電子束冷床爐的制作方法
【專利摘要】一種電子束冷床爐，由電子槍系統(tǒng)、爐體、冷床、進料系統(tǒng)、圓坩堝、拖錠系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成；爐體進料側移動門與一車架固定連接以在爐外軌道上往復運動；電子槍系統(tǒng)具有前、后布控的兩把電子槍；圓坩堝放置在后布控的電子槍下方；冷床置于爐體內的車架上，隨爐體進料側移動門的移動進行裝與出料；冷床為具有三個熔煉物料區(qū)域的水冷銅坩堝，被放置在不銹鋼焊接的水套中，能一次生產(chǎn)三塊扁錠；或冷床為生產(chǎn)出圓錠的直板式小型冷床，操作者可以通過更換冷床并調整位置來實現(xiàn)該設備不同的功能。本電子束冷床爐整體結構緊湊，易于操作，且其爐內各坩堝冷卻性能好。
【專利說明】電子束冷床爐
【技術領域】
[0001]本實用新型屬有色金屬熔煉【技術領域】，尤其涉及一種電子束冷床爐。
【背景技術】
[0002]冷床爐熔煉(CHM)是20世紀80年代才開始發(fā)展的先進熔煉技術。它是生產(chǎn)鈦、超合金和難熔金屬優(yōu)質鑄錠的重要手段。冷床爐熔煉包括電子束冷床爐熔煉和等離子冷床爐熔煉兩種。
[0003]電子束冷床熔煉以電子束作熱源，水冷銅坩堝為冷床，利用高速電子的動能轉換成熱能使金屬熔化、精煉、澆鑄成錠。其工作原理為在高真空環(huán)境中，將陰極(鉭或鎢絲)加熱，陰極將發(fā)射出大量熱電子，此時若在陰極與陽極間保持大的電位差，則電子在電場作用下加速，電能轉換成電子的動能。用電場和磁場聚集電子束，使其轟擊所要熔化的金屬。電子在同金屬碰撞時失去動能，轉變成主要作為熔化爐料的熱量，使金屬熔化。熔融金屬滴入冷床，經(jīng)過精煉，緩緩流入帶有拉錠裝置的水冷結晶器中，并不斷由下而上逐步凝固成錠，拉錠機構慢慢將錠從坩堝中拉出?，F(xiàn)有常規(guī)使用的電子束冷床爐的結構如圖1所示，其由爐體I’、冷床2’、散料進料裝置3’、水冷銅坩堝4’、拉錠機構5’、電子槍6’及抽真空系統(tǒng)V等組成。目前電子束冷床爐設備體積龐大，功能單一，加工生產(chǎn)出來的錠子均為圓錠，結構復雜，能耗較聞，而且設備占用空間大，造價聞。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是提供一種功能多樣且生產(chǎn)效率高的電子束冷床爐。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設計方案:
[0006]一種電子束冷床爐，由電子槍系統(tǒng)、兩側及前側帶有活動爐門的爐體、冷床、進料系統(tǒng)、圓坩堝、拖錠系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成；其中，所述的爐體采用帶水套的臥式圓筒形結構；所述的爐體進料一側的活動爐門為移動門，與一個車架固定連接在一起，該車架通過車輪在爐外軌道上滾動來進行往復運動；所述的電子槍系統(tǒng)具有沿爐體臥式直線方向前、后布控的兩把電子槍；所述的圓坩堝放置在后布控的電子槍下方且配有冷卻水循環(huán)管路；所述的水冷系統(tǒng)為爐體、冷床、圓坩堝和真空系統(tǒng)提供冷卻水以及管路接口；
[0007]所述的冷床置于爐體內部的一車架上，隨爐體進料側活動爐門的移動進行裝料與出料；該水冷帶有一組銅坩堝，該組銅坩堝共置于一個坩堝水套中或分別獨立置于一組坩堝水套中，所述的坩堝水套與冷卻水循環(huán)管路相連。
[0008]所述電子束冷床爐中，所述冷床床面具有三個熔煉物料區(qū)域，每個熔煉物料區(qū)域中設一個可獨立生產(chǎn)扁錠的水冷銅坩堝，工作時通過調整車架將該冷床同時置于電子槍系統(tǒng)中前、后布控的兩把電子槍的下方；或，所述冷床上設有一個水冷銅坩堝，工作時通過調整車架將其置于電子槍系統(tǒng)前布控的電子槍下方，該水冷銅坩堝上開有一豁口，在水冷銅坩堝中精煉后的熔融物料流通過該豁口流向圓坩堝。[0009]所述電子束冷床爐中，所述與坩堝水套相連的冷卻水循環(huán)管路采用把兩個內徑不同的水管套在一起的內外嵌套式結構。
[0010]所述電子束冷床爐中，所述的水冷銅坩堝為矩形。
[0011]所述電子束冷床爐中，真空管路中設計有阻擋蒸汽中雜質進入真空系統(tǒng)真空泵的水冷擋板。
[0012]所述電子束冷床爐中，在真空系統(tǒng)的真空管路上預留裝有盲板的孔。
[0013]所述電子束冷床爐中，在爐內位于冷床及圓坩堝的上方裝有一層半圓形不銹鋼揮發(fā)料回收板。
[0014]所述電子束冷床爐中，在爐體外部設計有整合了爐體上水管的焊接水槽；，在爐體進料一側活動爐門的外側設計有放置橡膠水管的槽。這些爐體上水管和橡膠水管均為冷卻水循環(huán)管路中局部段用管。
[0015]所述電子束冷床爐還具有如下結構設計中的至少一種:
[0016]a)在真空接管和爐體連接處增設法蘭連接；
[0017]b)在爐體上方設計有觀察窗；
[0018]c)在爐門處設計有迷宮式防輻射結構。
[0019]d)在爐體上方設計有觀察窗。
[0020]本實用新型的優(yōu)點是:
[0021]1.本實用新型提供的電子束冷床爐根據(jù)工藝要求加工出來的產(chǎn)品可以為扁錠，也可以為圓錠，且在生產(chǎn)扁錠時，每爐可以生產(chǎn)三塊扁錠，因此本實用新型提供的冷床電子束爐具有功能多樣，生產(chǎn)效率高的功效；
[0022]2.由于爐內坩堝放置于一不銹鋼焊接的水套中，且配有的冷卻水循環(huán)管路采用把兩個內徑不同的水管套在一起的內外嵌套式結構，使得坩堝冷卻性能好；
[0023]3.在爐體外部設計有整合了爐體上水管的焊接水槽，并在爐體進料一側活動爐門的外側設計有放置橡膠水管的槽；故結構緊湊，整齊美觀，易于操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為現(xiàn)有常規(guī)的冷床爐結構示意圖。
[0025]圖2為本實用新型電子束冷床爐結構示意圖(俯視)。
[0026]圖3為本實用新型電子束冷床爐結構示意圖(側視)。
[0027]圖中:1-爐體；2-左門;3-爐門二；4-電子槍；5-爐門一；6-上觀察窗；7-散料進料系統(tǒng)；8_真空系統(tǒng)；9_分支真空系統(tǒng)；10-水冷系統(tǒng)；11_冷床；12-水冷圓坩堝；13_拖錠系統(tǒng)；14_車架；15_爐內車架；16_小車架；17_冷卻水循環(huán)管路；18_放置水管的槽；19_電機；20_滾珠絲杠；21_揮發(fā)料回收板；22_水冷擋板。
[0028]下面結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步的說明。
【具體實施方式】
[0029]本實用新型電子束冷床爐由電子槍系統(tǒng)、爐體、冷床、爐門、觀察窗、進料系統(tǒng)、圓坩堝及拖錠系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成，如圖2和圖3所示。
[0030]電子束冷床爐爐體1采用帶水套的臥式圓筒形結構，其內筒與外筒均采用不銹鋼制成。爐體的兩側裝有活動的爐門，其中一側(進料一側)為移動的左門2，它與車架14固定連接在一起，通過車輪在爐外軌道上滾動來進行往復運動。在爐體內部的車架15上放置有冷床11，能夠隨著左門2的移動進行裝料與出料。爐體另一側為爐門二 3，與爐體采用鉸鏈式的連接，通過旋轉運動對爐門開啟和關閉。在爐體前部正對冷床的方向為爐門一 5，其上裝有觀察窗，便于操作者在熔煉過程中觀察內部情況。爐門上設計有梯形槽，與爐體均采用O型橡膠圈密封。在冷床11的上方設計有散料進料系統(tǒng)7，以此來實現(xiàn)連續(xù)加料。另外在爐體I上部還設計有一上觀察窗6，便于人員實時觀察爐內整體情況。
[0031]本實用新型電子束冷床爐一優(yōu)選的實施方案是:冷床11設計為一個水冷矩形銅坩堝，銅坩堝被放置在不銹鋼焊接的水套中，在水套中通有循環(huán)冷卻水，使得水冷矩形銅坩堝充分冷卻。通有冷卻水的冷卻水循環(huán)管路17與坩堝水套相連，該冷卻水循環(huán)管路17采用內外嵌套式結構，即把兩個內徑不同的水管套在一起，分別通進水與回水。冷床11被固定在一個小車架16上，并被整體放置在與爐門二 3相連的爐內車架15上；在爐體外部，冷卻坩堝的冷卻水循環(huán)管路17和滾珠絲杠20被連接在一塊，通過電機19來控制冷床11在爐內車架15上的位置；冷卻坩堝的冷卻水循環(huán)管路17與左門2采用動密封。
[0032]冷床11上方固定裝有一把電子槍4，電子槍是發(fā)射電子束的裝置，采用間接加熱方式，即將陰極做成塊狀，在塊狀陰極上方設有燈絲(熱陰極)，燈絲向塊狀陰極發(fā)射出熱電子，轟擊塊狀陰極，使塊狀陰極升溫直到發(fā)射電子束。被射出的電子束穿過陽極中心的孔，通過聚焦透鏡兩次聚焦及偏轉系統(tǒng)等控制，射到被熔物上進行熔化。冷床11的右下方為水冷圓坩堝12，它固定在拖錠系統(tǒng)13上，其上方也固定一把電子槍4。該設備具有功能多樣、生產(chǎn)效率高的特點，它可以生產(chǎn)扁錠，也可以生產(chǎn)圓錠，操作者可以通過更換冷床并調整位置來實現(xiàn)該設備不同的功能。在生產(chǎn)扁錠時，使用體積較大的冷床，該冷床有三個熔煉物料的區(qū)域，通過調整車架將其置于兩把槍的下方進行熔煉，即能夠一次生產(chǎn)三塊扁錠，生產(chǎn)效率較高。在生產(chǎn)圓錠時，使用體積較小的冷床，通過調整車架將其放置于一把槍的下方，同時圓坩堝被放置于另一把槍下，熔化的物料從冷床流向圓坩堝，繼而生產(chǎn)出圓錠。
[0033]爐體一側的上方留有真空管路接口，與真空系統(tǒng)8相連。真空系統(tǒng)部分包括真空泵、真空閥和檢測儀器等，該系統(tǒng)采用油擴散泵機組三級配置，即包括油擴散泵，羅茨泵，滑閥式機械泵，在熔煉過程中為真空室提供所必需的真空條件。真空管路中設計有水冷擋板22，阻擋了蒸汽中的雜質進入真空泵，起到了保護作用。而且真空管路上預留裝有盲板的孔，以便清理在水冷擋板22上凝結的物料。另外，電子槍4具有獨立的分支真空系統(tǒng)9，由分子泵、旋片泵和真空閥等組成，以避免爐內的壓力波動對電子束槍室內的電子束干擾。
[0034]在冷床11和圓坩堝的上方裝有一層半圓形不銹鋼揮發(fā)料回收板21，便于收集和清理爐內揮發(fā)的物料。左門2的一側設計有放置水管的槽18，用于放置冷卻坩堝和左爐門的橡膠水管，有效避免因水管移動給左門開閉或人的操作帶來的不便，同時也保護了管路。在爐體的一側放置有水冷系統(tǒng)10，它為爐體、坩堝和真空系統(tǒng)等提供冷卻水以及管路接口。
[0035]本實用新型的創(chuàng)新點在于:
[0036](I)在爐內坩堝的設計中增加了不銹鋼水套，即將冷床11設計為一個水冷銅坩堝(矩形為佳)并放置于不銹鋼焊接的水套中，相當于將水冷銅坩堝放在具有循環(huán)水流的水盆中，使得冷卻水與水冷銅坩堝接觸充分，達到很好冷卻的效果，維修方便，且使用和維修成本較低。[0037]( 2 )本實用新型電子束冷床爐具有功能多樣、生產(chǎn)效率高的特點，它可以生產(chǎn)扁錠，也可以生產(chǎn)圓錠。在生產(chǎn)扁錠時，使用體積較大的冷床，該冷床有三個熔煉物料的區(qū)域，通過調整車架將其置于兩把槍的下方進行熔煉，即能夠一次生產(chǎn)三塊扁錠，生產(chǎn)效率較高。在生產(chǎn)圓錠時，使用體積較小的冷床，通過調整車架將其放置于一把槍的下方，同時圓坩堝被放置于另一把槍下，熔化的物料從冷床流向圓坩堝，繼而生產(chǎn)出圓錠。因此操作者可以通過更換冷床并調整位置來實現(xiàn)該設備不同的功能。
[0038](3)在爐體外部設計有焊接的水槽，這樣避免了爐體上水管不規(guī)則的放置，相比較以前的水路設計顯得更加整齊與美觀。
[0039](4)真空接管處留有盲孔，便于清理水冷擋板處凝結的物料，即拆掉盲板便可以對水冷擋板22上凝結的物料進行清理。
[0040](5)左爐門的一側增加了放置水管的槽，由于左爐門需要經(jīng)常開啟和關閉，因而冷卻坩堝和左爐門的橡膠水管要經(jīng)常的往復移動，在此處增加放置水管的槽能夠有效避免因水管移動給左爐門開閉或人的操作帶來的不便，同時也保護了管路，提高設備的使用性能。
[0041](6)在真空接管和爐體連接處增設法蘭連接，真空接管和爐體焊接為一體，這樣給加工制造增加難度，而且由于爐體高度的原因給運輸帶來的不便，在真空接管處增設法蘭連接，便于運輸與安裝。
[0042](7)坩堝上方增加一層半圓形不銹鋼揮發(fā)料回收板21，便于收集和清理揮發(fā)的物料。國內外同行的爐子沒有使用此裝置，這樣導致?lián)]發(fā)的物料凝結在爐體內壁上方，給清理帶來了不便，且揮發(fā)料的回收率較低，增加一個便于安裝與拆卸的揮發(fā)料回收板解決了上述問題。
[0043](8)在爐體上方設計有觀察窗，方便在設備工作的時候及時觀察和了解爐體內部情況。
[0044](9)在爐門處設計有迷宮式防輻射結構(具體構型不限，依據(jù)現(xiàn)有技術實現(xiàn)該功能即可)，X射線在從爐門間隙處泄露出來前要經(jīng)過多次散射，從而很大程度上降低了 X射線的劑量值，有效地保護了操作人員。
[0045]上述各實施例可在不脫離本實用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應視為例示性，而非用以限制本實用新型申請專利的保護范圍。
【權利要求】
1.一種電子束冷床爐，由電子槍系統(tǒng)、兩側及前側帶有活動爐門的爐體、冷床、進料系統(tǒng)、圓坩堝、拖錠系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成；其中，所述的爐體采用帶水套的臥式圓筒形結構；所述的爐體進料一側的活動爐門為移動門，與一個車架固定連接在一起，該車架通過車輪在爐外軌道上滾動來進行往復運動；所述的電子槍系統(tǒng)具有沿爐體臥式直線方向前、后布控的兩把電子槍；所述的圓坩堝放置在后布控的電子槍下方且配有冷卻水循環(huán)管路；所述的水冷系統(tǒng)為爐體、冷床、圓坩堝和真空系統(tǒng)提供冷卻水以及管路接口 ；其特征在于:所述的冷床置于爐體內部的一車架上，隨爐體進料側活動爐門的移動進行裝料與出料；該水冷帶有一組銅坩堝，該組銅坩堝共置于一個坩堝水套中或分別獨立置于一組坩堝水套中，所述的坩堝水套與冷卻水循環(huán)管路相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子束冷床爐，其特征在于:所述冷床床面具有三個熔煉物料區(qū)域，每個熔煉物料區(qū)域中設一個可獨立生產(chǎn)扁錠的水冷銅坩堝，工作時通過調整車架將該冷床同時置于電子槍系統(tǒng)中前、后布控的兩把電子槍的下方；或，所述冷床上設有一個水冷銅坩堝，工作時通過調整車架將其置于電子槍系統(tǒng)前布控的電子槍下方，該水冷銅坩堝上開有一豁口，在水冷銅坩堝中精煉后的熔融物料流通過該豁口流向圓坩堝。
3.根據(jù)權利要求1所述的電子束冷床爐，其特征在于:所述與坩堝水套相連的冷卻水循環(huán)管路采用把兩個內徑不同的水管套在一起的內外嵌套式結構。
4.根據(jù)權利要求1所述的電子束冷床爐，其特征在于:所述的水冷銅坩堝為矩形。
5.根據(jù)權利要求1所述的電子束冷床爐，其特征在于:真空管路中設計有阻擋蒸汽中雜質進入真空系統(tǒng)真空泵的水冷擋板。
6.根據(jù)權利要求5所述的電子束冷床爐，其特征在于:在真空系統(tǒng)的真空管路上預留裝有盲板的孔。
7.根據(jù)權利要求1所述的電子束冷床爐，其特征在于:在爐內位于冷床及圓坩堝的上方裝有一層半圓形不銹鋼揮發(fā)料回收板。
8.根據(jù)權利要求1所述的電子束冷床爐，其特征在于:在爐體外部設計有整合了爐體上水管的焊接水槽。
9.根據(jù)權利要求1所述的電子束冷床爐，其特征在于:在爐體進料一側活動爐門的外側設計有放置橡膠水管的槽。
10.根據(jù)權利要求1所述的電子束冷床爐，其特征在于還具有如下結構設計中的至少一種:a)在真空接管和爐體連接處增設法蘭連接；b)在爐體上方設計有觀察窗；c)在爐門處設計有迷宮式防輻射結構；d)在爐體上方設計有觀察窗。
【文檔編號】C22B9/22GK203498449SQ201320658234
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權日:2013年10月23日
【發(fā)明者】孫照富, 郭文亮, 高亞杰, 魏中青 申請人:北京有色金屬研究總院