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真空电子束熔炼的原理、工艺特点及冶金效果

2020-11-20 09:48:00

在高真空下,将高速电子束流的动能转换为热能作为热源来进行金属熔炼的一种真空熔炼方法。简称EBM。

在高真空条件下,阴极由于高压电场的作用被加热而发射出电子,电子汇集成束,电子束在加速电压的作用下,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作用下,准确地轰击到结晶器内的底锭和物料上,使底锭被熔化形成熔池,物料也不断地被熔化滴落到熔池内,从而实现熔炼过程,这就是电子束熔炼原理。

电子束炉的加速电压一般使用在三万伏左右,引起的X射线损失*大不超过0.5%,二次发射电子的损失会更少。所以电子束的能量几乎是全部由电能转换为动能,再由动能转换为热能。电子的运动速度V(km/s)可由下式确定:

W=593v(km/s)

式中v为加速电压,V。

真空电子束熔炼的原理、工艺特点及冶金效果

真空电子束熔炼的工艺特点是在高真空环境下进行熔炼(熔炼真空度一般在10至10Pa),熔炼时熔池的温度及其分布可控,熔池的维持时间可在很大的范围内调整;熔炼是在水冷铜坩埚(结晶器)内进行的,可以有效地避免金属液被耐火材料污染。因此可以说,电子束熔炼为一些金属材料、特别是难熔金属提供了一种不可缺少的精炼手段。

电子束熔炼过程存在3种基本的冶金反应:(1)除气。电子束熔炼可除去大多数金属中的氢、且氢的去除很容易,一般在炉料被熔清之前即已基本完成:由于真空度高,熔池温度及处于液态的时间可控,脱氮效果也很高。(2)金属杂质的挥发。在电子束熔炼温度下,凡是比基体金属蒸气压高的金属杂质均会不同程度地得以挥发去除。(3)去除非金属夹杂物。氧化物及氮化物夹杂物在电子束熔炼温度及真空度下,有可能分解出[O]及[N]被去除;还可以通过碳氧反应而被去掉;此外,锭子自下而上的顺序凝固特点也有利于非金属夹杂物的上浮。

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电子束熔炼炉

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