СПОСОБ ЗОННОЙ ПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК C30B13/16 

Описание патента на изобретение RU2244048C2

Изобретение относится к зонной плавке и может быть использование для получения и очистки различных материалов.

Известны способ зонной плавки /В.Пфанн, Зонная плавка. - М.: Мир, 1970/, в котором нагрев участков загрузки осуществляют вихревыми токами, индуктированными многовитковым индуктором, установленным снаружи загрузки и контейнера. Известен способ зонной плавки и устройство для его осуществления /патент РФ №2124078/, в котором нагрев участков загрузки осуществляют индукторами изнутри загрузки. В первом случае при нагреве загрузки большого сечения и при использовании больших мощностей индуктор и соответственно участок плавки имеют большую длину. Во втором случае для выделения большой мощности в загрузке индуктирующий провод должен иметь большое поперечное сечение.

Задачами настоящего изобретения являются: расширение технологических возможностей зонной плавки, повышение ее производительности и повышение кпд использования электрической энергии.

Для осуществления этой цели нагрев материала загрузки до температуры ведения процесса осуществляют вихревыми токами, индуктированными в ограниченном объеме с помощью концентрированного переменного магнитного поля /потока/, направленного таким образом, чтобы создавались зоны /участки/ плавки. В качестве источника электромагнитного поля /потока/ для создания каждой зоны плавки применяют нагреватели, имеющие в своем составе одну или несколько электрических обмоток /катушек/ и магнитопровод с разрывом магнитной цепи, в котором при плавке находится контейнер с загрузкой.

Зонную плавку осуществляют следующим способом. В устройстве для зонной плавки во внутреннем контейнере 1 с определенной скоростью перемещают загрузку и при поступлении ее в зону действия магнитного потока первого нагревателя создают первый участок 2 /зону/ расплавленного материала определенной длины, зависящей прежде всего от высоты магнитного потока /толщины магнитопровода/, ширина которого примерно равна ширине загрузки. При дальнейшем перемещении загрузки расплавленный материал поступает в зону действия охладителя 3 и охлаждается до отвердевания, создавая участок 4 твердой и твердожидкой фаз, на границе которых с жидкой фазой происходят диффузионные процессы и перераспределение концентраций примесей, далее противоположная часть участка 4 твердой фазы поступает в зону действия следующего нагревателя и процесс зонной плавки повторяется. Процессы плавки и отвердевания повторяются столько раз, сколько нагревателей и охладителей содержит устройство. После прохождения последнего охладителя загрузка отвердевает и состоит в общем случае из трех условных участков: двух концевых, на которых в результате диффузионных процессов содержание примесей имеет повышенную концентрацию, и среднего участка низкой концентрации примесей. Нагрев и расплавление участков /зон/ загрузки осуществляют теплом, выделяющимся от действия вихревых токов, индуктированных концентрированным переменным магнитным полем /потоком/, направленным вдоль поперечного сечения участков, являющихся звеном магнитной цепи нагревателя: магнитопровод 5 - теплоизоляция 6 - участок 2 загрузки с контейнером - теплоизоляция 6 - магнитопровод 5. Магнитодвижущую силу создают одной или несколькими установленными на магнитопроводе обмотками /катушками/ 7. Длина разрыва магнитопровода превышает размер сечения контейнера. Использование магнитопровода позволяет уменьшить реактивные потери цепи и повысить кпд устройства, использовать источник тока со значительно меньшими значениями тока в сравнении с используемыми для нагревателей-индукторов. Длина зоны /участка/ плавки значительно меньше, чем при использовании многовитковых нагревателей-индукторов, устанавливаемых снаружи загрузки и контейнера.

Устройство для зонной плавки содержит: контейнер 1 для загрузки с установленными на нем охладителями 3; расположенные на равном расстоянии от охладителей нагреватели с магнитопроводами 5 и обмотками 7; теплоизоляцию 6; наружный контейнер 8. Кроме этого, устройство может иметь различной конструкции раму /станину, остов/, привод, систему охлаждения, систему питания электрическим током, силовое электрооборудование, приборы автоматики, датчики и т.п.

На фиг.1 изображена зонная плавка загрузки прямоугольного сечения с ее перемещением сверху вниз, на фиг.2 - поперечное сечение устройства в плоскости, проходящей через нагреватель.

Зонную плавку загрузки прямоугольного сечения, например свинцовой, сечением 0,11×0,1 м осуществляют следующим образом. По имеющимся свойствам и характеристикам свинца и скорости перемещения загрузки определяют количество тепла, необходимое для создания участков плавки, и необходимый для получения данного количества тепла ток и напряжение. Примем температуру ведения процесса равной 400°С, толщину стенок контейнера 2 мм, толщину изоляции между контейнерами 100 мм, расстояние между нагревателями 150 мм. Мощность, выделяемая на первом нагревателе, составит около 1,8 кВт при скорости перемещения загрузки 0,5 м, на следующих нагревателях около 1,2 кВт. Перемещая во внутреннем контейнере загрузку в течение 4 часов, можно на выходе получить слиток длиной 2 м, из которого можно получить 175 кг очищенного свинца.

Все режимы зонной плавки определяют эмпирическим путем. Расчеты нагревателей, обмоток, охлаждения, тепловых потерь, скорости подачи загрузки и т.п. осуществляют по известным формулам.

Похожие патенты RU2244048C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ЗОННОЙ ПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Забаровский В.Х.
RU2124078C1
СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1993
  • Забаровский Владимир Харлампиевич
RU2093329C1
СПОСОБ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ СВАРКИ ШВОВ В НИЖНЕМ ПОЛОЖЕНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1993
  • Забаровский Владимир Харлампиевич
RU2103133C1
Способ сварки и наплавки и устройство для его осуществления 1988
  • Забаровский Владимир Харлампиевич
SU1622105A1
Способ обработки материалов и устройство для его осуществления 1990
  • Забаровский Владимир Харлампиевич
SU1773242A3
СПОСОБ ОБРАБОТКИ СКВОЗНЫХ ОТВЕРСТИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1993
  • Забаровский В.Х.
  • Егоров В.П.
RU2089343C1
Способ сварки и наплавки плавлением 1987
  • Забаровский Владимир Харлампьевич
SU1797543A3
Способ электрошлаковой сварки и устройство для его осуществления 1989
  • Забаровский Владимир Харлампиевич
SU1691016A1
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕГРЕВА МНОГОВИТКОВЫХ, МНОГОСЛОЙНЫХ ИНДУКТИРУЮЩИХ КАТУШЕК 2004
  • Круглов Виталий Митрофанович
RU2317658C2
Индуктор для нагрева заготовок 1979
  • Кочергин Леонид Леонидович
  • Зубер Дмитрий Леонидович
  • Ланцов Аркадий Николаевич
SU851792A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 244 048 C2

Реферат патента 2005 года СПОСОБ ЗОННОЙ ПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение может быть использовано для получения высокочистых материалов. Участки зонной плавки образуют нагревом материала загрузки выше температуры плавления вихревыми токами, индуктируемыми магнитным полем. Охладители, установленные за нагревателями, создают участки твердой фазы. Вблизи отвердевающей поверхности раздела фаз создаются оптимальные условия для диффузии примесей. Устройство для зонной плавки содержит внешний и внутренний контейнеры с установленными на нем охладителями, теплоизоляцию и нагреватели, которые создают электромагнитное поле, индуктирующее в загрузке вихревые токи. Количество нагревателей и охладителей выбирается в зависимости от необходимой степени очистки, что позволяет достигать высокой производительности процесса и высокой степени очистки. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 244 048 C2

1. Способ зонной плавки, включающий перемещение загрузки, нагрев ее участков выше температуры плавления вихревыми токами и охлаждение участков загрузки до отвердевания, отличающийся тем, что вихревые токи индуктируются внешним по отношению к внутреннему контейнеру с загрузкой концентрированным переменным магнитным полем, направленным вдоль поперечного сечения участков.2. Устройство для зонной плавки, содержащее внешний контейнер, теплоизоляцию, внутренний контейнер, с установленными на нем охладителями и нагреватели, отличающееся тем, что нагреватели имеют электрические обмотки и магнитопроводы с разрывами магнитной цепи под установку контейнера для загрузки, причем длина разрыва магнитопровода превышает размер сечения контейнера.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2244048C2

СПОСОБ ЗОННОЙ ПЛАВКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1996
  • Забаровский В.Х.
RU2124078C1
ПФАНН В.П
Зонная плавка
- М.: Мир, 1970, с.112 и 109
Способ зонной перекристаллизации металлов и сплавов 1959
  • Хохлов Ю.С.
SU127411A1
НАГРЕВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ 0
SU165311A1
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЗОННОЙ ПЛАВКИ 0
SU284203A1
DE 3428604 A1, 13.02.1986
US 4325777 A, 20.04.1982.

RU 2 244 048 C2

Авторы

Забаровский В.Х.

Даты

2005-01-10Публикация

2000-06-23Подача