朔州真空电子束炉设备

随着科学技术的迅速发展，对高纯金属及合金的需要量越来越多，常规的冶炼方法已很难满足要求，而真空电子束熔炼是一种有效提纯方法，特别是对于在冶炼温度下具有较低蒸汽压的金属和合金更为有效。是高温难熔金属熔炼和提纯的专用设备。电子束熔炼在高真空下进行，熔炼时的过热温度高，维持液态的时间长，使材料的精炼提纯作用得以充分有效地进行。电子束熔炼时，材料主要发生脱气、分解、脱氧、金属杂质的挥发和不熔杂质的上浮等。不熔杂质上浮而富集在铸锭顶部，可在切头时去除在真空下，电子枪的阴极被加热产生热电子逸出。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。

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冶金工业上电炉主要用于钢铁、铁合金、有色金属等的熔炼、加热和热处理。19世纪末出现了工业规模的电炉，20世纪50年代以来，由于对冶金产品需求的增长和电费随电力工业的发展而下降，电炉在冶金炉设备中的比额逐年上升。电炉可分为电阻炉、 感应炉、 电弧炉、等离子炉、电子束炉等。电子束炉用高速电子轰击物料使之加热熔化的电炉（图4电子束炉示意）。在真空炉壳内,用通低压电的灯丝加热阴极，使之发射电子，电子束受加速阳极的高压电场的作用而加速运动，轰击位于阳极的金属物料，使电能转变成热能。因为电子束可经电磁聚焦装置高度密集，所以可在物料受轰击的部位产生很高的温度。电子束炉用于熔炼特殊钢、难熔和活泼金属。

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钛是一种稀有金属，有良好的抗腐蚀能力及金属中*高的强度－重量比。钛还能与铁、铝、钒、钼等其他元素熔成合金，制造出高强度的钛合金，广泛应用在航天、军事、工业、汽车、农产食品、医学、运动用品、珠宝及手机等领域。钛及钛合金的冶炼方法有：真空自耗炉（VAR）、电子束真空冷床炉（EB）、真空等离子弧和真空等离子束熔炼（PA）、冷床炉熔炼（CHM）。其中前两者是熔炼钛及钛合金的*选设备，在国内VAR炉较多，而EB炉相对偏少。

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将电能转换成热能有很多形式，电子束炉是利用高速运动的电子的动能转换成热能，来熔化海绵钛压块，使其有足够的热量进行熔炼，发射电子束的装置是电子枪。电子枪发射的电子束在加速电压的作用下获得高速运动，经过聚集和偏转系统的控制，终使电子束准确而密集的轰击金属棒料和熔池表面，将其动能转变成热能，使金属熔化。在此过程中发生一系列的物理化学变化，使金属得到精炼和提纯。电子束炉的热能来源的关键是在于获得高速运动的电子。

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国内电子束冷床熔炼技术的日趋成熟为钛合金的低成本化制备提供了重要的技术途径，而国内电子束冷床熔炼技术主要有以下几个优点，第一个优点是较好地消除高、低密度夹杂，可获得组织均匀的铸锭。第二个优点是可100%利用返回料，而生产Ti-6Al-4V合金的VAR只能利用30%以下的返回料；第三个优点是可一次熔炼成锭；第四个优点是可生产扁锭，减少后续加工量。研究人员采用EBCHM代替传统的VAR，通过大量添加返回料，单次熔炼生产TC4钛合金扁锭。扁锭表面处理、包覆后直接开坯轧制，制备8mm厚TC4钛合金板材。

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电子束熔炼工艺的冶金学：电子束枪为高温热源，在束斑点的温度甚至能超过所有金属的熔化温度和蒸发温度。在高频下进行磁偏转和快速扫描，电子束将有效指向具有多种形状的目标，因此电子束是重熔技术中*灵活的热源。电子束冲击目标的典型功率密度为100 W/cm²。根据熔炼材料的特性，功率传递的有效范围约为50~80%。因为EB熔炼为表面加热方法，它只能以可接受的熔化速率生成浅熔池，这必然在多孔性、偏析等方面影响钢锭结构。过热金属熔池表面暴露在1-0.0001Pa的高真空环境下将对熔化材料产生极好的脱气作用。