Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

noimage.jpg

Источником электронов служит нагреваемый до 2000—2500° С катод K. Электроны фокусируются в тонкий пучок анодом А, находящимся под положительным зарядом. Вся эта система называется электронной пушкой.
В качестве материалов для катодов используются различные металлы — вольфрам, тантал, рений и сплавы вольфрама с молибденом, рением и другими металлами.

Принципиальная схема устройства электронной плавильной печи дана на рис.94.

Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

Источником электронов служит нагреваемый до 2000—2500° С катод K. Электроны фокусируются в тонкий пучок анодом А, находящимся под положительным зарядом. Вся эта система называется электронной пушкой.
В качестве материалов для катодов используются различные металлы — вольфрам, тантал, рений и сплавы вольфрама с молибденом, рением и другими металлами.
Критериями в оценке годности того или иного материала для изготовления катода может служить работа выхода электронов (мера энергии связи электронов в твердом металле), температура плавления, скорость испарения и теплопроводность.
В табл. 73 приведены данные о работе выхода электронов и эмиссионных свойств для некоторых металлов.

Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

Продолжительность работы катода прежде всего зависит от испарения металла катода с поверхности, что определяется коэффициентом испарения катода u, т. е. количеством материала в граммах, испаряющегося с 1 см2 поверхности катода в 1 сек при определенной температуре.
В табл. 74 приводится скорость испарения для вольфрама при различных температурах.

Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

В зависимости от способа нагрева катоды подразделяются на катоды прямого нагрева и катоды косвенного нагрева. При прямом нагреве ток пропускается непосредственно через катод, в случае косвенного нагрева ставят специальные нагреватели в виде вспомогательного проволочного катода. Электроны, испускаемые со вспомогательного катода, бомбардируют основной катод и нагревают его до нужной температуры.
Схематическое расположение катодов первого и второго каскадов и анода приведено на рис. 95.

Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

Расстояние между катодом первого каскада 1 (вольфрамовая спираль диаметром около 20 мм из проволоки диаметром 1,2 мм), катодом второго каскада 2 и анодом 3 соответственно равнялось 15 и 18 мм.
На рис. 96 показана зависимость анодного тока катода от мощности, расходуемой на подогрев вспомогательного катода, Для различных материалов катода первого каскада.

Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

При косвенном подогреве катода можно получить устойчивый поток электронов и значительно увеличить площадь, эмитируюшую электроны, не опасаясь искажения формы катода, т. е. увеличить полезную площадь электронной пушки.
Работа, совершаемая электроном при термоэлектронной эмиссии во время вылета его с катода, затрачивается на преодоление сил, удерживающих электрон внутри металла, а после вылета — на преодоление сил притяжения, действующих на электрон со стороны положительно заряженных ионов металла. С увеличением температуры катода работа выхода электронов с катода уменьшается, а ток эмиссии увеличивается. Ток эмиссии катода в зависимости от температуры без учета ускоряющего поля можно определить по формуле Ричардсона и Дэшмана:

Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

Однако следует иметь в виду, что в реальных условиях катод имеет неравномерный нагрев, так как в местах его соединения с держателями имеются потери тепла, и поэтому надо вводить поправку на уменьшение эмиссии вследствие этих тепловых потерь на концах катода.

Очень важно иметь электронный пучок большой плотности, т. е. при большей силе тока иметь наименьший диаметр пучка. Увеличения плотности электронного пучка можно достичь путем повышения напряжения на аноде, но это может оказать вредное биологическое действие на обслуживающий персонал, вызванное электронной бомбардировкой металла. Поэтому используют другой путь — электростатическую или магнитную фокусировку электронного пучка. Обычно электростатическая фокусировка применяется в прикатодной области, а магнитная — за анодом.

Используя законы электронной оптики, можно подобрать такую форму электродов, которая обеспечивает необходимую конфигурацию эквипотенциальных поверхностей между анодом и катодом, действующих подобно собирательной линзе, концентрирующей пучок электронных траекторий с фокусом в плоскости анода для пропускания этого пучка через отверстие в центре анода. Для облегчения фокусировки электронного пучка применяется сферический сплошной катод большого диаметра, который, подобно сферическому зеркалу, способствует концентрации электронного потока в пучок.

Для направления электронного пучка на поверхность расплавляемого металла предусматривается специальная отклоняющая система.
Все существующие в настоящее время электронно-лучевые печи можно разделить на две основные группы:
1) печи с аксиальными электронными пушками;
2) печи с кольцевыми электронными пушками.

На рис. 97 показана схема электронно-лучевой плавильной ; установки с одной аксиальной \’\’ электронной пушкой.

Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

Электроны, эмиттируемые катодом 2 электронной аксиальной пушки 1, проходя через анодное отверстие, попадают в линзу электромагнитной фокусировки 4, откуда расходящим пучком входят в линзу электромагнитной фокусировки и развертки луча 6 и, проходя через диафрагму 13, попадают в плавильную камеру 8, оплавляя электрод 7. Жидкий металл стекает в медный водоохлаждаемый кристаллизатор 9, где происходит формирование слитка 11.
Одновременно электронный луч, попадая в кристаллизатор, обогревает ванну металла и обеспечивает его сохранение в жидком состоянии в течение времени, необходимого для полной дегазации. По мере кристаллизации слиток, закрепленный на поддоне, вытягивается из кристаллизатора при помощи штока 12. Описанная выше конструкция электронной плавильной установки позволяет:

1. Отделить при помощи диафрагмы 13 электронную пушку от плавильной камеры и при помощи специальной системы откачки 3 и 5 создать в электронной пушке высокий вакуум.
При остаточном давлении в плавильной камере 3×10-2 мм рт. ст. в камере пушки может легко поддерживаться давление порядка 1×10-4 мм рт. ст. и ниже, так как проникновение газов из плавильной камеры через тончайшее отверстие диафрагмы крайне ничтожно.
2. Помещая несколько аксиальных пушек, создавать большие мощности.
3. Производить плавку различной шихты (компактных и прессованных электродов, стружки, порошка и др.) (рис. 98).

Конструктивные особенности электронно-лучевых печей (ч.1)

Поэтому описанные выше электронно-лучевые установки находят наиболее широкое промышленное применение.

(Просмотрено 214 раз)

0
0

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Top