Русский Deutsch
Menu

Прошлое - родина души человека (Генрих Гейне)

Логин

Пароль или логин неверны

Введите ваш E-Mail, который вы задавали при регистрации, и мы вышлем вам новый пароль.



 При помощи аккаунта в соцсетях

Темы


Воспоминания

Л. Бипов  

Не мои университеты,

или  Инженер - это звучит гордо!

МЕМУАРЫ В ЭЛЕКТРОННЫХ   ЭПИСТОЛАХ  (МЭЭ)

 

Серо-буромалиновая папка «Инженерная поэма»

 

 Эпистола 14. «Карборунд - имя существительное»

(инженерная проза)


                    Здравствуйте,  дорогой Читатель!

Спасибо, что продолжаете читать мои эпистолы! И это, несмотря на сегодняшнее изобилие детективов, шпионских мемуаров да и просто так называемой художественной литературы. Казалось бы, какое уж тут чтение бессюжетной эпистолярной прозы!

Однако боюсь, что именно на этой эпистоле (как уж я только не откладывал её написание!) потеряю я Вас, мой редкий и бесценный читатель. А всё потому, что речь в ней пойдёт о моей работе по профессии, точнее, о работе специалиста по карбидкремниевым электронагревателям (КЭН) для промышленных печей. Вот Вам уже и стало скучно. Ничего удивительного: если вы – не инженер и не снабженец, то имеете полное моральное право ничего не знать о карбидкремниевых нагревателях и вовсе ими не интересоваться. Ведь это — не автомобили, не телевизоры и даже не автоматы Калашникова. Но в том-то и дело, что ни то, ни другое, ни третье не производится без применения высокотемпературной обработки в печах с карбидкремниевыми нагревателями.

А тот, кто знает, что такое КЭН, надеюсь сам решит, как обойтись с нижеследующим текстом, который следовало бы напечатать мелким шрифтом, что обычно означает «для особо любознательных» (а значит, можно и не читать). 


1. О твёрдом и хрупком, цветном и бесцветном,

 далёком и близком, о самом заветном

Самые высокие температуры получают с помощью электротермии, то есть используя джоулево тепло или вольтову дугу, а наиболее  тугоплавкие материалы получают с помощью этой самой электротермии, которую в таком случае называют химической. Колыбелью этой отрасли  науки и техники была электродуговая печь, где температура  достигала 3500°C. Эту печь изобрёл француз Анри Муассан. С её помощью он открыл, что углерод, кремний и бор, которые при обычных температурах химической активности не проявляют, при очень высоких температурах реагируют со многими элементами и образуют карбиды, силициды и бориды. Так возникла химия высоких температур и первенцем её был карбид кремния-SiC*.

 (*Позже минералоги, обнаружив его в метеорите, назвали муассанитом.     Любопытно, что формула карбида кремня объединяет углерод, который служит основой «органики», то есть всего живого на Земле, и кремний, который, возможно, играет такую же роль на других планетах. Последняя гипотеза основана на представлениях химии кремнеорганических соединений. Я за неё не отвечаю. Но, согласитесь, это красиво!)


В 1906 году при вручении Анри Муассану Нобелевской премии по химии было сказано: «С помощью вашей электропечи была разрешена загадка образования алмазов в природе, и Вы сообщили мощный импульс миру технологии, и он еще не реализован в полной мере».


Однако шведские академики ещё не знали, что, в то время как учёный-химик Муассан изучал физико-химические условия образования алмаза, предприимчивый американец Эдвард Ачесон попытался получить алмаз искусственно в собственной лаборатории. В одном из опытов  он разогревал с помощью углеродного электрода смесь глины с коксом. В результате возникли сверкающие алмазоподобные кристаллы. Счастливый Ачесон примчался к ювелиру с целью... Но не тут-то было: ювелир знал свое дело и не доверился  глазу. Он провёл микроскопический и химический анализы кристаллов и нашел, что они - вовсе не алмаз, а карбид кремния, который получился от взаимодействия графита с песком. Однако кристаллы были настолько красивы и притом ранее никому не известны, что всё же представили некоторый коммерческий интерес. Ювелир выплатил Ачесону денежное вознаграждение, которое искатель тут же целиком затратил на покупку...микроскопа. Так и хочется назидательно воскликнуть: «Вот какие в старое время были энтузиасты!».


На этом история с кристаллами карбида кремния  не закончилась. Напротив, именно с них, - и я не боюсь этих слов, - началась новая эра в технике. Оказалось, что по твёрдости они уступали только самому твёрдому минералу – алмазу. Вот почему Ачесон немедленно приступил к разработке промышленного способа получения карбида кремния как искусственного абразивного материала.

 

Известно, что без абразивов в наш «железный век» невозможно производство инструментов, механизмов и машин: оно требует обдирки, шлифовки и  полировки. А ведь до карбидкремниевой «революции 1905 года», то есть до начала промышленного производства искусственного абразива, применялись природные —´кремень, наждак и в особых случаях корунд, мировые запасы которых малы. Неслучайно карбид кремния, который представлялся Ачесону как бы «корундом из карбона (углерода)», был назван им карборундом. Это же имя он дал и своему предприятию, которое создал по совету своего учителя легендарного Томаса Эдисона.

Сердцем завода «Карборундум Компани» была знаменитая печь Ачесона. Она напоминала железнодорожную платформу, в торцах которой установлены электроды, а между ними уложен наборный графитовый сердечник-нагреватель. Сердечник засыпают смесью песка и кокса и пропусканием тока разогревают до температуры выше 2000°C. В результате взаимодействия песка и кокса вокруг сердечника образуется слой из друз - скоплений кристаллов карбида кремния, которые механической обработкой и классификацией превращают в порошки разной зернистости, а именно от размера рисового зерна до величины пылинок косметической пудры.

  Так как для производства карбида кремния требуется много электроэнергии, завод Ачесона был построен вблизи гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде. Интересная штука: первый карборунд получен возле Ниагары, иным словами одно из чудес промышленной химии возникло возле одного из чудес природы! Для разрядки анекдот: «Экскурсовод на Ниагарском водопаде туристам: «Потерпите немного. Сейчас уйдет израильская группа, и вы услышите шум этого великого  водопада».


И вновь о серьёзном. Подобно тому как Муассан изобрёл электродуговую печь, из которой вышли тугоплавкие бескислородные соединения, Ачесон изобрел электрорезистивную печь, из которой вслед за карбидом кремния вышли такие важные материалы,  как кремний и его моноксид, плавленый и волокнистый кварц,  плавленый муллит...и кое-что другое, но об этом чуть позже. Любопытно, что все они были открыты в результате случайных нарушений в работе печи Ачесона.


    Как же тут не сказать  похвальное  слово его величеству Случаю, роль которого в науке и технике хорошо известна. Однако ещё важнее роль тех искателей и энтузиастов, которые, как говорится, не упустили случая. В самом деле, ведь и Муассан, и Ачесон искали алмаз, а открыли целый мир замечательных материалов, без которых невозможно представить современную технику. И среди них те самые карбидкремниевые электронагеватели.Так что наступил момент рассказать…

 

2. Как и откуда появились электронагреватели

из карбида кремния

А было так. Графитовый сердечник печи Ачесона формировался с помощью деревянной дощатой опалубки. Однажды вследствие случайного прохождения тока не по сердечнику, а по прилегающему к нему слою шихты, образовался кремний, который прореагировал с досками и превратил их из деревянных в карбидкремниевые. Оказалось, что эти доски при пропускании через них тока могли разогреваться добела и длительное время и длительное время не сгорать. Вот «откуда есть пошли» карборундовые электронагреватели, которые,  в отличие от нихромовых спиралей, которые Вы, наверняка,  видели в электрической плитке или тостере, позволяли повысить температуру в электропечах  до 1400°C и даже выше. Это привело к качественному скачку в горячей обработке металла: закалке, ковке, прессовании, штамповке и других термических операциях. 


Фирма «Карборундум» приступила к производству из карборунда электрических стержней накаливания - «глобаров» (англ.), названных так по аналогии с электролампами накливания. «Глобары» диаметром до 30 мм и длиной полметра и более были керамическим изделием массового производства, и это удивительно, так как к изделиям, целиком состоящим из карбида кремния, традиционные методы технологии керамики не применимы.


В самом деле, с одной стороны, карбид кремния как материал непластичный и абразивный не позволяет применять к нему обычные методы формования керамики, а с другой стороны, являясь ковалентным соединением, он не способен к обычному твёрдофазному спеканию. Ко всему этому он ещё и  не плавится, а  только сублимирует при температуре выше 2800°C .


И всё же все эти препятствия были преодолены благодаря изобретениям, которые  долгое время составляли секреты всего лишь двух фирм-изготовителей карбидкремниевых электронагревателей (КЭН), а именно вышеупомянутой американской и германской «Электроколе». Однако со временем элементы технологии нагревателей стали проникать в другие страны, тоже ставшие их производителями (Швейцария, СССР, Япония, Англия), а в конце концов, стали использоваться и в производстве других видов современной технической керамики. В первую очередь, хотелось бы назвать реакционное спекание ковалентных веществ, электрорезистивное спекание керамики, пластификацию формовочных масс феноло-формальдегидной смолой, пропитка керамики металлом.


Германская история КЭН, хотя и более поздняя, чем американская, тоже любопытна. Она началась в недрах производства угольных трубчатых электродов на заводе «Электроколе» под Берлином  вскоре после появления на мировом рынке карборунда. Формовали нагреватели, как угольные трубы, то есть пластифицировали смесь сажи и карборунда смолой, выдавливали её через мундштук, как мясо из мясорубки, и отверждали путем коксования смолы. Отвержденные заготовки обжигали в  печах типа Ачесона, укладывая их вдоль и вокруг угольного трубчатого электрода и засыпая коксо-песочной смесью.


Сущность электронагревателя, как и всякого изделия, двоякая: материал и устройство. Про материал я уже кое-что рассказал, а теперь об устройстве. Так как нагреватели входят в печь через стенки, их концевые части (выводы) должны оставаться холодными, чтобы не  взаимодействовать с материалом стенок и не разрушать их. В «глобарах» эта задача решалась тем, что КЭН был составным, то есть состоял из трёх частей: средней рабочей (накаливаемой) и примыкающих к ней двух «холодных» выводных. Выводные части и контактные концы рабочей части пропитывали («металлизировали») кремнием, что обеспечивало им низкое омическое сопротивление, а следовательно, предотвращало разогрев выводов при работе нагревателя.


         В отличие от американских, германские нагреватели, названные «силитами» (от немецкого слова «силициум», то есть кремний) были  цельными. Низкое электросопротивление  выводных  концов  достигалось  тем, что их диаметр примерно в полтора раза превышал диаметр рабочей части (нагреватели имели форму гантелей), а также тем, что утолщения (манжеты) изготовлялись из более электропроводного материала, чем рабочая часть.


Теперь, дорогой Читатель, когда Вы уже узнали о материале и устройстве КЭН, ещё немного терпения, и Вы узнаете о проблеме их экслуатационных свойств.  В то время какхимические свойства карбида кремния-карборунда, прежде  всего высокая стойкость к окислению на воздухе вплоть до 1500°C, очень подходят для изготовления нагревателей, его электрические свойства, а именно весьма высокое удельное электросопротивление с отрицательным температурным коэффициентом и нелинейная вольт-амперная характеристика, напротив,  прямо противоречаттребованиям, предъявляемым к нагревателям  электропечей сопротивления. Короче говоря, у электронагревателей, получаемых из карбида кремния, электрические свойства должны быть иные, чем у исходного карбида кремния. Таков парадокс ситуации, с которым сталкиваются разработчики технологии электронагревателей из карбида кремния.


Однако «случайные доски накаливания» ведь получились! Значит, дело в физико-химическом воздействии на исходный карбид кремния в процессе обжига нагревателей. А это означает:«Химики-силикатчики,  вперёд! Искать, бороться и не сдаваться!». (Кстати, «силикатчики» от латинского «силика», то есть кремень!)

 

3. Карбидкремниевые электронагреватели

по-советски

       История советских КЭН началась в середине 30-ых годов прошлого века. Инженер К.А.Караянопуло разобрался в устаревших американских патентах и сумел из «родного» ленинградского карборунда изготовить нагреватели для электропечи завода «Красный электрик» и тем самым «утереть нос» скрытным и заносчивым немцам и американцам.  Это достижение было высоко оценено Правительством, а его автор К.А. Караянопуло был награждён орденом «Трудового Красного знамени».  Так на ленинградской, или, как сейчас сказали бы, петербургской земле и возникли советские карбидкремниевые электронагреватели. Первыми потребителями отечественных «глобаров» стали химические лаборатории металлургических и машиностроительных заводов. Там в печах Марса определяли содержание углерода в стали, то есть один из важнейших её показателей. Нагреватели вначале были «малышками»: диаметром 12 и длиной 280 мм., правда, затем «потолстели» до 16 мм и «выросли» до 320 мм. (Заметьте, я к КЭН отношусь с любовью, как к домашним животным). Во время ленинградской блокады производство перенесли на уральский завод «Магнезит», где его разместили на небольшом участке цеха вращающихся печей.


После войны на предприятии «Электроколе», оказавшемся в советской зоне оккупации, было создано советско-германское акционерное общество по производству КЭН.  С советской стороны производством руководил инженер А.Семенов. От этого предприятия был получен технологический процесс и два поршневых пресса для формования нагревателей. Их передали Подольскому огнеупорному заводу, где и был организован выпуск лабораторных «силитов». Там же изготовлялись  советские составные «глобары», которые «потолстели» уже до 25 мм и «выросли» в рабочей (накаливаемой) части до 400 мм. Формовали «глобары» трамбованием при утряске на станке, который изобрёл и потому стал знаменитым подольчанин Павел Николаевич Кудрявцев. Руководила производством Ольга Григорьевна Осинцева. А за всё хорошее и плохое отвечал главный инженер завода Дмитрий Самойлович Рутман.


Одновременно с производством КЭН проводились научные исследования группой Алексея Николаевича Новикова, которая переросла в отраслевую лабораторию КЭН во главе с Николаем Ивановичем Ворониным в составе ленинградского Института огнеупоров. В ней «глобарами» занимался Рафаил Иосифович Брескер, а «силитами» – Давид Исаакович Шрабман.


Вот так возникли они, эти самые советские карбидкремниевые электронагреватели, так сказать,  «совкэны», которым Ваш покорный слуга отдал сорок лет своей неповторимой жизни. Дальнейшая их история, начавшись с небольшого участка в цехе шамотного производства, закончилась большими цехами на Подольском и Запорожском огнеупорных заводах. К этим цехам имеет родительское отношение вместе с Всесоюзным институтом огнеупоров менделеевская кафедра керамики.


И если представлять прогресс по  черчиллевской формуле «от сохи до атомной бомбы», то получим  путь от полуметровых стерженьков до П-образных нагревателей с суммарной трёхметровой рабочей частью. Последние Вы сможете увидеть позже на прилагаемой фотографии (Эпистола23. «Специфическая, фотографическая»), а нобелевский лауреат Николай Николаевич Семенов видел их в натуре и восхищался.

История советских КЭН, бесспорно, интересна, но, следуя Ивану Андреевичу Крылову, «мы истории не пишем, а вот о том, как в  баснях (читай   «как  в мемуарах») говорят», можно будет узнать из последующих эпистол.

И всё же спешу отметить главную особенность этой истории. Возникновение и развитие производства советских КЭН проходило в конкуренции с импортными: вначале с «силитами» из ГДР, а после пуска «АвтоВАЗа»  и с «глобарами» из США. Потребители, особенно из военно-промышленного комплекса, угрожающе требовали импортных нагревателей, справедливо ссылаясь на их превосходство по качеству. На начальном этапе «советское», как в знаменитом партийном призыве, и в самом деле было «отличным»...от  импортного. И дело было не только в надёжности или сроках службы КЭН, а прежде всего в таком первоочередном показателе качества как ассортимент.  Небольшие размеры советских «глобаров» (КЭН БС) были ограничены возможностями станков Кудрявцева, а длина советских «силитов» (КЭН А) ограничивалась предельной длиной советских угольных труб для их обжига. Согласитесь, если в продаже нет обуви Вашего размера, Вас не порадует высокая износостойкость ботинок других размеров.

 Ничего удивительного в отставании советских КЭН не было, ведь их изготовляли на примитивном оборудовании в коксо-песочных засыпках, тогда как импортные нагреватели — в  печах с контролируемой атмосферой. Эту атмосферу создавали на специальных азотных станциях.

Именно такую печную технику «на грани фантастики», как говорили в наше время, увидели подольчане, когда в период «катастройки» и временного поглощения Подольского завода германским предприятием «Цесивид» их пустили на это предприятие. С другой стороны, и новые хозяева нашего производства тоже были поражены нашими последними достижениями  в области КЭН и не могли понять, как такое можно производить увиденными средствами и в нужном количестве. Так ведь они, наверняка, не слыхали о лесковском Левше и вряд ли варили русскую похлёбку из топора.         

А закончить эту эпистолу хотелось бы словами из конармейской песни, а именно «Никто пути пройдённого у нас не отберет!». (Вы, надеюсь, помните, что я сын военного ветеринара).

И ещё одно замечание, как говорится, для очистки совести. Чтобы не забывали зачинателей советской «нагревательной эпопеи», я приводил их имена, однако сознаю, что мог о ком-то позабыть или вовсе не знать. Пусть простят.

С глубоким уважением,

Л.Бипов  







<< Назад | Прочтено: 14 | Автор: Бипов Л. |

Поделиться:




Комментарии (0)

Удалить комментарий?


Внимание: Все ответы на этот комментарий, будут также удалены!

Авторы