Зонная плавка
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
?борудование при условии, когда движущимся элементом является нагреватель.
2. Однократное прохождение слитка через несколько нагревателей (см. рис. 1.2).
Способ связан с большими энергетическими затратами. Даёт максимальный выигрыш во времени, но проигрыш в площади, занимаемой установкой, которая тем больше, чем длиннее загрузка.
3. Возвратно-поступательное прохождение слитка через несколько нагревателей (частный случай схемы, приведенной на рис. 1.2).
Отличается от способа 2 не только характером перемещения слитка, но и ужесточением требований к зонам нагрева, количество которых (Н) должно строго соответствовать отношению Н=L/d, где L- длина слитка, d- расстояние между нагревателями, равное длине хода.
Как правило, проход начинается от края загрузки (слитка), появившегося из нагревателя. Загрузка медленно перемещается на расстояние d, а затем быстро возвращается в исходное положение, передавая расплавленные зоны следующим нагревателям. Повторяя такие циклы, через слиток можно пропустить любое число зон.
Возвратно-поступательный способ 3 имеет ряд преимуществ по сравнению со способом 2. Эти преимущества связаны с возможностью уменьшения количества нагревателей, снижением расхода энергии, уменьшением габаритов установки и соответственно производственных площадей. По сравнению со способом 1 применение способа 3 сокращает длительность процесса и тем существеннее, чем больше количество проходов слитка через нагреватель. Возвратно-поступательный способ особенно экономичен при тоннажных загрузках, когда рафинирование осуществляется непрерывно по зоннопустотному методу (см. далее раздел 1.2.3).
В зависимости от выбранной схемы зонной плавки используются различные приводные механизмы: с ходовым винтом, барабанный, кулачковый, электродвигатели с концевыми переключателями и т.д. Перемещение зон по слитку может осуществляться и без движения загрузки или нагревателей, применяя специальные способы нагрева.
Одной из основных и сложных операций при зонной плавке является обеспечение максимальной температуры в зоне плавления и охлаждения примыкающей к зоне твёрдой фазы. Проблема перемещения зоны сводится к движению нагревателя и холодильника, отводу тепла плавления от фронта кристаллизации или подводу теплоты плавления к расплавляющейся поверхности. Даже при малых скоростях перемещения, характерных для зонной плавки, поглощение теплоты плавления и выделение теплоты затвердевания заметно изменяют профили температур, когда образовавшаяся зона начинает перемещаться. Поэтому выбор того или иного способа нагрева и охлаждения в значительной мере определяется температурой плавления материала. Например, нагрев материалов, имеющих температуру плавления близкую комнатной, может осуществляться проволокой сопротивления, излучением или трубками с текущей в них горячей жидкостью. Охладителями могут служить воздух, а также трубки, с протекающей в них охлаждающей жидкостью. Если материал плавится при температуре ниже комнатной, дополнительную нагрузку должны нести охлаждающие трубки.
Рассмотрим основные способы нагрева и охлаждения, которые применяются при тигельной зонной плавке металлов:
Нагрев сопротивлением. Используется при зонной плавке металлов, имеющих температуру плавления ниже 500 0С. Нагреватели сопротивления могут быть простыми - нескольких витков изолированной проволоки, и сложными спираль из изолированной проволоки, снабженная отражателем, многовитковая катушка с хорошей тепловой изоляцией и т.д.
Охлаждение, используемое при нагреве сопротивлением: естественная и принудительная конвекция воздуха; элементы, охлаждаемые водой (экраны, трубки и т.д).
Индукционный нагрев. Применяется для металлов с высокой температурой плавления и хорошей электропроводностью. По сравнению с нагревом сопротивлением позволяет формировать более короткую зону. Является одним из лучших способов нагрева с точки зрения предотвращения расплавленной зоны от дополнительного загрязнения. К преимуществам индукционного нагрева также относятся: перемешивание расплава вихревыми токами, возможность генерирования тепла внутри самой загрузки, что уменьшает загрязнение контейнера. К числу недостатков относится громоздкость, дороговизна оборудования и сложность эксплуатации.
Основными способами индукционного нагрева являются: прямой индукционный нагрев, индукционный нагрев цилиндрическим нагревателем, индукционный нагрев погруженного нагревателя.
В качестве охлаждающих устройств используются водоохлаждаемые контейнеры, в том числе трубы.
Нагрев электрическим разрядом. Применяется при зонной плавке тугоплавких металлов и сплавов (вольфрам, молибден, ниобий, цирконий, рений и т.д.). Расплавление металла осуществляется за счет энергии электрической дуги, возникающей между электродом и металлом. В качестве охлаждающего агента используется вода.
Производительность зонной очистки увеличивается при перемешивании зон. С этой точки зрения, как было показано выше, предпочтительно использование индукционного нагрева. Но не все методы перемешивания эффективны. Так, применение механических мешалок усложняет аппаратуру и является дополнительным источником загрязнения. По мере возможности следует прибегать к принудительному конвекционному перемешиванию, позволяющему повышать допустимую скорость движения зон приблизительно в 10 р