящим потоком горячих газов и при этом протекают химические реакции, важнейшие из которых указаны ниже:

а) образование сульфида меди из закиси меди

б) образование силикатов из окислов  железа

в) разложение CaCO3 и образование  силиката извести

г) восстановление сернистого газа до элементарной серы

В результате плавки получаются штейн, содержащий 8-15% Cu, шлак состоящий в основном из силикатов железа и извести, колошниковый газ, содержащий S2, COS, H2S, и CO2. Из газа сначала осажают пыль, затем из него извлекают серу (до 80% S). Чтобы повысить содержание меди в штейне, его подвергают сократительной плавке. Плавку осуществляют в таких же шахтных печах. Штейн загружают кусками размером 30-100 мм вместе с кварцевым флюсом, известняком и коксом. Расход кокса составляет 7-8% от массы шихты. В результате получают обогащенный медью штейн (25-40% Cu) и шлак (0,4-0,8% Cu). Температура плавления переплавки концентратов, как уже упоминалось, применяют отражательные и электрические печи. Иногда обжиговые печи располагают непосредственно над площадкой отражательных печей с тем, чтобы не охлаждать обожженные концентраты и использовать их тепло. По мере нагревания шихты в печи протекают с реакции восстановления окиси меди и высших оксидов железа.

Сульфиды меди и железа, сплавляясь между собой, образуют первичный  штейн, а расплавленные силикаты железа, стекая по поверхности откосов, растворяют другие оксиды и образуют шлак. Благородные металлы (золото и серебро) плохо растворяются в шлаке и практически почти полностью переходят в штейн. Штейн отражательной плавки на 80-90% (по массе) состоит из сульфидов меди и железа. Штейн содержит, %: 15-55 меди; 15-50 железа; 20-30 серы; 0,5-1,5 SiO2; 0,5-3,0 Al2O3; 0.5-2.0 (CaO + MgO); около 2% Zn и небольшое количество золота и серебра. Шлак состоит в основном из SiO2, FeO, CaO, Al2O3 и содержит 0,1-0,5 % меди. Извлечение меди и благородных металлов в штейн достигает 96-99 %.

Затем расплавленный медный расплавленный  жидкий штейн заливают в конвертеры и продувают воздухом (конвертируют) для окисления сульфидов меди и железа, перевода образующихся оксидов в шлак, а серы в SO₂. Конвертер делают длиной 6-10, с наружным диаметром 3-4 м. Производительность за одну операцию составляет 80-100 т. Футеруют конвертер магнезитовым кирпичом. Заливку расплавленного штейна и слив продуктов осуществляют через горловину конвертера, расположенной в средней части его корпуса. Через ту же горловину удаляют газы. Фурмы для вдувания воздуха расположены по образующей поверхности конвертера. Число фурм обычно составляет 46-52, а диаметр фурмы - 50мм. Расход воздуха достигает 800 м2/мин. В конвертер заливают штейн и подают кварцевый флюс, содержащий 70-80% SiO2, и обычно некоторое количество золота. Его подают во время плавки, пользуясь пневматической загрузкой через круглое отверстие в торцевой стенке конвертеров, или же загружают через горловину конвертера. Процесс можно разделить на два периода. Первый период (окисление сульфида железа с получением белого штейна) длится около 6-24 часов в зависимости от содержания меди в штейне. Загрузку кварцевого флюса начинают с начала продувки. По мере накопления шлака его частично удаляют и заливают в конвертер новую порцию исходного штейна, поддерживая определенный уровень штейна в конвертере.

Таким образом, в результате продувки получают черновую медь, содержащая 98,4-99,4% - меди, 0,01-0,04% железа, 0,02-0,1% серы, и небольшое  количество никеля, олова, мышьяка, серебра, золота и конвертерный шлак, содержащий 22-30% SiO2, 47-70% FeO, около 3% Al2O3 и 1.5-2.5% меди.

Эту медь разливают в металлические формы (изложницы) и получают слитки. Её, непригодную для технических целей, необходимо подвергнуть огневому или электролитическому рафинированию.

 При огневом рафинировании  через черновую медь в пламенных  отражательных печах под давлением  продувают воздух, кислород которого  окисляет примеси. Этот метод  применяют для получения меди  невысокой чистоты и в тех  случаях, когда медные руды, из  которых получен черновая смесь,  содержат ничтожно малое количество  благородных металлов или не  содержат их совсем. При этом  способе они не извлекаются,  а полностью остаются в получающейся  огневой меди. После огневого  рафинирования получают медь  чистотой 99 – 99,5%. Из неё отливают  чушки для выплавки сплавов меди (бронзы или латуни) или плиток для электролитического рафинирования.

На большинстве современных  заводов плавку ведут в отражательных  или в электрических печах. В  отражательных печах рабочее  пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь пода 300 м²и более (30 м х 10 м); необходимое для плавления тепло получают сжиганием углеродистого топлива (природный газ, мазут) в газовом пространстве над поверхностью ванны. В электрических печах тепло получают пропусканием через расплавленный шлак электрического тока (ток подводится к шлаку через погруженные в него графитовые электроды).

Электролитическое рафинирование  проводят для получения чистой от примеси меди (99,95%). Электролиз проводят в ваннах, покрытых изнутри винипластом  или свинцом. Аноды делают из меди огневого рафинирования, а катоды – из листовой чистой меди. Электролитом служит водный раствор CUSO₄ (10 – 16%) и H₂SO₄ (10 – 16%). При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, а на катодах разряжаются ионы меди. Примеси (мышьяка, сурьмы, висмута и т.д.) осаждаются на дно ванны, их удаляют и перерабатывают для извлечения этих металлов. Катоды выгружают, промывают и переплавляют в электропечах. Электролитическая катодная медь содержит 99,999% меди.

Для получения лент медь проходит ещё несколько этапов. Первый этап - это горячая прокатка. Плоские заготовки помещаются в печь с температурой примерно 900 °С. На прокатном станке, состоящем из верхних и нижних валов, медные заготовки прокатываются до толщины примерно 13 мм. Толщина уменьшается каждый раз при прохождении заготовки через валы путем регулирования расстояния между ними. 

Высокая температура процесса горячей  прокатки создает на поверхности  оксиды. 

Прежде чем приступить к выполнению следующих технологических этапов этот оксидный слой должен быть удален с поверхности. Этот процесс называется дроблением, когда десятые доли миллиметров  удаляются с обеих сторон материала.  

Второй этап - холодная прокатка. На четырехвалочной машине медная лента, проходя через холодные валы, скручивается и твердеет. 

Следующим этапом, продолжающим процесс  производства медных полуфабрикатов, является обязательная температурная  обработка. Сначала осуществляется предварительный отжиг, результатом  которого является тщательный контроль смягчения меди. 

На этапе завершающей прокатки достигается окончательная толщина материала.

Большие рулоны меди, изготавливаемые  описанными выше производственными  процессами, могут быть разрезаны  вдоль специальными ножами на более  узкие ленты. Кроме того, листы  могут быть разрезаны на маленькие  рулоны или листы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.1. Блок-схема технологического процесса производства лент медных:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             - предмет труда и побочные продукты на всех стадиях переработки;

- стадии переработки продукции  (операции);

             - технологические (предметные) связи.

1 – обогащение руды; 2 – обжиг концентрата; 3 – переплавка  штейна; 4 – разлив черновой меди; 5 – рафинирование черновой меди; 6 – горячая прокатка; 7 – холодная  прокатка; 8 – заключительная  температурная  обработка.

5. НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ НА МЕДНЫЕ ЛЕНТЫ, НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

 

В соответствии с ГОСТ 1173-93 «Ленты медные. Технические условия»

Настоящий стандарт распространяется на ленты холоднокатаные медные ленты  общего назначения. Стандарт не распространяется на медные ленты, предназначенные для  радиаторов.

 

1.Технические требования

1.1 Ленты изготавливают в соответствии  с требованиями настоящего стандарта  по технологическому регламенту, утверждённому в установленном  порядке, из меди марок  М1 и М1р, М2 и М2р, М3 и М3р по ГОСТ 859.