№ 5 (330), 2011 29№ 5 (330), 2011 29

НАУКА И ТЕХНИКА

Медная катанка является основным металлом, приме-няемым в производстве кабелей и проводов. Сырье для производства медной катанки – медные катоды, мировое производство которых динамично развивается и достигло в 2010 г. более 19 650 тыс. т. Около 60 % из общего числа производимых медных катодов используется для производ-ства медной электротехнической катанки, которая приме-няется для изготовления кабельных изделий, троллейных проводов, шинопроводов, коллекторных профилей и других видов продукции электротехнического назначения. Медная катанка в последние годы преимущественно выпускается на высокопроизводительном оборудовании непрерывного литья и прокатки (НЛП), которое изготавливается ведущими мировыми компаниями «Саутвайер» (США), «СМС-Майер» (Германия), «Проперци» (Италия). Метод непрерывной вытяжки из расплава используется в оборудовании компаний «Оутокумпу» (Финляндия), «Раутомед» (Англия) и ряда фирм КНР. В ряде агрегатов НЛП, использующих для плавки медных катодов шахтные газовые печи, в процессе плавки катодов допускается использовать до 20–30 % отходов кабельного производства. Таким образом, реальные объемы произ-водства медной катанки в 2010 г. составили более 12 млн т.

До 2010 г. ежегодный прирост производства медной катанки составлял 5–10 %, причем в основном за счет интенсивного роста кабельного производства в Китае, Индии, странах Ближнего и Дальнего Востока. В период 2000–2010 гг. введены новые мощности по производству 1120 тыс. т медной катанки, а в 2011 г. планируется ввод еще 594 тыс. т.

В СССР до 1990 г. производилось 650 тыс. т медной катанки для кабельных изделий, выпускаемых на 56 кабельных заводах. До 1990 г. медная катанка в основном производилась путем прокатки вайербарсов (слитков) на полунепрерывных и непрерывных прокатных станах (более 400 тыс. т ежегодно). В 1990–2010 гг. в СНГ были созданы мощности по производству более 900 тыс. т в год медной катанки методом НЛП (в том числе, в России около 770 тыс. т в год). В 2010 г. в СНГ при производстве кабелей и прово-дов было использовано около 300 тыс. т медной катанки.

Несмотря на очевидное превышение мощностей по произ-водству медной катанки в России в сравнении с потребностями кабельной промышленности, производство катанки и в насто-

ящее время является привлекательным в тех случаях, когда в пределах возможной транспортировки катанки автотранспортом имеются кабельные заводы, которые используют в собствен-ном производстве более 5–10 тыс. т катанки ежегодно. Это обусловливается следующими факторами:

• сокращение транспортных расходов,• предотвращение окисления катанки при транспортировке,• возможность переработки медного лома, что снижает

себестоимость производства,• оперативное решение по использованию различных

классов катанки для различных видов кабельных изделий,• современное технологическое оборудование НЛП

с шахтной печью позволяет работать в любом режиме от 2 до 7 дней (непрерывный процесс) в неделю в зависимости от наличия сырья,

• экспортные возможности.При производстве медной катанки методом НЛП

в отечественной практике используются медные катоды марок МООК, МОК ГОСТ 546–2001 или электротехническая медь по ГОСТ 859–2001 марок МOO, МО, МООБ, МОБ. Анализ мирового производства медных катодов свидетельствует о ежегодном приросте его объема. Так, в 2006 г. было произ-ведено 17 292 тыс. т катодов, а в 2010 г. – 19 650 тыс. т.

Основными производителями медных катодов в России являются:

• Норильский горно-металлургический комбинат. Производственные мощности ~ 500 тыс. т/год.

• Уральская горно-металлургическая компания (УГМК). Производственные мощности 220 тыс. т/год. Начи-нается расширение производства до 260 тыс. т/год. Имеет собственного производителя медной катанки – ЗАО СП «Катур-Инвест».

• Русская медная компания. Производственные мощности на основном производстве – Кыштымском медно-электролитном заводе – 120 тыс. т/год. Намечается расширение производства до 180 тыс. т/год. Второе произ-водство исключительно из медного лома на Новгородском металлургическом заводе имеет мощность до 50 тыс. т/год. Оба завода имеют производство медной катанки.

Из более, чем 19 650 тыс. т медных катодов, изготовлен-ных в 2010 г., 68,8 % сертифицированы по международным стандартам на биржах металлов.

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА МЕДНОЙ КАТАНКИ

ДЛЯ КАБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Д.И. Белый, д-р техн. наук, профессор, председатель Совета директоров российско-финского СП «Кабикс Консалтинг»

3030

НАУКА И ТЕХНИКА

В настоящее время агрегаты для производства медной катанки выпускают следующие основные фирмы:

• «Саутвайер», США;• «СМС-Майер» (бывшая «Маннесман-Крупп»), «Конти-

род», Германия;• «Континиус-Проперци», Италия;• «Оутокумпу», Финляндия;• «Раутомед», Англия;• фирмы КНР (аналоги оборудования «Оутокумпу»);• «Эссекс», США.Существуют разновидности агрегатов типа «Оутокумпу»

(Апкаст), которые изготавливаются в Англии («Раутомед»), Китае. Отличие этих агрегатов от агрегатов типа «Оутокумпу» заключается в горизонтальной, а не в вертикальной вытяжке заготовки из расплава.

Уровень качества медной катанки при производстве на современных высокопроизводительных агрегатах в значительной степени зависит от качества медных като-дов, которые выпускаются в СНГ в объеме около 1,4 млн т ежегодно. Кроме того, следует иметь в виду отходы кабель-ного производства (примерно 3–5 % от объема выпуска медной катанки), которые также могут быть использованы в технологии НЛП медной катанки.

Структура мирового производства медной катанки по типу применяемой технологии в 2010 г. представлена на рис. 1

Следует отметить, что медная катанка по существу является полуфабрикатом с одной стадией передела

(катоды – катанка), в связи с чем ее экспортные возмож-ности обширны и ограничиваются только ценой и затратами на транспортировку.

В агрегатах фирм «Саутвайер», «Проперци» и «Эссекс» литая заготовка кристаллизуется на роторном кристаллизаторе с трапецеидальным пазом, а на агрегате «Контирод» в пазе между двумя движущимися стальными лентами и бронзовыми трапециями, выполненными в виде гусеничной тяги. Плавка медных катодов на указанных агрегатах осуществляется в шахтной газовой печи, а после кристаллизации заготовка прокатывается на высокопроизводительных двухвалковых («Саутвайер», «СМС-Майер», «Контирод») и трехвалковых («Проперци») прокатных станах. Двухвалковые прокатные станы проще в управлении и имеют значительно меньшие эксплуатационные расходы. При вытяжке из расплава на агрегатах типа «Апкаст» плавка производится в индукци-онных печах, а полученная катанка имеет литую структуру и требует последующей деформации перед волочением.

В табл. 1 приведены основные производители медной катанки в РФ и объемы производства в 2010 г. и за 8 месяцев 2011 г.

Анализ табл. 1 свидетельствуют о значительном запасе мощностей по производству медной катанки в сравнении с ее реальным потреблением (например, в 2010 году в России всеми кабельными производствами использовано только около 240 тыс. т медной катанки при выпуске 478 734 т; остальное количество экспортировалось). Отмечается рост объемов производства катанки в 2011 г. – за 8 месяцев

произведено практически столько же, сколько и в 2010 г.

Медная катанка кроме применения в качестве токопроводящих жил прово-дов и кабелей широко используется для производства профилей прямоугольного и трапецеидального сечения для электро-технических изделий – трансфоров, шкафов управления, двигателей, генераторов и т.д., а также для троллейных проводов городского транспорта, железной дороги, шахт и рудников. Ежегодный мировой рост объемов производства указанной продукции составлял 3–5 %.

Таблица 1Выпуск медной катанки предприятиями РФ

Показатели

ЗАО

«С

П «

Кату

р-И

нвес

т»

ОО

О «

ЭЛ

КАТ»

ЗАО

«Тр

анск

ат»

ЗАО

«Ро

сска

т»

КМЭ

З (г

. Кы

шты

м)

ОО

О «

Нал

кат»

(г

. Нал

ьчик

)

Нов

горо

дски

й м

етал

лург

ичес

кий

заво

д

ОО

О «

Кам

кат»

(г

. Кам

енск

-Ур

альс

к)

ИТО

ГО п

о пр

едпр

ияти

ям

Производитель агрегата НЛП

СМ

С-М

айер

(К

рупп

)

«Сау

твай

ер»

«Сау

твай

ер»

«Сау

твай

ер»

«Сау

твай

ер»

«Про

перц

и»

«Сау

твай

ер»

«Про

перц

и»

Годовая мощность, тыс. т 280 155 70 70 83 11 90 11 770Месячная мощность, тыс. т 26 14,0 5,8 5,8 6,9 1,0 8,3 1,0 64,0

ВыпускВСЕГО за 2010 год, т 177226 78762 54570 56554 62940 10767 32159 5756 478734% от общего Российского рынка 37,02 16,45 11,40 11,81 13,15 2,25 6,72 1,20 100ВСЕГО за 8 месяцев 2011 года, т 201333 59979 41234 33362 66548 7640 46318 4366 460780% от общего Российского рынка 43,69 13,02 8,95 7,24 14,44 1,66 10,05 0,95 100

Рис. 1. Мировое производство медной катанки по типам оборудования [1]

3 %

50 %

№ 5 (330), 2011 3131№ 3 (310), 2008№ 5 (330), 2011 31

НАУКА И ТЕХНИКА

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.

Для производства медной катанки используются медные катоды марок МООК, МОК ГОСТ 546–2001 или электротехническая медь по ГОСТ 859–2001 марок МОО, МО, МООб, МОб. Допускается использование меди марки М1К при условии ее смешивания с катодами МООК или МОК (в количестве не более 25 %). Кроме того, возможно использование до 25 % отходов кабельного производства или электротехнического лома (шины, троллеи, сектор коллекторный и т.д.). Катанка изготавливается следующих марок: КМ, КМб, КМор, а также классов А, В и С.

Удельное электрическое сопротивление катанки или отожженной проволоки, изготовленной из катанки, должно быть не более 0,01718 Ом · мм2/м. Относительное удлинение катанки классов А и В должно быть не менее 35 %, катанки класса С – не менее 30 %. Катанка диаметром 8 мм должна выдерживать без разрушения и появления дефектов литья и прокатки более 10 скручиваний с последующим раскручи-ванием. Качество медной катанки НЛП напрямую зависит от качества медных катодов, так как при плавке катодов в шахтных газовых печах, а также при индукционной плавке регулируемыми примесями являются в основном кисло-род и сера, в то время как количество тяжелых примесей (никель, железо, свинец, висмут, сурьма, селен, теллур и т.д.) практически не меняется.

В этой связи для получения катанки класса А, как правило, используются катоды МООК или МОК (при полу-чении катанки путем вытяжки из расплава преимущественно используют катоды МООК). При этом получается катанка с низким содержанием кислорода. Катанка с низким содер-жанием кислорода (бескислородная) обладает повышенной пластичностью.

В настоящее время при производстве кабелей связи и автопроводов (диаметр проволок 0,15–0,40 мм) использу-ются высокопроизводительные многоходовые волочильные машины, совмещенные с крутильным и экструзионным оборудованием. При этом к медной катанке предъявляются повышенные требования по прочности и пластическим свойствам. Однако мировая практика показала, что практически независимо от метода производства и оборудования НЛП при получении медной катанки класса А, последняя успешно используется для высокопроизводительных совмещенных кабельных технологий.

Катанка классов В и С, как правило, используется при изготовлении кабельных изделий с диаметром проволок выше 0,5 мм. При производстве нефтепогружных кабе-лей, где диаметр жилы более 3–4,5 мм, может использоваться катанка класса С.

Особое место занимает катанка диаметром 14–22 мм, которая произво-дится на агрегатах НЛП и применяется в производстве троллейных проводов МФ-80, 100, 120. В связи с высокими требо-ваниями к прочности и износостойкости этих проводов при их производстве, как правило, используется катанка класса С,

а также медная катанка, легированная оловом, серебром, кадмием и другими примесями. Аналогичные требования предъявляются к катанке прямоугольной формы для коллек-торных профилей.

В процессе производства на агрегатах НЛП фирм «Саут-вайер», «Контирод» и «Проперци» осветленная катанка покрывается защитным слоем воска, который позволяет предотвратить окисление поверхности в процессе транс-портировки. Однако при транспортировке железнодорожным транспортом возможно разрушение защитного слоя за счет трения между витками. В США наилучшим видом транс-порта считаются автомобильные перевозки, и в этой связи предпочтительно расположение производителей катанки вблизи кабельных заводов или непосредственно на них.

Как указано выше, при получении медной катанки на линиях НЛП с шахтной печью допускается использование качественных отходов медного лома в количестве до 25–30 % вместе с медными катодами, хотя ОАО «Росскат» регулярно использует до 40–50 % отходов, но при этом получает катанку преимущественно второго класса.

Испанская фирма «Ла Фарга Лакамбра» разработала совместно с фирмой «Проперци» 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 [2]. В России такая катанка имеет марку КМор и выпускается в незначительном объеме ООО «Налкат» и ООО «Камкат» (около 20 тыс. т в год).

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

Другим методом получения катанки из отходов является технология «Сразу – в проволоку» (DTW) фирмы «Мерц» Германия – оптимизированное производство меди с высо-кой электропроводностью, полученной методом огневого рафинирования (FRHC) [3]

Технология «Сразу – в проволоку» основана на столет-нем опыте производства печей компании «Мерц» и знании металлургии меди компании «МЕТТОП» (Австрия). В допол-

Рис. 2. Соотношение между качеством медных отходов и производственными затратами при производстве медной катанки

Низ

кая

Цен

а от

ходо

в

Качество отходов

Вы

сока

я

Стоимость медных отходов

3232

НАУКА И ТЕХНИКА

нение к таким технологических нововведениям, как система продувки азотом компании «МЕТТОП», для достижения оптимальных результатов рафинирования с минималь-ными производственными затратами также используются системы рафинирования высокого давления и специальные рафинирующие добавки компании «Мерц».

Метод рафинирования выбирается в зависимости от качества медных отходов. Если отходы хорошего качества могут перерабатываться в процессе одной стадии рафини-рования 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.

Также учитываются производственные затраты, являющиеся важной частью производства медной катанки FRHC; на прак-тике они обратно пропорциональны качеству используемых отходов (рис. 2). Для экономичности производства следует определить баланс между недорогими медными отходами низкого качества, с одной стороны, и увеличивающимися затратами при производстве медной катанки – с другой.

В соответствии с индивидуальными требованиями заказчика медь огневого рафинирования может быть получена при использовании одной или двух печей для плавки, рафинирования и литья или одной плавильной печи в сочетании с двумя печами для рафинирования. В общем случае для различных объемов производства рекомендуются следующие комплекты печей:

• 20–30 т в день с использованием печи барабанного типа (эллиптической) «МЕРЦ» для плавки, рафинирования и литья; возможно расширение путем использования второй печи с целью минимизации инвестиций (рис. 3);

• 40–350 т в день с использованием гибкой качающейся печи «МЕРЦ» для плавки, рафинирования и литья; также возможно расширение путем использования второй печи (рис. 4);

• 240–800 т в день с использованием высокоэффектив-ной подовой шахтной печи «МЕРЦ» для плавки в сочетании с двумя печами барабанного типа «МЕРЦ» для рафиниро-вания и литья (рис. 5).

Исходными материалами для процесса DTW являются медные отходы (табл. 2). Приемлемыми качествами обла-дают отходы классов 1, 2 и 3; в целом, исходный материал обычно составляется из этих трех классов, используемых в разных количествах. Использование отходов низкого каче-ства (класс 3) желательно с экономической точки зрения,

но ограничено большим содержанием примесей. Достаточно часто количество отходов класса 3 ограничивается десятью процентами.

Процесс DTW включает следующие стадии: окисление, скачивание шлака, восстановление. Целью процесса является использование преимуществ современ-ных печных технологий для достижения оптимальных результатов с помощью обычного окисления и конструкции шлака. Основными технологическими преимуще-ствами являются хорошая конструкция печи, эффективная система восстанови-тельных фурм и система продувки газом для лучшей гомогенизации, скачивания шлака и улучшения эффективности реакции. Эти характеристики позволяют снизить

Рис. 5. Сочетание подовой шахтной печи с двумя печами барабанного типа «МЕРЦ» и с линией литья катанки

(производительность 240–800 т в день)

Рис. 4. Сочетание двух качающихся печей с линией литья катанки (производительность 40–350 т в день)

Рис. 3. Сочетание двух печей барабанного типа с линией литья катанки (производительность 20–30 т в день)

Таблица 2Медные отходы классов 1–3, используемых

при DTW-процессе при получении медной катанкиСодержание компонентов Отходы, класс 1 Отходы, класс 2 Отходы, класс 3Медь, %, не менее 99,0 96,0 92,0Неметаллические примеси, %, не более 0,9 3,7 5,0

Металлические примеси, %всего,в том числе:

PbSnNiZnSbAlFeAu, Ag

0,1000

0,0100,0300,0050,0050,0020,0050,0050,005

0,3000

0,10000,0800,0150,0300,0100,0200,0500,005

3,00

0,500,900,300,120,100,100,100,05

№ 5 (330), 2011 3333№ 3 (310), 2008№ 5 (330), 2011 33

НАУКА И ТЕХНИКА

содержание примесей в расплаве до низких уровней даже без добавления дорогостоящих специальных флюсов.

В последние годы возрастает интерес к производству катанки непосредственно путем плавки медных отходов в отражательных печах. В настоящее время ООО «Налкат» и ООО «Камкат» производят катанку КМор из отходов в количестве около 3 % от общего объема выпуска в РФ.

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

1. 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 литей-ную машину и прокатный стан для производства катанки.

2. 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).

3. Значительные затраты для создания системы огне-упорных дымоходов и очистки отходящих газов.

4. Отходы катанки КМор 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.

5. Производители медных катодов испытывают острый дефицит в медных отходах при производстве катодов по традиционной схеме «анод–катод».

6. Невозможность использования ломов низкого каче-ства (ниже 3 класса)

7. Недостаточно в ряде случаев качество катанки марки КМор.

Таким образом увлечение идеей получения катанки из отходов требует серьезного технического анализа, так как кажущаяся экономическая эффективность процесса незначительна в сравнении с использованием 25–30 % отходов в традиционных шахтных печах. При этом каче-ство медной катанки марки КМор ниже, чем катанки марок КМ и КМб.

На основании изложенного можно сделать некоторые выводы.

1. За 20 лет в РФ и СНГ созданы мощности по произ-водству медной катанки – более 900 тыс. т/год, в том числе в РФ – 770 тыс. т/год, что значительно превышает потребности кабельной промышленности.

2. Качество медной катанки, производимой в СНГ, в основном соответствует международным стандартам.

3. Значительные объемы экспорта медной катанки зависят от изменения цен на сырье и энергоресурсы, а также от существующих в РФ таможенных пошлин.

ЛИТЕРАТУРА

1. CRU Semins Market Service. 2010. Sept.2. By Miguel Garcia. Scrap Melting Technology // Wai’s first-ever Global Continuous Casting Forum. (Atlanta, May 2–5.2011). – USA.3. Timm Lux and JörgKöhlhoter, AndritzMaerz and Christine Wenzl. Maerz Direct-to-Wire Technology-Optimized FRHC Copper Production // Wai’s first-ever Global Continuous Casting Forum. (Atlanta, May 2–5.2011). – USA.

Дюссельдорф, Германия

Международная выставка проволоки и кабеля

www.wire.de

26 – 30 марта 2012

join the best

wire 2012: фокус на инновацииДобро пожаловать на выставку №1 кабельной и

проволочной промышленности!

Здесь вы встретите международных экспертов, специалистов,

инноваторов и лидеров мирового рынка. Вы ознакомитесь с

самыми последними разработками и впечатляющими трендами.

Основная тема wire 2012: Крепления и пружинонавивочные

технологии, производственное оборудование для производства

пружин и крепежных деталей.

Важная дата в Вашем календаре –

посещение wire 2012 в Дюссельдорфе!

Wire, Cable,Fibre Optic,Wire Productsand Machinery

Spring Making

FastenerTechnology

ООО «Мессе Дюссельдорф

Москва»

123100 Москва

Краснопресненская наб., 14

Тел.: +7 499 256 9171

Факс: +7 499 256 6789

PikulevaE@messedi.ru

www.messe-duesseldorf.ru