Прошлое - родина души человека (Генрих Гейне)

Login

Passwort oder Login falsch

Geben Sie Ihre E-Mail an, die Sie bei der Registrierung angegeben haben und wir senden Ihnen ein neues Passwort zu.



 Mit dem Konto aus den sozialen Netzwerken


Темы


Memories

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  







<< Zurück | Gelesen: 522 | Autor: Бипов Л. |



Kommentare (0)
  • Die Administration der Seite partner-inform.de übernimmt keine Verantwortung für die verwendete Video- und Bildmateriale im Bereich Blogs, soweit diese Blogs von privaten Nutzern erstellt und publiziert werden.
    Die Nutzerinnen und Nutzer sind für die von ihnen publizierten Beiträge selbst verantwortlich


    Es können nur registrierte Benutzer des Portals einen Kommentar hinterlassen.

    Zur Anmeldung >>

dlt_comment?


dlt_comment_hinweis

Autoren