UA121970C2

UA121970C2 - GAS DISCHARGE ELECTRONIC GUN

Info

Publication number: UA121970C2
Application number: UAA201611083A
Authority: UA
Inventors: Сергій Васильович Ладохін; Тамара Володимирівна Лапшук; Євген Олександрович Дрозд
Original assignee: Фізико-Технологічний Інститут Металів Та Сплавів Нан України
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2020-08-25

Abstract

Винахід належить до області електронної техніки, а саме стосується розробки газорозрядних електронних гармат технологічного призначення. Променевід пропонованої електронної гармати виконаний у вигляді трійника, один патрубок якого стикується з металевим корпусом гармати, а два інших - з технологічною камерою. Останні виконані у вигляді коліна з двох частин, кут коліна вибраний таким, щоб ця частина стикувалась з технологічною камерою під прямим кутом. На патрубках розміщені котушки фокусування, повороту та відхилення променя. Технічним результатом пропонованого винаходу є використання однієї гармати замість двох для обігріву в технологічній камері по черзі двох об'єктів, що здешевлює вартість використовуваного для плавки устаткування.The invention relates to the field of electronic engineering, namely to the development of gas-discharge electronic guns for technological purposes. The beam of the proposed electronic gun is made in the form of a tee, one pipe of which is connected to the metal body of the gun, and the other two - with the process chamber. The latter are made in the form of a knee of two parts, the angle of the knee is chosen so that this part is in contact with the process chamber at right angles. Focusing, turning and deflection coils are placed on the nozzles. The technical result of the present invention is the use of one gun instead of two for heating in the process chamber alternately two objects, which reduces the cost of equipment used for melting.

Description

Винахід належить до області електронної техніки, конкретніше - стосується розробки газорозрядних електронних гармат технологічного призначення, і може знайти застосування в спеціальній електрометалургії для використання в електронно- променевих печах високої потужності, у тому числі при виплавці металів і сплавів у гарнісажних тиглях з електромагнітним перемішуванням розплаву і при формуванні зливків в кристалізаторах з накладанням електромагнітних дій.The invention belongs to the field of electronic engineering, more specifically, it relates to the development of gas-discharge electronic guns for technological purposes, and can find application in special electrometallurgy for use in high-power electron beam furnaces, including when smelting metals and alloys in garnish crucibles with electromagnetic mixing of the melt and during the formation of ingots in crystallizers with the imposition of electromagnetic actions.

Особливістю електронно-променевої плавки з електромагнітним перемішуванням розплаву є необхідність розміщення тигля або кристалізатора на одній вертикальній осі з гарматою для унеможливлення відхилення променя із зони нагріву під впливом електромагнітних полів.A feature of electron-beam melting with electromagnetic mixing of the melt is the need to place the crucible or crystallizer on the same vertical axis as the gun to prevent beam deflection from the heating zone under the influence of electromagnetic fields.

Відомі газорозрядні електронні гармати, що містять в герметичному металевому корпусі високовольтні ізолятори, водо охолоджувані увігнуті катоди з розвиненою емісійною поверхнею, співвісні з ними водо охолоджувані порожнисті аноди з отвором для виведення електронного пучка, системи подання газу в розрядний проміжок, системи охолодження анода і катода та герметично приєднані до камери співвісно анодам променеводи з розміщеними на них фокусуючими і відхиляючими котушками |11.Known gas-discharge electron guns containing high-voltage insulators in a sealed metal case, water-cooled concave cathodes with a developed emission surface, water-cooled hollow anodes coaxial with them with a hole for outputting an electron beam, gas supply systems into the discharge gap, anode and cathode cooling systems and hermetically connected to the camera coaxially to the anodes of the ray guides with focusing and deflecting coils placed on them |11.

Недоліком відомих газорозрядних гармат є те, що при обігріві в технологічній камері тигля або кристалізатора з системою електромагнітного перемішування (СЕМП) розплаву їх доводиться розміщувати співвісно з цією системою, що унеможливлює обігрів гарматою іншого об'єкта в технологічній камері через неможливість переміщення електронного променя.The disadvantage of known gas-discharge guns is that when heating a crucible or crystallizer with an electromagnetic stirring system (SEMP) of the melt in the process chamber, they have to be placed coaxially with this system, which makes it impossible for the gun to heat another object in the process chamber due to the impossibility of moving the electron beam.

Відома також газорозрядна електронна гармата, що складається з герметичного металевого корпусу, в якому розміщені високовольтний ізолятор, холодний увігнутий катод з розвиненою емісійною поверхнею, співвісний з ним порожнистий анод, донна частина якого виконана у вигляді плити з каналами для охолоджувальної води в тілі плити, сполученими між собою в єдину систему, розташовану навколо отвору для проходження електронного пучка, і до цієї плити співвісно приєднаний магнітний екран, мінімальний діаметр отвору в якому співпадає з діаметром отвору в аноді, а також герметично приєднаний до корпусу променевід з розміщеними на ньому фокусуючими і відхиляючими котушками, виконаний з двох частин у вигляді коліна, перша частина якого приєднана до металевого корпусу, а друга виконана з можливістю стикування з технологічною камерою, кут повороту другої частини відносно першоїA gas-discharge electron gun is also known, consisting of a hermetic metal case, which houses a high-voltage insulator, a cold concave cathode with a developed emission surface, a hollow anode coaxial with it, the bottom part of which is made in the form of a plate with channels for cooling water in the body of the plate, connected among themselves into a single system located around the hole for the passage of the electron beam, and a magnetic screen coaxially attached to this plate, the minimum diameter of the hole in which coincides with the diameter of the hole in the anode, as well as a beam guide hermetically attached to the body with focusing and deflecting coils placed on it , made of two parts in the form of a knee, the first part of which is attached to the metal case, and the second is made with the possibility of docking with the technological camera, the angle of rotation of the second part relative to the first

Зо вибраний таким, щоб виключити пряме проходження електронного променя через отвір в аноді до тигля, який знаходиться по центру технологічної камери, і друга частина променеводу виконана з можливістю збігу вертикальний осі з центром тигля (21.Zo is chosen in such a way as to exclude the direct passage of the electron beam through the hole in the anode to the crucible, which is located in the center of the technological chamber, and the second part of the beam is made with the possibility of coincidence of the vertical axis with the center of the crucible (21.

Недоліком цієї гармати залишається неможливість обігріву іншого об'єкта в технологічній камері, окрім розташованого на одній вертикальній осі з нею.The disadvantage of this gun is the impossibility of heating another object in the technological chamber, except for the one located on the same vertical axis as it.

Відома також електронно-променева установка, в якій одна і та ж газорозрядна електронна гармата може обігрівати по черзі два об'єкти в технологічній камері - кристалізатор і тигель, для чого вона виконана такою, що переміщується з позиції обігріву одного об'єкта на позицію обігріву іншого об'єкта |З.An electron beam installation is also known, in which the same gas-discharge electron gun can alternately heat two objects in the process chamber - a crystallizer and a crucible, for which it is designed to move from the position of heating one object to the position of heating of another object |Z.

Недоліком установки є ускладнення конструкції агрегату, пов'язане з оснащенням Її пристроєм для переміщення гармати з однієї позиції на іншу.The disadvantage of the installation is the complication of the unit design, associated with equipping it with a device for moving the gun from one position to another.

В основу винаходу поставлена задача розробка газорозрядної електронної гармати, яка може здійснювати в технологічній камері почерговий нагрів щонайменше двох незалежних об'єктів, наприклад кристалізатора з СЕМП і тигля з СЕМП, або двох тиглів з СЕМП.The invention is based on the task of developing a gas-discharge electron gun, which can alternately heat at least two independent objects in a technological chamber, for example, a crystallizer from SEM and a crucible from SEM, or two crucibles from SEM.

Поставлена задача вирішується тим, що у відомій газорозрядній гарматі, що складається з герметичного металевого корпусу, в якому розміщені високовольтний ізолятор, холодний увігнутий катод з розвиненою емісійною поверхнею, співвісний з ним охолоджуваний порожнистий анод, донна частина якого виконана з отвором для проходження електронного променя, системи охолодження і подання робочого газу, а також герметично приєднаного до металевого корпусу променеводу з розміщеними на ньому фокусуючими і відхиляючими котушками, згідно з винаходом променевід виконаний у вигляді трійника, один патрубок якого герметично стикується з металевим корпусом гармати, а два інших - з технологічною камерою, і патрубки, що стикуються з технологічною камерою, виконані у вигляді коліна з двох частин, перша з яких є частиною трійника, а друга стикується з технологічною камерою, і кут коліна вибраний так, щоб ці частини стикувалися з технологічною камерою під прямим кутом, причому на усіх патрубках розміщені котушки фокусування променя, на трійнику і поблизу колін на променеводі - котушки повороту променя, а на частинах патрубків, що стикуються з технологічною камерою - також котушки відхилення променя.The problem is solved by the fact that in a well-known gas-discharge gun, which consists of a hermetic metal case, which houses a high-voltage insulator, a cold concave cathode with a developed emission surface, a cooled hollow anode coaxial with it, the bottom part of which is made with a hole for the passage of an electron beam, system of cooling and supply of working gas, as well as a beam guide hermetically connected to the metal body with focusing and deflecting coils placed on it, according to the invention, the beam guide is made in the form of a tee, one nozzle of which is hermetically connected to the metal body of the gun, and the other two - to the technological chamber , and the nozzles connecting to the process chamber are made in the form of a two-part elbow, the first of which is part of a tee, and the second connects to the process chamber, and the angle of the elbow is chosen so that these parts contact the process chamber at a right angle, and coils are placed on all nozzles focusing of the beam, on the tee and near the knees on the beam - the coils of turning the beam, and on the parts of the nozzles connected to the technological camera - also the coils of the beam deflection.

Суть винаходу пояснює кресленняThe drawing explains the essence of the invention

У герметичному металевому корпусі 1 розміщені високовольтний ізолятор 2, 60 водоохолоджуваний увігнутий катод З, співвісний з ним водоохолоджуваний порожнистий анодA high-voltage insulator 2, 60 water-cooled concave cathode Z, and a water-cooled hollow anode coaxial with it are placed in the hermetic metal case 1

4, в донній частині якого виконаний отвір 5 для проходження променя, і системи подання охолоджувальної води і робочого газу (на рисунку не показані). До корпусу 1 герметично приєднаний променевід, виконаний у вигляді трійника 6, один патрубок якого 7 стикується з корпусом 1, а два інших 8 і 9 - з технологічною камерою 10. Патрубки 8 і 9 виконані з двох частин кожна, перші з яких є частиною трійника б, а другі - частинами, що стикуються з технологічною камерою 10 під прямим кутом з тим, щоб розміщуватися на одній вертикальній осі з об'єктами 11 і 12 в технологічній камері 10. На усіх трьох патрубках 7, 8 і 9 трійника 6 розміщені котушки 13 фокусувань електронного променя. На трійнику 6 і поблизу колін частин 8 і 9 розміщені котушки 14 повороту променя. На вертикальних частинах патрубків 8 і 9 розміщені котушки 75 відхилень променя.4, in the bottom part of which there is a hole 5 for the passage of the beam, and the system for supplying cooling water and working gas (not shown in the figure). A radiation guide, made in the form of a tee 6, is hermetically connected to the housing 1, one nozzle 7 of which is connected to the housing 1, and the other two 8 and 9 - to the technological chamber 10. The nozzles 8 and 9 are made of two parts each, the first of which is part of the tee b, and the others - parts that are in contact with the technological chamber 10 at a right angle in order to be located on the same vertical axis as the objects 11 and 12 in the technological chamber 10. Coils are placed on all three nozzles 7, 8 and 9 of the tee 6 13 electron beam focusing. On the tee 6 and near the knees of parts 8 and 9, coils 14 of beam rotation are placed. Coils of 75 beam deviations are placed on the vertical parts of nozzles 8 and 9.

Гармата працює таким чином. Після встановлення в технологічній камері 10 необхідного розрідження подають високу напругу в 20-24 кВ на катод З і починають формування електронного променя. У випадку, якщо нагріву повинен піддаватися об'єкт 11, котушками 14 у трійника б направляють сформований промінь спочатку у патрубок 8, в якому він котушками 14, розміщеними поблизу коліна на його вертикальній частині, спрямовується по цій частині променеводу у технологічну камеру 10 до об'єкта 11. При цьому на усьому шляху проходження променя він фокусується котушками 13, а у вертикальній частині патрубка 8 управляється котушками 15 по об'єкту 11, що обігрівається.The gun works like this. After establishing the necessary rarefaction in the technological chamber 10, a high voltage of 20-24 kV is applied to the cathode Z and the formation of the electron beam begins. In the event that the object 11 is to be heated, the coils 14 at the tee b direct the formed beam first into the nozzle 8, in which it is directed by the coils 14, located near the knee on its vertical part, along this part of the ray guide into the technological chamber 10 to the object 11. At the same time, along the entire path of the beam, it is focused by coils 13, and in the vertical part of the nozzle 8, it is controlled by coils 15 on the heated object 11.

У випадку, якщо нагріву повинен піддаватися об'єкт 12, котушками 14 у трійника 6 направляють сформований промінь спочатку у патрубок 9, в якому він котушками 14, розміщеними поблизу коліна на його вертикальній частині, спрямовується по цій частині променеводу у технологічну камеру 10 до об'єкта 12. При цьому на усьому шляху проходження променя він фокусується котушками 13, а у вертикальній частині патрубка 9 управляється котушками 15 по об'єкту 12, що обігрівається.In the event that the object 12 is to be heated, the coils 14 in the tee 6 direct the formed beam first to the nozzle 9, in which it is directed by the coils 14, located near the knee on its vertical part, along this part of the ray guide into the technological chamber 10 to the object 12. At the same time, along the entire path of the beam, it is focused by coils 13, and in the vertical part of the nozzle 9, it is controlled by coils 15 on the heated object 12.

Перевагою пропонованого винаходу є використання однієї гармати замість двох для обігріву в технологічній камері по черзі двох об'єктів, що здешевлює вартість використовуваного для плавки устаткування.The advantage of the proposed invention is the use of one gun instead of two for heating two objects in the technological chamber in turn, which reduces the cost of the equipment used for melting.

Джерела інформації: 1. Плазменньюе процессьі в технологических злектронньїх пушках / М.А. Завьялов, Ю.З.Sources of information: 1. Plasma processes in technological electron guns / M.A. Zavyalov, Yu.Z.

Крейндель, А.А. Новиков, Л.П. Шатурин. - М.: Знергоатомиздат, 1989. - С. 97-145. 2. Патент Украиньі Мо 93625, МПК НОТ.) 37/06. Газорозрядна електронна гармата. Опубл. 25.02. 2011. Бюл. Мо 4.Kreindel, A.A. Novikov, L.P. Shaturin - M.: Znergoatomizdat, 1989. - P. 97-145. 2. Patent of Ukraine Mo 93625, IPC NOT.) 37/06. Gas discharge electron gun. Publ. 25.02. 2011. Bull. Mo 4.

З. Патент України на корисну модель Мо 102535, МПК С228 9/22, 0210 5/56. Електронно- променева установка. Опубл. 10.11. 2015. Бюл. Мо 21.Z. Patent of Ukraine for a utility model Mo 102535, IPC C228 9/22, 0210 5/56. Electron beam installation. Publ. 10.11. 2015. Bull. May 21.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION A gas-discharge electron gun containing a hermetic metal case, which houses a high-voltage insulator, a cold concave cathode with a developed emission surface, a hollow anode coaxial with it, the bottom part of which is made with a hole for the passage of an electron beam, a cooling system and a supply of working gas, as well as a ray guide hermetically connected to the metal body with focusing and deflecting coils placed on it, which is distinguished by the fact that it contains a technological camera, while the ray guide is made in the form of a tee, one nozzle of which is hermetically connected to the metal body of the gun, and the other two - to the technological chamber, and the nozzles connected to the process chamber are made in the form of a two-part elbow, the first of which is part of a tee, and the second is connected to the process chamber, and the angle of the elbow is chosen so that this part meets the process chamber at a right angle, moreover, coils f are placed on all nozzles biting of the beam, on the tee and near the knees on the beam - the coils of turning the beam, and on the parts of the nozzles connected to the technological camera - the coils of the beam deflection.

"3 7 koe her KI Y. 3 i in Kano" Zh M z i ked e ti Uyah o iy p.

Ka i and Ve //vak V. 4 sebia po ee ne ne zhe» j VK Iva VAS Mn I Kmetyuk et KK okon How I what t.

E x Me Zhivano! to M.: HE! | ; shik in Z Z ZV: their sokhya izn in V i: KU ХХ shneya I Be their ХЙ p Y Z cha t h y S K even OKA pnya nni i n Toz kikh khkzhlki i To s MAO s ke y Shen o V NESE MOU MU Her with and splkkllyayankh.

Bszhnzhnknnnyi Я гу я шк в Шин