Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ)"

Электрометаллургия

Электрометаллу'рги'я, область металлургии , охватывающая промышленные способы получения металлов и сплавов с помощью электрического тока. В Э. применяются электротермические и электрохимические процессы. Электротермические процессы используются для извлечения металлов из руд и концентратов, производства и рафинирования чёрных и цветных металлов и сплавов на их основе (см. Электротермия ). В этих процессах электрическая энергия является источником технологического тепла. Электрохимические процессы распространены в производстве чёрных и цветных металлов на основе электролиза водных растворов и расплавленных сред (см. Электрохимия ). Здесь за счёт электрической энергии осуществляются окислительно-восстановительные реакции на границах раздела фаз при прохождении тока через электролиты. Особое место в этих процессах занимает гальванотехника , в основе которой лежат электрохимические процессы осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий.

  Электротермические процессы охватывают плавку стали в дуговых и индукционных печах (см. Электросталеплавильное производство ), спецэлектрометаллургию, рудовосстановительную плавку, включающую производство ферросплавов и штейнов , выплавку чугуна в шахтных электропечах, получение никеля, олова и других металлов.

  Электродуговая плавка. Электросталь, предназначенная для дальнейшего передела, выплавляется главным образом в дуговых печах с основной футеровкой. Важные преимущества этих печей перед другими сталеплавильными агрегатами (возможность нагрева металла до высоких температур за счёт электрической дуги, восстановительная атмосфера в печи, меньший угар легирующих элементов , высокоосновные шлаки, обеспечивающие существ, снижение содержания серы) предопределили их использование для производства легированных высококачественных сталей – коррозионностойких, инструментальных (в т. ч. быстрорежущих), конструкционных, электротехнических, жаропрочных и др., а также сплавов на никелевой основе. Мировая тенденция развития электродуговой плавки – увеличение ёмкости единичного агрегата до 200—400 т, удельной мощности трансформатора до 500—600 и более ква/т, специализация агрегатов (в одних – только расплавление, в других – рафинирование и легирование), высокий уровень автоматизации и применение ЭВМ для программного управления плавкой. В печах повышенной мощности экономически целесообразно плавить не только легированную, но и рядовую углеродистую сталь. В развитых капиталистических странах доля углеродистой стали от общего объёма электростали, выплавляемой в электропечах, составляет 50% и более. В СССР в электропечах выплавляется ~ 80% легированного металла.

  Для выплавки специальных сталей и сплавов получают распространение плазменно-дуговые печи с основным керамическим тиглем (ёмкостью до 30 т ), оборудованные плазмотронами постоянного и переменного тока (см. Плазменная металлургия ). Дуговые электропечи с кислой футеровкой используют для плавки металла, предназначенного для стального литья. Кислый процесс в целом более высокопроизводителен, чем основной, из-за кратковременности плавки благодаря меньшей продолжительности окислительного и восстановительного периодов. Кислая сталь дешевле основной вследствие меньшего расхода электроэнергии, электродов, лучшей стойкости футеровки, меньшего расхода раскислителей и возможности осуществления кремневосстановительного процесса. Дуговые печи ёмкостью до 100 т широко применяются также для плавки чугуна в чугунолитейных цехах.

  Индукционная плавка. Плавка стали в индукционной печи , осуществляемая в основном методом переплава, сводится, как правило, к расплавлению шихты, раскислению металла и выпуску. Это обусловливает высокие требования к шихтовым материалам по содержанию вредных примесей (P, S). Выбор тигля (основной или кислый) определяется свойствами металла. Чтобы кремнезём футеровки не восстанавливался в процессе плавки, стали и сплавы с повышенным содержанием Mn, Ti, Al выплавляют в основном тигле. Существенный недостаток индукционной плавки – холодные шлаки, которые нагреваются только от металла. В ряде конструкций этот недостаток устраняется путём плазменного нагрева поверхности металл-шлак, что позволяет также значительно ускорить расплавление шихты. В вакуумных индукционных печах выплавляют чистые металлы, стали и сплавы ответственного назначения (см. Вакуумная плавка ). Емкость существующих печей от нескольких кг до десятков т. Вакуумную индукционную плавку интенсифицируют продувкой инертными (Ar, Не) и активными (CO, CH₄ ) газами, электромагнитным перемешиванием металла в тигле, продувкой металла шлакообразующими порошками.

  Спецэлектрометаллургия охватывает новые процессы плавки и рафинирования металлов и сплавов, получившие развитие в 50—60-х гг. 20 в. для удовлетворения потребностей современной техники (космической, реактивной, атомной, химического машиностроения и др.) в конструкционных материалах с высокими механическими свойствами, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и т. д. Спецэлектрометаллургия включает вакуумную дуговую плавку (см. Дуговая вакуумная печь ), электроннолучевую плавку , электрошлаковый переплав и плазменно-дуговую плавку. Этими методами переплавляют стали и сплавы ответственного назначения, тугоплавкие металлы – вольфрам, молибден, ниобий и их сплавы, высокореакционные металлы – титан, ванадий, цирконий, сплавы на их основе и др. Вакуумная дуговая плавка была предложена в 1905 В. фон Больтоном (Германия); в промышленных масштабах этот метод впервые использован для плавки титана В. Кроллом (США) в 1940. Метод электрошлакового переплава разработан в 1952—53 в институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. Для получения сталей и сплавов на никелевой основе особо ответственного назначения применяют различные варианты дуплекс-процессов , важнейший из которых – сочетание вакуумной индукционной плавки и вакуумно-дугового переплава. Особое место в спецэлектрометаллургии занимает вакуумная гарнисажная плавка (см. Гарнисаж ), в которой источниками тепла служат электрическая дуга, электронный луч, плазма. В этих печах, применяемых для высокоактивных и тугоплавких металлов (W, Mo и другие и сплавы на их основе), порция жидкого металла в водоохлаждаемом тигле с гарнисажем используется для получения слитков и фасонных отливок.

  Рудовосстановительная плавка включает производство ферросплавов, продуктов цветной металлургии – медных и никелевых штейнов, свинца, цинка, титанистых шлаков и др. Процесс заключается в восстановлении природных руд и концентратов углеродом, кремнием и другими восстановителями при высоких температурах, создаваемых главным образом за счёт мощной электрической дуги (см. Руднотермическая печь ). Восстановительные процессы обычно являются непрерывными. По мере проплавления подготовленную шихту загружают в ванну, а получаемые продукты периодически выпускают из электропечи. Мощность таких печей достигает 100 Мва. В некоторых странах (Швеция, Норвегия, Япония, Италия и др.) на основе рудовосстановительной плавки производится чугун в электродоменных печах или электродуговых бесшахтных печах.

  Электрохимические процессы получения металлов. Г. Дэви в 1807 впервые применил электролиз для получения натрия и калия.

  В конце 70-х гг. 20 в. методом электролиза получают более 50 металлов, в том числе медь, никель, алюминий, магний, калий, кальций и др. Различают 2 типа электролитических процессов. Первый связан с катодным осаждением металлов из растворов, полученных методами гидрометаллургии — выщелачиванием руд и концентратов; в этом случае восстановлению (отложению) на катоде металла из раствора отвечает реакция электрохимического окисления аниона на нерастворимом аноде.

  Второй тип процессов связан с электролитическим рафинированием металла из его сплава, из которого изготовляется растворимый анод. На первой стадии в результате электролитического растворения анода металл переводится в раствор, на второй – он осаждается на катоде. Последовательность растворения металлов на аноде и осаждения на катоде определяется рядом напряжений . Однако в реальных условиях потенциалы выделения металлов существенно зависят от величины перенапряжения водорода на соответствующем металле. В промышленных масштабах рафинируют цинк, марганец, никель, железо и другие металлы; алюминий, магний, калий и др. получают электролизом расплавленных солей при 700—1000 °С. Последний способ связан с большим расходом электроэнергии (15—20 тыс. квт ·ч/т ) по сравнению с электролизом водных растворов (до 10 тыс. квт ·ч/т ).

  Лит.: Беляев А. И., Металлургия легких металлов, 6 изд., М., 1970; Зеликман А. Н., Меерсон Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; Еднерал Ф. П., Электрометаллургия стали и ферросплавов, 4 изд., М., 1977.

  В. А. Григорян.

Электрометр

Электро'метр (от электро... и ...метр ), прибор, предназначенный для измерения разностей электрических потенциалов, небольших электрических зарядов, очень малых токов (вплоть до 10^-15а ) и других электрических величин, когда необходимо обеспечить пренебрежимо малое потребление энергии измерительным прибором. Э. представляет собой электростатический прибор с тремя электродами, находящимися в общем случае под разными потенциалами. Наиболее распространены струнные и квадрантные Э., применяемые для измерения напряжения.

  В наиболее простом струнном Э. измеряемое напряжение подаётся на платиновую нить (струну) и неподвижные электроды (рис. а , б ). Под действием сил электрического поля нить прогибается; перемещение нити, служащее мерой измеряемой величины, наблюдают в микроскоп , что обеспечивает достаточно высокую чувствительность прибора. Для повышения чувствительности струнного Э. на его неподвижные электроды накладывают дополнит. напряжение (50—100 в относительно земли) такого же рода (постоянное или переменное) и той же частоты, что и измеряемое (рис. в ). Чувствительность струнного Э. достигает 300—500 мм на 1 в/м. Квадрантные Э. состоят из подвижной части в виде тонкой и лёгкой металлической пластинки – бисектора, называемого обычно «бисквитом», и связанного с ним зеркала, подвешенных на кварцевой нити, и неподвижной части – цилиндрической металлической коробки, разрезанной на четыре равные части – квадранты. При наличии разности потенциалов на квадрантах между ними и бисектором возникают электростатические силы взаимодействия, отклоняющие подвижную часть Э. в ту или др. сторону. По углу отклонения бисектора при известном его потенциале судят о величине разности потенциалов квадрантов; если же известна последняя, то можно определить потенциал бисектора. Чувствительность квадрантного Э. – до 5000 мм на 1 в/м. Разновидность квадрантного Э. – бинантный Э. (неподвижная часть такого Э. разрезана на две части – бинанты).

  Лит.: Курс электрических измерений, под ред. В. Т. Прыткова и А. В. Талицкого, ч. 1, М. – Л., 1960; Векслер М. С., Электростатические приборы, М. – Л., 1964; Основы электроизмерительной техники, под ред. М. И. Левина, М., 1972.

Струнный электрометр: а – схема устройства: б, в – схемы включения; 1 – струна (платиновая нить); 2 – электроды; 3 – микрометрический винт, регулирующий натяжение струны (чувствительность прибора); Е – источник дополнительного напряжения.

Электрометрическая лампа

Электрометри'ческая ла'мпа, приёмно-усилительная лампа , используемая в радио– и электроизмерительных приборах для усиления и измерения малых токов (до 10^-14а ) в цепях с очень высоким электрическим сопротивлением. Конструктивно Э. л. выполняется в виде триода (одинарного или двойного), тетрода , или пентода . Катод Э. л. обычно оксидный, прямого либо косвенного накала. Главная особенность Э. л. – высокое входное сопротивление, определяемое требованием получения малых токов управляющей сетки при её отрицательном потенциале. Появление сеточного тока в Э. л. связано с конечным значением сопротивления электрической изоляции сетки (сопротивлением утечки сетки); ионизацией остаточных газов в баллоне лампы; термоэлектронной эмиссией сетки; фотоэлектронной эмиссией с поверхности сетки, обусловленной внешним освещением, тепловым излучением нагретого катода, мягкими рентгеновскими лучами , возникающими при торможении электронов на аноде. Используя различные конструктивно-технологические меры (важнейшие из которых – снижение температуры катода до 750—800 К; уменьшение анодного напряжения до значений, меньших потенциала ионизации остаточных газов, обычно до 10—12 в ; уменьшение размеров управляющей сетки и обеспечение её высокой электрической изоляции), сеточный ток Э. л., обусловленный указанными факторами (кроме последнего), можно снизить до 10^-15а и меньше. Однако получение малых сеточных токов при удовлетворительных значениях таких основных параметров Э. л., как крутизна её сеточной характеристики и коэффициент усиления, затруднено главным образом из-за фотоэлектронной эмиссии, вызванной мягким рентгеновским излучением. Так, при сеточном токе 10^-15а крутизна сеточной характеристики обычно не превышает 100—120 мка/в , а коэффициент усиления – 1,5; у так называемых полуэлектрометрических ламп, работающих при сеточном токе около 5×10^-11а, эти параметры составляют соответственно 1 ма/в и 25—30. Диапазон измеряемых значений тока (отношение его предельных значений) у Э. л. обычно около 100; у разновидности полуэлектрометрической лампы – так называемой логарифмической Э. л. (с характеристикой, обеспечивающей получение на выходе сигнала, пропорционального логарифму входного тока) он может достигать 10⁸ .

  Лит.: Заруцкий Ю. Ф., Современные электрометрические лампы, их возможности и пути развития, «Электровакуумная техника», 1968, в, 45; Кауфман М. С., Палатов К. И., Электронные приборы, 3 изд., М., 1970.

  М. С. Кауфман.

Электромеханическая обработка

Электромехани'ческая обрабо'тка, разновидность электрофизических методов обработки. Основана на механическом ударном импульсном воздействии (ультразвуковая обработка ) или на непосредственном преобразовании предварительно накопленной электрической энергии в механическую работу деформации (магнитоимпульсная обработка). См. Электрофизические и электрохимические методы обработки .

Электромеханический преобразователь

Электромехани'ческий преобразова'тель, устройство для преобразования механических перемещений (колебаний) в изменение электрического тока или напряжения (электрический сигнал) и наоборот. Применяются главным образом как исполнительные устройства систем автоматического регулирования (управления) и в качестве датчиков механических перемещений в автоматике и измерительной технике. По принципу преобразования различают резистивные, электромагнитные, магнитоэлектрические, электростатические Э. п.; по типу выходного сигнала – аналоговые и цифровые (с непрерывными и дискретными выходными сигналами). Для оценки Э. п. учитывают его статической и динамической характеристики, чувствительность (или коэффициент передачи) преобразования Е = Dу /Dх (где Dу – изменение выходной величины у при изменении входной величины х на Дж), рабочий диапазон частот выходного сигнала, статическую ошибку (погрешность) сигнала, статическую ошибку (погрешность) преобразования. Примером Э. п. могут служить измерит, механизм магнитоэлектрического прибора , громкоговоритель , микрофон , пьезоэлектрический датчик .

  Лит.: Электрические измерения неэлектрических величин, под ред. П. В. Новицкого, 5 изд., Л., 1975.

Электромиография

Электромиогра'фия (от электро... , мио... и ...графия ), метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах животных и человека при возбуждении мышечных волокон. У человека осуществлена впервые в 1907 немецким учёным Г. Пипером. Амплитуда колебаний потенциала мышцы обычно не превышает нескольких милливольт, а их длительность – 20—25 мсек, поэтому Э. проводят с помощью усилителя и малоинерционного регистратора; кривая, записанная на фотобумаге, фотоплёнке и т. п., называется электромиограммой (ЭМГ). В Э. могут быть выделены 3 основных направления исследования. Первое из них – Э. с помощью введённых в мышцу игольчатых электродов, которые вследствие небольшой отводящей поверхности улавливают колебания потенциала, возникающие в отдельных мышечных волокнах или в группе мышечных волокон, иннервируемых одним мотонейроном. Это позволяет исследовать структуру и функцию двигательных единиц. Второе направление – Э. с помощью накожных электродов, которые отводят так называемую суммарную ЭМГ, образующуюся в результате интерференции колебаний потенциала многих двигательных единиц, находящихся в области отведения. Такая ЭМГ отражает процесс возбуждения мышцы как целого. Так называемая стимуляционная Э. – регистрация колебаний потенцала, возникающих в мышце при искусственной стимуляции нерва или органов чувств. Таким образом исследуется нервно-мышечная передача, рефлекторная деятельность двигательного аппарата, определяется скорость проведения возбуждения по нерву. Э. даёт возможность судить о состоянии и деятельности не только мышц, но и нервных центров, участвующих в осуществлении движений. Э. применяют в физиологии при изучении двигательной функции животных и особенно человека, а также в прикладных науках – физиологии труда и спорта, в инженерной психологии (например, при исследовании утомления, выработки двигательного навыка).

  Р. С. Персон.

  Э. как эффективный метод диагностики ряда нервно-мышечных заболеваний широко применяется в невропатологии и некоторых других областях медицины. Э. используется также для оценки функционального состояния двигательного аппарата при восстановлении нарушенной двигательной функции в ортопедии и протезировании.

  Лит.: Персон Р. С., Электромиография в исследованиях человека, М., 1969; Юсевич Ю. С., Очерки по клинической электромиографии, М., 1972; Байкушев Ст., Манович З. Х., Новикова В. П., Стимуляционная электромиография и электронейрография в клинике нервных болезней, М., 1974; Коуэн Х., Брумлик Дж., Руководство по электромиографии и электродиагностике, пер. с англ., М., 1975.

Электромиограммы при различных способах отведения потенциалов: а – игольчатый электрод; потенциалы двигательной единицы при слабом сокращении мышцы; б – накожные электроды; интерференционная электромиограмма при умеренном сокращении мышцы.

Электромобиль

Электромоби'ль, автомобиль с тяговым электродвигателем, получающим питание от батареи аккумуляторов (БА), чаще всего свинцово-кислотных или железоникелевых щелочных. В начале 20 в. Э. использовались в Западной Европе и США в качестве такси, почтовых фургонов, коммунальных машин, а также как легковые автомобили. Первый в России самодвижущийся экипаж был аккумуляторным (И. Романов, 1899). На Э. впервые была достигнута скорость 100 км/ч (К. Женатци, Франция, 1898). Достоинства Э.: бездымность, бесшумность, простота управления. Однако ограниченные скорость и запас хода из-за низкой энергоёмкости (около 20 вт ·ч/кг ) и большой массы БА сдерживали развитие Э. Начиная с 60-х гг. в связи с загрязнением воздуха и усилением шума от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) Э. вновь получают распространение на городском транспорте, чему способствуют небольшой средний суточный пробег автомобилей в городе (до 100 км ), ограничение скорости до 60 км/ч и возможность организации сети зарядных станций для БА. К тому же энергоёмкость аккумуляторов возросла до 50 вт ·ч/кг, а у подготовляемых к массовому производству никель-цинковых и других аккумуляторов даже до 100 вт ·ч/кг. Согласно прогнозам, к концу 20 в. Э. займут ведущее место в городском автотранспорте.

  Современные Э. – специально рассчитанная на городскую эксплуатацию конструкция с облегчёнными (для компенсации массы БА) ходовой частью и кузовом, особой трансмиссией и удобным для смены БА её расположением. Ток от БА, находящейся, как правило, в 1—2 контейнерах под кузовом Э., идёт к двигателю через систему тиристорных блоков управления. При использовании двигателя переменного тока в систему включают его преобразователь. Двигатель ставят либо в блоке с ведущим мостом спереди или сзади, либо спереди– с карданным приводом от него к заднему мосту (рис. 1 ), либо (2—4 двигателя) в колёсах. Восстановление запаса энергии производят на большинстве Э. заменой БА с помощью особых тележек. В СССР созданы образцы грузовых Э., предназначенные для перевозки продуктов и почты в крупных городах. Такой Э. грузоподъёмностью 500 кг со свинцово-кислотными аккумуляторами имеет запас хода без подзарядки 80 км и развивает скорость до 70 км/ч. В Э. конструкции ВНИИ электромеханики и некоторых зарубежных Э. имеются устройства для рекуперации электроэнергии (например, при рекуперативном торможении, езде накатом и на спусках) и для подзарядки БА (без съёма её с Э.) от городской трёхфазной электросети. Для устранения сложной пускорегулирующей аппаратуры в Э. иногда сочетают электродвигатель с автомобильной гидротрансмиссией, которая регулирует тяговое усилие и скорость движения. Существуют также т. н. «гибридные» Э. с ДВС, работающим на постоянном малотоксичном режиме, генератором, приводимым от него тяговым электродвигателем и небольшой БА (рис. 2 ). ДВС служит для движения с установившейся скоростью и подзарядки БА, а последняя – в качестве дополнительного источника энергии для разгона Э., преодоления подъёмов, обгона. Сложность «гибридных» Э. и наличие в них, хоть и малотоксичного, ДВС ограничивают их распространение. Наряду с предотвращением загрязнения воздуха и уменьшением шума в городах внедрение Э. обеспечивает экономию жидкого топлива.

  Лит.: Ставров О. А., Электромобили, М., 1968; Долматовский Ю. А., Электромобиль, «Моделист-конструктор», 1977, № 11.

  Ю. А. Долматовский.

Рис. 1. Схема устройства советского электромобиля НИИАТ (Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта): 1 – акселератор; 2 – включатель; 3 – розетка для подзарядки; 4 – служебный аккумулятор; 5 – тяговый электродвигатель; 6 – редуктор трансмиссии; 7 – контейнеры с тяговой батареей аккумуляторов (заливкой показаны используемые серийные агрегаты).

Рис. 2. «Гибридный» электромобиль (электробус) «Даймлер – Бенц»: 1 – контейнеры с тяговыми аккумуляторными батареями; 2 – блоки управления; 3 – редуктор; 4 – тяговый двигатель; 5 – вспомогательный двигатель и вентилятор для охлаждения тягового двигателя; 6 – дизель с электрогенератором; 7 – компрессор усилителя рулевого управления; 8 – устройство для вентиляции батарей.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ)"