Солнечная металлургия

Жолио‑Кюри считал, что проблема использования лучистой энергии Солнца более важна, чем даже освоение атомной энергии. Солнечная энергетика – реальность наших дней.

В настоящее время, когда технический прогресс требует новых источников энергии и когда остро стоит вопрос экономии природных энергетических ресурсов, большое значение придается использованию солнечной энергии. Уже сейчас области ее применения достаточно широки: от нагревательных приборов до опреснительных установок и электростанций. Однако бесплатная солнечная энергия пока еще дорого стоит. Слишком сложны гелиоустановки, мал их к.п.д.

И тем не менее установки появляются.

А каковы перспективы гелиотехники в металлургии?

Современная солнечная печь – это гелиоустановка, предназначенная для плавки и термической обработки материалов. Рабочие температуры в ней 2300–3000°С. Применяют ее при обработке материалов в особо стерильных условиях, исключающих внесение примесей в обрабатываемый материал.

Одна из наиболее крупных солнечных печей мощностью 1200 кВт построена во Франции в Одийло. Похожие на отполированные щиты 63 плоских гелиостата‑отражателя направляют солнечные лучи к зеркалу печи. Диаметр зеркала равен высоте 18‑этажного дома! Неудивительно, что в фокусе такого зеркала можно получить температуру свыше 3000°С.

Чтобы собрать в пучок солнечные лучи и направить их в одну точку, понадобились сложные механизмы и огромные площади: 20 840 зеркал собирают прямое солнечное излучение с площади 20 тысяч квадратных метров. Лучи Солнца гелиостаты направляют на неподвижное параболическое зеркало. Оно собирает и направляет лучи в одну точку, накаляя печь до температуры свыше 3000°С. Сравните: на Солнце температура 6000°С.

Что же “варят” в печи? Первым делом – тугоплавкие металлы. Печь, например, может выдать за смену до 1 тонны окиси циркония. Разрабатываются способы превращения термической энергии в электрическую. Во Франции и во многих странах мира, в том числе и в нашей стране, идет интенсивный поиск путей использования солнечной энергии.

Еще в начале 60‑х годов в Ташкенте была создана солнечная печь. Около нее слева находился оптический прибор – гелиостат, который отраженные от зеркал солнечные лучи собирал в пучок. Справа находилось параболическое зеркало диаметром 2 метра. Ориентируясь по Солнцу, гелиостат направляет пучок параллельных лучей на зеркало, которое концентрирует их в кружок диаметром 14–16 миллиметров. Здесь создается температура 3000°С и выше. На этой гелиоустановке проводились опыты по резке и сварке металлов.

Солнечные печи имеют особые, совершенно исключительные преимущества для выполнения тонких регулируемых процессов плавки металлов высокой чистоты. Здесь процесс нагрева не связан с наличием электрических или магнитных полей, отсутствует в них контакт обогреваемого объекта с продуктами сгорания. Нагрев в солнечной печи можно вести в вакууме или любой контролируемой газовой среде. В ней металл не вступает в нежелательные химические реакции с другими веществами в отличие от обычной электропечи.

В поселке Кацивели близ Симеиза, где в году солнечных дней наибольшее число, начато строительство гелиоцентра Института проблем материаловедения АН УССР. Ученые решили “поручить” Солнцу плавить сверхчистые металлы. Здание и оборудование будут установлены на холмах, гелиостаты, словно шляпки подсолнечника, будут постоянно следить за Солнцем, поворачиваясь вокруг своей оси. Температура в фокусе параболических зеркал достигает 3500°С. Это позволит плавить металл химически чистый.

Ученые Ереванских отделений ВНИИ ПКТИ источников тока и ВНИИ кабельной промышленности за создание импульсной гелиоустановки старения материалов получили золотую медаль на международной Лейпцигской ярмарке.

В ходе теоретических и экспериментальных разработок, проведенных в СССР, Японии, США и других странах, получены данные, достаточные для того, чтобы внедрить высокотемпературные установки в исследовательскую и полупромышленную практику.

Группа американских ученых под руководством Литла занималась изучением технических возможностей и экономических аспектов осуществления проекта, который описан многими фантастами. Он заключается в использовании крупных спутников, вращающихся на стационарных орбитах на высоте около 32 тысяч километров, для передачи на Землю электроэнергии. Гигантских размеров зеркало, установленное на спутнике, должно собирать энергию солнечных лучей, превращать ее с помощью специального бортового оборудования в электроэнергию, а затем передавать на поверхность Земли в виде луча микроволн. В США, например, намечена программа для изучения основных технических аспектов проблемы, среди которых точность управления микроволн новым лучом и удержание станции на постоянной орбите.

Мы рассмотрели некоторые возможные пути развития металлургии будущего. Приведенные факты свидетельствуют о том, что ученые и инженеры уже сейчас работают над созданием новых способов добычи железа. Мы можем быть спокойны за судьбу металла‑труженика. Он еще долго будет служить человечеству.

[1]Стейси Ф. Физика Земли. М.: Мир, 1972, с. 120.

[2]Турбал В.В. Повелитель огня. Челябинск: Южно‑Уральское книжное издательство, 1973, с. 10 – 11.

[3]Маркс К. и Энгельс Ф. Собр. соч., т. 2, с. 253.

[4]Маркс К. и Энгельс Ф. Собр. соч., т. 21, с. 163.

[5]Целиков А.И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. М.: Металлургия, 1979, с 34‑35.

[6]НТР. Перспективы при социализме. М.: ИИЕиТ АН СССР, 1980, с. 70.

[7]Шухардин С.В., Кузин А.А. Теоретические основы современной научно‑технической революции. М.: Наука, 1980, с. 40.

[8]Зусман Л.Л. Кругооборот металлов в народном хозяйстве СССР. М.: Металлургия, 1978, с. 35.

[9]Баландин Р. Вернадский: жизнь, смерть, бессмертие. М.: Знание, 1979, с. 158