Зонная плавка
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
? реальных процессов описывается выражением:
(5)
Данное выражение позволяет анализировать влияние на сегрегационные процессы скорости перемещения зоны и условий перемешивания жидкой фазы.
Условие 3 справедливо только для сильно разбавленных растворов, т.е. при малых концентрациях примеси в системе. Кроме того, условие малости концентрации должно соблюдаться на протяжении всего процесса зонной плавки. Для того, чтобы допущение 3 оказалось состоятельным, требуется использовать при кристаллизационной очистке исходные материалы прошедшие предварительную очистку.
- Методы и технические средства зонной плавки
Зонное рафинирование многостадийный периодический процесс, в котором операции выполняются последовательно на одной партии материала. Этому процессу свойственны некоторые ограничения, среди которых постепенное снижение эффективности очистки с увеличением числа проходов и большие затраты, связанные с загрузкой, разгрузкой и разделением чистой и загрязненной фракций. Подобные трудности предотвращаются непрерывным зонным рафинированием, которое заключается в загрузке материала в одной части колонны и выводе отходов и чистого продукта в других её точках (см. далее раздел 1.2.3).
Преимущества зонной плавки перед другими методами очистки увеличиваются при многократной кристаллизации, которая реализуются в процессе многократной зонной очистки. Схема зонной плавки, в которой образец движется через несколько обогреваемых зон, представлена на рис.1.2.
Рис.1.2.- Схема процесса многократной зонной плавки
Зонную плавку осуществляют тигельным и бестигельным способами [1,3]. Рассмотрим их особенности более подробно.
- Тигельный способ зонной плавки
Если зонная плавка осуществляется в контейнере (тигле) [1] , то по ряду причин (удобство визуального наблюдения за твёрдой и жидкой фазами, простота удаления материала из контейнера и т.д) её стараются осуществлять в контейнере с горизонтальной загрузкой.
Вертикальные контейнеры и очистительные установки занимают меньше производственной площади и экономичнее в отношении условий теплопередачи. Однако пользоваться вертикальными контейнерами надо с осторожностью, так как перенос массы может привести к растрескиванию его закрытого конца, особенно при изготовлении контейнера из хрупкого материала, например, термостойкого стекла, кварца.
Выбор материала контейнера для проведения зонной очистки зависит от природы очищаемого вещества. Основные требования к материалу контейнера - это отсутствие загрязнений и химического взаимодействия с расплавом, несмачиваемость, минимальная пористость, являющаяся источником адсорбирования газа в пустотах.
Для менее активных веществ, подлежащих зонной очистке, в качестве материала контейнера используют кварц, графит, окиси алюминия и магния.
Некоторые вещества при расплавлении настолько химически активны, что для них не существуют тигельные материалы, не загрязняющие их. Для таких активных и тугоплавких веществ (кремний, железо, бериллий, молибден, вольфрам, ниобий и т.д) разработаны специальные способы бестигельной зонной плавки (подробнее в разделах 1.2.2 и 2).
Немаловажное значение имеет форма контейнера, которая выбирается с расчетом удобства регулирования длиной зоны и межзонного промежутка. Как правило, продольная теплопроводность контейнера должна быть меньше или одинакова с продольной теплопроводностью загруженного материала.
При выборе формы поперечного сечения слитка, подлежащего очистке, руководствуются требованиями минимизации длины зоны и межзонного промежутка, предотвращения загрязнения и обеспечения удобства эксплуатации. Как правило, выбирают круглую форму, которая благодаря минимальной площади поверхности соприкосновения обрабатываемого материала с контейнером и атмосферой в меньшей степени подвергает его возможному загрязнению. В то же время, из-за малой величины отношения площади поверхности к объему слитка затрудняется создание коротких зон и межзонных промежутков. В этом отношении предпочтительнее прямоугольная и кольцеобразная формы поперечного сечения слитка.
Наиболее распространенной формой загрузки остаётся прямой цилиндр, который в продольном сечении имеет вид прямоугольника (см. рис. 1.1 и 1.2). В случае, когда требуется более длинная загрузка без изменения габаритов установки, контейнеру и загрузке придают форму эллипса, круга, спирали, винта. При этом эффективно используется площадь, зоны создаются единственным источником нагрева и приводятся в движение простым вращением.
Для обеспечения высокого качества зонной очистки перемещение зон должно быть достаточно равномерным со скоростью порядка нескольких сантиметров в час. Движущимся элементом могут быть как загрузка, так и нагреватель в зависимости от конкретных условий работы. При возвратно-поступательном движении зон предпочтение отдается перемещению нагревателя, что предотвращает переливание жидкости при изменении направления движения контейнера. Рассмотрим три основных способа прохождения расплавленных зон через прямой слиток:
- Многократное прохождение слитка через нагреватель (см. рис.1.1).
Данный способ малопроизводительный, но даёт наибольший выигрыш в площади и расходах на ?/p>