Сучасна електрометалургія, 2022, №04



2022 №04 (04)

DOI of Article 10.37434/sem2022.04.05

2022 №04 (06)

---

Сучасна електрометалургія, 2022, #4, 27-33 pages

Дослідження енергетичного балансу в системі кристал–високочастотний нагрівальний модуль при плазмово-індукційному вирощуванні монокристалів тугоплавких металів

В.О. Шаповалов, Ю.О. Никитенко, О.М. Гніздило, В.Р. Бурнашев, О.В. Карускевич, Т.І. Дубова, В.В. Якуша

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Реферат
Розглянуто питання оптимізації конструкції індукційного нагрівального модуля при розробці обладнання та технології плазмово-індукційного вирощування надвеликих тугоплавких монокристалів вольфраму у формі тіл обертання. Досліджено вплив геометричних параметрів індукційного модуля на енергетичні характеристики системи багатосекційний індуктор–монокристал і розроблено найбільш раціональну конструкцію високочастотного нагрівача. Характер розподілу питомої густини теплової енергії на поверхні кристала, що нагрівається у високочастотному полі індуктора визначеної геометрії, забезпечує формування заданого температурного поля та певного рівня температурних градієнтів у об’ємі. У якості основного інструменту досліджень використано експериментальну методику визначення теплонавантажених вузлів обладнання за допомогою металевого водоохолоджуваного імітатора. Показано, що середній електричний ККД індукційного модуля для першого варіанта конструкції модуля становить — 40, другого — 36, третього — 32 %. Встановлено, що для першого варіанта характерно більш рівномірне нагрівання по висоті зливка із питомою потужністю 51, 53 та 54 Вт/см2 відповідно для першої, другої та третьої секцій модуля. Електричний ККД системи, який установлено згідно застосованої методики, суттєво спрощує процедуру складних розрахунків взаємопов’язаних задач електромагнітного поля та нестаціонарної теплопровідності та може бути використаний у якості первинної інформації щодо аналізу ефективності та раціональності конструкції модуля високочастотного нагріву. Бібліогр. 14, табл. 3, рис. 3.
Ключові слова: монокристал вольфраму; плазмово-індукційний спосіб; індукційний нагрівальний модуль; індуктор; калориметрування

Received 21.07.2022

Список літератури

1. Li Juan, Hu Xiao-Bo, Wang Ying-Min et al. (2007) Comparison of different crucible materials for the growth of AlN crystals. Chinese J. Struct. Chem., 26(10), 1203–1207.
2. Dhanaraj G., Byrappa K., Prasad V. (2010) Springer Handbook of Crystal Growth. Berlin Heidelberg, Springer-Verlag.
3. Miyagawa C., Kobayashi T., Taishi T. et al. (2013) Demonstration of crack-free c-axis sapphire crystal growth using the vertical Bridgman method. J. of Crystal Growth., 372, 95–99. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2013.03.006
4. Schlesser R., Dalmau R., Zhuang D. et al. (2005) Crucible materials for growth of aluminum nitride crystals. Ibid., 281, 75–80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2005.03.014
5. Glebovskv V. (2019) Crystal growth. DOI: https://dx.doi. org/10.5772/intechopen.73360
6. Shapovalov V., Yakusha V., Manulyk A. (2015) Large refractory metals single crystals grown by plasma-induction zone melting. XXIV Inter. Materials Research Congress-2015 (August 16–20, 2015 Cancun, Mexico). Sociedad Mexicana de Materiales A.C., S6B-O007 p.
7. Shapovalov V., Nikitenko Yu., Yakusha V. et al. (2020) Manufacture of super large tungsten single crystals in the form of rotation bodies. Problems of Atomic Science and Technology, 125(1), 60–63. DOI: https://doi.org/10.46813/2020-125-060
8. Патон Б.Е., Шаповалов В.А., Григоренко Г.М. и др. (2016) Плазменно-индукционное выращивание профилированных монокристаллов тугоплавких металлов. Киев, Наукова думка.
9. Григоренко Г.М., Шейко И.В. (2006) Индукционная плавка металлов в холодных тиглях и секционных кристаллизаторах. Киев, Сталь.
10. Шейко И.В., Высоцкий Г.А., Латаш Ю.В. и др. (1988) Исследование энергетических характеристик системы индуктор–кристаллизатор–садка установок индукционного переплава в секционном кристаллизаторе. Пробл. спец. электрометаллургии, 2, 62–65.
11. Якуша В.В. (2017) Удосконалення технології вирощування крупних плоских монокристалів вольфраму в печі з плазмово-індукційним нагрівом: автореф. дис. … канд. техн. наук. Київ, ІЕЗ ім. Є.О. Патона, 22.
12. Юрасов Е.В. (1938) Ламповые генераторы и передатчики. Москва, Воениздат.
13. Зиновьев В.Е. (1989) Теплофизические свойства металлов при температурах. Cправочник. Москва, Металлургия.
14. Слухотский А.Е., Немков В.С., Павлов Н.А. и др. (1981) Установки индукционного нагрева: учеб. пособ. для вузов. Ленинград, Энергоиздат.

---

Реклама в цьому номері:

---