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超聲波技術(shù)在20世紀(jì)五六十年代才開(kāi)始在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有所應(yīng)用,但隨后也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前,除醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用外,超聲技術(shù)已經(jīng)在半導(dǎo)體行業(yè)、光學(xué)行業(yè)、石油化工行業(yè)等方面有了成熟的應(yīng)用,但主要還是利用它方向性好,穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn),來(lái)進(jìn)行清洗工作。
超聲波技術(shù)已經(jīng)成為日益重要的一種強(qiáng)化手段,除了上述提到的應(yīng)用之外,在其他領(lǐng)域也有著非常出色的應(yīng)用潛力有待開(kāi)發(fā)。
超聲波強(qiáng)化冶金過(guò)程的原理:
眾所周知,冶金過(guò)程中的“三傳一反”是影響工藝效率、速度和能力的本質(zhì)因素,也概括了冶金化工生產(chǎn)的全部過(guò)程。所謂“三傳”,指的是質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞和熱量傳遞,“一反”則指的是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。如何對(duì)冶金工藝進(jìn)行改良,本質(zhì)上來(lái)說(shuō),應(yīng)該從如何提高“三傳一反”的效率和速度入手。
從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),超聲波技術(shù)對(duì)于質(zhì)量、動(dòng)量和熱量的傳遞都有著良好的促進(jìn)作用,而這些促進(jìn)作用主要是由于超聲波所固有的特性決定的。總結(jié)來(lái)看,超聲技術(shù)應(yīng)用于冶金工藝中,會(huì)發(fā)生以下三種主要效應(yīng):
一、空化效應(yīng)
空化效應(yīng)是指存在于液相中(熔體、溶液等)的微氣核空化泡在聲波的作用下振動(dòng),當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時(shí)發(fā)生的生長(zhǎng)和崩潰的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。液相中產(chǎn)生的微小氣泡,經(jīng)理長(zhǎng)大、破裂、泯滅過(guò)程,在氣泡機(jī)器周?chē)⑿】臻g內(nèi)出現(xiàn)熱點(diǎn),從而出現(xiàn)高溫高壓區(qū),促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。
二、機(jī)械效應(yīng)
機(jī)械效應(yīng)是超聲在介質(zhì)中前進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)。超聲波的高頻振動(dòng)及輻射壓力可形成有效的攪動(dòng)與流動(dòng),使媒介指點(diǎn)在其傳播空間內(nèi)進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài),從而加快物質(zhì)的擴(kuò)散及溶解過(guò)程。機(jī)械效應(yīng)結(jié)合空化氣泡的振動(dòng),對(duì)固體表面產(chǎn)生的強(qiáng)烈射流及局部微沖流,能顯著減弱液體的表面張力及摩擦力,并破壞固-液界面的附面層,因而達(dá)到普通低頻機(jī)械攪動(dòng)達(dá)不到的效果。
三、熱效應(yīng)
熱效應(yīng)是指在一定溫度下,體系在變化過(guò)程中放出或吸收的熱量。超聲波在媒介中傳播時(shí),其能量會(huì)不斷被媒介質(zhì)點(diǎn)吸收,從而轉(zhuǎn)化為熱能,促進(jìn)反應(yīng)過(guò)程的熱量傳遞。
通過(guò)超聲波技術(shù)特有的效應(yīng),可以有效提高冶金過(guò)程中的“三傳一反”效率和速度,提升礦物活性,減少原料用量,縮短反應(yīng)時(shí)間,從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
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