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.

Завантажити статтю