Zastosowanie w przemyśle elektrycznym
Przesyłanie mocy: Duża ilość wysoce przewodzącej miedzi jest zużywana w przesyłaniu mocy, głównie w kablach energetycznych, magistralach, transformatorach, przełącznikach, elementach wtykowych i złączach. W procesie przesyłania mocy przewodów i kabli, energia elektryczna jest marnowana z powodu nagrzewania rezystancyjnego. Z perspektywy oszczędności energii i ekonomii, obecnie na świecie promowany jest standard „optymalnego przekroju kabla”. W przeszłości popularne standardy opierały się po prostu na perspektywie zmniejszenia inwestycji w pierwszą instalację, a w celu zminimalizowania przekroju kabla, aby uniknąć niebezpiecznego przegrzania przy znamionowym prądzie wymaganym przez projekt, określono minimalny dopuszczalny rozmiar kabla. Chociaż koszt instalacji kabla ułożonego zgodnie z tą normą jest niski, zużycie energii rezystancyjnej jest stosunkowo duże podczas długotrwałego użytkowania. Standard „optymalnego przekroju kabla” uwzględnia zarówno koszt pierwszej instalacji, jak i zużycie energii, i odpowiednio powiększa rozmiar kabla, aby osiągnąć cel oszczędności energii i najlepsze kompleksowe korzyści ekonomiczne. Zgodnie z nową normą przekrój kabla jest często ponad dwukrotnie większy niż w starej normie, co pozwala uzyskać oszczędność energii rzędu 50%. W przeszłości, z powodu niedoboru stali w moim kraju, aluminium było używane do zastępowania miedzi w napowietrznych liniach przesyłowych wysokiego napięcia w nadziei na zmniejszenie masy, biorąc pod uwagę, że ciężar właściwy aluminium stanowi zaledwie 30% ciężaru właściwego miedzi. Obecnie, z perspektywy ochrony środowiska, napowietrzne linie przesyłowe będą przekształcane w kable podziemne. W tym przypadku aluminium blednie w porównaniu z miedzią ze względu na słabą przewodność i duży rozmiar kabla.
Produkcja silników: W produkcji silników powszechnie stosuje się stopy miedzi o wysokiej przewodności i wytrzymałości. Głównymi częściami miedzianymi są stojany, wirniki i głowice wałów. W dużych silnikach uzwojenia są chłodzone wodą lub wodorem, co nazywa się podwójnym chłodzeniem wewnętrznym wodą lub silnikami z chłodzeniem wodorowym, co wymaga długiego odcinka pustego drutu. Silniki są dużymi użytkownikami energii elektrycznej, stanowiącymi około 60% całkowitego zaopatrzenia w energię elektryczną. Łączny rachunek za energię elektryczną za działanie silnika jest bardzo wysoki, zwykle osiągając koszt samego silnika w ciągu pierwszych 500 godzin pracy, co odpowiada 4 do 16-krotności kosztu w ciągu roku i do 200-krotności kosztu w ciągu całego okresu eksploatacji. Niewielki wzrost sprawności silnika może nie tylko zaoszczędzić energię; ale także uzyskać znaczne korzyści ekonomiczne. Rozwój i zastosowanie silników o wysokiej sprawności to gorący temat na świecie dzisiaj. Ponieważ zużycie energii wewnątrz silnika pochodzi głównie ze strat rezystancji uzwojenia, zwiększenie przekroju poprzecznego drutu miedzianego jest kluczowym środkiem do opracowania silników o wysokiej sprawności. Niektóre silniki o wysokiej sprawności, które zostały opracowane w ostatnich latach, zwiększyły wykorzystanie uzwojeń miedzianych o 25% do 100% w porównaniu z tradycyjnymi silnikami. Obecnie Departament Energii USA finansuje projekt rozwojowy mający na celu produkcję wirników silników przy użyciu technologii odlewania miedzi.
Kable komunikacyjne: Od lat 80. XX wieku, ze względu na zalety dużej obciążalności prądowej kabli światłowodowych, stale zastępują one kable miedziane w liniach komunikacyjnych i są szybko promowane i stosowane. Jednak duża ilość miedzi jest nadal potrzebna do przekształcania energii elektrycznej w energię świetlną i linie wejściowe dla użytkowników. Wraz z rozwojem przemysłu komunikacyjnego ludzie są coraz bardziej zależni od komunikacji, a popyt na kable światłowodowe i przewody miedziane będzie nadal rósł.
Linie elektryczne w domach: W ostatnich latach, wraz z poprawą standardów życia ludzi w moim kraju, urządzenia gospodarstwa domowego szybko zyskały na popularności, a obciążenie energią elektryczną w domach gwałtownie wzrosło. W 1987 r. zużycie energii elektrycznej w domach wynosiło 26,96 miliardów kWh (1 kWh=1 kW-godzina). Dziesięć lat później, w 1996 r., wzrosło do 113,1 miliardów kWh, co stanowi wzrost o 3,2 raza. Mimo to nadal istnieje duża luka w porównaniu z krajami rozwiniętymi. Na przykład w 1995 r. zużycie energii elektrycznej na mieszkańca w Stanach Zjednoczonych było 14,6 razy większe niż w moim kraju, a w Japonii było 8,6 razy większe niż w moim kraju. Zużycie energii elektrycznej w domach w moim kraju nadal będzie się znacznie rozwijać w przyszłości. Oczekuje się, że wzrośnie o 1,4 raza od 1996 r. do 2005 r.
Zastosowanie w przemyśle maszynowym i metalurgicznym: Części miedziane można znaleźć w niemal wszystkich maszynach. Oprócz dużej ilości stali stosowanej w silnikach, obwodach, układach hydraulicznych, pneumatycznych i układach sterowania, istnieje wiele rodzajów części przekładni i elementów mocujących wykonanych z mosiądzu i brązu, takich jak koła zębate, koła ślimakowe, ślimaki, sprzęgła, elementy złączne, części skręcane, śruby, nakrętki itp. Łożyska lub tuleje wykonane ze stopów miedzi przeciwciernej są stosowane między niemal wszystkimi częściami, które poruszają się względem siebie. W szczególności tuleje cylindrów i suwaki dużych wytłaczarek i pras kuźniczych o wydajności 10,000 ton są prawie wszystkie wykonane z brązu, a waga odlewów może sięgać kilku ton. Wiele elementów sprężystych jest prawie w całości wykonanych z brązu krzemowego i brązu cynowego. Narzędzia spawalnicze, formy odlewnicze itp. są jeszcze bardziej nierozerwalnie związane ze stopami miedzi itd.
Sprzęt metalurgiczny: Przemysł metalurgiczny jest głównym konsumentem energii elektrycznej i jest znany jako „tygrys elektryczny”. Podczas budowy zakładów metalurgicznych zazwyczaj musi istnieć ogromny system przesyłu i dystrybucji energii oraz sprzęt do obsługi energii, który do pracy opiera się na miedzi. Ponadto w pirometalurgii dominującą pozycję zajęła technologia odlewania ciągłego, a kluczowy komponent, krystalizator, jest w większości wykonany z wysokowytrzymałych i wysokoprzewodzących stopów miedzi, takich jak miedź chromowa i miedź srebrna. Chłodzone wodą tygle próżniowych pieców łukowych i elektrycznych pieców żużlowych w elektrometalurgii są wykonane ze stalowych rur, a cewki indukcyjne różnego rodzaju ogrzewania indukcyjnego są nawijane rurami miedzianymi lub specjalnie ukształtowanymi rurami miedzianymi, a woda jest przez nie przepuszczana w celu chłodzenia.
Dodatki stopowe: Miedź jest ważnym elementem dodatkowym w stopach takich jak stal i aluminium. Niewielka ilość miedzi (0.2-0.5%) dodana do niskostopowej stali konstrukcyjnej może poprawić wytrzymałość stali i jej odporność na korozję atmosferyczną i morską. Dodanie miedzi do odpornego na korozję żeliwa i stali nierdzewnej może dodatkowo poprawić ich odporność na korozję. Wysokoniklowe stopy zawierające około 30% miedzi to słynne, odporne na korozję „stopy monelowe” o wysokiej wytrzymałości, które są szeroko stosowane w przemyśle jądrowym. Miedź jest zawarta w wielu wysokowytrzymałych stopach aluminium. Poprzez hartowanie i obróbkę cieplną starzenia w stopie wytrącają się rozproszone drobne cząstki, co znacznie poprawia jego wytrzymałość i jest nazywane stopem aluminium utwardzanym starzeniowo. Spośród nich słynny jest duraluminium lub twarde aluminium, które jest stopem aluminium zawierającym miedź, mangan i magnez i jest ważnym materiałem konstrukcyjnym do produkcji samolotów i rakiet.
