УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИНДИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к оборудованию для производства индия высокой чистоты.
Наиболее близким аналогом является устройство, в котором чистый индий после проведения операций вакуум-термической очистки и кристаллизационной очистки сливается в водо-охлаждаемую графитовую приемную емкость (паспорт установки С 3335, разработки Государственного научно-исследовательского и проектного института редкометаллической промышленности, 1985 г.). Затем застывшая чушка очищенного индия разрезается с помощью механического ножа и загружается в установку розлива готовой продукции, состоящей из камеры с плавильной емкостью и камеры с изложницами для готовой продукции.
Основным недостатком известного устройства является низкая производительность из-за необходимости дополнительной операции по разрезанию индиевой чушки и перегрузки индия в установку розлива готовой продукции. Кроме того, существует высокая вероятность загрязнения уже очищенного металла при резке механическим ножом и перегрузке.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение производительности путем исключения операции разрезания чушки чистого индия и перегрузки в установку розлива готовой продукции. Одновременно это позволит исключить возможность загрязнения чистого металла во время разрезания и перегрузки и уменьшить потери металла, повысив выход в годное.
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для получения индия высокой чистоты, содержащей камеру для вакуум-термической очистки, камеру для кристаллизационной очистки, вакуумную систему, электрическую систему, систему водяного охлаждения камер и технологической оснастки, систему автоматического поддержания заданной температуры в камерах, систему перелива индия из камеры в камеру и пульт управления, дополнительно установлена камера для розлива готовой продукции, отделенная от кристаллизационной камеры шиберным устройством и имеющая отдельную от остальной установки вакуумную систему.
Камера для вакуум-термической очистки предназначена для очистки индия от легколетучих примесей при высокой температуре в вакууме за счет разницы давления паров индия и присутствующих в нем примесей (например, цинка, кадмия, ртути, мышьяка, серы, селена).
Камера для кристаллизационной очистки предназначена для проведения процесса
направленной кристаллизации на развитой затравочной поверхности, в данном случае - внутренней поверхности графитового тигля. Очистка индия от примесей меди, никеля, серебра, теллура, селена, марганца происходит за счет различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах.
Вакуумная система предназначена для создания разрежения, необходимого для проведения процесса вакуум-термической очистки и предотвращения окисления металла при проведении кристаллизационной очистки.
Электрическая система и система автоматического поддержания заданной температуры в камерах предназначены для расплавления индия в камерах для вакуум-термической и кристаллизационной очистки и поддержания температуры расплава стабильной в пределах, требуемых технологическим процессом.
Система перелива предназначена для перемещения индия из камеры вакуум-термической очистки в камеру кристаллизационной очистки и далее в камеру розлива готовой продукции без необходимости развакуумирования системы и перегрузки металла.
Система водяного охлаждения камер и технологической оснастки предназначена для обеспечения необходимого градиента температур при кристаллизационной очистке на развитой затравочной поверхности и защиты персонала от теплового воздействия при ведении процесса.
Дополнительная камера для розлива готовой продукции предназначена для размещения в ней приемного бачка для слива индия после кристаллизационной очистки и изложниц для готовой продукции.
Шиберное устройство предназначено для временного разделения рабочих пространств кристаллизационной камеры и камеры розлива готовой продукции при развакуумировании последней.
Отдельная вакуумная система камеры для розлива готовой продукции предназначена для создания в ней вакуума и выравнивания остаточного давления с камерой для кристаллизационной очистки после развакуумирования.
Пульт управления предназначен для управления работой исполнительными устройствами и системами установки. Возможно как ручное, так и автоматическое управление процессом очистки индия.
На прилагаемом чертеже изображена схема установки. Предлагаемая установка состоит из нескольких взаимосвязанных камер и систем.
Камера 1 для вакуум-термической очистки состоит из водо-охлаждаемой
рубашки с размещенными в ней графитовым тиглем 2 для содержания расплава индия, нагревателем 3 и системой экранов 4 для создания необходимой температуры расплава, графитовых ловушек 5 для улавливания легколетучих примесей и запорной иглой 6, установленной с возможностью перемещения в вертикальном направлении для открывания сливного отверстия тигля 2.
Система перелива индия из камеры вакуум-термической очистки в камеру кристаллизационной очистки состоит из графитовых трубок 7 с тепловой изоляцией и подогреваемой промежуточной емкости 8.
Камера 9 для кристаллизационной очистки состоит из водоохлаждаемой рубашки с размещенными в ней графитовым тиглем 10 для содержания расплава индия, нагревателем 11, системой экранов 12 и нагреваемой запорной иглой 13 для создания необходимого градиента температур в расплаве индия. Причем запорная игла 13 установлена с возможностью перемещения в вертикальном направлении для открывания сливного отверстия тигля 10. Внутри тигля 10 установлена с возможностью вращения мешалка 14 для перемешивания расплава индия.
Между камерой для кристаллизационной очистки 9 и камерой для розлива готовой продукции 15 установлено шиберное устройство 16, которое в закрытом состоянии разделяет внутренние пространства этих камер.
Камера 15 для розлива готовой продукции состоит из водоохлаждаемой рубашки с помещенными в ней графитовым приемным бачком 17 и графитовыми изложницами 18 для розлива очищенного индия. Причем приемный бачок 17 устанавливается двух типов: сплошной - для слива в него индия, обогащенного примесями после операции кристаллизационной очистки; с отверстиями для перелива металла в изложницы - для слива чистого индия после операции кристаллизационной очистки.
Основная вакуумная система состоит из форвакуумного насоса 19 и двух диффузионных насосов: насоса 20 камеры 1 вакуум-термической очистки и насоса 21 камеры 15 кристаллизационной очистки, а также трубопроводов и запорных вентилей.
Дополнительная вакуумная система состоит из форвакуумного насоса 22, а также трубопровода и запорных вентилей.
Управление установкой осуществляется с помощью пульта управления.
Установка работает следующим образом. В тигель 2 камеры 1 вакуум-термической очистки загружается исходный индий, предварительно прошедший электрохимическое рафинирование. С помощью основной и дополнительной вакуумных систем
(форвакуумные насосы 19 и 22, диффузионные насосы 20 и 21) во всех трех камерах установки откачивается воздух и создается необходимое для ведения технологического процесса разрежение. После чего с помощью нагревателя 3 и теплового узла 4 исходный индий расплавляется в тигле 2, доводится до требуемой температуры и выдерживается в расплавленном состоянии. При этом легколетучие примеси испаряются с поверхности расплава и осаждаются на графитовых ловушках 5. Затем с помощью вертикального перемещения запорной иглы 6 открывается сливное отверстие тигля 2, и жидкий индий, прошедший вакуум-термическую очистку, через систему перелива 7 и промежуточный бачок 8 сливается в тигель 10 кристаллизационной камеры 9. С помощью нагревателя 11, теплового узла 12 и запорной иглы 13 в расплаве создается температурный градиент, необходимый для ведения процесса направленной кристаллизации на развитой затравочной поверхности. При этом кристаллизация направлена от стенки тигля 10, на которой образуется твердая фаза, к игле 13, которая перегрета относительно температуры плавления индия. Одновременно ведется постоянное перемешивание расплава с помощью мешалки 14.
Процесс ведется до того момента, когда твердая фаза дойдет до мешалки 14 и дальнейшее перемешивание станет невозможным. С помощью вертикального перемещения запорной иглы 13 открывается сливное отверстие в тигле 10, и жидкий индий, обогащенный примесями, сливается через открытое шиберное устройство 16 в сплошной приемный бачок 17. Затем шиберное устройство 16 закрывается и отделяет рабочее пространство дополнительной камеры 15 для розлива готовой продукции от рабочего пространства камеры кристаллизационной очистки 9. Камера 15 для розлива готовой продукции развакуумируется, и приемный бачок 17 заменяется другим бачком с отверстиями для перелива очищенного индия в изложницы 18. При помощи дополнительной вакуумной системы (форвакуумный насос 22) в камере для розлива готовой продукции 15 создается разрежение, примерно равное разрежению в камере 9 для кристаллизационной очистки, и затем открывается шиберное устройство 16. С помощью нагревателя 11 с системой экранов 12 и нагреваемой запорной иглы 13 расплавляется очищенный индий, закристаллизовавшийся на стенках тигля 10. При открытом сливном отверстии в тигле 10 и открытом шиберном устройстве 16 расплавленный очищенный индий сольется в приемный бачок 17 с отверстиями и перельется в изложницы 18 для готовой продукции. После охлаждения металла и развакуумирования установки изложницы 18с застывшими слитками чистого индия извлекаются из установки.