电子束冷床熔炼炉的结构及优势分析

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：如图3-37所示是电子束冷床熔炼炉的结构示意图，主要由炉体、电子枪系统、进料系统、铸造系统、真空系统和电子束电源及其控制部分组成。原料熔炉在水冷铜床中进行。图3-37 电子束冷床熔炼炉的结构示意图炉体的结构形式与电子枪的类型、支数和原料状态及其进料方式有关，目前进料方式有水平和垂直两种。由于电子枪室与熔炼室分开抽真空，使电子束冷床熔炼技术在更大的真空范围内工作，可以熔炼气体含量较大的材料。

如图3-37所示是电子束冷床熔炼炉的结构示意图，主要由炉体、电子枪系统、进料系统、铸造系统、真空系统和电子束电源及其控制部分组成。

图3-37 电子束冷床熔炼炉的结构示意图

炉体的结构形式与电子枪的类型、支数和原料状态及其进料方式有关，目前进料方式有水平和垂直两种。根据原料形态而不同，可以同时有棒状料进料系统和粒状散料振动加料器系统。加入散料时，原料由旋转式原料缸送出，再由振动进给加料器投入到冷床内。为提高生产效率，一般原料是有两个，可交替使用，一台熔炼期间投料，而另一台则备料，因此可以不间歇供料。原料室和熔炼室之间用真空阀隔开，其维修与保养可在保持熔炼室真空的情况下完成。熔炼室一般为双壁水冷结构，电子枪和枪室的真空系统装在炉体上部或斜上方。冷床装在炉室内，一边连接进料系统，另一边连接坩埚和拉锭系统。原料熔炉在水冷铜床中进行。原料经熔化后首先在水冷铜床内壁形成一层凝壳，后续原料在凝壳内熔化。熔化的钛液达到一定高度后，经水冷铜床另一侧的浇口流入水冷凝结器，凝固成铸锭。

（1）熔炼室

熔炼室是由Cr18NigTi不锈钢材料构成的方形结构，为了防止在电子束熔炼过程中产生的X射线，对熔炼室的材料有防辐射的要求，同时应定期检查其放射性。一般熔炼室分别与电子枪、真空系统、进料机构、水冷铜坩埚、拉锭机构和观察测温机构相连接。

（2）电子枪

电子枪由钨丝阴极、聚束极、加速阳极、栏孔板、磁聚焦透镜、磁偏转扫描透镜等部件组成，可产生250 kW的电子束。电子束轰击到金属表面上，其动能转化成热能，为熔炼提供热源。典型的轴向电子枪如图3-38所示。

（3）真空系统

电子枪需要在高真空下工作，电子枪室的真空度，一般是在1×10^-3～2×10^-2 Pa的压力范围内。当真空度低于（2～3）×10^-2Pa时，就会出现放电现象。单位时间内放电的次数随着压力的增高而增加。熔炼室内允许的工作真空度与电子枪的结构有关，也就是与电子枪的压力分级室的数量有关。电子枪室由两个或三个压力分级室组成，分别抽真空。由于电子枪室与熔炼室分开抽真空，使电子束冷床熔炼技术在更大的真空范围内工作，可以熔炼气体含量较大的材料。熔炼室内的工作真空度，主要取决于熔化材料的放气量和熔炼速度，一般保持在10^-3～10^-2 Pa。真空系统一般包括熔炼室真空系统和电子枪真空系统两个部分。熔炼室真空系统通常采用机械泵、罗茨泵以及扩散泵组成的三级真空泵组抽取真空，采用此真空系统熔炼室的真空度大约在10^-3 Pa左右，主要是防止金属氧化、促使杂质蒸发。而电子枪的真空系统是通过机械泵和油扩散泵组成的两级真空泵组抽取真空，一般电子枪室内部获得10^-3 Pa的真空度，这有利于电子束的激发和聚焦。