КРИСТАЛЛИЗА́ТОР

КРИСТАЛЛИЗА́ТОР, ап­па­рат для вы­де­ле­ния ве­ществ в кри­стал­лич. со­стоя­нии – кри­стал­ли­за­ции. В К. про­во­дят­ся про­цес­сы из рас­пла­вов (для от­вер­жде­ния рас­плав­лен­ных ве­ществ, их фрак­ци­он­но­го раз­де­ле­ния и вы­ра­щи­ва­ния мо­но­кри­стал­лов), рас­тво­ров (для вы­де­ле­ния цен­ных ком­по­нен­тов, их кон­цен­три­ро­ва­ния, очи­ст­ки ве­ществ от при­ме­сей), ре­же из га­зо­об­раз­ных и твёр­дых аморф­ных фаз. Про­стей­ший К. (пер­вое упо­ми­на­ние от­но­сит­ся к 5–6 вв.) пред­став­лял со­бой ём­кость, на­пол­нен­ную во­дой, в ко­то­рую вы­ли­вал­ся рас­плав­лен­ный ме­талл. Кон­ст­рук­ции совр. К. раз­но­об­раз­ны. Не­боль­шие (ла­бо­ра­тор­ные) К. для про­ве­де­ния кри­стал­ли­за­ции из рас­пла­вов пред­став­ля­ют со­бой фор­мы (оп­ре­де­лён­ных раз­ме­ров и кон­фи­гу­ра­ции), в ко­то­рых рас­плав ох­ла­ж­да­ет­ся пу­тём ес­теств. те­п­ло­об­ме­на (с ок­ру­жаю­щей сре­дой). Пром. К. в ви­де во­до­ох­ла­ж­дае­мых форм (из­лож­ниц) для ус­ко­рен­но­го за­твер­де­ва­ния жид­ко­го ме­тал­ла при­ме­ня­ют­ся в ме­тал­лур­гич. про­из-ве в ус­та­нов­ках не­пре­рыв­ной раз­лив­ки ста­ли и элек­тро­шла­ко­во­го пе­ре­пла­ва, в ва­ку­ум­ных ду­го­вых пе­чах и др. Ис­поль­зу­ют­ся К. с глу­хим (не­под­виж­ным) под­до­ном или с под­виж­ным – для вы­тя­ги­ва­ния слит­ка. Кор­пус К. пред­став­ля­ет со­бой ли­тую или свар­ную кон­ст­рук­цию; по­сту­паю­щий в К. жид­кий ме­талл не­по­сред­ст­вен­но кон­так­ти­ру­ет с во­до­охла­ж­дае­мы­ми стен­ка­ми К., фор­ми­рую­щи­ми сли­ток (рис. 1 на стр. 44).

Рис. 1. Схема установки непрерывной разливки стали с кристаллизатором: 1 – промежуточный ковш; 2 – жидкий металл; 3 – кристаллизатор с водяным охлаждением; 4 – вторичное охлажд...

Дей­ст­вие К. для про­ве­де­ния кри­стал­ли­за­ции из рас­тво­ра ос­но­ва­но на из­ме­не­нии темп-ры рас­тво­ра (преим. при ох­лаж­де­нии) или час­тич­ном уда­ле­нии рас­тво­ри­те­ля (вы­па­ри­ва­нии). К., в ко­то­рых осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ох­ла­ж­де­ние го­ря­чих рас­тво­ров, из­го­тав­ли­ва­ют­ся с во­дя­ным или воз­душ­ным ох­ла­ж­де­ни­ем. При­ме­ня­ют­ся скреб­ко­вые, шне­ко­вые, дис­ко­вые, ба­ра­бан­ные и ро­тор­ные К. не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия, в ко­то­рых об­ра­зу­ют­ся в осн. мел­кие кри­стал­лы (0,1–0,15 мм). К. для по­лу­че­ния про­дук­тов раз­ме­ром до 3 мм со­дер­жат т. н. кри­стал­ло­ра­сти­те­ли, в ко­то­рых кон­цен­трир. сус­пен­зия мед­лен­но ох­ла­ж­да­ет­ся, что при­во­дит к рос­ту кри­стал­лов. Для по­лу­че­ния круп­но­кри­стал­ли­че­ских (бо­лее 3 мм) од­но­род­ных про­дук­тов при­ме­ня­ют К. с псев­до­ожи­жен­ным сло­ем. Ис­ход­ный рас­твор вме­сте с цир­ку­ли­рую­щим ос­вет­лён­ным ма­точ­ни­ком по­да­ёт­ся в те­п­ло­об­мен­ник, где в ре­зуль­та­те ох­ла­ж­де­ния рас­твор пе­ре­сы­ща­ет­ся, за­тем по­сту­па­ет в кри­стал­ло­ра­сти­тель, в ко­то­ром кри­стал­лы под­дер­жи­ва­ют­ся во взве­шен­ном со­стоя­нии вос­хо­дя­щим по­то­ком рас­тво­ра; круп­ные кри­стал­лы оса­ж­да­ют­ся на дно ап­па­ра­та, от­ку­да уда­ля­ют­ся в ви­де сгу­щён­ной сус­пен­зии.

К. с час­тич­ным уда­ле­ни­ем рас­тво­ри­те­ля пред­став­ля­ют со­бой вы­пар­ные ап­па­ра­ты с внут­рен­ней или вы­нос­ной грею­щей ка­ме­рой. Ис­ход­ный и цир­ку­ли­рую­щий рас­тво­ры, про­хо­дя че­рез ка­ме­ру, на­гре­ва­ют­ся до темп-ры ки­пе­ния. Об­разо­вав­шая­ся па­ро­жид­ко­ст­ная смесь по­сту­па­ет в се­па­ра­тор, где пар от­де­ля­ет­ся от рас­тво­ра. Оса­ж­даю­щие­ся в се­па­ра­то­ре кри­стал­лы вме­сте с ма­точ­ной жид­костью на­прав­ля­ют­ся в цен­три­фу­гу для их раз­де­ле­ния.

Рис. 2. Схема вакуум-кристаллизационной установки: 1 – испарители; 2 – конденсаторы; 3 – вакуумные пароструйные насосы; 4 – конденсатор барометрический.

В К., в ко­то­рых про­цесс осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с при­ме­не­ни­ем раз­ре­же­ния (ва­ку­ум-К.), про­ис­хо­дит од­но­вре­мен­ное уда­ле­ние час­ти рас­тво­ри­те­ля (пу­тём ис­па­ре­ния в ва­куу­ме) и ох­ла­ж­де­ние рас­тво­ра. Из­го­тав­ли­ва­ют­ся ва­ку­ум-К. пе­рио­ди­че­ско­го или не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия с при­ну­ди­тель­ной ли­бо ес­теств. цир­ку­ля­ци­ей рас­тво­ра. Од­но­кор­пус­ные ва­ку­ум-К. обыч­но пред­став­ля­ют со­бой вер­ти­каль­ные ап­па­ра­ты ци­лин­д­рич. фор­мы (с якор­ной или рам­ной ме­шал­кой), от­са­сы­ва­ние и кон­ден­са­ция па­ров рас­тво­ри­те­ля осу­ще­ст­в­ля­ют­ся за счёт кон­ден­са­то­ра и па­ро­струй­но­го на­со­са. Ва­ку­ум-К. наи­бо­лее про­из­во­ди­тель­ны и эко­но­мич­ны. В круп­но­тон­наж­ных про­из-вах при­ме­ня­ют­ся мно­го­кор­пус­ные ва­ку­ум-кри­стал­ли­за­ци­он­ные ус­та­нов­ки, обыч­но со­стоя­щие из не­сколь­ких по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нён­ных ва­ку­ум-К. (рис. 2). В ус­та­нов­ке рас­твор пе­ре­ме­ща­ет­ся под дей­ст­ви­ем ва­куу­ма; глу­би­на раз­ре­же­ния и кон­цен­тра­ция рас­тво­ра по­сте­пен­но воз­рас­та­ют от пер­во­го кор­пу­са к по­след­не­му. К. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в ме­тал­лур­гич., хи­мич., пи­ще­вой пром-сти и др.