Переплав

Визначення і загальна характеристика

ПЕРЕПЛА́В — процес пере­творе­н­ня твердого матеріалу в рідкий за допомогою високої температури. П. у металургії — процес роз­плавле­н­ня та кри­сталізації металу, що під­вищує його якість, зменшуючи кількість шкідливих домішок, та змінює структуру одержаних зливків або виливків. П. ві­ді­грає важливу роль у виготовлен­ні високо­якісних металевих виробів, більш складних сплавів і заготовок із них. П. за­стосовують для пере­робле­н­ня від­ходів виробництва, на­приклад, металевої стружки та обрізків, металобрухту, що значно знижує технологічні витрати на виготовле­н­ня нових заготовок і готових деталей. П. під­вищує міцність і опір корозії металів та металевих сплавів. Для проведе­н­ня П. використовують спеціальні металургійні печі, що здатні генерувати до­статньо високі температури для роз­плавле­н­ня від­повід­ної металевої шихти. Залежно від типу металу, що пере­плавляють, використовують різні печі, на­приклад, для П. чавуну та сталі за­звичай електродугові, а міді, алюмінію та від­носно легкоплавких кольорових металів — роз­плавні печі, що на­грівають газом або електричним струмом. Тугоплавкі та високореакційні метали і сплави під­дають різним видам вакуумного П. — вакуумно-дугового, електрон­но-променевого та вакуумно-індукційного. Рівень складності П. залежить як від конкретних видів металевих сплавів, так і вимог щодо характеристик продукту. Часом виникає потреба у додаткових технологічних операціях, зокрема формуван­ні витратних електродів, наведен­ні шлакових ванн, додаван­ні флюсів, лігатур тощо.

Є багато різновидів пере­плавних процесів, однак у металургійній промисловості найчастіше використовують: електродугове плавле­н­ня, роз­плавні печі, індукційний П. Джерелом на­гріва­н­ня металу під час електродугового плавле­н­ня є електрична дуга, що виникає між металом і невитратними графітовими електродами. Для П. сталі, бронзи, латуні та багатьох інших металів і сплавів за­стосовують індукційний П.: метал роз­плавляють за допомогою індукційного на­гріва­н­ня, коли високочастотне електромагнітне поле утворює в металі струми Фуко, що на­грівають та роз­плавляють метал. Під­вище­н­ня рафінувальної здатності пере­плавних процесів від­бувається при за­стосуван­ні в них вакуумного обробле­н­ня, продува­н­ня роз­плавів інертними газами, додаван­ні флюсів, електромагнітного, плазмового та інших видів енергетичного обробле­н­ня. Окремо виділяють технології рафінувальних П., що використовують для зменше­н­ня вмісту домішок у металах та під­вище­н­ня їх якості. Найчастіше за­стосовують електрошлаковий, вакуумно-дуговий та електрон­но-променевий П. Спочатку пере­плавні процеси виконували для отрима­н­ня залізо-вуглецевих сплавів, що понад 2 тисячолі­т­тя були найважливішими матеріалами для людства. Процес П. чавуну з подальшим одержа­н­ням сталі ві­домий від 11 ст. в Китаї. Китайський вчений Шень Куо описав його як метод багаторазового П. чавуну в сталь із за­стосува­н­ням холодного дуття над роз­плавленим металом для зменше­н­ня вмісту вуглецю. У середині 19 ст. китайські технології запозичили американські й англійські фахівці в галузі металургії, зокрема Г. Бес­семер. 1905 французький інженер П. Еру роз­робив електродуговий П.; згодом французькі науковці Ш.-Е. Ґійом та Л. Бюлах незалежно один від одного — технологію вакуумно-дугового пере­плаву. 1905 німецький фізик А. фон Ленард за роботи з дослідже­н­ня катодних променів став лауреатом Нобелівської премії, а 1920 Ш.-Е. Ґійом — за від­кри­т­тя сплавів з аномальною поведінкою коефіцієнта теплового роз­шире­н­ня (інвару й елінвару). У 1940—50-х рр. у США та Німеч­чині на основі явища плавле­н­ня металу електрон­ним пучком, що вперше помітив А. фон Ленард, почали впроваджувати електрон­но-променеві установки для П. тугоплавких металів. У 1950-х рр. швейцарський винахідник Р. Дюрер створив конвертерне плавле­н­ня, удосконаливши бес­семерівський процес, — замінив повітря на чистий кисень під час продува­н­ня роз­плаву. Пере­плавні процеси досліджували й удосконалювали також науковці Києва, Запоріж­жя та Дні­пра. У Фізико-технологічному ін­ституті металів та сплавів НАНУ (Київ) уперше в світі вдалося створити унікальний спосіб електрон­но-променевого П. та подальшого лиття (С. Ладохін, 2007), а також роз­роблено пере­плавні установки та виконано промислове впровадже­н­ня процесу електрошлакового П.

Літ.: Ch. Erickson. British industrialists: steel and hosiery 1850—1950. Cambridge, 1986; Мовчан В. П., Бережний М. М. Основи металургії. Дн., 2001; Чернега Д. Ф., Богушевський В. С., Готвянський Ю. Я. та ін. Основи металургійного виробництва металів і сплавів. К., 2006; V. Smil. Transforming the twentieth century: technical innovations and their consequences. Vol. 2. Oxford, 2006; Электрон­но-лучевая плавка в литейном производстве. К., 2007; Патон Б. Е., Тригуб Н. П., Ахонин С. В. Электрон­но-лучевая плавка тугоплавких и высокореакцион­ных метал­лов. К., 2008; H. Tanner. China: A History. 2009.

М. М. Ворон

Завантажити статтю