Вся история металлургии - это борьба за качество, за улучшение
физических и механических свойств металла. А ключ к качеству -
химическая чистота. Даже крохотные примеси серы, фосфора, мышьяка,
кислорода, некоторых других элементов резко ухудшают прочность и
пластичность металла, делают его хрупким и слабым. А все эти примеси
находятся в руде и коксе, и избавиться от них трудно. Во время плавки в
доменной печи и в мартеновской печи основная часть примесей переводится
в шлак и вместе с ним удаляется из металла. Но в тех же домнах и
мартенах в металл попадают вредные элементы из горючих газов и ухудшают
его свойства. Получить действительно высококачественную сталь помогла
электрометаллургия, отрасль металлургии, где металлы и их сплавы
получают с помощью электрического тока. Это относится не только к
выплавке стали, но и к электролизу металлов, и в частности расплавленных
их солей, например извлечению алюминия из расплавленного глинозема (см.
Металлургия).
Основную массу легированной высококачественной стали выплавляют в
дуговых электрических печах. Здесь между угольными электродами и
металлом возникает мощная электрическая дуга, создающая в печи высокую
температуру.
Перед началом плавки куполообразный свод печи поднимают, отводят в
сторону и загружают сверху в печь шихтовые материалы. Затем свод ставят
на место, через отверстия в нем опускают в печь электроды и включают
электрический ток. Чугун, железный лом и другие материалы начинают
быстро плавиться. Дальше процесс идет, как в мартеновской печи, но сталь
получается гораздо чище. Крупные печи имеют устройство для перемешивания
жидкого металла в ванне. Это ускоряет плавку и обеспечивает точный, а
главное, равномерный химический состав стали.
Однако в дуговых печах жидкий металл соприкасается с угольными
электродами, и часть углерода может быть занесена в сталь. И хотя
содержание углерода в металле повышается на какие-нибудь десятые или
сотые доли процента против нормы, но и это делает сталь непригодной для
многих современных машин. Поэтому особо чистые стали получают в
индукционных печах. Это огнеупорный тигель цилиндрической формы с
обмоткой, т. е. катушка индуктивности, или соленоид. Здесь металл не
загрязняется никакими посторонними примесями. Кроме того, соленоид
создает электромагнитное поле, которое заставляет металл энергично
перемешиваться, и ускоряет химические реакции.
Но и индукционная печь не может воспрепятствовать проникновению в металл
газов - кислорода, азота, водорода. Поэтому, чтобы получить сталь особо
высокого качества, ее выплавляют в специальных вакуумных электропечах
(см. Вакуумная техника). Создаваемое в вакуумной камере разрежение
заставляет пузырьки газа выходить из жидкого металла. Однако не легко
окружить печь вакуумным колпаком или сделать в ней вакуумную камеру.
Требуется сложное дорогое оборудование, поэтому ученые настойчиво ищут
более простые пути получения металла высокой чистоты .
В нашей стране, а также во многих других странах успешно работает
установка электрошлакового переплава, созданная в Институте
электросварки им. Е. О. Патона. Жидкий шлак специального состава,
нагретый электричеством до высокой температуры, наливают в ванну. В шлак
опускают конец металлического стержня, изготовленного из обычной
электростали и выполняющего роль электрода. Стержень расплавляется, и
капли металла, проходя через слой шлака, очищаются от газов и
неметаллических включений, а затем скапливаются и застывают в медной
форме, которая охлаждается водой.
Разрез дуговой электросталеплавильной печи.
Источником тепла в ней служит электрическая дуга, возникающая между
электродами и металлом.
В последние годы появились еще более совершенные агрегаты -
электроннолучевые и плазменные установки (см. Электрофизические методы
обработки и Плазменный генератор - плазмотрон). Электронный луч и плазма
создают то, что не под силу старому и испытанному помощнику металлургов
- огню: высококачественный сплав совершенно уникальной чистоты.
