Введение
1. Литературный обзор 10
1.1 Свойства и методы получения металлов высокой чистоты 10
1.1.1 Ниобий и тантал 13
1.1.2 Ванадий 15
1.1.3 Вольфрам и молибден 17
1.1.4 Цирконий 20
1.2 Основы теории зонного рафинирования веществ 23
1.2.1 Распределение после одного прохода 23
1.2.2 Учет испарения примеси при зонной плавке 28
1.2.2.1 Уравнения, описывающие испарение примесей 29
1.2.2.2 Расчет коэффициента разделения 33
1.2.2.3 Коэффициент разделения для газовых примесей 37
1.3 Межфазные коэффициенты распределения кристалл-жидкость и жидкость-пар. 40
1.3.1 Методы определения коэффициента распределения 40
1.3.2 Методы определения коэффициента разделения 41
1.3.3 Концентрационная зависимость коэффициента разделения в области малых концентраций 43
Выводы по разделу 45
2. Физико-химические основы моделирования процессов вакуумного рафинирования металлов 46
2.1 Постановка задачи 46
2.2 Неидеальные регулярные растворы 51
2.3 Системы с положительным отклонением от закона Рауля 55
2.4 Системы с отрицательным отклонением от закона Рауля 61
2.5 Моделирование рафинирования в системах с химическими соединениями 68
Выводы по разделу 77
3. Методика численного моделирования рафинирования металлов в процессе динамической вакуумной плавки 79
3.1 Ограничения аналитических методик моделирования динамической вакуумной плавки 79
3.2 Уравнения материального баланса примеси при динамической вакуумной плавке 82
3.2.1 Уравнение материального баланса примеси для среднего участка слитка.. 84
3.2.2 Расчет относительной потери массы 86
3.2.3 Уравнения материального баланса примеси для начального и конечного участков слитка 88
3.3 Алгоритм расчета распределения примесей по длине слитка в многокомпонентных системах 91
3.4 Скорость испарения вещества при плавке в разреженной атмосфере 94
Выводы по разделу 101
4. Разработка программного обеспечения и базы данных для моделирования динамической вакуумной плавки 102
4.1 Требования к программному обеспечению 102
4.2 Программа моделирования рафинировочной вакуумной плавки 104
4.2.1 Параметры математической модели 104
4.2.2 Интерфейс программы 106
4.3 База данных для программы моделирования плавки 110
4.3.1 Структура базы данных 110
4.3.2 Отбор данных для базы 111
Выводы по разделу 112
5. Моделирование рафинирования туговлавких металлов от металлических и газовых примесей в процессе зонной плавки 113
5.1 Рафинирование ванадия и тантала от металлических примесей 113
5.2 Рафинирование ниобия от азота 116
5.3 Рафинирование ниобия и ванадия от кислорода и углерода 119
5.4 Рафинирование циркония металлом-раскислителем 127
5.5 Сравнение расчетных данных по рафинированию ниобия с экспериментальными. 128
Выводы по разделу 129
Основные выводы 131
Список литературы
