Anwendungen in der Elektroindustrie
Stromübertragung: Bei der Stromübertragung wird eine große Menge hochleitfähiges Kupfer verbraucht, das hauptsächlich in Stromkabeln, Bussen, Transformatoren, Schaltern, Steckkomponenten und Steckverbindern verwendet wird. Bei der Stromübertragung von Drähten und Kabeln wird elektrische Energie aufgrund von Widerstandserwärmung verschwendet. Aus der Perspektive der Energieeinsparung und Wirtschaftlichkeit wird derzeit weltweit der Standard „optimaler Kabelquerschnitt“ gefördert. In der Vergangenheit basierten die gängigen Standards einfach darauf, die Investition in die Erstinstallation zu reduzieren, und um den Kabelquerschnitt zu minimieren, wurde die minimal zulässige Größe des Kabels festgelegt, um eine gefährliche Überhitzung unter dem vom Design geforderten Nennstrom zu verhindern. Obwohl die Installationskosten des nach diesem Standard verlegten Kabels gering sind, ist der Widerstandsenergieverbrauch bei langfristiger Verwendung relativ hoch. Der Standard „optimaler Kabelquerschnitt“ berücksichtigt sowohl die Erstinstallationskosten als auch den Stromverbrauch und vergrößert die Kabelgröße entsprechend, um Energieeinsparungen und die besten umfassenden wirtschaftlichen Vorteile zu erzielen. Nach dem neuen Standard ist der Kabelquerschnitt oft mehr als doppelt so groß wie der alte Standard, wodurch eine Energieeinsparung von etwa 50 % erzielt werden kann. In der Vergangenheit wurde aufgrund des Stahlmangels in meinem Land Aluminium als Ersatz für Kupfer in Hochspannungsfreileitungen verwendet, um das Gewicht zu reduzieren, da die Dichte von Aluminium nur 30 % der von Kupfer beträgt. Gegenwärtig werden Freileitungen aus Umweltschutzgründen auf unterirdische Kabel umgestellt. In diesem Fall ist Aluminium im Vergleich zu Kupfer aufgrund seiner schlechten Leitfähigkeit und der großen Kabelgröße blass.
Motorenherstellung: In der Motorenherstellung werden häufig Kupferlegierungen mit hoher Leitfähigkeit und hoher Festigkeit verwendet. Die wichtigsten Kupferteile sind Statoren, Rotoren und Wellenköpfe. Bei großen Motoren werden die Wicklungen mit Wasser oder Wasserstoff gekühlt, was als doppelte Wasserinnenkühlung oder Wasserstoffkühlung von Motoren bezeichnet wird, was eine lange Länge von Hohldrähten erfordert. Motoren sind große Stromverbraucher und machen etwa 60 % der gesamten Stromversorgung aus. Die kumulierte Stromrechnung für den Betrieb eines Motors ist sehr hoch und erreicht im Allgemeinen innerhalb der ersten 500 Betriebsstunden die Kosten des Motors selbst, was dem 4- bis 16-fachen der Kosten innerhalb eines Jahres und dem bis zu 200-fachen der Kosten während der gesamten Lebensdauer entspricht. Eine kleine Steigerung der Motoreffizienz kann nicht nur Energie sparen, sondern auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen. Die Entwicklung und Anwendung hocheffizienter Motoren ist heute weltweit ein heißes Thema. Da der Energieverbrauch im Motor hauptsächlich durch den Widerstandsverlust der Wicklung entsteht, ist die Vergrößerung des Querschnitts des Kupferdrahts eine wichtige Maßnahme zur Entwicklung hocheffizienter Motoren. In den letzten Jahren haben einige der ersten hocheffizienten Motoren den Einsatz von Kupferwicklungen im Vergleich zu herkömmlichen Motoren um 25 bis 100 Prozent erhöht. Derzeit finanziert das US-Energieministerium ein Entwicklungsprojekt zur Herstellung von Motorrotoren mithilfe der Kupfergusstechnologie.
Kommunikationskabel: Seit den 1980er Jahren ersetzen Glasfaserkabel aufgrund ihrer hohen Strombelastbarkeit Kupferkabel auf Fernkommunikationsleitungen und werden schnell gefördert und eingesetzt. Allerdings wird immer noch eine große Menge Kupfer benötigt, um elektrische Energie in Lichtenergie umzuwandeln und Leitungen zu den Benutzern zu leiten. Mit der Entwicklung der Kommunikationsbranche sind die Menschen immer abhängiger von der Kommunikation, und die Nachfrage nach Glasfaserkabeln und Kupferdrähten wird weiter steigen.
Stromleitungen für Privathaushalte: In den letzten Jahren sind mit der Verbesserung des Lebensstandards der Menschen in meinem Land Haushaltsgeräte schnell populär geworden und der Stromverbrauch privater Haushalte ist schnell gestiegen. 1987 lag der Stromverbrauch privater Haushalte bei 26,96 Milliarden Kilowattstunden (1 kWh=1 Kilowattstunde) und zehn Jahre später, 1996, stieg er auf 113,1 Milliarden Kilowattstunden – eine Steigerung um das 3,2-Fache. Trotzdem besteht im Vergleich zu den Industrieländern immer noch eine große Lücke. Beispielsweise lag der Pro-Kopf-Stromverbrauch in den Vereinigten Staaten im Jahr 1995 14,6-mal so hoch wie in meinem Land und in Japan 8,6-mal so hoch wie in meinem Land. Der Stromverbrauch privater Haushalte in meinem Land wird sich in Zukunft noch stark entwickeln. Es wird erwartet, dass er von 1996 bis 2005 um das 1,4-Fache steigt.
Anwendung im Maschinenbau und in der Metallurgie: In fast allen Maschinen sind Kupferteile zu finden. Neben der großen Menge an Stahl, die in Motoren, Schaltkreisen, Hydrauliksystemen, pneumatischen Systemen und Steuerungssystemen verwendet wird, gibt es viele Arten von Übertragungsteilen und Befestigungsteilen aus Messing und Bronze, wie Zahnräder, Schneckenräder, Schnecken, Kupplungen, Befestigungselemente, Drehteile, Schrauben, Muttern usw., die überall zu finden sind. Lager oder Hülsen aus reibungsarmen Kupferlegierungen werden zwischen fast allen Teilen verwendet, die eine mechanische Relativbewegung ausführen. Insbesondere die Zylinderhülsen und Schlitten großer Extruder und Schmiedepressen mit 10.000 t bestehen fast alle aus Bronze, und das Gewicht der Gussteile kann mehrere Tonnen erreichen. Viele elastische Elemente bestehen fast alle aus Siliziumbronze und Zinnbronze als Materialien. Schweißwerkzeuge, Druckgussformen usw. sind noch untrennbarer mit Kupferlegierungen usw. verbunden.
Metallurgische Ausrüstung: Die metallurgische Industrie ist ein großer Stromverbraucher und wird als „elektrischer Tiger“ bezeichnet. Beim Bau eines metallurgischen Werks sind in der Regel ein riesiges Übertragungs- und Verteilungssystem sowie Strombetriebsgeräte erforderlich, die auf Kupfer angewiesen sind. Darüber hinaus hat in der Pyrometallurgie die Stranggusstechnologie dominiert, und die Schlüsselkomponente, der Kristallisator, besteht meist aus hochfesten und hochwärmeleitenden Kupferlegierungen wie Chromkupfer und Silberkupfer. Die wassergekühlten Tiegel von Vakuumlichtbogenöfen und Elektroschlackenöfen in der Elektrometallurgie bestehen aus Stahlrohren, und die Induktionsspulen verschiedener Induktionsheizungen sind mit Kupferrohren oder speziell geformten Kupferrohren umwickelt, und Wasser wird zur Kühlung durch das Innere geleitet.
Legierungszusätze: Kupfer ist ein wichtiges Zusatzelement in Legierungen wie Stahl und Aluminium. Eine kleine Menge Kupfer (0.2-0.5%), die niedrig legiertem Baustahl zugesetzt wird, kann die Festigkeit des Stahls und seine Beständigkeit gegen atmosphärische und Meereskorrosion verbessern. Die Zugabe von Kupfer zu korrosionsbeständigem Gusseisen und Edelstahl kann deren Korrosionsbeständigkeit weiter verbessern. Nickelreiche Legierungen mit etwa 30 % Kupfer sind die bekannten hochfesten und korrosionsbeständigen „Monel-Legierungen“, die in der Nuklearindustrie weit verbreitet sind. Kupfer ist in vielen hochfesten Aluminiumlegierungen enthalten. Durch Abschrecken und Alterungswärmebehandlung werden in der Legierung dispergierte feine Partikel abgeschieden, was ihre Festigkeit erheblich verbessert und als alterungsgehärtete Aluminiumlegierung bezeichnet wird. Unter ihnen ist Duraluminium oder Hartaluminium am bekanntesten, eine Aluminiumlegierung mit Kupfer, Mangan und Magnesium, die ein wichtiges Strukturmaterial für die Herstellung von Flugzeugen und Raketen ist.
