Страница 17 из 41
КАК РАБОТАЕТ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ?
Источником теплоты в таких печах служит электрическая дуга, возникающая между электродами. Температура дуги превышает 3000 °C.
Общий вид электропечи представлен на рис. 34, а схематическое ее изображение — на рис. 35.
Рис. 34. Дуговая сталеплавильная печь емкостью 200 т
Рис. 35. Схема дуговой электропечи
Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом 1, снизу — сферическим подом 6, с боков — стенками 2. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство вводят токоподводящие электроды 9, которые с помощью специального механизма могут перемещаться вверх и вниз. Электроды изготовляют из углерода в виде цилиндрических секций диаметром от 100 до 610 мм и длиной до 1500 мм. Печь питается от источника трехфазного тока с рабочим напряжением на электродах 100–800 В. Электрическая дуга 5 возникает между электродами и жидким металлом или металлической шихтой. Готовую сталь и шлак выпускают через отверстие 4 и желоб 3, для этого печь наклоняют. Рабочее окно 7, закрываемое заслонкой 8, предназначено для контроля за ходом плавки, ремонта и загрузки материалов.
Под днищем печи устанавливают специальное устройство — вытянутый сердечник (статор) с двумя обмотками. Обмотки статора питаются двухфазным током низкой частоты (0,5–2 Гц), с помощью которого в металле создают бегущее магнитное поле. Взаимодействие перемещающегося магнитного потока с наводимыми им в металле вихревыми токами вызывает перемещение металла.
НАВЕРНОЕ, НА ЭТОМ КОНКРЕТНОМ ПРИМЕРЕ МОЖНО СРАВНИТЬ БЕЗДОМЕННУЮ МЕТАЛЛУРГИЮ С ОБЫЧНОЙ?
Эксплуатация Старооскольского электрометаллургического комбината дает возможность сделать некоторые выводы.
Капитальные затраты на производство металлизованных окатышей — более чистого заменителя передельного чугуна — здесь сопоставимы с затратами на производство чугуна в цехах с доменными печами объемом 5000 м3 и меньше. С увеличением единичной мощности печей металлизации новая металлургия по этому показателю не уступит лучшим достижениям традиционной металлургии.
Капитальные затраты в электроплавильных цехах находятся на одном уровне с затратами в современных электросталеплавильных цехах, работающих на металлоломе.
Затраты труда на производство металлизованных окатышей здесь ниже, чем на большинстве металлургических предприятиях страны. Это обусловлено заменой железнодорожного транспорта конвейерным, автомобильным или трубопроводным, исключением коксохимического производства, снижением температуры процесса, отсутствием жидких продуктов плавки — чугуна и шлака — и связанных с ними трудозатрат.
Резко улучшаются условия труда, так как процесс поддается автоматизации и управлению при помощи ЭВМ.
В настоящее время на комбинате управление непрерывным процессом окомкования осуществляют при помощи микропроцессорной техники, успешную работу которых обеспечивают электронщики. Так, технологическим процессом окомкования, металлизации и водоснабжения управляют 13 свободнопрограммированных и 54 жесткопрограммированных микропроцессоров. Технологией сталеплавильного цеха и сталепрокатных станов управляют 51 ЭВМ, 238 свободнопрограммированных и 86 жесткопрограммированных микропроцессоров.
Электрометаллургия оказывает незначительное влияние на окружающую среду. Она практически не загрязняет ее соединениями серы, фенолами, циамидами, пылью — неизбежными спутниками традиционной металлургии.
Повышение качества металлопродукции, увеличение производительности и улучшение условий труда металлургов, хорошая защита окружающей среды, снижение затрат ставят бескоксовую металлургию в число интенсивных способов получения сталей.
8. Полупроводниковая техника
Стоит ли здесь говорить о том, что в целом ряде электрических приборов теперь применяют полупроводники?
Едва ли для кого-нибудь это является открытием.
С первых шагов изучения электрических явлений и применения их на практике использовали материалы двух категорий: проводники и изоляторы.
Были известны и такие материалы, которые по своим свойствам не подходили ни к той, ни к другой категории. Их назвали полупроводниками, хотя с таким же успехом могли назвать и полуизоляторами. Подобными свойствами обладают чистые элементы: кремний, селен, германий, теллур. Такие же свойства имеют оксиды и сплавы некоторых металлов.
Свойства полупроводников были известны давно. Но ни электротехника, ни электроника долгое время не проявляли к ним интереса.
РАССКАЖИТЕ О ПЕРВЫХ ПРИМЕНЕНИЯХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Сначала нашли себе применение некоторые оксиды, в частности два кристалла: цинкит и халькопирит. Было обнаружено (1874), что эти кристаллы обладают чудесным качеством — они могут выпрямлять переменный электрический ток.
В самых первых радиоприемниках для детектирования использовали настоящие полупроводники. Так, А.С.Поповым в 1895 г. был применен порошковый когерер, в котором использовались нелинейные свойства зернистых систем. Однако объяснить, почему только отдельные точки кристалла могли выделять звуковые сигналы и вообще почему эти кристаллы детектировали сигналы, долгое время не удавалось.
В этот период успешно развивалась техника электровакуумных приборов, которые позволяли выпрямлять и усиливать электрические сигналы.
Очень долго ламповые диоды и триоды удовлетворяли запросы всех областей техники. Но по мере перехода в высокочастотный диапазон так называемая паразитная емкость, существующая между катодом и анодом и другими составными элементами вакуумных ламп, оказывала все большее и большее влияние на их работу. Вот тут и вспомнили о кристаллах.
Впрочем, был еще один эпизод, когда кристаллы нашли практическое применение. В 1922 г. сотрудник Нижегородской лаборатории Бонч-Бруевича О. В. Лосев впервые в истории электроники получил усиление без применения ламп. Основой прибора, который Лосев назвал кристодином, был полупроводниковый кристалл.
Американский журнал «Радио Ньюс» и другие называли кристодин «изобретением, делающим эпоху», и предрекали, что кристаллы со временем займут место вакуумных ламп.
Но в те годы этого не случилось. Электронная лампа удовлетворяла запросы, период расцвета вакуумной техники еще только начинался.
Что касается полупроводниковых кристаллов, то наука в то время только приступала к изучению их структуры, а техника еще не могла создать для нужд электроники чистые, лишенные примесей кристаллы.
СНАЧАЛА СТАЛИ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ?
В годы Великой Отечественной войны были разработаны точечные высококачественные и сверхвысококачественные германиевые и кремниевые диоды. Это позволило значительно повысить качество работы радиолокационных станций. В 1942 г. в СССР был начат выпуск полупроводниковых термоэлектрических генераторов для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую. Термогенераторы использовали для питания переносных радиостанций партизанских отрядов.
Создание и производство этих и многих других приборов стало возможным благодаря фундаментальным теоретическим и экспериментальным исследованиям свойств полупроводников, проведенным группой ученых под руководством академика А. Ф. Иоффе, а также учеными Ториката и Йокояма (Япония), К.Брауном (Германия) и Иклзом (Англия). Физики уже понимали, что в кристаллах можно создать ток разной природы: либо поток отрицательных электронов, либо движение «положительных зарядов».