Применение разреженного воздуха

И вдруг... грохот, свист. Катастрофа! Гудят сирены, к  зданию электростанции мчат машины.

Треснул вал! Разрушился на полном ходу. Сорвалось  колесо, развалило стену здания, разметало, разрушило труд сотен  людей. Может быть, катастрофа стоила кому-то жизни...

Со всех концов съезжаются эксперты — самые опытные, самые знающие инженеры. Их задача — найти причину аварии. Много  часов проводят они возле искореженного  гиганта. И вот причина установлена  — несколько маленьких, едва заметных газовых пузырьков, спрятавшихся в  середине излома.

Газ в металле! Он нарушил прочность огромного  вала. Нарушил монолитность металла, привел к тому, что деталь не выдержала  нагрузки.

Более ста  лет назад русский металлург  генерал-майор корпуса горных инженеров  Павел Петрович Аносов впервые разглядел  на изломе стального слитка следы  крохотных пузырьков газа.

В период плавки бурлящий металл пронизывают целые  потоки газов. Некоторые пузырьки газа остаются и после застывания в  слитках. Эти-то пузырьки и есть главный  враг прочности. Убрать газ из расплава — это задача первостепенной важности.

Убрать-то хорошо бы, но как?

Вспомните бутылку  с лимонадом. Пока она закрыта  пробкой, лимонад в ней — вода водой. А раскупоришь — закипит, запузырится.

Это происходит оттого, что бутылки с лимонадом, перед тем как закрыть пробкой, наполняют углекислым газом под  большим давлением. Наполняют и  закупоривают. Газу некуда деваться —  он и растворяется в лимонаде. А  откроешь пробку — давление снаружи  меньше, чем в бутылке, растворенный газ устремляется вон из лимонада.

В любой жидкости, даже в воде из речки или озера, растворено много воздуха. Только не под повышенным, а под обычным, атмосферным, давлением. Налей такую  воду в бутылку или колбу, начни  откачивать воздух, сразу увидишь, как  побегут пузырьки и со дна, и со стенок. Не поймешь даже, откуда они  рождаются.

Но если можно  разрежением выгнать лишний воздух из обыкновенной воды, почему нельзя то же самое сделать с металлом? ...В мартеновском цехе в первый миг тебя оглушают лязг и грохот. Но через несколько минут общий гул распадается на отдельные звуки. Постепенно начинаешь ориентироваться в кажущемся хаосе кирпичных стенок и рельсов, станин кранов и множества уходящих вверх, как на корабле, трапов — железных лестниц. Лестницы ведут во второй этаж, где длинным рядом выстроились шеренги мартенов. Языки косматого рыжего пламени рвутся, словно просятся из-за плотных заслонок наружу.

В мартенах —  огромных металлургических печах —  плавят сталь. Длительный и не простой  процесс, хотя и не новый.

Резко звенит звонок. Сталь готова, пора выпускать. И вот один за другим наполняются  огромные ковши. Сначала даже не верится, что это металл — сталь. На нее  больно смотреть, как на солнце. Живая, подвижная жидкость бурлит и клокочет...

Именно в  эти короткие минуты, пока огненный поток заполняет сначала ковши, а потом изложницы — формы  для отливки металла, в жидкий металл пробирается главный враг — газ.

Необходимо  перекрыть газу доступ к металлу. Для этого расплавленный металл нужно изолировать от внешнего воздуха  — раз! Мало того. Надо создать над  его поверхностью разрежение, чтобы  вытянуть и тот газ, что уже  успел раствориться, — два! Такие опыты хорошо проводить в лаборатории с тигельком-наперстком и стеклянным колпаком, под которым в одну минуту можно создать требуемое давление. Л на заводе? Ведь здесь металла выплавляют миллионы тонн!

Первыми стали  экспериментировать прямо в цеху украинские металлурги. Огромный ковш с расплавленным металлом на несколько  минут погружался в герметическую  камеру, из которой откачивался воздух. С понижением давления сталь в  ковше начинала кипеть и булькать, как газированная вода в стакане. Это из нее выходил газ. Способ этот кажется совсем несложным. Но не забудьте, что ковш весом в двести пятьдесят тонн — объект не очень  удобный для экспериментов.

И все-таки опыты  показали: разрежение можно и стоит  применять для дегазации металла.

На ленинградском  заводе «Большевик» решили дегазировать металл не в ковше, а в изложнице. В огромную воздухонепроницаемую камеру, как в саркофаг, вставляется форма.

Перед заливкой включаются насосы, и раскаленная  река жидкого металла врывается  в уже откачанное пространство.

Этот способ оказался более удачным. Особенно удачно применили его на знаменитом «Уралмаше». Из такой изложницы извлекают  те самые уникальные слитки, вес  которых, для наглядности, мы сравнили с весом реактивного пассажирского  самолета. В таких слитках не обнаружишь ни одной раковинки, ни одного пузырька.

 

 

 

 

 

Сталь, разлитая в разреженной атмосфере, чище и  прочнее обычной.

А вот есть такой металл, который нужен промышленности только тогда, когда он очищен в тысячи тысяч раз лучше, чем самая  чистая сталь. Плавить его приходится при таком глубоком разрежении, с  которым может сравниться только космос. А чуть попадет воздух в  тигелек с расплавом — физики говорят: «Не годится! В переплавку!»  Что ж это за металл?

Его открывали  и забыли. Может быть, потому, что  считали этот металл не очень-то нужным? Да, было и так. А сейчас за месторождения  этого «ненужного» металла готовы передраться капиталистические  державы.

Сначала этот металл был открыт на бумаге.

В 1870 году Дмитрий  Иванович Менделеев писал: «Мне кажется, наиболее интересным из несомненно недостающих металлов будет тот, который принадлежит к IV группе аналогов углерода, это будет металл, следующий тотчас за кремнием, и потому назовем его экасилицием...»

Таинственного экасилиция Менделеев так и не добыл. Но описал его атомный и удельный вес, температуру плавления и другие свойства.

Этому помогла  его знаменитая таблица периодических  свойств химических элементов.

И все же в  природе этого металла не находили. Сколько ни искали...

Прошло двадцать лет. Дотошный немецкий химик Винклер раскрыл тайну экасилиция, обнаружил загадочный металл в природных рудах. Оказалось, что его не так уж и мало на нашей планете. Раз во сто больше, чем ртути. Но почему ртуть известна с глубокой древности, а таинственный металл с трудом отыскали совсем недавно?

Несчастье заключается  в том, что менделеевский экасилиций страшно распылен. Даже в самых богатых рудах он вкраплен всего стотысячными долями процента. Представляешь, для того чтобы получить всего один грамм металла, пришлось бы переработать десять тонн самой богатой руды... И все-таки Винклер отыскал его, подтвердив тем самым победу научного предвидения Менделеева. При втором открытии экасилиций был назван германием.

Итак, германий найден. Разработана даже технология, очень трудная, но возможная технология его получения. И тут начались неудачи. Германий, оказалось, никому не нужен. Куда ни пытались приспособить его химики, всюду он с успехом  мог быть заменен другими, более  дешевыми металлами. И в производстве стекла и в обработке цветных металлов. Короче говоря, инженеры пришли к окончательному выводу: германий промышленности не нужен. О злополучном металле забыли. Но через несколько десятилетий положение изменилось.

За германием  стали охотиться, германий стал для  физиков самым желанным металлом. Он сравнялся чуть ли не с самим  ураном!

Произошло это  тогда, когда в нашу жизнь вошло  новое слово — «полупроводник».

Тогда-то германий и отпраздновал свое третье — промышленное — рождение.

Им заинтересовались химики и металлурги, инженеры-радисты  и конструкторы автоматических устройств, кибернетики, энергетики, врачи, физиологи. Всем понадобились кристаллы сверхчистого металла.

Что значит сверхчистого?

Между физиками и металлургами снова, уж в который  раз, возник конфликт. Подумайте, эти  ненасытные физики настаивали, чтобы  примесей в кристаллах германия содержалось  не больше, чем одна десятимиллиардная  доля процента! Другими словами — 99,999 999 999% чистоты. «Но ведь это просто фантастика, — волновались металлурги. — Кто считает металлы на атомы? На тонны — другое дело. А тут  требуют девять девяток после  запятой, да ведь это все равно что одна чайная ложка сахарного песку на десять тысяч бочек дистиллированной воды!» Но заказчики не сдавались.

...Металлургический  цех, где плавят сверхчистые  металлы, совершенно изолирован  от атмосферы. В герметическом  помещении ни пылинки. Стеньг, потолок, пол, одежда рабочих  — все покрыто особым нейтральным,  антипылевым составом. Даже воздух для дыхания, прежде чем попасть в цех, проходит несколько фильтров, где без конца очищается, очищается и очищается. И посреди этого царства чистоты стоит печь. Да полно, печь ли это? Гудят и булькают насосы. Это печь-стакан из самого тугоплавкого вещества. А в нем, и, конечно, при очень большом разрежении, плавится германиевый стерженек. Но плавится по-особенному — постепенно.

Медленно, сантиметр  за сантиметром, как говорят —  зона за зоной, плавится германий. А  насосы только успевают откачивать всевозможные газовые примеси из расплава. Постепенно на самом донышке стакана скапливаются капли сверхчистого металла.

Так сегодня  ведут зонную плавку. Именно зонная плавка — последняя степень очистки. Она-то и дает знаменитый «металл  девяти девяток».