电子束冷床炉的制作方法
【专利摘要】一种电子束冷床炉，由电子枪系统、炉体、冷床、进料系统、圆坩埚、拖锭系统、真空系统、水冷系统、供电系统和控制系统组成；炉体进料侧移动门与一车架固定连接以在炉外轨道上往复运动；电子枪系统具有前、后布控的两把电子枪；圆坩埚放置在后布控的电子枪下方；冷床置于炉体内的车架上，随炉体进料侧移动门的移动进行装与出料；冷床为具有三个熔炼物料区域的水冷铜坩埚，被放置在不锈钢焊接的水套中，能一次生产三块扁锭；或冷床为生产出圆锭的直板式小型冷床，操作者可以通过更换冷床并调整位置来实现该设备不同的功能。本电子束冷床炉整体结构紧凑，易于操作，且其炉内各坩埚冷却性能好。
【专利说明】电子束冷床炉
【技术领域】
[0001]本实用新型属有色金属熔炼【技术领域】，尤其涉及一种电子束冷床炉。
【背景技术】
[0002]冷床炉熔炼(CHM)是20世纪80年代才开始发展的先进熔炼技术。它是生产钛、超合金和难熔金属优质铸锭的重要手段。冷床炉熔炼包括电子束冷床炉熔炼和等离子冷床炉熔炼两种。
[0003]电子束冷床熔炼以电子束作热源，水冷铜坩埚为冷床，利用高速电子的动能转换成热能使金属熔化、精炼、浇铸成锭。其工作原理为在高真空环境中，将阴极(钽或钨丝)加热，阴极将发射出大量热电子，此时若在阴极与阳极间保持大的电位差，则电子在电场作用下加速，电能转换成电子的动能。用电场和磁场聚集电子束，使其轰击所要熔化的金属。电子在同金属碰撞时失去动能，转变成主要作为熔化炉料的热量，使金属熔化。熔融金属滴入冷床，经过精炼，缓缓流入带有拉锭装置的水冷结晶器中，并不断由下而上逐步凝固成锭，拉锭机构慢慢将锭从坩埚中拉出。现有常规使用的电子束冷床炉的结构如图1所示，其由炉体I’、冷床2’、散料进料装置3’、水冷铜坩埚4’、拉锭机构5’、电子枪6’及抽真空系统V等组成。目前电子束冷床炉设备体积庞大，功能单一，加工生产出来的锭子均为圆锭，结构复杂，能耗较闻，而且设备占用空间大，造价闻。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种功能多样且生产效率高的电子束冷床炉。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案:
[0006]一种电子束冷床炉，由电子枪系统、两侧及前侧带有活动炉门的炉体、冷床、进料系统、圆坩埚、拖锭系统、真空系统、水冷系统、供电系统和控制系统组成；其中，所述的炉体采用带水套的卧式圆筒形结构；所述的炉体进料一侧的活动炉门为移动门，与一个车架固定连接在一起，该车架通过车轮在炉外轨道上滚动来进行往复运动；所述的电子枪系统具有沿炉体卧式直线方向前、后布控的两把电子枪；所述的圆坩埚放置在后布控的电子枪下方且配有冷却水循环管路；所述的水冷系统为炉体、冷床、圆坩埚和真空系统提供冷却水以及管路接口；
[0007]所述的冷床置于炉体内部的一车架上，随炉体进料侧活动炉门的移动进行装料与出料；该水冷带有一组铜坩埚，该组铜坩埚共置于一个坩埚水套中或分别独立置于一组坩埚水套中，所述的坩埚水套与冷却水循环管路相连。
[0008]所述电子束冷床炉中，所述冷床床面具有三个熔炼物料区域，每个熔炼物料区域中设一个可独立生产扁锭的水冷铜坩埚，工作时通过调整车架将该冷床同时置于电子枪系统中前、后布控的两把电子枪的下方；或，所述冷床上设有一个水冷铜坩埚，工作时通过调整车架将其置于电子枪系统前布控的电子枪下方，该水冷铜坩埚上开有一豁口，在水冷铜坩埚中精炼后的熔融物料流通过该豁口流向圆坩埚。[0009]所述电子束冷床炉中，所述与坩埚水套相连的冷却水循环管路采用把两个内径不同的水管套在一起的内外嵌套式结构。
[0010]所述电子束冷床炉中，所述的水冷铜坩埚为矩形。
[0011]所述电子束冷床炉中，真空管路中设计有阻挡蒸汽中杂质进入真空系统真空泵的水冷挡板。
[0012]所述电子束冷床炉中，在真空系统的真空管路上预留装有盲板的孔。
[0013]所述电子束冷床炉中，在炉内位于冷床及圆坩埚的上方装有一层半圆形不锈钢挥发料回收板。
[0014]所述电子束冷床炉中，在炉体外部设计有整合了炉体上水管的焊接水槽；，在炉体进料一侧活动炉门的外侧设计有放置橡胶水管的槽。这些炉体上水管和橡胶水管均为冷却水循环管路中局部段用管。
[0015]所述电子束冷床炉还具有如下结构设计中的至少一种:
[0016]a)在真空接管和炉体连接处增设法兰连接；
[0017]b)在炉体上方设计有观察窗；
[0018]c)在炉门处设计有迷宫式防辐射结构。
[0019]d)在炉体上方设计有观察窗。
[0020]本实用新型的优点是:
[0021]1.本实用新型提供的电子束冷床炉根据工艺要求加工出来的产品可以为扁锭，也可以为圆锭，且在生产扁锭时，每炉可以生产三块扁锭，因此本实用新型提供的冷床电子束炉具有功能多样，生产效率高的功效；
[0022]2.由于炉内坩埚放置于一不锈钢焊接的水套中，且配有的冷却水循环管路采用把两个内径不同的水管套在一起的内外嵌套式结构，使得坩埚冷却性能好；
[0023]3.在炉体外部设计有整合了炉体上水管的焊接水槽，并在炉体进料一侧活动炉门的外侧设计有放置橡胶水管的槽；故结构紧凑，整齐美观，易于操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为现有常规的冷床炉结构示意图。
[0025]图2为本实用新型电子束冷床炉结构示意图(俯视)。
[0026]图3为本实用新型电子束冷床炉结构示意图(侧视)。
[0027]图中:1-炉体；2-左门;3-炉门二；4-电子枪；5-炉门一；6-上观察窗；7-散料进料系统；8_真空系统；9_分支真空系统；10-水冷系统；11_冷床；12-水冷圆坩埚；13_拖锭系统；14_车架；15_炉内车架；16_小车架；17_冷却水循环管路；18_放置水管的槽；19_电机；20_滚珠丝杠；21_挥发料回收板；22_水冷挡板。
[0028]下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
【具体实施方式】
[0029]本实用新型电子束冷床炉由电子枪系统、炉体、冷床、炉门、观察窗、进料系统、圆坩埚及拖锭系统、真空系统、水冷系统、供电系统和控制系统等组成，如图2和图3所示。
[0030]电子束冷床炉炉体1采用带水套的卧式圆筒形结构，其内筒与外筒均采用不锈钢制成。炉体的两侧装有活动的炉门，其中一侧(进料一侧)为移动的左门2，它与车架14固定连接在一起，通过车轮在炉外轨道上滚动来进行往复运动。在炉体内部的车架15上放置有冷床11，能够随着左门2的移动进行装料与出料。炉体另一侧为炉门二 3，与炉体采用铰链式的连接，通过旋转运动对炉门开启和关闭。在炉体前部正对冷床的方向为炉门一 5，其上装有观察窗，便于操作者在熔炼过程中观察内部情况。炉门上设计有梯形槽，与炉体均采用O型橡胶圈密封。在冷床11的上方设计有散料进料系统7，以此来实现连续加料。另外在炉体I上部还设计有一上观察窗6，便于人员实时观察炉内整体情况。
[0031]本实用新型电子束冷床炉一优选的实施方案是:冷床11设计为一个水冷矩形铜坩埚，铜坩埚被放置在不锈钢焊接的水套中，在水套中通有循环冷却水，使得水冷矩形铜坩埚充分冷却。通有冷却水的冷却水循环管路17与坩埚水套相连，该冷却水循环管路17采用内外嵌套式结构，即把两个内径不同的水管套在一起，分别通进水与回水。冷床11被固定在一个小车架16上，并被整体放置在与炉门二 3相连的炉内车架15上；在炉体外部，冷却坩埚的冷却水循环管路17和滚珠丝杠20被连接在一块，通过电机19来控制冷床11在炉内车架15上的位置；冷却坩埚的冷却水循环管路17与左门2采用动密封。
[0032]冷床11上方固定装有一把电子枪4，电子枪是发射电子束的装置，采用间接加热方式，即将阴极做成块状，在块状阴极上方设有灯丝(热阴极)，灯丝向块状阴极发射出热电子，轰击块状阴极，使块状阴极升温直到发射电子束。被射出的电子束穿过阳极中心的孔，通过聚焦透镜两次聚焦及偏转系统等控制，射到被熔物上进行熔化。冷床11的右下方为水冷圆坩埚12，它固定在拖锭系统13上，其上方也固定一把电子枪4。该设备具有功能多样、生产效率高的特点，它可以生产扁锭，也可以生产圆锭，操作者可以通过更换冷床并调整位置来实现该设备不同的功能。在生产扁锭时，使用体积较大的冷床，该冷床有三个熔炼物料的区域，通过调整车架将其置于两把枪的下方进行熔炼，即能够一次生产三块扁锭，生产效率较高。在生产圆锭时，使用体积较小的冷床，通过调整车架将其放置于一把枪的下方，同时圆坩埚被放置于另一把枪下，熔化的物料从冷床流向圆坩埚，继而生产出圆锭。
[0033]炉体一侧的上方留有真空管路接口，与真空系统8相连。真空系统部分包括真空泵、真空阀和检测仪器等，该系统采用油扩散泵机组三级配置，即包括油扩散泵，罗茨泵，滑阀式机械泵，在熔炼过程中为真空室提供所必需的真空条件。真空管路中设计有水冷挡板22，阻挡了蒸汽中的杂质进入真空泵，起到了保护作用。而且真空管路上预留装有盲板的孔，以便清理在水冷挡板22上凝结的物料。另外，电子枪4具有独立的分支真空系统9，由分子泵、旋片泵和真空阀等组成，以避免炉内的压力波动对电子束枪室内的电子束干扰。
[0034]在冷床11和圆坩埚的上方装有一层半圆形不锈钢挥发料回收板21，便于收集和清理炉内挥发的物料。左门2的一侧设计有放置水管的槽18，用于放置冷却坩埚和左炉门的橡胶水管，有效避免因水管移动给左门开闭或人的操作带来的不便，同时也保护了管路。在炉体的一侧放置有水冷系统10，它为炉体、坩埚和真空系统等提供冷却水以及管路接口。
[0035]本实用新型的创新点在于:
[0036](I)在炉内坩埚的设计中增加了不锈钢水套，即将冷床11设计为一个水冷铜坩埚(矩形为佳)并放置于不锈钢焊接的水套中，相当于将水冷铜坩埚放在具有循环水流的水盆中，使得冷却水与水冷铜坩埚接触充分，达到很好冷却的效果，维修方便，且使用和维修成本较低。[0037]( 2 )本实用新型电子束冷床炉具有功能多样、生产效率高的特点，它可以生产扁锭，也可以生产圆锭。在生产扁锭时，使用体积较大的冷床，该冷床有三个熔炼物料的区域，通过调整车架将其置于两把枪的下方进行熔炼，即能够一次生产三块扁锭，生产效率较高。在生产圆锭时，使用体积较小的冷床，通过调整车架将其放置于一把枪的下方，同时圆坩埚被放置于另一把枪下，熔化的物料从冷床流向圆坩埚，继而生产出圆锭。因此操作者可以通过更换冷床并调整位置来实现该设备不同的功能。
[0038](3)在炉体外部设计有焊接的水槽，这样避免了炉体上水管不规则的放置，相比较以前的水路设计显得更加整齐与美观。
[0039](4)真空接管处留有盲孔，便于清理水冷挡板处凝结的物料，即拆掉盲板便可以对水冷挡板22上凝结的物料进行清理。
[0040](5)左炉门的一侧增加了放置水管的槽，由于左炉门需要经常开启和关闭，因而冷却坩埚和左炉门的橡胶水管要经常的往复移动，在此处增加放置水管的槽能够有效避免因水管移动给左炉门开闭或人的操作带来的不便，同时也保护了管路，提高设备的使用性能。
[0041](6)在真空接管和炉体连接处增设法兰连接，真空接管和炉体焊接为一体，这样给加工制造增加难度，而且由于炉体高度的原因给运输带来的不便，在真空接管处增设法兰连接，便于运输与安装。
[0042](7)坩埚上方增加一层半圆形不锈钢挥发料回收板21，便于收集和清理挥发的物料。国内外同行的炉子没有使用此装置，这样导致挥发的物料凝结在炉体内壁上方，给清理带来了不便，且挥发料的回收率较低，增加一个便于安装与拆卸的挥发料回收板解决了上述问题。
[0043](8)在炉体上方设计有观察窗，方便在设备工作的时候及时观察和了解炉体内部情况。
[0044](9)在炉门处设计有迷宫式防辐射结构(具体构型不限，依据现有技术实现该功能即可)，X射线在从炉门间隙处泄露出来前要经过多次散射，从而很大程度上降低了 X射线的剂量值，有效地保护了操作人员。
[0045]上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。
【权利要求】
1.一种电子束冷床炉，由电子枪系统、两侧及前侧带有活动炉门的炉体、冷床、进料系统、圆坩埚、拖锭系统、真空系统、水冷系统、供电系统和控制系统组成；其中，所述的炉体采用带水套的卧式圆筒形结构；所述的炉体进料一侧的活动炉门为移动门，与一个车架固定连接在一起，该车架通过车轮在炉外轨道上滚动来进行往复运动；所述的电子枪系统具有沿炉体卧式直线方向前、后布控的两把电子枪；所述的圆坩埚放置在后布控的电子枪下方且配有冷却水循环管路；所述的水冷系统为炉体、冷床、圆坩埚和真空系统提供冷却水以及管路接口 ；其特征在于:所述的冷床置于炉体内部的一车架上，随炉体进料侧活动炉门的移动进行装料与出料；该水冷带有一组铜坩埚，该组铜坩埚共置于一个坩埚水套中或分别独立置于一组坩埚水套中，所述的坩埚水套与冷却水循环管路相连。
2.根据权利要求1所述的电子束冷床炉，其特征在于:所述冷床床面具有三个熔炼物料区域，每个熔炼物料区域中设一个可独立生产扁锭的水冷铜坩埚，工作时通过调整车架将该冷床同时置于电子枪系统中前、后布控的两把电子枪的下方；或，所述冷床上设有一个水冷铜坩埚，工作时通过调整车架将其置于电子枪系统前布控的电子枪下方，该水冷铜坩埚上开有一豁口，在水冷铜坩埚中精炼后的熔融物料流通过该豁口流向圆坩埚。
3.根据权利要求1所述的电子束冷床炉，其特征在于:所述与坩埚水套相连的冷却水循环管路采用把两个内径不同的水管套在一起的内外嵌套式结构。
4.根据权利要求1所述的电子束冷床炉，其特征在于:所述的水冷铜坩埚为矩形。
5.根据权利要求1所述的电子束冷床炉，其特征在于:真空管路中设计有阻挡蒸汽中杂质进入真空系统真空泵的水冷挡板。
6.根据权利要求5所述的电子束冷床炉，其特征在于:在真空系统的真空管路上预留装有盲板的孔。
7.根据权利要求1所述的电子束冷床炉，其特征在于:在炉内位于冷床及圆坩埚的上方装有一层半圆形不锈钢挥发料回收板。
8.根据权利要求1所述的电子束冷床炉，其特征在于:在炉体外部设计有整合了炉体上水管的焊接水槽。
9.根据权利要求1所述的电子束冷床炉，其特征在于:在炉体进料一侧活动炉门的外侧设计有放置橡胶水管的槽。
10.根据权利要求1所述的电子束冷床炉，其特征在于还具有如下结构设计中的至少一种:a)在真空接管和炉体连接处增设法兰连接；b)在炉体上方设计有观察窗；c)在炉门处设计有迷宫式防辐射结构；d)在炉体上方设计有观察窗。
【文档编号】C22B9/22GK203498449SQ201320658234
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】孙照富, 郭文亮, 高亚杰, 魏中青 申请人:北京有色金属研究总院