電子束冷爐床是由普通的電子束爐加一個水冷銅爐床組成的,因此具備了一般電子束爐熔煉和提純高熔點金屬的特點,即在高真空條件下,利用高壓電場將陰極發射的熱電子束加速并轟擊被熔化的金屬,把高速電子的動能轉化為熱能,達到加熱、熔融的目的。電子束的運動軌跡可以通過計算機實現控制。這種爐子的特點是:
(1)功率密度大,因而溫度高,有利于難熔金屬的熔煉;
(2)為了避免電子束與氣體分子碰撞而損耗能量,要求在高真空條件下工作(一般殘余壓力為5~0.015Pa),所以熔煉金屬的提純效果好,雜質易于揮發;
(3)熔煉功率和熔煉速度調節方便。
但其不足之處是:由于真空度高,雜質熔化的同時被熔金屬元素也有不同程度的揮發,造成成分的不準確,特別是對高鋁、高錳等的鈦合金。同時應注意X射線的泄漏,要保護工作人員的人身健康。此外,整套設備投資大。所以目前大部分電子束冷爐床熔煉爐用于鉭、鈮、鉿、鎢和鉬等高熔點活潑金屬的熔煉,用于工業純鈦的熔煉與回收,也用于一些鈦合金的熔煉。
以德國 LEYBOLD HEREAUS公司制造的1800kW電子束冷爐床為例,該爐總輸出功率為1800kW,裝備四支600kW的電子束槍,兩支用于熔化原材料和精煉,兩支用于拉錠。工作狀態熔煉室真空度為10-1~10-10-1~10-2Pa,電子槍室的真空度保持在10-310-4Pa,原材料投入速度100~1000kg/h,所拉鑄錠截面寬達600mmx1350mm,鑄錠長度可達2600mm,重約10t.該爐于1999年正式投入運行,生產能力為220t/月,熔煉速度提高后,可望達到300t/月。
圖2-8所示為電子束槍的結構簡圖。首先,電流通過絲狀陰極,加熱塊狀陰極,電子槍開始工作,塊狀陰極與被熔物之間的電壓最大為40kV,絲狀陰極與塊狀陰極間電壓為3kV.一通過電流,塊狀陰極被激發,向陽極射出電子束。被射出的電子束穿過陽極中心的孔,通過聚焦透鏡1、石墨套筒、聚焦透鏡2、偏轉系統等控制,射到被熔物。
圖2-9所示為1800kW電子束冷爐床結構簡圖。其工作過程為:由振動進給裝置投入到爐床內的原料,首先由兩支電子束槍進行熔化,其中一支槍專門用于原料的熔化,為手動掃描電子束;另一支槍用于原料熔化并維持爐內熔體溫度,按預先設定的曲線對爐內進行自動掃描。爐內原料的熔化速度受振動進給裝置的投料速度和射向爐床內原料的電子束大小兩方面的影響。試生產時的熔煉速度約為600kg/h,正式生產后約為800kg/h,今后有望能達到并超過1000kg/h.
被熔化的鈦液流到爐床中,經爐床流進鑄模,在鑄模內凝固鑄造。為了得到良好的鑄錠表面,使用其余的兩支槍,各自分擔鑄模液面的一半,按設定的特性曲線進行全面自動掃描,以控制金屬液
面溫度均一,從而控制鑄模內的金屬凝固。
所用的原材料是海綿鈦、回收料(板材邊角料、各種舊料、切屑等),目前,回收料使用的比例達到40%.
針對電子束冷爐床熔煉過程中大量易揮發元素的蒸發開展了很多的研究(A.Mitchell等人)。對于蒸發成分的估算,不能單純分析在理想熔液中得出的近似結果,而是需要用實驗方法來確定。一個最優化的思路是一方面要考慮雜質的熔解和熔質蒸發時間之間的平衡和折中,使熔池表面積、熔液的體積和熔煉停留的時間三者最佳化;另一方面,要考慮蒸發量與合金錠最佳凝固速率的平衡。從總體上說,電子束冷爐床在美國已不僅用于純鈦的回收,也同樣成功用于Ti-6Al-4V合金錠的熔煉。
億沐鑫鈦產品分類:鈦棒、鈦管、鈦板、鈦陽極、鈦箔鈦帶、鈦法蘭、鈦絲、鈦靶材、鈦設備、鈦餅鈦環、鈦標準件、鈦加工件
上一篇:冷爐床工作原理
下一篇:等離子槍和等離子體冷爐床