металлургический процесс, осуществляемый в шахтной печи (См. Шахтная печь); применяется главным образом в цветной металлургии для выплавки чернового свинца, меди, медного и никелевого Штейна. Загруженная сверху шихта, состоящая из окускованного металлсодержащего сырья, флюсов и кокса, по мере выгорания кокса и плавления материалов опускается, а вдуваемый через фурмы воздух или кислород, необходимый для сжигания кокса, и продукты горения движутся навстречу шихте. Вблизи фурм образуется кислородная зона, в которой кокс сгорает преимущественно до CO₂, выделяется основное количество тепла и достигается максимальная температура. За кислородной зоной образуется восстановительная зона, в которой горячие газы взаимодействуют с последующими слоями кокса по реакции

CO₂ + С = 2CO,

в результате чего газы обогащаются окисью углерода, а температура их снижается, т.к. указанная реакция идёт с поглощением тепла; реакция практически прекращается при 800 °С.

В цветной металлургии применяют восстановительную, сульфидирующую и окислительную Ш. п. При восстановительной свинцовой Ш. п. получают черновой свинец, шлак, пыль и газы. При повышенном содержании в агломерате меди и серы образуется также медный штейн. Отходящие газы проходят через электрофильтр или рукавный фильтр, в котором улавливается пыль с повышенным содержанием окислов цинка и свинца. Сульфидирующую Ш. п. окисленных никелевых руд с добавкой пирита или гипса ведут в слабовосстановительной атмосфере с получением штейна. Окислительная Ш. п. медных сульфидных руд имеет целью не только получение медного штейна и удаление пустой породы со шлаком, но и окисление части серы сульфидов и удаление её в виде сернистого ангидрида; различают пиритную плавку (См. Пиритная плавка) и полупиритную плавку (См. Полупиритная плавка). Комбинированной окислительно-восстановительной плавкой является медно-серная Ш. п. с получением элементарной серы.

Наиболее характерные показатели Ш. п.: удельный проплав (масса руды, агломерата или шихты, проплавленная за сутки на 1 м² площади сечения печи в плоскости фурм; при плавке свинцовой и медной сульфидной шихты удельный проплав равен 50-100, окисленных никелевых руд - 30-40 m/m^2. cym), удельный расход кокса (отношение массы кокса к массе загруженной руды или шихты), степень извлечения ценных металлов. Ш. п. по сравнению с отражательной или взвешенной плавками имеет более высокую производительность, низкую температуру отходящих газов и соответственно более высокий тепловой кпд; по сравнению с отражательной плавкой и электроплавкой обеспечивает большую десульфурацию. Недостатки Ш. п.: необходимость предварительного окускования сырья, низкая концентрация сернистого ангидрида в отходящих газах, большой пылевынос.

Основные тенденции совершенствования Ш. п. наряду с улучшением конструкции шахтной печи заключаются в обогащении дутья кислородом и подогреве дутья, улучшении подготовки шихты к плавке, автоматизации управления ходом плавки, а также в сочетании шахтной плавки с процессами доизвлечения ценных металлов из шлаков и совершенствовании систем газо- и пылеулавливания.

Лит.: Смирнов В. И., Шахтная плавка в металлургии цветных металлов, Свердловск, 1955; Клушин Д. Н., Резник И. Д., Соболь С. И., Применение кислорода в цветной металлургии, М., 1973; Металлургия меди, никеля и кобальта, ч. 1-2, М., 1977.

И. Д. Резник.

совокупность машин и механизмов, предназначенных для подъёма (спуска) людей и грузов по вертикальным и наклонным шахтным стволам.

Ш. п. (рис. 1) включает подъёмную машину, подъёмные канаты, сосуды и направляющие шкивы, смонтированные на копре шахтном (См. Копёр шахтный). Для загрузки подъёмных сосудов полезным ископаемым служит загрузочное устройство; разгрузка производится в бункер. Подъёмная машина (рис. 2) состоит из органа навивки, тормозной системы, редуктора, электродвигателя, пульта управления.

По назначению установки Ш. п. различают: главные (для подъёма полезного ископаемого, а также породы на поверхность); вспомогательные (для подъёма и спуска людей и различных грузов); проходческие (при проходке и углубке стволов шахты) и инспекторские или аварийные (для ревизии ствола и подъёма людей в аварийных случаях). По типу подъёмных сосудов - клетевые, скиповые и бадьевые. По уравновешиванию массы подъёмных канатов: система неуравновешенная, статически уравновешенная и динамически уравновешенная. По типу органов навивки подъёмного каната: с постоянным радиусом навивки (цилиндрические барабаны, шкивы трения) и с переменным радиусом навивки (бицилиндроконические барабаны). На подъёмных машинах применяются электродвигатели мощностью до 5000 квт и более. Асинхронные электродвигатели переменного тока получили распространение на скиповых Ш. п. мощностью до 1800-2000 квт и на клетевых Ш. п. мощностью до 800-1000 квт. При бо́льших мощностях подъёма обычно используются электродвигатели постоянного тока.

При подъёме грузов технически и экономически рациональна максимальная скорость, как правило, до 20 м/сек, при подъёме людей - до 12 м/сек.

Перспективны многоканатные подъёмные машины, которые устанавливают на башенном копре над стволом шахты и применяют для двухскипового или двухклетевого подъёмов, а также для однососудных подъёмов с противовесом, применяемых, в частности, при одновременном обслуживании нескольких горизонтов.

Лит.: Тулин В. С., Электропривод и автоматика многоканатных рудничных подъемных машин, М., 1964; Еланчик Г. М., Кинематика шахтного подъема, М., 1969; его же, Выбор оптимальных параметров проектируемых шахтных установок с двигателями постоянного тока, М., 1971: Федорова З. М., Лукин И. Ф., Нестеров А. П., Подъемники, К., 1976.

Н. Г. Картавый, Е. А. Проходцева.

Рис. 1. Схема шахтного подъёма: 1 - подъёмная машина; 2 - подъёмные канаты; 3 - скипы: 4 - направляющие шкивы; 5 - копёр; 6 - загрузочное устройство; 7 - бункер.

Рис. 2. Подъёмная машина с цилиндрическим барабаном: 1 - аппарат навивки; 2 - тормозное устройство; 3 - редуктор; 4 - электродвигатель; 5 - пульт управления.

зонная перекристаллизация, кристаллофизический метод рафинирования материалов, который состоит в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль длинного твёрдого стержня из рафинируемого материала. З. п. можно подвергать почти все технически важные металлы, полупроводники, диэлектрики, неорганические и органические соединения - свыше 120 веществ.

Первое упоминание о применении З. п. относится к 1927, когда этот метод был использован для очистки железа. Широкую известность З. п. получила в 1952 благодаря работам В. Пфанна (США), который применил её для получения германия высокой степени чистоты в специальном контейнере (контейнерная З. п.).

Для осуществления контейнерной З. п. на твёрдой загрузке, помещенной в контейнер, создаётся небольшой расплавленный участок, называемый зоной, который перемещается вдоль загрузки. При этом на одной поверхности раздела твёрдой и жидкой фаз (фронт кристаллизации) происходит кристаллизация материала, а на другой (фронт плавления) - подпитка зоны исходным материалом. Контейнерная З. п. применяется для очистки материала, не взаимодействующего с материалом контейнера. Для очистки полупроводникового кремния П. Кек и М. Голей (США) в 1953 предложили метод бестигельной З. п. вертикально расположенного стержня (т. н. метод плавающей зоны). При этом расплавленная зона удерживается в основном силами поверхностного натяжения, поэтому бестигельная З. п. широко применяется для тугоплавких или активных материалов с достаточно высоким поверхностным натяжением и не очень большой плотностью в жидком состоянии (кремний, германий, молибден, вольфрам, платина, паладий, рений, ниобий и др.). После 1955 З. п. широко применяется в лабораторной и заводской практике для получения чистых материалов с содержанием примесей до 10^-7-10^-9\% (т. н. зонная очистка), для легирования и равномерного распределения примеси по слитку (т. н. зонное выравнивание), а также для выращивания монокристаллов, концентрирования примесей в аналитической практике, создания эталонов высокой чистоты, исследования диаграмм состояния и пр. Зонная очистка основана на том, что при равновесии между жидкой и твёрдой фазами растворимость примесей в жидкой и твёрдой фазах различна. Для получения чистых материалов обычно расплавленную зону перемещают по слитку несколько раз или одновременно на слитке создают несколько перемещающихся расплавленных зон с участками твёрдого материала между ними. Скорость перемещения расплавленных зон обычно 0,1-10 мм/мин, число проходов 10-15 и более. Очистку заканчивают при достижении предельного (конечного) распределения примеси, которое не может быть изменено последующими перемещениями зон.

Эффективность зонной очистки материала от примеси зависит от коэффициента распределения этой примеси - отношения концентрации примеси в твёрдой фазе к концентрации в жидкой фазе, от количества проходов и скорости перемещения зоны, от отношения длины слитка к длине зоны. Зонное выравнивание заключается в том, что в первую зону помещается легирующая добавка, которая при многократном перемещении зоны по слитку равномерно распределяется по его длине. Иногда для равномерного распределения примеси по слитку применяют попеременное движение зоны от начала к концу слитка и обратно. З. п. может быть использована одновременно с очисткой и для получения монокристаллов. Для этого применяется затравочный кристалл - монокристаллический зародыш, ориентированный в заданном кристаллографическом направлении. В месте стыка затравочного кристалла со стержнем, подлежащим З. п., создаётся первая расплавленная зона, причём расплавляется часть стержня и часть затравки. На границе раздела фаз "затравка - расплав" создаются тепловые условия, обеспечивающие при затвердевании расплава со стороны затравки контролируемую кристаллизацию в обусловленном затравкой направлении. Особый вид - З. п. с температурным градиентом (метод изготовления р-n переходов, получения фосфидов и арсенидов галлия и индия). В этом случае между границами жидкой зоны создаётся разность температур и концентраций. В связи с различной растворимостью компонентов системы при различной температуре происходит перемещение зоны в направлении градиента температур. Обычно скорости перемещения зоны 0,1-1,0 мм/ч, температурная разность до 80 град/мм.

В зависимости от назначения, условий проведения процесса и производительности для З. п. применяется разнообразная аппаратура. По способу осуществления различают контейнерные и бестигельные установки, которые в свою очередь делятся по характеру процесса на периодические, методические и непрерывные; по расположению плавящегося материала - на горизонтальные и вертикальные; по способу перемещения зоны - на установки с перемещающимся слитком или нагревателем; по способу нагрева зоны - на установки, использующие нагреватели сопротивления (для материалов с температурой плавления до 1500°С), индукционный нагрев (для плавки веществ с хорошей электропроводностью в вакууме или инертной газовой среде), электроннолучевой нагрев для плавки в вакууме материалов с высокой температурой плавления), радиационный нагрев (для материалов с низкой температурой плавления), нагрев теплопроводностью, джоулевым теплом и пр.; по способу перемешивания зоны (конвентивное, механическое, электромагнитное); по составу атмосферы (вакуум, инертный или защитный газ). Аппаратура контейнерной З. п. (рис. 1) представляет собой горизонтальную трубу 1, в которой перемещается контейнер 2 с очищаемой загрузкой 4. Нагреватели 3 устанавливаются снаружи трубы и нагревают либо загрузку, либо контейнер. Зонноочищенные слитки олова достигают 60 кг, германия - 10 кг, арсенида галлия - 1 кг. Бестигельная З. п. (рис. 2) осуществляется в вертикальной трубе 1, в которой устанавливается подлежащий очистке стержень 2. Нагреватель 3 располагается вокруг стержня снаружи или внутри трубы. Диаметр зонноочищенных слитков кремния достигает 35-50 мм, бериллия, железа - 25 мм, ванадия -15 мм.

Контейнерная З. п. развивается в направлении создания установок и процессов непрерывной З. п. (зоннопустотный, зоннотранспортный, электродинамические методы и др.), увеличения интенсивности очистки, уменьшения неоднородности получаемых кристаллов, увеличения степени их чистоты. Развитие бестигельной З. п. осуществляется по пути увеличения размеров монокристаллов (диаметр 55-65 мм), интенсификации процесса очистки, достижения однородности распределения примесей и дефектов структуры. Разработка оптимальных режимов, создание более совершенной аппаратуры, автоматизация процесса, применение методов программирования характеризуют общую тенденцию развития З. п.

Лит.: Парр Н., Зонная очистка и её техника, пер. с англ., М., 1963; Зонная плавка, сб.. под ред. В. Н. Вигдоровича, М., 1966; Романенко В. Н., Получение однородных полупроводниковых кристаллов, М., 1966; Вигдорович В. Н., Очистка металлов и полупроводников кристаллизацией, М., 1969; Пфанн В. Дж., Зонная плавка, пер. с англ., М., 1960.

К. Н. Неймарк.

Рис. 1. Схема контейнерной зонной плавки.

Рис. 2. Схема бестигельной зонной плавки.