Шахтная печь для плавки чугуна в литейном производстве. До 2-й половины 18 в. металл для чугунолитейного производства получали непосредственно из руды в доменных печах. Позже в небольших доменных печах стали переплавлять литейный чугун и лом. Эти печи и явились прототипом современной В. Появление В. положило начало независимому от доменных печей существованию чугунолитейного производства. Современная В. - шахта в виде вертикального стального цилиндра с толщиной стенок 6-10 мм, футерованного изнутри огнеупорным кирпичом и установленного на подовую плиту, покоящуюся на колоннах.

В. состоит из 3 основных частей (см.рис.1): нижней - горна 1, в котором скапливается выплавляемый жидкий чугун; средней - собственно шахты 2, полностью загружаемой шихтовыми материалами (металл, топливо, флюсы); верхней - трубы 3, через которую горячие ваграночные газы выводятся в искрогаситель 4 и далее в атмосферу. В середине подовой плиты имеется отверстие с откидным дном для удаления остатков по окончании процесса плавки. Розжиг В. начинается с загрузки на горящие дрова 1-й порции кокса (холостой колоши), заполняющей часть шахты на 0,7-1 м выше фурм 7. Когда кокс холостой колоши разгорится, включают дутьё, затем шахту загружают до загрузочного окна рабочими колошами, состоящими из порций металла, топлива и флюса (известняка, основного мартеновского шлака, реже плавикового шпата). После подогрева шихты вновь включают дутьё и начинается процесс плавки. Новые порции загружают по мере расплавления шихты, которая постепенно опускается в зону плавления и подогревается поднимающимися вверх горячими газами. Противоток переплавляемых материалов и продуктов горения в В. способствует эффективному использованию топлива. Расплавленный и перегретый металл собирается в горне В. или стекает в копильник 6, откуда он по мере надобности выпускается через нижнюю лётку в ковши для разливки в формы, флюсы, сплавляясь с золой топлива, сплавившейся футеровкой и окислами, образуют шлак, выпускаемый через верхнюю шлаковую лётку, расположенную в верхней части горна или копильника (на рис. не показана).

Рис. 1. Схематический разрез вагранки: 1 - горн; 2 - шахта; 3 - труба; 4 - искрогаситель; 5 - воздушная коробка; 6 - копильник; 7 - фурмы; 8 - лётка для выпуска металла.

В., изготовляемые в СССР, нормализованы в зависимости от их производительности и выпускаются диаметром от 0,5 до 1,3 м, производительностью 1-3-5-7-10 т/ч. В цехах серийного производства крупного литья строят также В. производительностью 20-30 т/ч. Основное топливо - литейный кокс, который частично заменяют литейным антрацитом, термоантрацитом или коксобрикетами. Применение коксобрикетов снижает расход топлива, повышает производительность В., уменьшает содержание серы в чугуне и улучшает его свойства. Металлическая шихта В. состоит из доменного литейного чугуна в чушках, чугунного лома, собственного возврата литейного цеха, стального скрапа и ферросплавов. Воздух подаётся от воздуходувки под давлением 5-17 кн/м² (500-1700 мм вод. ст.) через воздушную коробку 5 и фурмы в зону горения топлива. Для более равномерного распределения вдуваемого воздуха по сечению В. была разработана впервые в СССР Л. М. Ма-риенбахом и внедрена система двух и более рядов фурм (от 4 до 8 фурм в каждом ряду). Это снизило расход топлива на 15-20% и повысило производительность В. на 25% с одновременным повышением температуры металла.

Для интенсификации процесса плавки в В. применяют подогрев дутья, обогащение его кислородом, добавление газообразного топлива. Обогащение дутья кислородом, впервые осуществленное в СССР (1944) по предложению Л. И. Леви, уменьшает удельный объём продуктов горения и повышает температуру газов. В зависимости от степени обогащения расход топлива снижается на 30-50%, производительность В. повышается на 40-80%, а температура жидкого чугуна достигает 1500°С (вместо 1300-1320°С). Частичная замена кокса природным газом в В. производится вдуванием продуктов горения газов в верхнюю часть холостой колоши; это значительно проще, чем подогрев дутья, и экономически более эффективно. Для плавки чугуна применяют и специальные газовые В. (см.рис.2), работающие только на газообразном топливе, на основе противотока газа и металла, что позволяет длительное время стабильно вести плавку. Производительность В. варьируется в широких пределах и зависит от её размеров и расхода газа.

Рис. 2. Схематический разрез газовой вагранки: 1 - нижний уступ верхней зоны шахты; 2 - верхний уступ верхней зоны шахты; 3 - переходная лётка; 4 - копильник; 5 - газовые горелки.

Вследствие разрушения футеровки в плавильном поясе В. работают по 12-18 ч, после чего подвергаются текущему ремонту. При необходимости ежедневной или круглосуточной выплавки чугуна работают попеременно на 2 или 3 В. В 1951 в СССР Н. А. Баринов создал для чугунолитейного производства водоохлаждаемые В. непрерывного действия, позволяющие вести плавку в течение 100-120 ч без текущего ремонта футеровки.

Во избежание загрязнения атмосферы колошниковой пылью и отходящими газами разрешается строительство только так называемых закрытых В., оборудованных рекуператорами, пылеулавливателями и газоочистными устройствами, системой автоматических приборов и регуляторов. На (см.рис.3) показана конструкция унифицированной закрытой В. Отличительная особенность её - доменный профиль плавильной зоны. Предусмотрен выпуск таких В. диаметром от 0,7 до 2,1 м, производительностью от 4,5 до 30 т/ч.

Рис. 3. Схематический разрез закрытой вагранки: 1 - горн; 2 - фурма; 3 - воздушная коробка; 4 - шахта; d1 - наибольший диаметр распада; d2 - диаметр узкой части вагранки.

Лит.: Леви Л. И., Кислород в ваграночной плавке, М., 1952; Четверухин С. И. и ЮдкинА. К., Унифицированные закрытые вагранки, «Литейное производство», 1967, №5. М. Я. Телис.

Дефект по Шотки, дефект кристалла, представляющий собой отсутствие атома или иона в узле кристаллической решётки (см. рис.1) В. имеются во всех кристаллах, как бы тщательно эти кристаллы ни выращивались. В реальном кристалле В. возникают и исчезают в результате теплового движения атомов. Механизм образования В. можно представить как выход атомов поверхностного слоя на поверхность с последующим переходом возникающих поверхностных «дырок» (см. рис.2 а, б, в). При этом вместо связи с тремя соседними атомами остаётся только одна связь, а две другие разрываются. Следовательно, работа, необходимая для образования В., равна энергии двух связей.

Рис. 1. Решётка кристалла с вакансией.

Рис. 2. Схема механизма «растворения» в кристалле окружающей его «пустоты».

В. беспорядочно перемещаются в кристалле, обмениваясь местами с соседними атомами. Движение В. является главной причиной перемешивания (самодиффузии) атомов в кристалле, а также взаимной диффузии контактирующих кристаллов. Каждой температуре соответствует определённая равновесная концентрация В. Количество В. в кристаллах металлов вблизи температуры плавления достигает 1-2% от числа атомов. При комнатной температуре у алюминия одна В. приходится на 10¹² атомов, а у таких металлов, как серебро и медь, количество В. при комнатной температуре ещё меньше. Однако, несмотря на малую концентрацию, В. существенно влияют на физические свойства кристалла: понижают плотность, вызывают ионную проводимость и др. В. играют важную роль в процессах термообработки, отдыхе металлов, рекристаллизации металлов, спекании и др. процессах.

Лит.: Уэрт Ч., Томсон P., Физика твёрдого тела, пер. с англ., М., 1966; Киттель Ч., Введение в физику твёрдого тела, пер. с англ., 2 изд., М., 1963.

Литейный ковш для извлечения металлургических расплавов из ванн путем создания разряжения в В. к.. В. к. плотно закрывается крышкой, через которую пропущена труба; конец трубы погружен в расплавленный металл. В В. к. насосом создается разрежение, и металл по трубе засасывается внутрь ковша.

Печь, в которой обработка металла (нагрев, плавка) производится под вакуумом. Нагревательные В. п. применяют при термической обработке высококачественной стали; плавильные В. п. - при производстве химически активных и тугоплавких металлов, а также высококачественных сталей и др. сплавов.

Плавка металлов и сплавов под пониженным остаточным давлением. При В. п. металл эффективно очищается от газов, летучих примесей и неметаллических включений, что создает условия для успешного использования этого метода в производстве металлов для особо ответственных изделий.

Получение в вакууме отливок из сплавов цветных металлов, гл. образом никелевых, титановых и др. жаропрочных сплавов. Изготовленные таким способом отливки отличаются повышенной плотностью и чистотой металла.

Вакуумное литье - процесс литья, при котором заполнение жидким металлом полости литейной формы ведётся в вакууме. При В. л. принудительное заполнение формы металлом сопровождается полным удалением из неё газов, что позволяет получать тонкостенные, плотные и высококачественные отливки. Применяются различные способы производства фасонных отливок методами В. л.: вакуумное всасывание металла в форму, расположенную над расплавом (cм. рис.), после чего кристаллизация происходит при атмосферном или повышенном давлении; вакуумное всасывание металла с использованием металлостатического давления (форма расположена под металлом); литьё в вакууме под давлением (в машине для литья под давлением при помощи вакуумированных прессформ); вакуумноцентробежная заливка и др. В. л. находит большое распространение в сочетании с вакуумной плавкой для производства фасонных отливок из спец. сталей и сплавов. Вакуум в зависимости от метода находится в пределах 40—0,3 Н/м² (0,3—2×10^-3 мм рт. ст.).

Схема литья вакуумным всасыванием: 1 — кристаллизатор; 2 — водоохлаждаемая рубашка; 3 — расплав; 4 — металлическая форма.

М. Я. Телис

Способ изготовления изделий из листовых термопластов. Изделие требуемой конфигурации получают в результате разности давлений, возникающей из-за разрежения в полости формы, над которой закреплен лист. Применяется, например, в производстве емкостей, деталей холодильников, корпусов приборов.

Вакуумформование - метод формования изделий из пластмассовых листов. При В. листовые материалы на основе термопластичных полимеров толщиной до 2 мм закрепляют на форме, нагревают до температуры размягчения и затем формуют под действием атмосферного давления, создавая в полости, образованной листом и поверхностью формы, разрежение (вакуум) порядка 10 кН/м2 (100 мм рт. ст.) (см. рис.).

Простейшая вакуумформовочная установка: 1 — форма-матрица; 2 — прокладки; 3 — прижимная рама; 4 — электронагреватель; 5 — лист термопласта; 6 — отверстия в матрице.

Изделия с большой глубиной вытяжки производят позитивным методом В. (материал формуется на поверхности выпуклой формыпуансона), изделия с малой глубиной вытяжки — негативным методом (материал втягивается в углубления формыматрицы). Оптически прозрачные детали (например, колпаки самолётных кабин) получают при так называемым свободном В., когда образующаяся в результате перепада давлений полусфера не касается стенок камеры (форма при этом методе не нужна), благодаря чему готовое изделие имеет гладкую поверхность.

Преимущества В. по сравнению с другими методами формования изделий из листа — малые удельные давления, позволяющие изготовлять формы из легко обрабатывающихся материалов (гипс, дерево, алюминий и др.). Методом В. получают различные ёмкости, изделия полусферической формы, детали холодильников и т.д.

Лит.: Брацыхин Е. А., Миндлин С. С., Стрельцов К. Н., Переработка пластических масс в изделия, М. — Л., 1966; Бернхардт Э. (сост.), Переработка термопластичных материалов, пер. с англ., М., 1965.

Р. В. Торнер

Металл сварного шва, наплавленный или переплавленный за один проход. Различают В. корневой и заполняющий.

Корневой В. укладывается по корню шва; заполняющий В. - в зазор между кромками свариваемых деталей поверх корневого В. после его естественного охлаждения до температуры не выше 40⁰.

Рабочий орган (инструмент) прокатного стана. В.п. выполняется основная операция прокатки - деформация (обжатие) металла для придания ему требуемых размеров и формы. В.п. состоят из трёх элементов (см.рис. 1): бочки, двух шеек (цапф), приводного конца валка («трефа»). В.п. делятся на листовые и сортовые. Листовые применяют для прокатки листов, полос и ленты; бочка у этих валков цилиндрическая либо слегка выпуклая или вогнутая; такие валки называют также гладкими. Сортовые служат для прокатки фасонного (сортового) металла (круглого и квадратного сечения, рельсов, двутавровых балок и др.); на поверхности бочки этих В.п. делают углубления, соответствующие профилю прокатываемого металла. Эти углубления называют ручьями (ручьи двух В.п. образуют калибры), а В.п. - ручьевыми (калиброванными).

Рис. 1 Прокатные валки листовые: 1 - бочка; 2 - шейки; 3 - приводной конец; 4 - прокатываемый металл (полоса).

Основные размеры В.п. (диаметр и длина бочки) зависят от сортамента прокатываемой продукции. Диаметр В.п. для горячей прокатки составляет от 250-300 мм (прокатка проволоки) до 1000-1400 мм (прокатка блюмов и слябов). Для холодной прокатки применяют В.п. диаметром от 5 мм (на 20-валковых станах при прокатке фольги) до 600 мм (на 4-валковых станах при прокатке тонких полос).

В.п. чугунные твёрдостью 35-45 единиц по Шору (изготавливаются отливкой в глиняные формы) наиболее дешёвые и применяются при горячей прокатке мягкой полосовой стали; чугунные В.п. твёрдостью 55-75 единиц по Шору (изготавливаются отливкой в металлической формы - кокили) - на листовых станах и чистовых клетях сортовых и проволочных станов; легированные (хромом, никелем, молибденом) чугунные В.п. твёрдостью 40-70 единиц по Шору - на сортовых рельсобалочных и тонколистовых станах горячей прокатки; стальные В.п. - на блюмингах, слябингах, обжимных клетях сортовых станов и на станах холодной прокатки. Рабочие В.п. небольших многовалковых станов, а также станов для плющения проволоки из высокопрочных сталей изготовляют из керамических твёрдых сплавов типа карбида вольфрама (с добавкой кобальта); износостойкость таких валков в 30-50 раз выше, чем стальных легированных. Износостойкие и прочные В.п. для сортовой и листовой прокатки получают наплавкой их поверхности твёрдыми и сверхтвёрдыми сплавами.

Изношенные В.п. восстанавливают переточкой на вальцетокарных станках или перешлифовкой (валки листовых станов) на вальцешлифовальных станках.

Лит.: Целиков А. И., Смирнов В. В., Прокатные станы, М., 1958; Королев А. А., Механическое оборудование прокатных цехов, 2 изд., М., 1965.П. И. Полухин.

Вальцовка, процесс объёмного штампования заготовок вращающимися штампами (секторами), укрепленными на валках машины - кузнечных ковочных вальцах). Заготовку устанавливают на вальцах, когда валки находятся в нерабочем положении (см. рис. 1 а). Валки, вращаясь в противоположные стороны, захватывают заготовку и деформируют её (см. рис. 1 б). В. - высокопроизводительный процесс, позволяющий получать точные заготовки при высоком коэффициенте использования металла. В.применяют для изготовления шатунов, звеньев транспортёров и др. деталей машин, а также для получения фасонных заготовок переменного сечения под последующее штампование на прессах и молотах. Для В. фасонных заготовок часто применяют малогабаритные консольные ковочные вальцы. Распространено горячее В. заготовок, подштампование лопаток турбин и компрессоров. Точное холодное В. лопаток позволяет исключить их механическую обработку. В. обеспечивает непрерывное деформирование и ориентировку волокон металла соответственно конфигурации детали, что придаёт ей высокие механические качества. См. Обработка металлов давлением

Рис. 1. Схема вальцевания: а - исходное положение; б - рабочее положение; 1, 5 - валки; 2, 4 - штампы (секторы); 3 - заготовка.

Лит.: Суслов П. В., Кузнечно-прессовое оборудование, М., 1956; Мартынов В. Н., Изготовление поковок и фасонных заготовок в ковочных вальцах, М., 1958. Д. И. Браславский.