Медная катанка для производства кабеля

Производство медной катанки и проволоки: технология и особенности

Содержание:

Катанка – один из самых широко используемых продуктов медного металлопроката. Без нее не обойтись при изготовлении медной проволоки и проводов, востребована она и в таких отраслях, как машиностроение, электротехника и строительство. Поэтому производство медной катанки – этот тот вид деятельности, которым занимаются практически все предприятия цветной металлургии.

Основным сырьем для этого изделия становится медный лом. Как известно, запасы меди в мире постепенно истощаются, поэтому металлурги и обращают самое пристальное внимание на вторичное использование этого материала. Если раньше в разработку принимались исключительно месторождения, в породе которых содержалось не менее 10% чистой меди, то сегодня отличным вариантом считается и 5-процентная руда. Более того, в некоторых странах добываются и пускаются в производство даже руды, в которых меньше 1% чистого металла. В результате в мире сегодня почти 40% новых изделий из меди изготавливается именно из переработанного лома. Что же касается катанки, то для нее практически не используется первичное сырье. В дальнейшем катанка применяется для производства медной проволоки, которая является основным материалом для изготовления проводов.

Характеристики медной катанки и проволоки.

Популярность медной катанки и проволоки у потребителей объясняется тем, что эти изделия обладают всеми основными характеристиками, свойственными меди:

• высокой электропроводностью (электропроводность меди на 35% выше, чем аналогичное свойство другого используемого для изготовления проводов материала – алюминия);
• отличной теплопроводностью;
• пластичностью;
• долговечностью.

Высокая электропроводность медной катанки, а следовательно, и изготовленной из нее медной проволоки позволяет существенно экономить электроэнергию при эксплуатации энергосетей. Правда, стоят медные провода дороже алюминиевых, но при этом стоит учесть и то, что для питания системы можно выбирать медные кабели меньшего сечения, которые прослужат дольше алюминиевых. А это практически нивелирует разницу в цене. Кроме того, и работа с медными элементами системы гораздо менее трудоемкая, чем с элементами из любого другого материала вследствие пластичности меди, а значит, и ее прочности на излом.

Выпускается медная катанка в бухтах весом 3300-3400 кг, каждая из которых прочно перевязывается стальной лентой (по правилам перевязка должна осуществляться в четырех местах) и упаковывается в пленку.

Пленка позволяет исключить попадание на поверхность катанки влаги и грязи, которые могут снизить качество изделия и негативно отразиться на характеристиках производимой из нее проволоки. Кроме того, готовую продукцию необходимо защитить и от окисления – для этого катанку покрывают специальным восковым составом.

Стоимость медной катанки зависит от многих факторов – от выбранной для ее изготовления технологии, от качества исходного сырья и от параметров самой продукции. Узнать все специфические характеристики определенной партии товара можно по его маркировке. Каждая готовая к продаже бухта должна обязательно оснащаться ярлыком, на котором указывается:

• наименование компании-производителя;
• дата производства изделия;
• номер партии;
• условное обозначение изделия;
• вес бухты (нетто и брутто);
• сертификационный знак;
• печать, указывающая, что катанка прошла контроль качества;
• технические параметры – класс изделия и его диаметр.

Кроме того, каждая партия товара должна иметь сертификат, подтверждающий ее соответствие нормам, указанным в ТУ.

Особенности изготовления медной катанки и проволоки.

На сегодняшний день не существует специальных государственных стандартов (ГОСТ), регламентирующих процесс производства медной катанки. Вместо них разработаны обязательные для применения всеми производителями технические условия (ТУ). Согласно им, катанка может выпускаться трех классов: А, В и С. Диаметр изделия варьируется от 8 до 18 мм. В качестве сырья для изготовления катанки может использоваться медь марки М1, М0 и М00 – эти требования изложены в ГОСТ 859-2001.

Основными этапами производства катанки традиционно являются:

• загрузка медного лома в плавильные печи и его плавление;
• рафинирование полученного расплава;
• отливка из расплава анодов;
• рафинирование анодов электролитическим методом;
• переплавка анодов в катоды;
• отливка медной заготовки;
• процедура прокатки.

В результате получается катанка, которая в дальнейшем идет на производство медной проволоки.

Современные технологии позволили существенно упростить этот процесс и уменьшить во много раз время, требуемое на полный цикл производства. В частности, разработанный европейскими технологами процесс рафинирования дает возможность исключить из производства такие этапы, как электролиз анодов и переплавка их в катоды. Применяемое при этом оборудование гарантирует высокое качество получаемой продукции, а сама технология значительно снижает ее себестоимость.

Линия по изготовлению медной катанки.

Как уже упоминалось, медная катанка – это очень востребованное в промышленности изделие, поэтому инженеры обращают повышенное внимание на разработку оборудования для ее производства. Как правило, для этого используются готовые линии оборудования, позволяющие осуществлять непрерывный процесс производства.

В состав таких линий входит несколько единиц оборудования:

Она состоит из двух частей – в первой производится плавление сырья, во второй – его выдержка. В печь для плавления поступает сырье, минимальное содержание меди в котором может составлять 92%. Между частями печи имеется специальный затвор, позволяющий регулировать количество жидкой меди, поступающей в печь для выдержки.

Каждая часть печи оснащается автономной системой контроля, которая автоматически проверяет температуру, водяное давление и напряжение в отсеках. В случае, если любой из параметров выходит за границы значений, считающихся нормой, система автоматически дает сигнал тревоги. Кроме защитных систем каждой части все устройство целиком имеет и общую систему контроля. Все три системы работают независимо друг от друга. Таким образом, безопасность процесса плавления и выдержки сырья для производства катанки надежно контролируется на всех этапах. Управление системами может производиться как в автоматическом режиме (после соответствующего программирования), так и вручную – такая необходимость может возникнуть в экстренных случаях.

Полученный в комбинированной печи металл поступает в машину, оснащенную целым набором движущих и прижимных валиков. С их помощью металл формуется и обжимается со всех сторон, в результате чего и получается катанка. Такой метод производства называется горячим, так как при прохождении через валики медь разогревается, что повышает ее пластичность и ускоряет процесс формовки. В конце линии располагаются калибрующие валики, которые «доводят» катанку до нужного диаметра.

Далее катанка подается на наматывающее устройство, оснащенное датчиком скорости, синхронизирующим действие подающего катанку механизма и самой «моталки». Намотанная катанка оставляется на специальных катушках для охлаждения. Происходить это может естественным путем, то есть изделие просто неподвижно висит на устройстве, пока не остынет до температуры воздуха в помещении. Такой метод охлаждения называется воздушным и считается наиболее подходящим для изготовления качественного изделия. Если же требуется охладить катанку быстрее, применяется ускоренный метод, то есть охлаждение с помощью специальных вентиляторов. Но в данном случае следует особо внимательно отнестись к скорости и температуре воздуха, подаваемого из вентиляторов на катанку. Слишком сильный поток холодного воздуха может негативно сказаться на качестве медной продукции. Кроме того, нельзя забывать и о пластичности меди, из-за которой под действием движущегося с большой скоростью воздушного потока изделие может просто деформироваться.

После охлаждения катанка подается на второй блок наматывающего устройства, где она укладывается в бухты.

На этом процесс производства заканчивается, и готовая катанка отправляется на склад.

Технология производства медной проволоки.

Основным методом производства медной проволоки является волочение. В ходе этого процесса медная катанка протягивается через отверстия, сечение которых меньше диаметра медного прутка. В результате заготовка становится тоньше, но длиннее. Этот же метод может применяться и при производстве медных труб.

Станок для волочения состоит из трех частей:

• подающего устройства;
• волоки;
• принимающего устройства.

Непосредственно сама процедура вытягивания проволоки из катанки осуществляется на волоках, отверстия которых строго откалиброваны под определенный диаметр изделий. Изготавливают их из твердой инструментальной стали. А волоки для проволоки особенно маленького диаметра (меньше 0,5 мм) делаются из алмаза – материала с непревзойденной прочностью. Они могут иметь одно или несколько отверстий (волочильных глазков или матриц).

Для того чтобы в процессе волочения не повредить поверхность медной заготовки, внутреннюю поверхность матрицы покрывают особой смазкой. Еще одним вариантом такого оборудования является станок, в котором вместо отверстий используются специальные ролики, между которыми и протягивается катанка.

Как правило, изготавливается медная проволока методом холодного волочения. Это значит, что перед пропуском через волочильное устройство катанку не нагревают, а то тепло, которое появляется в процессе прохождения заготовки через глазки или ролики вследствие трения, постоянно убирают. Для этого катанку охлаждают воздухом, водой или специальными составами. Такая технология производства позволяет получать медную проволоку с идеально гладкой и блестящей поверхностью, диаметр которой точно соответствует заданным размерам.

Источник

Производство медной катанки: оборудование и технология

Медная катанка

Медная катанка (далее – катанка) является основным материалом, применяемым для производства кабелей и проводов. Сырьем для производства катанки являются либо медные катоды, либо медный лом (расплав которого, в свою очередь, требует дополнительной обработки – рафинирования).

Мощности по производству медной катанки превышают потребность кабельной промышленности России. Производство катанки рентабельно, когда в пределах доступного логистического плеча (при перевозке автотранспортом) имеются кабельные заводы, которые используют ежегодно не менее 5-10 тыс. т катанки.

Сырье для производства медной катанки и основные особенности технологии непрерывного литья и прокатки

Производство катанки осуществляется, как правило, из катодов по ГОСТ 546–2001 – М0_К и М00_К, а также из меди электротехнического назначения (ГОСТ 859) М0, М00, М0Б и М00Б. На территории Российской Федерации указанное сырье выпускается следующими предприятиями:

• ПАО «Уральская горно-металлургическая компания» (ОАО «УГМК»);
• ПАО «ГМК «Норильский никель»;
• АО «Русская медная компания» (АО «РМК»):
• АО «Кыштымский медеэлектролитный завод» (АО «КМЭЗ»);
• АО «Новгородский металлургический завод» (АО «НМЗ»).

Катанка в России преимущественно выпускается на оборудовании непрерывного литья и прокатки (НЛП), представляющем собой высокопроизводительные многоходовые волочильные машины, совмещенные с крутильным и экструзивным оборудованием.

На некоторых типах линий НЛП применяются специальные газовые печи шахтной конструкции. Их достоинство заключается в том, что при выплавке медного сырья к основным материалам («чистым» катодам) допускается добавлять до трети отходов изделий кабельной промышленности. Подобная возможность снижает (и весьма существенно) себестоимость готовой продукции.

Качество медной катанки, полученной методом НЛП в России, регламентируется техническими условиями ТУ 16-705-491–2001 (основные производители, кроме того, имеют свои ТУ) и новым ГОСТ Р 53803–2010, которые полностью соответствуют аналогичным международным стандартам ASTM, DIN и BS.

Готовая катанка бывает трех марок – КМ_б, КМ, КМ_ор. Каждая из этих марок, кроме того, подразделяется на три класса (А, В и С). Катанка А-класса обычно выпускается из катодов М0К и М00К, что дает возможность производителям изготавливать продукцию (например, катанку 6 и 8 мм) с минимальным содержанием кислорода.

При производстве медной проволоки других классов могут использоваться смеси М0К, М00К с М1К (до 25 %).

Технологии для производства медной катанки

Процесс CCR CONTINUUS PROPERZI

Процесс непрерывного литья-прокатки CCR изначально разрабатывался компанией Continuus-Properzi SpA (Италия) для изготовления катанки из таких легкоплавких металлов как свинец и цинк, и в дальнейшем был адаптирован для производства катанки из алюминия и его сплавов, меди. Всего в эксплуатацию запущены более 30-ти установок производительностью от 40 до 300 тыс. т в год. В настоящее время доля процесса CCR в общем объеме производства медной катанки составляет около 5%.

La Farga Lacambra SAU (Испания) совместно с Continuus-Properzi SpA разработала технологию получения катанки из 100% медных отходов с использованием в линии НЛП вместо шахтной печи отражательной поворотной печи, в которой применяют рафинирование медного расплава свинцовосодержащими флюсами.

В России такая катанка имеет марку КМ_ор и выпускается в незначительном объеме ООО «Налкат» и ООО «Камкат».

Для рафинирования расплава медных отходов в отражательной печи используются свинцовосодержащие флюсы, и в этой связи в медной катанке марки КМ_ор содержание Fe, Ni, Cd, Sb, Sn, Zn, Ag на порядок, а свинца – на два порядка выше, чем в катанке марок КМ и КМб.

Процесс SCR SOUTHWIRE

Процесс SCR был разработан компаниями Southwire Company LLC и Western Electric Co., Inc. (США) на основе установки Continuus-Properzi SpA. В мире функционируют 79 установок SOUTHWIRE производительностью от 37 до 354 тыс. т в год, а количество производимой на них катанки составляет более 50% мирового объема ее изготовления.

В России установки SOUTHWIRE эксплуатируются на предприятиях ООО «ЭЛКАТ» (г. Москва), ООО «Транскат» (г. Санкт-Петербург), АО «НМЗ» (г. Великий Новгород), АО «КМЭЗ» (г. Кыштым).

Процесс SMS-MEER CONTIROD

Процесс CONTIROD, был создан Hazelett Strip-Casting Corporation (США), Mhoolen (Бельгия) и Krupp Industrietechnik GmbH (ФРГ), и впоследствии перешел во владение концерна SMS Meer GmbH (Германия).

Современные установки SMS-MEER обладают производительностью от 30 до 400 тыс. т в год, обеспечивая выпуск 27% мирового объема медной катанки.

В России установка SMS-MEER функционирует на предприятии АО «Уралэлектромедь» (г. Верхняя Пышма).

Процесс UPCAST OUTOKUMPU

Впервые процесс производства катанки с использованием установки восходящего вертикального литья UPCAST был апробирован и внедрен в компании Outokumpu Oyj (Финляндия). В настоящее время до 14% мирового производства медной катанки осуществляется с использованием данного технологического процесса. Производительность установок составляет от 2 до 14 тыс. тонн в год.

Особенностью процесса UPCAST является получение катанки требуемого диаметра исключительно операцией литья и как следствие, появляется возможность производства катанки из бескислородной меди.

Процесс DTW MAERZ

Одним из методов получения катанки из отходов является DTW фирмы ANDRITZ Maerz GmbH – оптимизированное производство меди с высокой электропроводностью, полученной методом огневого рафинирования (FRHC).

В дополнение к таким технологических нововведениям, как система продувки азотом компании METTOP, для достижения оптимальных результатов рафинирования с минимальными производственными затратами также используются системы рафинирования высокого давления и специальные рафинирующие добавки компании ANDRITZ Maerz GmbH.

Метод рафинирования выбирается в зависимости от качества медных отходов. Если отходы хорошего качества могут перерабатываться в процессе одной стадии рафинирования с использованием только кремнезема, известняка или железа для получения правильного шлака, то при применении отходов низкого качества может потребоваться многоступенчатое рафинирование с использованием в дальнейшем специальных добавок, таких как борная кислота и др. для удаления нежелательных примесей.

Целью процесса является использование преимуществ современных печных технологий для достижения оптимальных результатов с помощью обычного окисления и конструкции шлака.

Основными технологическими преимуществами являются хорошая конструкция печи, эффективная система восстановительных фурм и система продувки газом для лучшей гомогенизации, скачивания шлака и улучшения эффективности реакции.

Эти характеристики позволяют снизить содержание примесей в расплаве до низких уровней даже без добавления дорогостоящих специальных флюсов.

Развитие методов производства медной катанки происходит по двум основным направлениям: переход полностью на литейные технологии, не предполагающие применение горячей прокатки, и совмещение процессов разливки с горячей сортовой прокаткой.

На диаграмме ниже представлено распределение мирового производства медной катанки по типам оборудования и процессов.

Особенности производства медной катанки

В процессе производства на оборудовании НЛП от компаний Continuus-Properzi SpA, Southwire Company LLC и SMS Meer GmbH катанка покрывается защитным слоем воска, который позволяет предотвратить окисление поверхности в процессе транспортировки. Однако при транспортировке железнодорожным транспортом возможно разрушение защитного слоя за счет трения между витками. В США наилучшим видом транспорта для перевозки медной катанки считаются автомобильные перевозки, и в этой связи предпочтительно расположение производителей катанки вблизи кабельных заводов или непосредственно на них.

Существенными недостатками технологии плавки в отражательных печах с последующей прокаткой являются следующие.

• Циклическая работа печи: 8 часов – загрузка, 8 часов – окисление, 8 часов – восстановление, рафинирование и разливка жидкой меди, то есть, только ⅓ рабочего времени эффективно используется для подачи жидкой меди в литейную машину и прокатный стан для производства катанки.
• Несравненно выше расход газа на 1 т катанки (более чем в 3 раза); кроме того, необходимо постоянно поддерживать определенный уровень расплава жидкой меди в печи даже при отсутствии выпуска катанки, так как в противном случае возникает «козел» (затвердевшая медь) и требуется замена всей футеровки печи (в шахтных печах возможен любой режим работы от двухдневного до непрерывного с остановкой процесса плавки).
• Значительные затраты для создания системы огнеупорных дымоходов и очистки отходящих газов.
• Отходы катанки КМ_ор не могут использоваться для шихтовки катодов в шахтных печах из-за высокого содержания вредных примесей. В связи с «отравлением» медных отходов (особенно свинцом) все производители катанки вынуждены ввести дорогостоящий 100% входной контроль химического состава всего медного лома.
• Производители медных катодов испытывают острый дефицит в медных отходах при производстве катодов по традиционной схеме «анод-катод».
• Невозможность использования ломов низкого качества (ниже 3 класса)
• Недостаточно в ряде случаев качество катанки марки КМ_ор.

Технологический процесс производства медной катанки

Медная катанка преимущественно выпускается на оборудовании непрерывного литья и прокатки, представляющем собой многоходовые волочильные машины, совмещенные с крутильным и экструзивным оборудованием.

Производители оборудования для производства медной катанки

Основными производителями оборудования непрерывного литья и прокатки меди являются ведущие мировые компании такие как: Southwire Company LLC (США), SMS Meer GmbH (Германия), Continuus-Properzi SpA (Италия). Метод непрерывной вытяжки из расплава используется в оборудовании компаний Outokumpu Oyj (Финляндия), Rautomead Ltd (Англия) и ряда компаний КНР.

Выбор типа оборудования непрерывного литья и прокатки меди зависит от устоявшихся технологических подходов производства медной катанки (в случае модернизируемых предприятий), квалификации основного производственного и инженерно-технического персонала, а также продуктовой линейки (кислородная или бескислородная медь).

Принципиальная схема процесса CCR CONTINUUS PROPERZI

Расплав меди, получаемый в индукционной печи, по огнеупорной трубе подается в разливочный контейнер. Машина непрерывного литья состоит из двух вращающихся колес: литейного и натяжного, охватываемых лентой. По ободу литейного колеса выполнена канавка, стенки которой в совокупности с лентой образуют кристаллизатор. Вращение литейного колеса осуществляется двигателем через систему передаточных механизмов. Подача охлаждающей жидкости, обеспечивающая кристаллизацию расплава и формирование непрерывно-литой заготовки, осуществляется через полости спиц литейного колеса. Полученная заготовка через систему проводок подается в непрерывный прокатный стан, состоящий из трехвалковых клетей. В настоящее время стандартом компании является использование двухвалковых рабочих клетей с диаметром валков 180-400 мм в черновой и трехвалковых с диаметром валков 180-270 мм в чистовой группе. Общее количество клетей варьируется от 8 до 15.

Однако, двухвалковые прокатные станы (процессы SCR SOUTHWIRE, SMS-MEER CONTIROD) проще в управлении и имеют значительно меньшие эксплуатационные расходы по сравнению с трехвалковыми (процесс CCR CONTINUUS PROPERZI).

Источник