Статья : Электромагнитное перемешивание в системе висмут–олово при бестигельной зонной плавке с индукционным нагревом 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Статья >> Экономика


Электромагнитное перемешивание в системе висмут–олово при бестигельной зонной плавке с индукционным нагревом




Электромагнитное перемешивание в системе висмут–олово при бестигельной зонной плавке с индукционным нагревом

Асп. Елекоева К.М., к.ф.-м.н. Гринюк В.Н.

Кафедра физики.

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)

Показано, что вклад перемешивания в реальное значение коэффициента распределения зависит от напряженности поля, создающего электроперенос и глубины диффузии примеси в жидкой зоне.

В работах [1 – 5] отмечалось повышение степени рафинирования при зонной плавке с ВЧ-индуктором при пропускании через расплав постоянного или переменного тока. Это объяснялось электропереносом в расплаве или явлением Пельтье на границе твердой и жидкой фаз рафинируемого слитка. Для обычных неполупроводниковых материалов указывалось на доминирующую роль электроперенноса в расплаве. Другие механизмы, в частности, перемешивание жидкой зоны, по причине взаимодействия электромагнитного поля ВЧ-индуктора и тока, предполагались вероятными, но специально не исследовались. Положительное действие возможного электромагнитного перемешивания в жидкой зоне по данным Пфанна и Дорси [2] требует уточнения по реальной причине захвата примесей фронтом кристаллизации [3,4]. При этом возможно не только ухудшение очистки от примеси, но и загрязнение ею рафинируемого слитка. Величина коэффициента распределения Кэф при этом может возрастать, что отмечалось в работе [3] для рафинируемой системы висмут–олово. Но количественная оценка такого возрастания в этой работе не проводилась.

Целью настоящей работы было выяснение количественного вклада электромагнитного перемешивания в реальное значение эффективного коэффициента распределения примеси и его зависимости от основных параметров, включая скорость процесса и глубину диффузии в жидкой зоне.

Достижение цели, обозначенной выше, удобно начать с рассмотрения зависимостей эффективного коэффициента распределения Кэф примеси Sn в системе Bi–Sn от скорости перемещения фронта кристаллизации R при разных значениях напряженности электрического поля Е, вызывающего ток через расплав и глубины диффузии δ по экспериментальным данным [3]. Эти зависимости приведены на рисунке, на котором зависимость 1 отвечает процессу Е = 1в·см-1, δ = 0,4D; кривые 2,4 – значениям Е = 1В·см-1, δ = 0,1D и Е = -1В·см-1, δ = 0,4D соответственно, где D – коэффициент диффузии примеси в расплаве. Кривые 3,5 были рассчитаны по теории Прима-Бартона-Слихтера при Е = 0, δ→0 и теории процесса [4] с электропереносом в расплаве, так что Кэф = Кэф (К0,Е, δ), где К0=Кэф min.

С учетом зависимостей на рисунке можно ввести в рассмотрение фактор перeмешивания Pik, где i, k – индексы, отвечающие номерам кривых на рисунке. При этом i соответствует экспериментальной кривой, k – опорной теоретической зависимости. Величина Pik будет равна площади области расслоения графика Кэф = Кэф (К0,Е,δ) из-за добавки механизма перемешивания для i-й экспериментальной кривой. На рисунке эти области расслоения заштрихованы различно в зависимости от вида процесса для данных параметров К0,Е, δ.

В рамках принятой выше теоретической модели

, (1)

где – экспериментальные и теоретические параметры в соотношении (1) будут функциями магнитных и электрических характеристик внешнего поля.

В соответствии с (1) и нашей теоретической моделью получим равенство для нахождении величины Рik в виде:

. (2)

В таблице приведены полученные из соотношения (2) значения Рik для трех процессов зонной очистки в системе висмут–олово по данным работы [3].

Процесс, параметры

К0min

Область интегрирования, R0, R0+ΔR, μ·с-1

Рik

Без перемешивания

Е=0, δ=0

~0

0 – 50

0

Перемешивание с ЭМ-полем

Е = 1В·см-1, δ = 0,4D

0,45

0 – 50

0,14

Перемешивание с ЭМ-полем

Е = 1В·см-1, δ = 0,4D

0,35

0 – 50

0,03

Из рассмотрения данных таблицы видно, что фактор электромагнитного перемешивания при зонной очистке с наложенным электрическим полем зависит от полярности приложенного поля. При Е>0 величина Рik максимальная, что отвечает и худшей степени очистки при данной полярности поля. Надо полагать, что это связано с притоком ионов примеси в область фронта кристаллизации и захватом ее в рафинируемую часть слитка. Здесь во всем диапазоне скоростей кристаллизации значение величины Кэфmin=К0 больше, чем в отсутствие перемешивания. Интересно отметить, что при перемене полярности при Е<0 , наоборот, Кэф минимально и К0 = К0min. Это соответствует обратному движению примеси от фронта кристаллизации в центр жидкой зоны и лучшей очистке слитка от примеси. Здесь фактор перемешивания Рik=0,03, т.е минимален и лучший эффект очистки достижим не перемешиванием, а доминирующим электропереносом примеси в центр жидкой зоны, что уже отмечалось ранее в работе [4].

Таким образом, предлагаемая выше теоретическая модель электромагнитного перемешивания на основе введенного фактора перемешивания хорошо описывает ранее известную экспериментальную информацию по зонной очистке с электропереносом в расплаве.

Список литературы

Гринюк В.Н., Папиров И.И., Тихинский Г.Ф., Дьяков И.Г. // Изв. АН СССР, Металлы, 4, 405, 1967.

Pfann W., Dorsi. Rev Scient.Instr.28, 720, 1957

Verhoeven J. // Тrans. AIME, 233, 1156, 1962.

Гринюк В.Н. Электроперенос и электрорафинорование в бериллии. Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Харьков, 1974.

Shoub B., Potard С. Conf. Inter. Sur la Mét. du berullium, Grenoble, 1965. Pres. Univ. de France, Paris, 1966.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.skgtu.ru/

Похожие работы:

  • Химия, элементы таблицы Менделеева

    Реферат >> Химия
    ... областям электромагнитного спектра излучение ... при хранении запасов олова. Кристаллы серого олова ... бурно вскипит. При перемешивании такой перегретой ... гетерогенной системы. Например, система, состоящая ... глазурей, оксид висмутапри производстве хрусталя. ...
  • Технология обработки конструкционных материалов

    Учебное пособие >> Промышленность, производство
    ... ее по матрице. При электромагнитной штамповке (рис.16.3. ... является степень перемешивания при наплавке основного металла ... свинцовые, на основе висмута, индия, олова, цинка, свинца. ... станки снабжаются следящей системой и системой автоматической подачи инструмента ...
  • Экология Москвы-реки

    Реферат >> Экология
    ... промышленным стокам. При современных системах локальной очистки промышленных ... цинка, свинца, кадмия, висмута, меди, олова, никеля и др. Значения ... ) Другим простейшим вариантом электромагнитного перемешивания является использование генераторов магнитного ...
  • Нанесение и получение металлических покрытий химическим способом

    Дипломная работа >> Промышленность, производство
    ... при умеренном перемешивании раствора сжатым воздухом [26]. При ... металлам относится олово, свинец, кадмий, цинк, висмут и сурьма ... обеспечивает электростатическое и электромагнитное экранирование приборов и ... выпадения осадка. Система циркуляции и регенерации ...
  • Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

    Реферат >> Технология
    ... При охлаждении системы полупроводник–полимер, отверждённой при ... от воздействий электромагнитного поля и радиоактивного ... алюминия 10-1, висмута 10-2, железа ... , магния 5*10-2 , олова 5* 10-2 , свинца ... перемешивания, продолжительность обработки и способ сушки. При ...
  • Эффективные методы очистки технических вод машиностроительного производства

    Реферат >> Экология
    ... , медью, оловом и др.). При химическом взаимодействии ... и некоторых соединений висмута упоминается также и ... образование биообрастаний в системах распределения • слабый ... , поэтому при отсутствии пе­ремешивания прианодного слоя ... Клапан электромагнитный Р1, ...