Выплавка слитков в электронно-лучевых печах

noimage.jpg

Метод электронно-лучевой плавки является одним из наиболее перспективных современных методов.
Для плавления металлов по этому методу используется тепло, выделяющееся при торможении электронов, посылаемых от специального источника (электронной пушки) и разгоняемых до огромных скоростей под воздействием высокого напряжения (от 20 кВ и выше).
По сравнению с вакуумной дуговой плавкой метод плавления металлов с помощью электронной бомбардировки имеет ряд существенных преимуществ.Метод электронно-лучевой плавки является одним из наиболее перспективных современных методов.

Для плавления металлов по этому методу используется тепло, выделяющееся при торможении электронов, посылаемых от специального источника (электронной пушки) и разгоняемых до огромных скоростей под воздействием высокого напряжения (от 20 кВ и выше).
По сравнению с вакуумной дуговой плавкой метод плавления металлов с помощью электронной бомбардировки имеет ряд существенных преимуществ:
1. Большие возможности для получения высоких температур и ведения процесса плавки в более глубоком вакууме (при остаточном давлении 10-5 мм. рт. ст.), что позволяет весьма эффективно очищать металлы от газовых и некоторых металлических примесей; значительный перегрев металла при плавке и возможность неограниченного по времени поддержания расплавленного металла в жидком состоянии. Это позволяет наиболее полно и быстро проводить дегазацию металла, отгонку летучих примесей и осуществлять другие физико-химические процессы в жидкой ванне.
2. Возможность изменения скорости плавки в широких пределах, что создает благоприятные условия для улучшения качества слитка. Допускается прерывание плавки и последующее ее продолжение без наличия дефектов по проплавлению, так как при электронно-лучевой плавке после прерывания процесса можно в верхней части слитка создать нужную ванну жидкого металла и снова наплавлять новые порции шихты.
3. Исключается загрязнение металла материалом тигля, так как плавка идет в гарниссаже, при кристаллизации в водоохлаждаемый медный кристаллизатор.
4. Отсутствуют дефекты усадочного происхождения в слитках за счет возможности плавного изменения мощности в электронном пучке и полного заполнения металлом усадочной раковины.
5. Возможность использования шихтовых металлов в любом виде. Переплавляемые шихтовые материалы могут быть в виде порошка, штабиков, стружки, кусковых отходов и др.

Общие принципы электронного нагрева и плавки металла.

Электронно-лучевая печь для плавки металлов, как уже указывалось, основана на принципе использования энергии, получаемой в результате торможения металлом электронов, раэгоняемых до больших скоростей под воздействием внешнего электрического поля высокого напряжения. Источником электронов служит нагреваемый до высокой температуры вольфрамовый катод. Под воздействием высокого напряжения электроны могут приобретать весьма большую скорость, определяемую выражением:

Выплавка слитков в электронно-лучевых печах

При торможении электронов их кинетическая энергия в основном трансформируется в тепловую, за исключением малого количества энергии рентгеновского излучения.
При плавке ниобия потери мощности электронного пучка рентгеновское излучение составят примерно 0,1%. Для того чтобы поток электронов был сосредоточен в определенном правлении и попадал на расплавленный металл, применяют специальные фокусирующие и отклоняющие устройства, основанные на взаимодействии электронов с электрическим и магнитным полем.
Важным фактором успешной работы электронно-лучевых плавильных печей является правильное определение выбираемых напряжений электрического поля между катодом и анодом, величины анодного тока.
В случае недостаточного напряжения электроны, испускаемые катодом, могут не достигнуть анода и создать электронное облако пространственного заряда, которое будет препятствовать продвижению электронов от катода к аноду. Кроме того, наличие пространственного заряда вблизи катода приведет к тому, что часть электронов возвратится обратно на катод.

Следует отметить, что при увеличении напряжения на аноде анодный ток будет увеличиваться до определенного предела, а затем повышение напряжения не будет вызывать увеличения анодного тока. Наступает так называемый период насыщения, при котором все электроны, испускаемые катодом при заданной температуре, проходят от катода к аноду. Если увеличить температуру катода, то возрастет анодный ток и насыщение будет соответствовать более высокому значению напряжения.
Таким образом, величина анодного тока при прочих равных условиях зависит от температуры катода и от прилагаемого напряжения.

Нагрев металла может быть осуществлен по двум схемам. По первой схеме расплавляемый металл служит анодом и разгоняющее напряжение прилагается между катодом, эмиттирующим электроны, и металлом. По второй схеме разгоняющее напряжение приложено между эмиттером электронов и анодом с отверстием для прохождения пучка электронов; при этом металл, подлежащий расплавлению, находится вне электрического поля с высокой разностью потенциалов.

Поэтому вторая схема нагрева металла более удобна, так как позволяет отделить пространство, где формируется пучок электронов, от рабочей камеры установки. Кроме того, создаются возможности посредством статических или электромагнитных полей управлять электронным пучком.

(Просмотрено 296 раз)

0
0

Добавить комментарий

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

Top