[发明专利]一种电子束熔炼炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子束熔炼炉。

背景技术

随着我国先进制造业的迅速发展和应用领域的扩大，对高纯金属及合金的需求量越来越多，常规的冶炼方法已很难满足要求，而真空电子束熔炼是一种有效的提纯方法，特别是对于在冶炼温度下具有较低蒸汽压的金属和合金更为有效。

高科技的发展对材料的性能提出了新的要求，而材料新功能的发现和应用又促进高科技的发展，因此，作为材料基础的金属就成了材料科学的主要研究对象之一。但是，金属本性特征的揭示和应用又往往由于其中杂质的存在而受到影响，只有对金属进行深度净化提纯，才能进一步揭示其原本的本质特性，从而发现其新的功能和开拓新的应用。原材料的高纯化成为开发下一代高性能先进材料的关键组成部分，电子束熔炼炉是熔炼和提纯高熔点金属的必需设备。

电子束技术是一种非接触加工的高能束流加工技术。它利用经高压静电场和电磁场加速与会聚的高能量电子流作为热源，对工件或材料实施各种特殊的加工。由于它具有能量密度极高、热效率高、精密易控及多功能等特点，在工业领域的各个行业得到了广泛的应用，是高科技发展不可缺少的特种加工手段之一。

电子束熔炼是利用高能量密度的电子束在轰击金属时产生高温使金属熔化。由于这一过程是在真空中进行，并且材料处于熔融状态的时间可按需要控制，因此可以获得较好的提纯效果，容易获得高纯度的材料。这是电子束熔炼优于其它真空熔炼的一个重要特点。

电子束熔炼炉是高温难熔金属熔炼和提纯的专用设备。电子束熔炼在高真空下进行，熔炼时的过热温度高，维持液态的时间长，使材料的精炼提纯作用得以充分有效地进行。电子束熔炼时，材料主要发生脱气、分解、脱氧、金属杂质的挥发和不熔杂质的上浮等。其中，不熔杂质上浮而富集在铸锭顶部，可在切头时去除。

现电子束熔炼炉的进料装置多是针对输送棒料、板料等较成型的材料来设计的，一般用送料台车移动传送，由牵引小车将装好料的料架推入炉内。当需要输送散料时，则无法实现输送，故散料的进料装置的设计有效的提高了生产效率，节约了成本。

电子枪作为电子束熔炼炉的核心部件，其性能的好坏直接影响着电子束熔炼炉性能的优劣。另外，在一定程度上，电子枪的功率的大小决定在电子束熔炼炉功率的大小，但电子枪的研制随着功率的逐渐增大，各种熔炼工艺对电子枪的各项功能也要求越来越苛刻，例如：偏转角度、光斑大小、电子束的长度以及扫描形状尺寸等提出了更高要求，因此其相应的研制难度也相应地大大增加。

首先，电子枪产生电子束的发生系统---枪芯的结构直接影响一个电子枪的性能、发射能力以及电子束的轨迹，进而影响到整个电子枪的性能。因此，在某种意义上可以认为：枪芯是电子枪（特别是大功率电子枪）的核心部件。电子枪的枪芯是在真空、高温和高压（电压几万伏特）状态下工作的，因此枪芯结构的设计的是否合理直接决定着电子枪能否正常工作使用。尤其是大功率的电子枪在工作状态时，其枪头的阴极系统部件温度都非常高，若结构稍有不合理则会造成频繁的高压放电、电子枪枪芯漏气、零部件之间接触不良而断路、零部件变形和烧结在一起等一系列严重后果，致使电子枪无法使用。因此只有通过改变枪芯的相关零部件的结构来弥补大功率枪芯设计以及使用中所遇到的困难。

随着电子枪功率的增大，电子枪光路系统中的偏转扫描装置的体积也变得越来越大，由于偏转扫描装置坐落在电子枪枪座上，从而导致电子枪的底座较大，因而，相应的安装电子枪的电子束熔炼炉的法兰直径较大。但鉴于目前客户要求电子束熔炼炉要具有几千千瓦大功率的要求，现有一把电子枪的功率远远不能达到要求，所以只能在一台炉体上装有多个电子枪。但另一方面，基于生产工艺的要求，电子枪之间的距离又不能太大。因此，随着功率的加大就产生了枪体底座太大与枪体之间距离太小之间的矛盾，进一步说，也就是如何减小偏转扫描装置的结构以达到减小枪体底座直径的目的来满足实际工程使用是一个亟待解决的课题。

电子枪是一个很“娇气”的设备，要求其内部的零部件要非常洁净，否则会发生放电打火等现象的发生。在电子束熔炼炉破真空时，若电子枪的真空室不能密闭保护的话，势必会使炉内的许多灰尘冲到枪室内，特别是枪芯室内。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能的电子束熔炼炉。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：