CN201813579U - 电子束熔炼炉用电子枪 - Google Patents

Abstract

一种电子束熔炼炉用电子枪，包括由阴极灯丝、主阴极块、聚束极和阳极构成的枪芯本体，其中阴极灯丝位于电子发生室内，阴极灯丝的下方依序定位设置聚束极和阳极，阴极灯丝和主阴极块旁设冷却水通道；在电子发生室的辅助阴极外安装屏蔽罩；在电子束的轨迹上设置至少一级拦孔，并在各拦孔间及第一级拦孔与电子发生室间设抽气口。在每一级拦孔下方设有监控电子束轨迹的磁透镜。通过改变电子枪的结构使电子枪的偏转角加大；在下飘移室上面设有使电子发生室与炉体隔离开的横阀。其可以为电子束熔炼炉提供大功率的电子束及热源。

Description

电子束熔炼炉用电子枪

技术领域

本实用新型涉及一种电子束熔炼炉用电子枪。

背景技术

电子束技术是一种非接触加工的高能束流加工技术。它利用经高压静电场和电磁场加速与会聚的高能量电子流作为热源，对材料实施熔炼提纯。由于它具有能量密度极高、热效率高、精密易控及多功能等特点，在工业领域的各个行业得到了广泛的应用，是高科技发展不可缺少的特种加工手段之一。

电子束熔炼炉在真空条件下，电子枪的阴极被加热后产生热电子逸出。在加速电压(大于20kV)的作用下，热电子向阳极(零电位)加速运动。由于聚束极的作用，电子束从阳极的中心孔通过，向下继续运动，经磁聚焦透镜的多次聚焦和磁偏转扫描透镜的调节，使电子束准确而集中地轰击到原料棒的表面。在原料和熔池表面产生3000℃以上的温度，原料的表面被加热、熔化，滴入熔池中。

电子枪是电子束熔炼炉的关键部分，是电子束熔炼材料的热源。电子枪产生高速电子束轰击到需熔炼材料的表面，其动能变成热能，为熔炼提供热源。电子枪性能的好坏完全决定电子束熔炼炉性能的优劣。没有高性能的电子枪就不可能制造出性能优良的电子束熔炼炉。电子枪主要由辅助阴极、阴极块、加速阳极、枪室、栏孔板、磁聚焦透镜、闸板阀、磁偏转扫描透镜等部件组成。电子枪的功率可根据需要通过调整高压电源的功率进行调整。

电子枪功率的大小直接影响着熔化范围的大小和液态金属熔池的深浅。尽管可以采用多支电子枪实现大面积扫描，但是液态金属熔池的深度的增加必须通过加大单支电子枪的功率才能实现。因此，采用多支小功率电子枪的叠加无法同时满足既有大的熔化面积又有很深的液态金属熔池。液态金属熔池深浅直接决定了冷床内液态金属的含量，液态金属的量多有利于低/高密度杂质的上浮和下沉。故此，亟待有更好性能的电子枪出现。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电子束熔炼炉用电子枪，其可以大大改善现有电子枪的性能。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：

一种电子束熔炼炉用电子枪，包括由阴极灯丝、阴极块、聚束极和阳极构成的枪芯本体，其中阴极灯丝位于电子发生室内，阴极灯丝的下方依序定位设置聚束极和阳极，阴极灯丝和阴极块设冷却水通道；在电子发生室的辅助阴极外安装屏蔽罩；围绕着电子束的轨迹设置至少一级拦孔，并在各拦孔间及第一级拦孔与电子发生室间设抽气口。

在每一级拦孔下方设有可监控电子束轨迹的磁透镜。

在电子束的轨迹尾部段设置偏转和扫描装置。

在电子枪最下方的栏孔上方，即在下飘移室上面设有使电子发生室与炉体隔离开的横阀。

在阴极灯丝和阴极块冷却水通道的入口和出口均装有降压水电阻。

本实用新型电子束熔炼炉用电子枪是一种大功率的电子枪，可以为电子束熔炼炉提供大功率的电子束及热源。

本实用新型的优点是：

1.在电子发生室的辅助阴极外安装屏蔽罩，可延长阴极的使用寿命，同时可减少灯丝产生的电子和热量的散失，从而使更多的电子轰击到阴极块上。

2.电子枪系统采用多级抽气和设计多级拦孔，使电子发生室与熔炼室压差增大，提高了电子束聚焦性能，减少物料熔炼时放气对电子枪的影响。

3.阴极灯丝和主阴极块冷却水的入口和出口均装有降压水电阻，有效避免了它们之间的高压放电。

附图说明

图1为本实用新型电子束熔炼炉用电子枪结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本实用新型电子束熔炼炉用电子枪包括由阴极灯丝1、阴极块2、聚束极3和阳极4构成的枪芯本体，其中阴极灯丝位于电子发生室100内，阴极灯丝1的下方依序定位设置阴极块2、聚束极3和阳极4，阴极灯丝1和主阴极块2设冷却水通道(图中未标出，属现有技术)。

所述的阴极灯丝1为盘形，用于加热阴极块；阴极块2为具有球面的园片，用于发射电子产生电子束；轰击物料的聚束极3设计为环形。

本实用新型的一发明点在于：在电子发生室100的辅助阴极外安装屏蔽罩5，该屏蔽罩为圆筒形状为佳，其将阴极灯丝1、阴极块2与电极外筒6隔开，该屏蔽罩5可防止电极外筒正离子轰击阴极灯丝1和主阴极块2，从而延长阴极的使用寿命。并使得阴极灯丝的工作效率提高，减少了灯丝产生的电子和热量的散失，从而更多的电子轰击到阴极块上。

本实用新型的新设计点还在于：

在电子飘移室200内围绕着电子束的轨迹300设置至少一级拦孔7，用于聚集阴极块2产生的电子，并在各拦孔间及第一级拦孔与电子发生室100间设抽气口8。拦孔级数的设定量可以依据电子束聚焦的性能设定，本实施例中沿电子束的轨迹在其围侧设置三级拦孔。栏孔7设计为园环形，内部通有冷却水，用于减少熔炼时炉体内产生的挥发气体进入电子发生室阳极。本电子枪系统采用三级抽气和设计三级拦孔，使电子发生室与熔炼室压差增大，提高了电子束聚焦性能，减少物料熔炼时放气对电子枪的影响。

在每一级拦孔下方设有一级可监控电子束轨迹的磁透镜9，它是用于加速主阴极产生电子的运动速度，每一级的磁透镜可为环形电磁线圈。使得电子束轨迹可监控，通过观察电子束打到枪内栏孔和漂移管的电子数量，来判断电子流通效率的高低，并以此为依据确定各级聚焦的好坏。

本实用新型的设计可以使电子枪的偏转角加大，最大偏转角可大于45°。

在电子束的轨迹尾部段围侧设置偏转和扫描装置10，其可由两组电磁线圈组成，用于控制电子束轰击物料的位置。该偏转和扫描可以实现实现圆形扫描的扫描仪。

在电子枪最下方的栏孔上方，即在下飘移室上面设计有使电子发生室与炉体隔离开的横阀10，图1所示实施例中是在第三级栏孔上方设计有横阀，当横阀关闭时，保证电子发生室与炉体隔离开。

上述屏蔽罩5和辅助电极的连接同时采用螺纹连接和削钉固定，避免只采用螺纹连接，因屏蔽罩反复加热和冷却变形，而使连接不牢和屏蔽罩脱落问题。

在阴极灯丝和主阴极块冷却水通道的入口和出口均装有降压水电阻，每个出入口个安装一个水电阻，每个水电阻完全绝缘，避免它们之间高压放电。

在各栏孔上安装有电流测量仪表，通过监测和控制栏孔流过的电流的变化，判断电子束流的聚焦情况。

通过多结构的设计，可以彻底的改变当前的电子枪的性能，使得大功率电子枪得以实现。

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及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型的申请专利范围。

Claims (9)

1.一种电子束熔炼炉用电子枪，包括由阴极灯丝、主阴极块、聚束极和阳极构成的枪芯本体，其中阴极灯丝位于电子发生室内，阴极灯丝的下方依序定位设置聚束极和阳极，阴极灯丝和主阴极块旁设冷却水通道；其特征在于：

在电子发生室的辅助阴极外安装屏蔽罩；

在电子束的轨迹上设置至少一级拦孔，并在各拦孔间及第一级拦孔与电子发生室间设抽气口。

2.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉用电子枪，其特征在于：围绕着电子束的轨迹设置的拦孔为三级。

3.根据权利要求1或2所述的电子束熔炼炉用电子枪，其特征在于：在每一级拦孔下方设有监控电子束轨迹的磁透镜。

4.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉用电子枪，其特征在于：在电子束的轨迹尾部段设置偏转和扫描装置。

5.根据权利要求4所述的电子束熔炼炉用电子枪，其特征在于：所述扫描装置为实现圆形扫描。

6.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉用电子枪，其特征在于：在下飘移室上面设有使电子发生室与炉体隔离开的横阀。

7.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉用电子枪，其特征在于：屏蔽罩和辅助电极的连接同时采用螺纹连接和削钉固定。

8.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉用电子枪，其特征在于：在阴极灯丝和主阴极块冷却水通道的入口和出口均装有降压水电阻。

9.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉用电子枪，其特征在于：在每个栏孔上安装电流测量仪。

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