Εφαρμογή στην ηλεκτρική βιομηχανία
Μετάδοση ισχύος: Μεγάλη ποσότητα χαλκού υψηλής αγωγιμότητας καταναλώνεται στη μετάδοση ισχύος, που χρησιμοποιείται κυρίως σε καλώδια τροφοδοσίας, λεωφορεία, μετασχηματιστές, διακόπτες, εξαρτήματα βυσμάτων και συνδέσεις. Κατά τη διαδικασία μεταφοράς ισχύος καλωδίων και καλωδίων, η ηλεκτρική ενέργεια σπαταλιέται λόγω της θέρμανσης με αντίσταση. Από την άποψη της εξοικονόμησης ενέργειας και της οικονομίας, το πρότυπο «βέλτιστης διατομής καλωδίων» προωθείται αυτή τη στιγμή στον κόσμο. Στο παρελθόν, τα δημοφιλή πρότυπα βασίζονταν απλώς στην προοπτική μείωσης της επένδυσης στην πρώτη εγκατάσταση και προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η διατομή του καλωδίου, έτσι ώστε να αποφευχθεί η επικίνδυνη υπερθέρμανση κάτω από το ονομαστικό ρεύμα που απαιτεί ο σχεδιασμός, το ελάχιστο καθορίστηκε το επιτρεπόμενο μέγεθος του καλωδίου. Αν και το κόστος εγκατάστασης του καλωδίου που τοποθετείται σύμφωνα με αυτό το πρότυπο είναι χαμηλό, η κατανάλωση ενέργειας αντίστασης είναι σχετικά μεγάλη κατά τη μακροχρόνια χρήση. Το πρότυπο "βέλτιστης διατομής καλωδίου" λαμβάνει υπόψη τόσο το κόστος πρώτης εγκατάστασης όσο και την κατανάλωση ενέργειας και διευρύνει κατάλληλα το μέγεθος του καλωδίου για να επιτύχει τον σκοπό της εξοικονόμησης ενέργειας και τα καλύτερα ολοκληρωμένα οικονομικά οφέλη. Σύμφωνα με το νέο πρότυπο, η διατομή του καλωδίου συχνά υπερδιπλασιάζεται από το παλιό πρότυπο, γεγονός που μπορεί να επιτύχει αποτέλεσμα εξοικονόμησης ενέργειας περίπου 50%. Την προηγούμενη χρονική περίοδο, λόγω της έλλειψης χάλυβα στη χώρα μου, το αλουμίνιο χρησιμοποιήθηκε για την αντικατάσταση του χαλκού σε εναέριες γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης με την ελπίδα να μειωθεί το βάρος, δεδομένου ότι το ειδικό βάρος του αλουμινίου είναι μόνο το 30% αυτού του χαλκού. Προς το παρόν, από την άποψη της προστασίας του περιβάλλοντος, οι εναέριες γραμμές μεταφοράς θα μετατραπούν σε τοποθέτηση υπόγειων καλωδίων. Σε αυτή την περίπτωση, το αλουμίνιο ωχριά σε σύγκριση με τον χαλκό λόγω της κακής αγωγιμότητας και του μεγάλου μεγέθους καλωδίου.
Κατασκευή κινητήρων: Στην κατασκευή κινητήρων, χρησιμοποιούνται ευρέως κράματα χαλκού υψηλής αγωγιμότητας και υψηλής αντοχής. Τα κύρια χάλκινα μέρη είναι στάτορες, ρότορες και κεφαλές αξόνων. Στους μεγάλους κινητήρες, οι περιελίξεις ψύχονται με νερό ή υδρογόνο, το οποίο ονομάζεται κινητήρες εσωτερικής ψύξης διπλού νερού ή ψύξης υδρογόνου, που απαιτεί μεγάλο μήκος κοίλου σύρματος. Οι κινητήρες είναι μεγάλοι χρήστες ηλεκτρικής ενέργειας, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 60% της συνολικής παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο σωρευτικός λογαριασμός ηλεκτρικής ενέργειας για τη λειτουργία ενός κινητήρα είναι πολύ υψηλός, φθάνοντας γενικά στο κόστος του ίδιου του κινητήρα μέσα στις πρώτες 500 ώρες λειτουργίας, που ισοδυναμεί με 4 έως 16 φορές το κόστος μέσα σε ένα χρόνο και έως και 200 φορές το κόστος κατά τη διάρκεια ολόκληρο τον εργασιακό βίο. Μια μικρή αύξηση στην απόδοση του κινητήρα δεν μπορεί μόνο να εξοικονομήσει ενέργεια. αλλά και να αποκομίσει σημαντικά οικονομικά οφέλη. Η ανάπτυξη και η εφαρμογή κινητήρων υψηλής απόδοσης είναι ένα καυτό θέμα στον κόσμο σήμερα. Δεδομένου ότι η κατανάλωση ενέργειας στο εσωτερικό του κινητήρα προέρχεται κυρίως από την απώλεια αντίστασης της περιέλιξης, η αύξηση της διατομής του χάλκινου σύρματος είναι ένα βασικό μέτρο για την ανάπτυξη κινητήρων υψηλής απόδοσης. Ορισμένοι κινητήρες υψηλής απόδοσης που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια έχουν αυξήσει τη χρήση περιελίξεων από χαλκό κατά 25% έως 100% σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς κινητήρες. Προς το παρόν, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ χρηματοδοτεί ένα αναπτυξιακό έργο για την παραγωγή ρότορων κινητήρα με χρήση τεχνολογίας χυτού χαλκού.
Καλώδια επικοινωνίας: Από τη δεκαετία του 1980, λόγω των πλεονεκτημάτων της μεγάλης ικανότητας μεταφοράς ρεύματος των καλωδίων οπτικών ινών, αντικαθιστούν συνεχώς τα χάλκινα καλώδια στις γραμμές επικοινωνίας και προωθούνται και εφαρμόζονται γρήγορα. Ωστόσο, απαιτείται ακόμη μεγάλη ποσότητα χαλκού για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φωτεινή ενέργεια και τις γραμμές εισόδου στους χρήστες. Με την ανάπτυξη της βιομηχανίας επικοινωνιών, οι άνθρωποι εξαρτώνται όλο και περισσότερο από τις επικοινωνίες και η ζήτηση για καλώδια οπτικών ινών και σύρματα χαλκού θα συνεχίσει να αυξάνεται.
Οικιακές ηλεκτρικές γραμμές: Τα τελευταία χρόνια, με τη βελτίωση του βιοτικού επιπέδου των ανθρώπων στη χώρα μου, οι οικιακές συσκευές έχουν διαδοθεί γρήγορα και το ηλεκτρικό φορτίο των κατοικιών έχει αυξηθεί γρήγορα. Το 1987, η οικιακή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ήταν 26,96 δισεκατομμύρια kWh (1 kWh=1 kW-ώρα). Δέκα χρόνια αργότερα, το 1996, εκτινάχθηκε στα 113,1 δισεκατομμύρια kWh, σημειώνοντας αύξηση 3,2 φορές. Παρόλα αυτά, υπάρχει ακόμη ένα μεγάλο χάσμα σε σύγκριση με τις ανεπτυγμένες χώρες. Για παράδειγμα, το 1995, η κατά κεφαλήν κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες ήταν 14,6 φορές εκείνη της χώρας μου και η Ιαπωνία ήταν 8,6 φορές μεγαλύτερη από αυτήν της χώρας μου. Η οικιακή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας μου θα έχει μεγάλη ανάπτυξη στο μέλλον. Αναμένεται να αυξηθεί κατά 1,4 φορές από το 1996 έως το 2005.
Εφαρμογή σε μηχανήματα και μεταλλουργική βιομηχανία: Τα χάλκινα μέρη βρίσκονται σχεδόν σε όλα τα μηχανήματα. Εκτός από τη μεγάλη ποσότητα χάλυβα που χρησιμοποιείται σε κινητήρες, κυκλώματα, υδραυλικά συστήματα, πνευματικά συστήματα και συστήματα ελέγχου, υπάρχουν πολλά είδη εξαρτημάτων μετάδοσης και στερέωσης από ορείχαλκο και μπρούτζο, όπως γρανάζια, ατέρμονες ρόδες, σκουλήκια, συνδέσμους, συνδετήρες, περιστρεφόμενα μέρη, βίδες, παξιμάδια κ.λπ. Τα ρουλεμάν ή τα χιτώνια από κράματα χαλκού κατά της τριβής χρησιμοποιούνται μεταξύ σχεδόν όλων των εξαρτημάτων που κινούνται μεταξύ τους. Συγκεκριμένα, τα χιτώνια κυλίνδρων και οι πλάκες των μεγάλων εξωθητών και των πρέσων σφυρηλάτησης χωρητικότητας 10,000 τόνων είναι σχεδόν όλα από μπρούτζο και το βάρος των χυτών μπορεί να φτάσει αρκετούς τόνους. Πολλά ελαστικά στοιχεία είναι σχεδόν όλα κατασκευασμένα από μπρούτζο σιλικόνης και μπρούτζο από κασσίτερο. Τα εργαλεία συγκόλλησης, τα καλούπια χύτευσης κ.λπ. είναι ακόμα πιο αδιαχώριστα από τα κράματα χαλκού κ.λπ.
Μεταλλουργικός εξοπλισμός: Η μεταλλουργική βιομηχανία είναι μεγάλος καταναλωτής ηλεκτρικής ενέργειας και είναι γνωστή ως «ηλεκτρική τίγρη». Στην κατασκευή μεταλλουργικών εργοστασίων, πρέπει συνήθως να υπάρχει ένα τεράστιο σύστημα μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας και εξοπλισμός λειτουργίας που να βασίζεται στον χαλκό για να λειτουργήσει. Επιπλέον, στην πυρομεταλλουργία, η τεχνολογία συνεχούς χύτευσης έχει καταλάβει κυρίαρχη θέση και το βασικό συστατικό, ο κρυσταλλοποιητής, είναι ως επί το πλείστον κατασκευασμένο από κράματα χαλκού υψηλής αντοχής και υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, όπως ο χαλκός χρώμιο και ο χαλκός ασήμι. Τα υδρόψυκτα χωνευτήρια των κλιβάνων τόξου κενού και των ηλεκτρικών κλιβάνων σκωρίας στην ηλεκτρομεταλλουργία είναι κατασκευασμένα από χαλύβδινους σωλήνες και τα επαγωγικά πηνία διαφόρων επαγωγικής θέρμανσης τυλίγονται με χάλκινους σωλήνες ή χαλκοσωλήνες ειδικού σχήματος και διοχετεύεται νερό μέσω αυτών για ψύξη.
Πρόσθετα κραμάτων: Ο χαλκός είναι ένα σημαντικό πρόσθετο στοιχείο σε κράματα όπως ο χάλυβας και το αλουμίνιο. Μια μικρή ποσότητα χαλκού (0.2-0.5%) που προστίθεται σε δομικό χάλυβα χαμηλού κράματος μπορεί να βελτιώσει την αντοχή του χάλυβα και την αντοχή του στην ατμοσφαιρική και θαλάσσια διάβρωση. Η προσθήκη χαλκού σε ανθεκτικό στη διάβρωση χυτοσίδηρο και ανοξείδωτο χάλυβα μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω την αντοχή τους στη διάβρωση. Τα κράματα υψηλής περιεκτικότητας σε νικέλιο που περιέχουν περίπου 30% χαλκό είναι τα περίφημα υψηλής αντοχής ανθεκτικά στη διάβρωση «κράματα monel», τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στην πυρηνική βιομηχανία. Ο χαλκός περιέχεται σε πολλά κράματα αλουμινίου υψηλής αντοχής. Μέσω θερμικής επεξεργασίας απόσβεσης και γήρανσης, διασπαρμένα λεπτά σωματίδια κατακρημνίζονται στο κράμα, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά την αντοχή του και ονομάζεται κράμα αλουμινίου σκληρυμένου λόγω ηλικίας. Μεταξύ αυτών, το διάσημο είναι το duralumin ή σκληρό αλουμίνιο, το οποίο είναι ένα κράμα αλουμινίου που περιέχει χαλκό, μαγγάνιο και μαγνήσιο και είναι σημαντικό δομικό υλικό για την κατασκευή αεροσκαφών και πυραύλων.
