Зонная плавка
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
µнии твердых тел, выращивании монокристаллов, измерении коэффициентов диффузии в жидкостях, скоростей растворения и затвердевания и т.д.
2. ПРОМЫШЛЕННОЕ РАФИНИРОВАНИЕ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ ЗОНННОЙ ПЛАВКОЙ
Промышленное освоение процесса рафинирования тугоплавких металлов методом зонной плавки в бывшем Советском Союзе началось в 60-е годы на Узбекском комбинате тугоплавких и жаропрочных материалов. Наиболее широкое распространение получил способ электронно-лучевой зонной плавки (ЭЛЗП), основы которого были изложены в разделе 1.2.2.
Способ зонной плавки с электронным нагревом имеет ряд преимуществ [3]: высокая удельная концентрация мощности, высокий КПД установок (более 70 %), возможность создания очень узкой зоны нагрева путём фокусирования пучка электронов; возможность перемещения зоны не только в результате механического перемещения образца или излучателя, но также вследствие отклонения потока электронов.
Рафинирование в условиях ЭЛЗП происходит в результате процесса перемещения узкой зоны расплавленного металла. Чтобы исключить контакт переплавляемого тугоплавкого металла с материалом тигля и предотвратить его неизбежное загрязнение, процесс ведут вертикальной бестигельной плавкой [3] (рис. 2.1).
Рис.2.1 - Схема бестигельной электронно-лучевой зонной плавки:
1- твёрдый нерафинированный металл, 2- кольцевой катод,
3 плавающая зона, 4- твёрдый рафинированный металл
В вертикально расположенном образце узкая расплавленная зона металла, сформированная пучком электронов, удерживается от растекания силами поверхностного натяжения. При этом отношение поверхностного натяжения к плотности металла должно быть не менее 100:1 [18].
Установка для зонной плавки с электронным нагревом по типу излучателей электронов разделяют на два класса: с кольцевым излучателем и аксиальным. В установках для вертикальной бестигельной зонной плавки чаще применяются кольцевые излучатели как более экономичные и простые в конструктивном отношении.
Основными механизмами рафинирования при ЭЛЗП тугоплавких металлов являются испарение примесей и зонная перекристаллизация [19]. Высокая степень очистки достигается многократным перемещением расплавленной зоны вдоль слитка.
Электронная плавка обязательно ведётся в вакууме. Как правило, остаточное давление в камере составляет порядка 1,33 10-2 Па.
В процессе бестигельной ЭЛЗП возможно интенсивное (взрывное) испарение примесей, которое сопровождается брызгами расплавленного металла.
Происходит как загрязнение катода испаряющимися примесями и каплями переплавляемого металла, так и загрязнение расплавленной зоны металла материалом катода. В результате может возникнуть нестабильность анодного тока, отрицательно сказывающаяся на качестве очистки. Во избежание этого применяют катодный узел специальной конструкции с серией экранов и отклоняющих систем.
При зонной плавке практически не удаляются металлические примеси, близкие по упругости пара к основному компоненту, в особенности таких тугоплавких металлов как ванадий, ниобий, цирконий. Малоэффективна очистка от примесей внедрения [19].
3. Расчёт распределения примеси В СЛИТКЕ ПРИ ОЧИСТКЕ ЗОННОЙ ПЛАВКОЙ
3.1. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной очисткипри исходной концентрации примеси 0,01 мас.%
Исходные данные:
Коэффициент распределения примеси, ko: 4
Значение длины зоны, l, м : 0,02
Массовая концентрация примеси в исходном слитке, Со, %: 0,01
Число шагов, укладывающихся в длине зоны 100
Число длин зон, укладывающихся в длине слитка 10
Число проходов 4
****************
Проход номер 1
****************
Концентрация Координата
1 0,039999999 0,00000
2 0,034561921 0,00100
3 0,022443488 0,00440
4 0,021955572 0,00460
5 0,021486787 0,00480
6 0,021036385 0,00500
7 0,020603640 0,00520
8 0,020187866 0,00540
9 0,017397907 0,00700
10 0,013600951 0,01060
11 0,012614829 0,01220
12 0,011976246 0,01360
13 0,011898756 0,01380
14 0,011824305 0,01400
15 0,011752773 0,01420
16 0,011684046 0,01440
17 0,011618013 0,01460
18 0,011554570 0,01480
19 0,011493615 0,01500
20 0,011435050 0,01520
21 0,011378780 0,01540
22 0,011324718 0,01560
23 0,011272775 0,01580
24 0,011222869 0,01600
25 0,011174919 0,01620
26 0,011128850 0,01640
27 0,011084587 0,01660
28 0,011042060 0,01680
29 0,011001200 0,01700
30 0,010961943 0,01720
31 0,010924225 0,01740
32 0,010887985 0,02235
33 0,010853167 0,02533
34 0,010819714 0,02975
35 0,010787573 0,03540
36 0,010756691 0,04070
37 0,010727021 0,04865
38 0,010698514 0,05435
39 0,010671125 0,06095
40 0,010644810 0,06690
41 0,010619527 0,07264
42 0,010595235 0,08240
43 0,010571895 0,0887
44 0,010549471 0,0935
45 0,010527926 0,1
Рис. 3.1 - Зависимость распределения примеси в слитке после
зонной очисткипри исходной концентрации примеси
0,01 мас.%
3.2. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной