CN112410575A - 一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统 - Google Patents

一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，双枪双进料系统电子束熔炼炉包括电子束熔炼室、电子束枪、第一进料通道、第二进料通道和出料通道，电子束熔炼室内设置有磁屏蔽复合罩，磁屏蔽复合罩形成屏蔽腔，屏蔽腔内可拆卸设置有吸收罩，结晶器位于屏蔽腔内；磁屏蔽复合罩上开设有电子束枪开口、进料口和出料口；吸收罩位于结晶器上方，吸收罩上开设有通口，本发明可实现电磁屏蔽、间隙原子杂质(C、H、O、N)吸收和熔炼挥发物收集，可以有效防止外部电磁场对电子束控制的影响，使电子束轨迹可控且稳定，还能够满足电子束熔炼的特殊工业要求，更有利于材料的提纯，实现熔炼效率、安全性和铸锭提纯效果三重兼顾和提升。

Description

一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统
技术领域
本发明属于真空熔炼技术领域，具体涉及一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统。
背景技术
电子束熔炼炉广泛应用于稀有、难熔金属的熔炼和提纯过程，其工作原理是在高真空环境下将高速电子束的动能转化为熔化金属的热能，并在熔炼过程中除去材料中的低熔点、高饱和蒸汽压杂质。
高能电子束的精确控制是先进电子束熔炼炉的核心技术之一，在高真空环境下，阴极经高压电场加热后发出的电子束，会以极高的速度向阳极运动，穿过阳极后，在聚焦线圈和偏转线圈的控制下，必须准确地轰击到熔炼电极上，电极熔化形成熔池，为了保证熔炼效率、控制熔炼时间，目前先进的电子束熔炼炉多采用双枪双进料系统结构，更应将高能电子束的精确控制提升到相应高度。
实际工况下，电子束熔炼炉周围安装有大量大型配套设备，这些大型设备的存在，大大增加了电子束炉周围电磁场的复杂程度，也必将会使熔炼炉所产生的高能电子束发生偏转。高能电子束偏转不仅会增加设备控制难度，影响工作效率和能力，还会带来巨大的安全隐患。因此，提供一种适用于双枪双进料系统电子束熔炼炉且具有更高铸锭提纯效果的磁屏蔽系统，刻不容缓。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统。本发明通过设置于双枪双进料系统电子束熔炼炉内的磁屏蔽复合罩和吸收罩实现电磁屏蔽、间隙原子杂质(C、H、O、N)吸收和熔炼挥发物收集，相较于传统磁屏蔽装置，本发明的磁屏蔽系统不仅可以有效防止外部电磁场对电子束控制的影响，使电子束轨迹可控且稳定，还能够满足电子束熔炼的特殊工业要求，更有利于材料的提纯，实现熔炼效率、安全性和铸锭提纯效果三重兼顾和提升。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，所述双枪双进料系统电子束熔炼炉包括电子束熔炼室、电子束枪、结晶器、第一进料通道、第二进料通道和出料通道，所述电子束熔炼室包括炉体，所述电子束枪为两把，两把所述电子束枪间隔安装于炉体顶部壁面上，所述第一进料通道设置于炉体顶部且位于两把电子束枪之间，所述第二进料通道设置于炉体侧部，所述第一进料通道轴线和第二进料通道轴线垂直，所述结晶器设置于炉体内且所述结晶器的下部开口正对所述出料通道，所述出料通道内设置有可打开或关闭所述出料通道的炉阀，其特征在于，所述炉体内固定设置有磁屏蔽复合罩，所述磁屏蔽复合罩形成屏蔽腔，所述屏蔽腔内可拆卸设置有吸收罩，所述结晶器位于所述屏蔽腔内；
所述磁屏蔽复合罩上对应电子束枪处开设有供电子束枪穿过的电子束枪开口，所述磁屏蔽复合罩上对应第一进料通道和第二进料通道处分别开设有进料口，两个所述进料口上均设置有可打开或关闭相应进料口的进料口暗门，所述磁屏蔽复合罩上对应所述出料通道处开设有出料口；
所述炉阀上部设置有可封堵所述出料口的密封塞，所述密封塞与炉阀固定连接；
所述吸收罩位于结晶器上方，所述吸收罩上开设有通口，所述通口位于第一进料通道下方且正对第一进料通道。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述磁屏蔽复合罩的形状与炉体内腔形状匹配，所述磁屏蔽复合罩焊接于炉体内腔的壁面上；所述密封塞与所述出料口形状匹配，所述密封塞材质与磁屏蔽复合罩材质相同。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述吸收罩到结晶器的垂直距离高于第二进料通道到结晶器的垂直距离。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述吸收罩的两侧分别设置有用于与磁屏蔽复合罩可拆卸连接的第一螺柱，所述第一螺柱上套设有螺母，所述磁屏蔽复合罩对应位置处设置有第二螺柱。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述磁屏蔽复合罩为双层复合结构，双层复合结构的磁屏蔽复合罩包括第一层罩体和第二层罩体，所述第二层罩体位于炉体和第一层罩体之间，所述第二层罩体靠近炉体的表面焊接固定于炉体内腔壁面上；所述第一层罩体的厚度≤0.3mm，所述第二层罩体厚度≤0.5mm，所述第一层罩体材质为钽，所述第二层罩体材质为钢。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述磁屏蔽复合罩通过爆炸复合结合轧制方法制备而成。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述爆炸复合结合轧制方法包括：
步骤一、将经轧制和退火处理后得到的钽板材和钢板材分别作为待复合钽板材和待复合钢板材；
步骤二、擦拭步骤一所述待复合钽板材的待复合面和待复合钢板材的待复合面；
步骤三、将步骤二擦拭后待复合钽板材和擦拭后待复合钢板材进行组合装配和爆炸复合处理，得到复合板初产品；
步骤四、将步骤三所述复合板初产品经清洁处理、退火和轧制，得到复合板；
步骤五、按照电子束枪位置、第一进料通道位置、第二进料通道位置和所述出料通道位置在步骤四所述复合板上预留定位孔，按照炉体内腔尺寸将预留定位孔后复合板下料至所述炉体内，焊接，得到磁屏蔽复合罩。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，步骤二擦拭待复合钽板材的待复合面和待复合钢板材的待复合面为用绸布蘸取酒精或丙酮进行擦拭。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述吸收罩的厚度≤0.5mm，所述吸收罩的材质为钛。
上述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述吸收罩包括正对结晶器的吸收罩吸收面，所述吸收罩吸收面包括凹球形环面，所述凹球形环面形成球缺体形腔体，所述球缺体形腔体位于结晶器正上方。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，通过设置于双枪双进料系统电子束熔炼炉内的磁屏蔽复合罩和吸收罩实现电磁屏蔽、间隙原子杂质(C、H、O、N)吸收和熔炼挥发物收集，相较于传统磁屏蔽装置，本发明的磁屏蔽系统不仅可以有效防止外部电磁场对电子束控制的影响，使电子束轨迹可控且稳定，还能够满足电子束熔炼的特殊工业要求，更有利于材料的提纯，实现熔炼效率、安全性和铸锭提纯效果三重兼顾和提升。
2、作为优选，本发明的磁屏蔽复合罩设置于电子束熔炼室内且与电子束熔炼室内腔形状匹配，通过磁屏蔽复合罩上设置的可打开或闭合暗门满足从不同进料通道进料进行熔炼的需求，密闭效果显著，可进一步保证屏蔽效果。
3、作为优选，磁屏蔽复合罩以厚度≤0.5mm钢层作为外层，厚度≤0.3mm的钽层作为内层，可有效利用钢材磁导率高和钽材熔点高且化学性质稳定的特性，避免对内部熔炼环境的污染，同时满足轻量和经济性要求。
4、作为优选，本发明中，通过第一螺柱、第二螺柱和配套螺母实现吸收罩和磁屏蔽复合罩的可拆卸连接，安装拆卸方便，方便在熔炼后对吸收罩进行清洁或更换，防止因熔炼挥发物沉积影响金属提纯效果。
5、作为优选，本发明中，吸收罩为钛材质吸收罩，可以进一步提高熔炼过程间隙元素的吸收和熔炼挥发物的收集。
下面结合实施例和附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为采用从第一进料通道进熔炼电极时本发明的状态示意图。
图3为采用从第二进料通道进熔炼电极时本发明的状态示意图。
图4为磁屏蔽复合罩、吸收罩和炉体的位置关系示意图。
图5为图4A部的结构放大示意图。
图6为吸收罩的结构示意图。
附图标记说明
11—电子束枪； 12—第一进料通道； 13—第二进料通道；
14—结晶器； 15—炉阀； 16—炉体；
2—磁屏蔽复合罩； 22—电子束枪开口； 231—进料口暗门；
232—密封塞； 24—第一层罩体； 25—第二层罩体；
3—吸收罩； 31—通口； 32—第一螺柱；
33—螺母； 34—第二螺柱； 4—熔炼电极。
具体实施方式
以下实施例中，未注明具体条件的实验方法均按照常规方法和条件进行。
如图1～6所示，本实施例提供一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，所述双枪双进料系统电子束熔炼炉包括电子束熔炼室、电子束枪11、结晶器14、第一进料通道12、第二进料通道13和出料通道，所述电子束熔炼室包括炉体16，所述电子束枪11为两把，两把所述电子束枪11间隔安装于炉体16顶部壁面上，所述第一进料通道12设置于炉体16顶部且位于两把电子束枪11之间，所述第二进料通道13设置于炉体16侧部，所述第一进料通道12轴线和第二进料通道13轴线垂直，所述结晶器14设置于炉体16内且所述结晶器14的下部开口正对所述出料通道，所述出料通道内设置有可打开或关闭所述出料通道的炉阀15，所述炉体16内固定设置有磁屏蔽复合罩2，所述磁屏蔽复合罩2形成屏蔽腔，所述屏蔽腔内可拆卸设置有吸收罩3，所述结晶器14位于所述屏蔽腔内；
所述磁屏蔽复合罩2上对应电子束枪11处开设有供电子束枪11穿过的电子束枪开口22，所述磁屏蔽复合罩2上对应第一进料通道12和第二进料通道13处分别开设有进料口，两个所述进料口上均设置有可打开或关闭相应进料口的进料口暗门231，所述磁屏蔽复合罩2上对应所述出料通道处开设有出料口；
所述炉阀15上部设置有可封堵所述出料口的密封塞232，所述密封塞232与炉阀15固定连接；
所述吸收罩3位于结晶器14上方，所述吸收罩3上开设有通口31，所述通口31位于第一进料通道12下方且正对第一进料通道12。所述通口31用于穿过电子束或者同时穿过电子束和从第一进料通道12进入的熔炼电极4。
结晶器14正对出料通道入口，结晶器14内物料结晶后经拉锭机构和出料机构经出料通道从炉体中拉出，完成整个熔炼过程。
作为一种可行的实施方式，暗门231可以为具有推拉结构或旋转结构形式的暗门。
本发明通过设置于双枪双进料系统电子束熔炼炉内的磁屏蔽复合罩和吸收罩实现电磁屏蔽、间隙原子杂质(C、H、O、N)吸收和熔炼挥发物收集，相较于传统磁屏蔽装置，本发明的磁屏蔽系统不仅可以有效防止外部电磁场对电子束控制的影响，使电子束轨迹可控且稳定，还能够满足电子束熔炼的特殊工业要求，更有利于材料的提纯，实现熔炼效率、安全性和铸锭提纯效果三重兼顾和提升。
本实施例中，所述磁屏蔽复合罩2的形状与炉体16内腔形状匹配，所述磁屏蔽复合罩2焊接于炉体16内腔的壁面上；所述密封塞232与所述出料口形状匹配，所述密封塞232材质与磁屏蔽复合罩2材质相同。磁屏蔽复合罩2设置于炉体16内且与炉体16形状匹配，可以保证屏蔽效果，同时通过设置于磁屏蔽复合罩2上的进料口暗门231，对应从第一进料通道或第二进料通道进料的熔炼过程进行打开或闭合，进一步保证屏蔽效果。
本实施例中，所述吸收罩3到结晶器14的垂直距离高于第二进料通道13到结晶器14的垂直距离。所述吸收罩3到结晶器14的垂直距离指吸收罩3最低点到结晶器14顶部开口的垂直距离，第二进料通道13到结晶器14的垂直距离指第二进料通道13外壁面最高点到结晶器14顶部开口的垂直距离。
本实施例中，所述吸收罩3的两侧分别设置有用于与磁屏蔽复合罩2可拆卸连接的第一螺柱32，所述第一螺柱32上套设有螺母33，所述磁屏蔽复合罩2对应位置处设置有第二螺柱34。作为优选，本发明通过第一螺柱、第二螺柱和配套螺母实现吸收罩和磁屏蔽复合罩的可拆卸连接，安装拆卸方便，方便在熔炼后对吸收罩进行清洁或更换，防止因熔炼挥发物沉积影响金属提纯效果。
本实施例中，所述磁屏蔽复合罩2为双层复合结构，双层复合结构的磁屏蔽复合罩2包括第一层罩体24和第二层罩体25，所述第二层罩体25位于炉体16和第一层罩体24之间，所述第二层罩体25靠近炉体16的表面焊接固定于炉体16内腔壁面上；所述第一层罩体24的厚度≤0.3mm，所述第二层罩体25厚度≤0.5mm，所述第一层罩体24材质为钽，所述第二层罩体25材质为钢。作为优选，磁屏蔽复合罩以厚度≤0.5mm钢层作为外层，厚度≤0.3mm的钽层作为内层，可有效利用钢材磁导率高和钽材熔点高且化学性质稳定的特性，避免对内部熔炼环境的污染，同时满足轻量和经济性要求。
本实施例中，所述磁屏蔽复合罩2通过爆炸复合结合轧制方法制备而成。
本实施例中，所述爆炸复合结合轧制方法包括：
所述爆炸复合结合轧制方法包括：
步骤一、将经轧制和退火处理后得到的钽板材和钢板材分别作为待复合钽板材和待复合钢板材；
步骤二、用绸布蘸取酒精或丙酮擦拭步骤一所述待复合钽板材的待复合面和待复合钢板材的待复合面；
步骤三、将步骤二擦拭后待复合钽板材和擦拭后待复合钢板材进行组合装配和爆炸复合处理，得到复合板初产品；
步骤四、将步骤三所述复合板初产品经清洁处理、退火和轧制，得到复合板；
步骤五、按照电子束枪11位置、第一进料通道12位置、第二进料通道13位置和所述出料通道位置，在步骤四所述复合板上预留定位孔，按照炉体16内腔形状和尺寸将预留定位孔后复合板下料至所述炉体16内，将复合板之间以及复合板与炉体16内壁面之间经过焊接连接，形成屏蔽腔，得到磁屏蔽复合罩2；所述定位孔包括电子束枪开口22、两个进料口和出料口；
步骤六、利用螺母33将第一螺柱32和第二螺柱34连接，完成吸收罩3的安装，将两个进料口暗门231分别对应安装于相应进料口中。
本实施例中，所述吸收罩3的厚度≤0.5mm，所述吸收罩3的材质为钛。作为优选，吸收罩为钛材质吸收罩，可以进一步高效实现熔炼过程间隙元素的吸收和熔炼挥发物的收集。
本实施例中，所述吸收罩3包括正对结晶器14的吸收罩吸收面，所述吸收罩吸收面包括凹球形环面，所述凹球形环面形成球缺体形腔体，所述球缺体形腔体位于结晶器14正上方。本实施例中，吸收罩3为由凹球形环面形钛板材直接合围而成，凹球形环面的凹面向下，吸收罩3的通口31为凹球形环面上部的圆形开口。
应用本发明的用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统的方法，包括：
当从第一进料通道12进熔炼电极4时，炉阀15、第二进料通道13和第二进料通道13对应进料口处的进料口暗门231保持关闭，开启对应第一进料通道12的进料口暗门231，开启电子束枪11，熔炼电极4从第一进料通道12进入电子束熔炼室，在磁屏蔽复合罩2和吸收罩3作用下进行熔炼；
当从第二进料通道13进熔炼电极4时，炉阀15、第一进料通道12和第一进料通道12对应进料口处的进料口暗门231保持关闭，关闭对应第二进料通道13的进料口暗门231，开启电子束枪11，熔炼电极4从第二进料通道13进入电子束熔炼室，在磁屏蔽复合罩2和吸收罩3作用下进行熔炼。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，所述双枪双进料系统电子束熔炼炉包括电子束熔炼室、电子束枪(11)、结晶器(14)、第一进料通道(12)、第二进料通道(13)和出料通道，所述电子束熔炼室包括炉体(16)，所述电子束枪(11)为两把，两把所述电子束枪(11)间隔安装于炉体(16)顶部壁面上，所述第一进料通道(12)设置于炉体(16)顶部且位于两把电子束枪(11)之间，所述第二进料通道(13)设置于炉体(16)侧部，所述第一进料通道(12)轴线和第二进料通道(13)轴线垂直，所述结晶器(14)设置于炉体(16)内且所述结晶器(14)的下部开口正对所述出料通道，所述出料通道内设置有可打开或关闭所述出料通道的炉阀(15)，其特征在于，所述炉体(16)内固定设置有磁屏蔽复合罩(2)，所述磁屏蔽复合罩(2)形成屏蔽腔，所述屏蔽腔内可拆卸设置有吸收罩(3)，所述结晶器(14)位于所述屏蔽腔内；
所述磁屏蔽复合罩(2)上对应电子束枪(11)处开设有供电子束枪(11)穿过的电子束枪开口(22)，所述磁屏蔽复合罩(2)上对应第一进料通道(12)和第二进料通道(13)处分别开设有进料口，两个所述进料口上均设置有可打开或关闭相应进料口的进料口暗门(231)，所述磁屏蔽复合罩(2)上对应所述出料通道处开设有出料口；
所述炉阀(15)上部设置有可封堵所述出料口的密封塞(232)，所述密封塞(232)与炉阀(15)固定连接；
所述吸收罩(3)位于结晶器(14)上方，所述吸收罩(3)上开设有通口(31)，所述通口(31)位于第一进料通道(12)下方且正对第一进料通道(12)。
2.根据权利要求1所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述磁屏蔽复合罩(2)的形状与炉体(16)内腔形状匹配，所述磁屏蔽复合罩(2)焊接于炉体(16)内腔的壁面上；所述密封塞(232)与所述出料口形状匹配，所述密封塞(232)材质与磁屏蔽复合罩(2)材质相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述吸收罩(3)到结晶器(14)的垂直距离高于第二进料通道(13)到结晶器(14)的垂直距离。
4.根据权利要求1所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述吸收罩(3)的两侧分别设置有用于与磁屏蔽复合罩(2)可拆卸连接的第一螺柱(32)，所述第一螺柱(32)上套设有螺母(33)，所述磁屏蔽复合罩(2)对应位置处设置有第二螺柱(34)。
5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述磁屏蔽复合罩(2)为双层复合结构，双层复合结构的磁屏蔽复合罩(2)包括第一层罩体(24)和第二层罩体(25)，所述第二层罩体(25)位于炉体(16)和第一层罩体(24)之间，所述第二层罩体(25)靠近炉体(16)的表面焊接固定于炉体(16)内腔壁面上；所述第一层罩体(24)的厚度≤0.3mm，所述第二层罩体(25)厚度≤0.5mm，所述第一层罩体(24)材质为钽，所述第二层罩体(25)材质为钢。
6.根据权利要求5所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述磁屏蔽复合罩(2)通过爆炸复合结合轧制方法制备而成。
7.根据权利要求6所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述爆炸复合结合轧制方法包括：
步骤一、将经轧制和退火处理后得到的钽板材和钢板材分别作为待复合钽板材和待复合钢板材；
步骤二、擦拭步骤一所述待复合钽板材的待复合面和待复合钢板材的待复合面；
步骤三、将步骤二擦拭后待复合钽板材和擦拭后待复合钢板材进行组合装配和爆炸复合处理，得到复合板初产品；
步骤四、将步骤三所述复合板初产品经清洁处理、退火和轧制，得到复合板；
步骤五、按照电子束枪(11)位置、第一进料通道(12)位置、第二进料通道(13)位置和所述出料通道位置在步骤四所述复合板上预留定位孔，按照炉体(16)内腔尺寸将预留定位孔后复合板下料至所述炉体(16)内，焊接，得到磁屏蔽复合罩(2)。
8.根据权利要求7所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，步骤二擦拭待复合钽板材的待复合面和待复合钢板材的待复合面为用绸布蘸取酒精或丙酮进行擦拭。
9.根据权利要求1所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述吸收罩(3)的厚度≤0.5mm，所述吸收罩(3)的材质为钛。
10.根据权利要求1所述的一种用于双枪双进料系统电子束熔炼炉的磁屏蔽系统，其特征在于，所述吸收罩(3)包括正对结晶器(14)的吸收罩吸收面，所述吸收罩吸收面包括凹球形环面，所述凹球形环面形成球缺体形腔体，所述球缺体形腔体位于结晶器(14)正上方。
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