專利名稱：電子束熔煉爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電子束熔煉爐。
背景技術(shù)：
隨著我國先進(jìn)制造業(yè)的迅速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對高純金屬及合金的需求量越來越多，常規(guī)的冶煉方法已很難滿足要求，而真空電子束熔煉是一種有效的提純方法，特別是對于在冶煉溫度下具有較低蒸汽壓的金屬和合金更為有效。高科技的發(fā)展對材料的性能提出了新的要求，而材料新功能的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用又促進(jìn)高科技的發(fā)展，因此，作為材料基礎(chǔ)的金屬就成了材料科學(xué)的主要研究對象之一。但是，金屬本性特征的揭示和應(yīng)用又往往由于其中雜質(zhì)的存在而受到影響，只有對金屬進(jìn)行深度凈化提純，才能進(jìn)一步揭示其原本的本質(zhì)特性，從而發(fā)現(xiàn)其新的功能和開拓新的應(yīng)用。原材料的高純化成為開發(fā)下一代高性能先進(jìn)材料的關(guān)鍵組成部分，電子束熔煉爐是熔煉和提純高熔點金屬的必需設(shè)備。電子束技術(shù)是一種非接觸加工的高能束流加工技術(shù)。它利用經(jīng)高壓靜電場和電磁場加速與會聚的高能量電子流作為熱源，對工件或材料實施各種特殊的加工。由于它具有能量密度極高、熱效率高、精密易控及多功能等特點，在工業(yè)領(lǐng)域的各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，是高科技發(fā)展不可缺少的特種加工手段之一。電子束熔煉是利用高能量密度的電子束在轟擊金屬時產(chǎn)生高溫使金屬熔化。由于這一過程是在真空中進(jìn)行，并且材料處于熔融狀態(tài)的時間可按需要控制，因此可以獲得較好的提純效果，容易獲得高純度的材料。這是電子束熔煉優(yōu)于其它真空熔煉的一個重要特點。電子束熔煉爐是高溫難熔金屬熔煉和提純的專用設(shè)備。電子束熔煉在高真空下進(jìn)行，熔煉時的過熱溫度高，維持液態(tài)的時間長，使材料的精煉提純作用得以充分有效地進(jìn)行。電子束熔煉時，材料主要發(fā)生脫氣、分解、脫氧、金屬雜質(zhì)的揮發(fā)和不熔雜質(zhì)的上浮等。 其中，不熔雜質(zhì)上浮而富集在鑄錠頂部，可在切頭時去除?，F(xiàn)電子束熔煉爐的進(jìn)料裝置多是針對輸送棒料、板料等較成型的材料來設(shè)計的， 一般用送料臺車移動傳送，由牽引小車將裝好料的料架推入爐內(nèi)。當(dāng)需要輸送散料時，則無法實現(xiàn)輸送，故散料的進(jìn)料裝置的設(shè)計有效的提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。電子槍作為電子束熔煉爐的核心部件，其性能的好壞直接影響著電子束熔煉爐性能的優(yōu)劣。另外，在一定程度上，電子槍的功率的大小決定在電子束熔煉爐功率的大小，但電子槍的研制隨著功率的逐漸增大，各種熔煉工藝對電子槍的各項功能也要求越來越苛刻，例如偏轉(zhuǎn)角度、光斑大小、電子束的長度以及掃描形狀尺寸等提出了更高要求，因此其相應(yīng)的研制難度也相應(yīng)地大大增加。首先，電子槍產(chǎn)生電子束的發(fā)生系統(tǒng)一槍芯的結(jié)構(gòu)直接影響一個電子槍的性能、發(fā)射能力以及電子束的軌跡，進(jìn)而影響到整個電子槍的性能。因此，在某種意義上可以認(rèn)為槍芯是電子槍(特別是大功率電子槍)的核心部件。電子槍的槍芯是在真空、高溫和高壓(電壓幾萬伏特)狀態(tài)下工作的，因此槍芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計的是否合理直接決定著電子槍能否正常工作使用。尤其是大功率的電子槍在工作狀態(tài)時，其槍頭的陰極系統(tǒng)部件溫度都非常高，若結(jié)構(gòu)稍有不合理則會造成頻繁的高壓放電、電子槍槍芯漏氣、零部件之間接觸不良而斷路、零部件變形和燒結(jié)在一起等一系列嚴(yán)重后果，致使電子槍無法使用。因此只有通過改變槍芯的相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)來彌補(bǔ)大功率槍芯設(shè)計以及使用中所遇到的困難。隨著電子槍功率的增大，電子槍光路系統(tǒng)中的偏轉(zhuǎn)掃描裝置的體積也變得越來越大，由于偏轉(zhuǎn)掃描裝置坐落在電子槍槍座上，從而導(dǎo)致電子槍的底座較大，因而，相應(yīng)的安裝電子槍的電子束熔煉爐的法蘭直徑較大。但鑒于目前客戶要求電子束熔煉爐要具有幾千千瓦大功率的要求，現(xiàn)有一把電子槍的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求，所以只能在一臺爐體上裝有多個電子槍。但另一方面，基于生產(chǎn)工藝的要求，電子槍之間的距離又不能太大。因此，隨著功率的加大就產(chǎn)生了槍體底座太大與槍體之間距離太小之間的矛盾，進(jìn)一步說，也就是如何減小偏轉(zhuǎn)掃描裝置的結(jié)構(gòu)以達(dá)到減小槍體底座直徑的目的來滿足實際工程使用是一個亟待解決的課題。電子槍是一個很“嬌氣”的設(shè)備，要求其內(nèi)部的零部件要非常潔凈，否則會發(fā)生放電打火等現(xiàn)象的發(fā)生。在電子束熔煉爐破真空時，若電子槍的真空室不能密閉保護(hù)的話，勢必會使?fàn)t內(nèi)的許多灰塵沖到槍室內(nèi)，特別是槍芯室內(nèi)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種高性能的電子束熔煉爐。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下設(shè)計方案一種電子束熔煉爐，包括一帶有進(jìn)料口及出料口的爐體，爐體的一側(cè)設(shè)進(jìn)料機(jī)構(gòu)， 爐體內(nèi)由前至后依次置有水平坩堝、鑄錠坩堝；所述的水平坩堝置于進(jìn)料口處，鑄錠坩堝緊挨水平坩堝之后且位置低于水平坩堝；在水平坩堝與鑄錠坩堝的上方均固定有電子槍；還包括一用于完成送料、熔煉及出料全過程的電機(jī)拖動系統(tǒng)，該拖動系統(tǒng)的拖錠機(jī)構(gòu)承載鑄錠并控制其升降；該電子束熔煉爐配有真空系統(tǒng)及電控柜和觀察窗；所述的進(jìn)料機(jī)構(gòu)至少為整料進(jìn)料裝置和散料進(jìn)料裝置中的一種；水平坩堝和鑄錠坩堝上方至少固定有一把大功率電子槍。所述的散料進(jìn)料裝置可以是塊狀或顆粒狀散料筒式進(jìn)料機(jī)構(gòu)。其中，所述的筒式進(jìn)料機(jī)構(gòu)包括一上有進(jìn)料口、下有出料口的主料筒，該主料筒的下開口下方設(shè)有一漏斗，漏斗的下開口處接有一溜槽；該漏斗及溜槽均設(shè)在一密封裝置內(nèi)，該密封裝置開有氣口，并帶有一控制開合機(jī)構(gòu)；在主料筒旁側(cè)開有用于抽真空的管道。所述的控制開合機(jī)構(gòu)為氣壓缸或液壓缸裝置；所述的料筒內(nèi)設(shè)有料筒內(nèi)襯；所述的主料筒上設(shè)有可開合的密封蓋。所述的大功率電子槍的槍芯為大功率槍芯，槍芯的燈絲外圍裝有用于將轟擊電流聚束的內(nèi)罩；在電子束的光路系統(tǒng)中配置至少兩組匹配的磁透鏡以及攔孔，在陽極座和槍室下筒之間裝有放置第一磁透鏡的線圈室，在槍室下筒和底座之間裝有帶水冷的攔孔座， 其上安裝有攔孔；在槍的底座上裝有偏轉(zhuǎn)和掃描線圈，在偏轉(zhuǎn)和掃描線圈之上是第二磁透鏡的線圈；配置一風(fēng)冷冷卻單元，在槍芯的外面加有一個槍罩，在槍罩上安裝一個風(fēng)機(jī)，利用所述的安全罩、一組導(dǎo)風(fēng)筒及在陰極部件外裝有的外罩組件在槍芯本體周圍共同圍設(shè)構(gòu)建冷卻風(fēng)路。所述的電子槍的偏轉(zhuǎn)掃描線圈的鐵芯結(jié)構(gòu)可為圓環(huán)狀。所述大功率電子槍的槍室的閥門可采用帶有水冷結(jié)構(gòu)的插板閥。所述的電子槍槍芯具有散熱單元，該散熱單元的的上、下散熱體可以為放射狀輻板結(jié)構(gòu)；在電子槍槍芯與燈絲固定塊的連接處，可用螺釘通過中間一壓板壓緊燈絲；電子槍槍芯瓷座的縱壁外形設(shè)計為呈波浪形結(jié)構(gòu)為佳。所述的拖動系統(tǒng)采用全自動運行及手動控制方式中的至少一種。所述的拖錠機(jī)構(gòu)采用調(diào)頻電機(jī)控制其拖錠速度。本實用新型電子束熔煉爐適用于各種難熔金屬、合金與其化合物和復(fù)合材料，尤其是多晶硅。本實用新型的優(yōu)點是1.配備兩種進(jìn)料方式，使得來料的質(zhì)量、尺寸及形狀選擇范圍大；2.即使是輸送散料，利用新配備的散料進(jìn)料裝置，可以做到進(jìn)料均勻，工作穩(wěn)定。3.配備的大功率電子槍可產(chǎn)生800KW的穩(wěn)定工作功率，能夠滿足各種難熔金屬、 合金與其化合物和復(fù)合材料的熔煉。4.在電子槍槍室加上了性能較穩(wěn)定的插板閥，使得電子槍在長時間工作的情況下，槍芯室保持非常干凈，從而減少了高壓放電。5.熔煉溫度和速度可靈活控制；產(chǎn)品質(zhì)量高，無環(huán)境污染；能量利用效率高，僅有約20%的能量損失。

[0030]圖1為本實用新型電子束熔煉爐結(jié)構(gòu)一較佳實施例示意圖(主剖視)。[0031]圖2為圖1所示實施例結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。[0032]圖3為本實用新型電子束熔煉爐另一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(主剖視)。[0033]圖4為圖3所示實施例結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。[0034]圖5為本實用新型電子束熔煉爐又一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(主剖視)。[0035]圖6為圖5所示實施例結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)。[0036]圖7為本實用新型電子束熔煉爐的散料進(jìn)料裝置結(jié)構(gòu)示意圖。[0037]圖8為本實用新型電子束熔煉爐的大功率電子槍結(jié)構(gòu)示意圖。[0038]圖9為本實用新型大功率電子槍的電子槍槍芯結(jié)構(gòu)示意圖。[0039]圖10為本實用新型電子槍槍芯的上散熱體結(jié)構(gòu)示意圖。[0040]圖11為本實用新型大功率電子槍的插板閥單元構(gòu)成原理圖。[0041]圖12為現(xiàn)有技術(shù)電子槍的偏轉(zhuǎn)掃描鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。[0042]
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實施方式參閱圖1 圖6所示，本實用新型電子束熔煉爐包括一帶有進(jìn)料口及出料口的爐體1，爐體的一側(cè)設(shè)進(jìn)料機(jī)構(gòu)3 (圖1示出了一較佳實施例，進(jìn)料機(jī)構(gòu)同時設(shè)置整料進(jìn)料裝置3和散料進(jìn)料裝置3’ ；圖3實施例的進(jìn)料機(jī)構(gòu)只設(shè)置了 ；散料進(jìn)料裝置3’ ；圖5實施例的進(jìn)料機(jī)構(gòu)只設(shè)置了整料進(jìn)料裝置3)，爐體內(nèi)由前至后依次置有水平坩堝4、鑄錠坩堝5 ； 所述的水平坩堝置于進(jìn)料口處，鑄錠坩堝5緊挨水平坩堝4之后且位置低于水平坩堝；在水平坩堝與鑄錠坩堝的上方均固定有兩把電子槍2 ；還包括一用于完成送料、熔煉及出料全過程的電機(jī)拖動系統(tǒng)，該拖動系統(tǒng)的拖錠機(jī)構(gòu)6承載鑄錠并控制其升降；該電子束熔煉爐配有真空系統(tǒng)8及電控柜9和觀察窗7 ；本實用新型的主創(chuàng)點在于所述的進(jìn)料機(jī)構(gòu)至少為整料進(jìn)料裝置和散料進(jìn)料裝置中的一種；水平坩堝和鑄錠坩堝上方均固定有兩把大功率電子槍。所述爐體部分為帶水套臥式圓形或方形腔體，兩邊是活動爐門，爐體分別與電子槍2、真空系統(tǒng)8、進(jìn)料裝置3、水冷坩堝4、拖錠裝置6和觀察窗7相連。所述的整料進(jìn)料裝置3可實現(xiàn)棒料、板料、條狀原料及尺寸較大的形狀不規(guī)則原料的進(jìn)料，是現(xiàn)大多數(shù)熔煉爐通用的一種進(jìn)料方式，此處不贅述。該整料進(jìn)料裝置包括送料箱和送料裝置，使熔煉料不斷向前移動，以確保原料逐點熔化。參見圖7，所述的散料進(jìn)料裝置可以是筒式進(jìn)料機(jī)構(gòu)，包括一上有進(jìn)料口、下有出料口的主料筒2，該主料筒2的下開口下方設(shè)有一漏斗6，漏斗的下開口處接有一溜槽11 ； 該漏斗6及溜槽11均設(shè)在爐體內(nèi)；料筒2與漏斗6間有閥門裝置7，用軸承固定，帶有一控制開合機(jī)構(gòu)，并設(shè)有密封裝置3。在所述的主料筒上設(shè)有可開合的密封蓋1。料筒2可以是如圖1所示的漏斗形。所述料筒內(nèi)應(yīng)設(shè)有料筒內(nèi)襯5，做為料筒的保護(hù)層，避免硅與料筒直接接觸，把其余物質(zhì)成分帶入硅中。所述料筒2的一側(cè)設(shè)有管道4，用于抽真空，而保證正常的工作氛圍。所述的控制開合機(jī)構(gòu)可以是氣壓缸或液壓缸裝置。本實施例中示出的控制開合機(jī)構(gòu)是氣壓缸裝置，通過連桿9連接氣缸連接件10，用以控制開合，可實現(xiàn)手動及自動控制。漏斗下接的溜槽11可以是圓形或方形、長方形等等，以圓形為佳，以避免死角和棱角出現(xiàn)兒發(fā)生堵塞的情況，或封閉或不封閉，通過夾管12固定于爐體上，溜槽角度可調(diào)，根據(jù)需要調(diào)整溜槽角度，保證散料能順利落入坩堝。本實用新型的散料進(jìn)料裝置使塊狀和顆粒狀原料通過漏斗型裝置逐步掉入水平坩堝內(nèi)熔化，實現(xiàn)其半連續(xù)進(jìn)料，操作方便，進(jìn)料均勻， 工作穩(wěn)定。電子槍主要由輔助陰極、陰極塊、加速陽極、槍室、攔孔板、磁聚焦透鏡、閘板閥、磁偏轉(zhuǎn)掃描透鏡等部件組成。本實用新型選用的電子槍的功率可根據(jù)需要通過調(diào)整高壓電源的功率進(jìn)行調(diào)整。電子束在真空條件下，電子槍的陰極被加熱后產(chǎn)生熱電子逸出。在加速電壓(大于20kV)的作用下，熱電子向陽極(零電位)加速運動。由于聚束極的作用，電子束從陽極的中心孔通過，向下繼續(xù)運動，經(jīng)磁聚焦透鏡的多次聚焦和磁偏轉(zhuǎn)掃描透鏡的調(diào)節(jié)， 使電子束準(zhǔn)確而集中地轟擊到原料棒的表面，使動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑸槿蹮捥峁嵩?。圖8示出了本實用新型電子束熔煉爐采用的大功率電子槍的結(jié)構(gòu)，其最大穩(wěn)定工作功率SOOkw的大功率電子槍，主要部件有電子槍槍芯4、陽極7、第一磁透鏡9、插板閥12、 氬氣輸送系統(tǒng)13、攔孔15、第二磁透鏡17和偏轉(zhuǎn)掃描透鏡18，其分別裝置在槍室上筒5、陽極座8、第一磁透鏡套10、攔孔座16、槍體底座上19。所述槍芯4內(nèi)裝有與SOOkw大功率相匹配的陰極塊和聚束極；陽極座8上安裝有與SOOkw大功率槍芯相匹配的陽極7 ；為了滿足大功率電子槍真空壓差的要求，在電子束的光路系統(tǒng)中配置了兩個與SOOkw大功率相匹配的磁透鏡9和15以及攔孔13 ；另外為了同時滿足單把電子槍SOOkw的大功率和電子束熔煉爐整體結(jié)構(gòu)的需要，對偏轉(zhuǎn)掃描結(jié)構(gòu)進(jìn)行了徹底變革槍芯4安裝在上筒5上，在電子槍芯上裝有槍芯罩2，其主要目的是進(jìn)行高壓安全保護(hù)。同時在槍芯罩的上部裝有一個用于冷卻槍芯的風(fēng)機(jī)1，以用來保證槍芯的真空密封要求。在槍室上筒與第一磁透鏡線圈室之間安裝帶水冷的陽極座8 ；在所述的電子槍底座17、攔孔座14、陽極座8、槍室上筒5和下筒11、 以及手孔6和觀察窗12等部件均設(shè)有供冷卻水通過的水道，保證了各個接口的密封性能， 進(jìn)而給電子槍的各項性能穩(wěn)定工作提供了必要的真空環(huán)境。 要實現(xiàn)本實用新型SOOkw (或更高功率)的大功率電子槍，首要任務(wù)是使其槍芯能夠發(fā)射大功率的電子束，通過大量地嚴(yán)謹(jǐn)計算仿真試驗以及反復(fù)論證之后，根據(jù)電子槍的工作原理對電子槍的電子發(fā)射系統(tǒng)(槍芯)、聚焦系統(tǒng)、偏轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計，成功研制成了能夠穩(wěn)定工作在SOOkw功率能力的電子槍。滿足了國內(nèi)沒有大功率電子槍而影響國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)急切要求。如圖5所示，本實用新型大功率電子槍的槍芯是由陰極20、壓緊環(huán)19、聚束極21、內(nèi)罩16、燈絲18和陽極22構(gòu)成了電子槍的電子發(fā)射系統(tǒng)。 燈絲18通過燈絲固定塊15等相關(guān)零部件與槍芯上面的兩個接線柱IA和IB形成一回路， 陰極20通過外罩部件與最下面的接線柱1相連接，從而使陰極20與燈絲18形成副高壓回路，陽極22與大地連接，其與陰極20形成主高壓回路。與燈絲18相連接的零件外圍裝有上散熱體7，在上散熱體7裝有上導(dǎo)風(fēng)筒6 ；與陰極20相連接的零件外圍裝有下散熱體11， 在下散熱體11上裝有下導(dǎo)風(fēng)筒10。重要改進(jìn)點在于在燈絲的外圍裝有一用于將轟擊電流聚束的內(nèi)罩16，延長了燈絲的使用壽命，提高了電子束熔煉爐的使用效率。一般間熱式陰極利用的設(shè)計原理是在槍芯工作時，燈絲表面溢出的電子在副高壓靜電場的作用下飛向陰極20，形成對陰極的電子轟擊，從而完成對陰極的加熱功能。但電子在燈絲和陰極之間這個距離發(fā)射的過程中則會出現(xiàn)發(fā)散的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致燈絲發(fā)射的一部分電子轟擊到陰極20外，這種現(xiàn)象一方面導(dǎo)致了槍芯的無用功增加，槍芯的溫度升高，進(jìn)而對槍芯的密封提出了更高的要求，否則嚴(yán)重時導(dǎo)致槍芯(特別是大功率電子槍槍芯)漏氣不能工作；另一方面導(dǎo)致了轟擊到陰極上的功率不夠，致使槍芯的陰極溫度較低，不能達(dá)到電子從陰極表面溢出的溫度要求，從而無法引出電子束；最后一方面是為了解決引不出電子束的問題而提高了燈絲的溫度，但隨著燈絲溫度的提高，燈絲的使用壽命則明顯下降，頻繁的更換燈絲從而造成了電子束熔煉爐的工作效率降低。在燈絲的外圍加上了內(nèi)罩16之后電子槍槍芯的使用性能大大改善，因為內(nèi)罩16與燈絲在同一電位勢上，在電子從燈絲飛向陰極的過程中，內(nèi)罩16則起到對轟擊電流的聚束作用，從而避免了上述現(xiàn)象的發(fā)生。其結(jié)構(gòu)簡單，但效果明顯。另一重要改進(jìn)點在于對燈絲固定塊15的結(jié)構(gòu)和燈絲的固定方式進(jìn)行了改進(jìn)。 未改進(jìn)前所采用的燈絲固定壓緊方式是采用一螺釘直接壓緊燈絲，采用這種方式使得燈絲在固定壓緊時處在“應(yīng)力”狀態(tài)，在電子槍工作時，燈絲和固定燈絲的燈絲固定塊均會處在高溫(2000°C以上)之下，在高溫工作的時候，燈絲則扭曲變形，致使轟擊電流不理想，燈絲壽命短?，F(xiàn)在通過在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上加上一壓板，從而使燈絲在擰緊螺釘進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時處在“自然狀態(tài)”，不受應(yīng)力作用，大大提高了燈絲的使用壽命，相應(yīng)的提高了電子束熔煉爐的工作效率，且在產(chǎn)生同樣功率大小的電子束時所消耗的轟擊陰極塊的功率大大降低，從而使槍芯的密封效果更好。再一重要改進(jìn)點在于對電子槍槍芯的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。風(fēng)機(jī)的風(fēng)向如圖5所示，自上而下沿槍芯軸線對槍芯吹風(fēng)，首先經(jīng)過帶有網(wǎng)孔狀的散熱板2， 之后大部分氣流通過上導(dǎo)風(fēng)筒4 (其主要作用是使流動的空氣盡可能多的在槍芯體的風(fēng)道或者縫隙中穿過，這樣能在風(fēng)機(jī)功率同樣大小的情況下實現(xiàn)更好的冷卻效果)進(jìn)入上散熱體7，上散熱體7是一輻板狀形狀結(jié)構(gòu)，如圖6所示，氣流從每兩個輻板之間流過，輻板的最外圓筒起到了導(dǎo)風(fēng)筒的作用。在氣流從上散熱體7出來后再進(jìn)入下導(dǎo)風(fēng)筒10以及下散熱體11，同樣，下散熱體11的結(jié)構(gòu)亦可與上散熱體7設(shè)計為同一結(jié)構(gòu)形式，呈一輻板狀形狀的結(jié)構(gòu)。氣流通過兩組導(dǎo)風(fēng)筒和散熱體之后對槍芯起到了很好的冷卻作用，滿足了大功率電子槍槍芯的冷卻要求，解決了風(fēng)冷效果不佳的弊端，更避免了水冷的諸多缺陷。本實用新型電子槍槍芯的又一改進(jìn)點在于通過對槍芯座12 (即瓷座)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使槍芯的絕緣等級得以提高。隨著電子槍功率的加大，主高壓電源的電壓也相應(yīng)的提高，相應(yīng)地對電子槍槍芯的絕緣等級也提出了更高的要求，本槍芯使槍芯座的邊緣采用波浪形結(jié)構(gòu)，加長了絕緣長度，從而使絕緣等級提高，避免了大功率工作時的高壓放電現(xiàn)象。另針對SOOkw大功率電子槍的需要，設(shè)計了氬氣控制聚焦系統(tǒng)。一般來說，在電子槍的功率較小時，電子束的電流較小，因而相應(yīng)的電子束的每個截面的直徑也較小，但隨著功率的增大，即電子束的直徑變的越來越大，從而電子束的聚焦質(zhì)量也變得越來越差，以至于使電子束擊打到陽極和攔孔等其他不應(yīng)該到達(dá)的地方，造成電子槍損壞，進(jìn)而無法工作。針對這一問題，通過對電子槍真空室通入微量氬氣來改變其真空度，使其真空度保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)以聚焦效果達(dá)到最佳，確保電子束的發(fā)射聚焦；在爐體內(nèi)部獲得IX10-3 真空度，防止金屬氧化、促使雜質(zhì)蒸發(fā)。因此，本實用新型在SOOkw大功率的電子槍上加上了氬氣輸送閉環(huán)控制系統(tǒng)，其原理是真空計把對槍室檢測到的數(shù)據(jù)傳送給工控機(jī)，工控機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，當(dāng)槍室真空度與設(shè)定的值之差達(dá)到一定的程度時，工控機(jī)發(fā)出指令對針閥動作，進(jìn)而改變槍室的真空度，形成一閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，使電子槍真空室的真空度維持在某一數(shù)值左右，進(jìn)而使電子束直徑變得相對較小。這種現(xiàn)象表明在電子束爐熔煉階段，爐室壓力較高時不需要開啟氬氣針閥，只有在爐料的純度較高放氣較少時才需要打開針閥，使槍室的真空度適當(dāng)?shù)慕档鸵詫崿F(xiàn)電子束較佳的聚焦能力。氬氣控制聚焦系統(tǒng)的研制達(dá)到了我們的預(yù)期目標(biāo)，解決了大功率電子槍在電子束電流較大情況下?lián)舸蛟跇屖夜饴废到y(tǒng)側(cè)壁上以至于損壞電子槍的疑難問題。另通過改變偏轉(zhuǎn)掃描線圈鐵芯結(jié)構(gòu)可以徹底解決因電子槍底座較大而無法實現(xiàn)槍與槍之間距離較小的矛盾。原來的電子槍偏轉(zhuǎn)掃描鐵芯結(jié)構(gòu)如圖8所示，隨著電子槍功率的增大，電子槍光路系統(tǒng)中的偏轉(zhuǎn)掃描裝置的體積也變得越來越大，從而導(dǎo)致電子槍的底座較大，但鑒于目前客戶要求在一臺電子束熔煉爐要裝有多把電子槍，且基于生產(chǎn)工藝的要求，電子槍之間的距離又不能太大。因此，隨著功率的加大就產(chǎn)生了槍體底座太大與槍體之間距離太小之間的矛盾。根據(jù)恒定磁場和時變磁場在鐵芯內(nèi)的傳導(dǎo)規(guī)律以及對結(jié)構(gòu)的合理簡化，對電子槍的偏轉(zhuǎn)掃描鐵芯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了徹底的改進(jìn)，最后的設(shè)計結(jié)構(gòu)確定為一圓環(huán)作為鐵芯的偏轉(zhuǎn)掃描裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，裝卸方便，制造成本大大降低，且最主要的是其外形尺寸比原來大大減小，進(jìn)而實現(xiàn)了以前為了滿足冶煉工藝的需要無法實現(xiàn)在一臺熔煉爐上安裝多把大功率電子槍的需求。所述大功率電子槍槍室的閥門可采用有水冷結(jié)構(gòu)的插板閥。在電子束熔煉爐對多晶硅進(jìn)行提純時，特別是在每爐熔煉量較大時，會產(chǎn)生較多的灰塵和雜質(zhì)，在對出爐破空時會有大量的灰塵沖到電子槍內(nèi)，對電子槍的性能造成很大的負(fù)面影響，因此，在電子槍內(nèi)加裝插板閥是非常必要的，但目前現(xiàn)有的插板閥在均不能滿足長期穩(wěn)定的要求。本實用新型設(shè)計了一種能夠使用水冷且具有自動控制的插板閥，其利用杠桿和四桿機(jī)構(gòu)原理，在真空外使用氣缸對閥進(jìn)行打開和關(guān)閉，如圖7所示，插板閥12的閥板上設(shè)計有導(dǎo)向槽121，氣缸的活塞桿123經(jīng)傳動桿122實施對閥的打開和關(guān)閉，其結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)。在閥體上加有紫銅冷卻水套，對閥的密封圈和閥體進(jìn)行了徹底的冷卻，從而解決了閥體在電子槍的高溫的工作室內(nèi)變形和密封圈在高溫下失去彈性變形等問題，從而能夠使插板閥能夠長期穩(wěn)定工作。另本實用新型還設(shè)計了 在電子槍槍芯與燈絲固定塊的連接處，可用螺釘通過中間一壓板壓緊燈絲；電子槍槍芯瓷座瓷座(即槍座)的縱壁外形呈波浪形結(jié)構(gòu)為佳。本實用新型的控制系統(tǒng)可以由上位機(jī)、大型觸摸屏、PLC可編程控制器、A/D接口、 通訊接口、變送器、編碼器等組成，實現(xiàn)對各系統(tǒng)的控制。所述的拖動系統(tǒng)采用全自動運行及手動控制方式中的至少一種。所述的拖錠機(jī)構(gòu)采用調(diào)頻電機(jī)控制其拖錠速度。拖錠機(jī)構(gòu)保持被熔金屬錠和熔池轉(zhuǎn)動，冷卻熔池，不斷下拉金屬錠和熔池。拖錠機(jī)構(gòu)可以采用垂直拖錠桿拖錠，拖錠桿可以旋轉(zhuǎn)并可以水平移出，以便于從熔化工位移動到卸料工位。拖錠速度可調(diào)，采用調(diào)頻電機(jī)控制。參見圖1本實用新型將熔煉料及水平坩堝4調(diào)整好后，密封、抽氣、檢查漏氣率，通冷卻水，爐體1及槍室2抽真空達(dá)到工作狀態(tài)后，將熔煉料通過送料機(jī)構(gòu)3送入爐體水平坩堝上方，燈絲預(yù)熱脫氣，恢復(fù)真空度后，將槍室2和爐體1之間的橫閥打開，輸入高壓直流電，調(diào)節(jié)聚焦和偏轉(zhuǎn)磁場，使電子束對準(zhǔn)料棒和坩堝，將坩堝底錠部分熔化，形成熔池后，即可進(jìn)行熔煉，隨著熔化原料不斷滴入水平坩堝4，熔池表面不斷上升，同時拖錠裝置6不斷進(jìn)行拉錠，使熔池表面保持液面水平一定。上述各實施例可在不脫離本實用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本實用新型申請專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種電子束熔煉爐，包括一帶有進(jìn)料口及出料口的爐體，爐體的一側(cè)設(shè)進(jìn)料機(jī)構(gòu)，爐體內(nèi)由前至后依次置有水平坩堝、鑄錠坩堝；所述的水平坩堝置于進(jìn)料口處，鑄錠坩堝緊挨水平坩堝之后且位置低于水平坩堝；在水平坩堝與鑄錠坩堝的上方均固定有電子槍；還包括一用于完成送料、熔煉及出料全過程的電機(jī)拖動系統(tǒng)，該拖動系統(tǒng)的拖錠機(jī)構(gòu)承載鑄錠并控制其升降；該電子束熔煉爐配有真空系統(tǒng)及電控柜和觀察窗；其特征在于所述的進(jìn)料機(jī)構(gòu)至少為整料進(jìn)料裝置和散料進(jìn)料裝置中的一種；水平坩堝和鑄錠坩堝的上方均固定有至少一把大功率電子槍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束熔煉爐，其特征在于所述的散料進(jìn)料裝置為筒式進(jìn)料機(jī)構(gòu)，包括一上有進(jìn)料口、下有出料口的主料筒，該主料筒的下開口下方設(shè)有一漏斗，漏斗的下開口處接有一溜槽；該漏斗及溜槽均設(shè)在爐體內(nèi)；料筒與漏斗間固定有閥門裝置， 并帶有一控制開合機(jī)構(gòu)，同時設(shè)有密封裝置；在主料筒旁側(cè)開有用于抽真空的管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子束熔煉爐，其特征在于所述的控制開合機(jī)構(gòu)為氣壓缸或液壓缸裝置；所述的料筒內(nèi)設(shè)有料筒內(nèi)襯；所述的主料筒上設(shè)有可開合的密封蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束熔煉爐，其特征在于所述的大功率電子槍的槍芯為大功率槍芯，槍芯的燈絲外圍裝有用于將轟擊電流聚束的內(nèi)罩；在電子束的光路系統(tǒng)中配置至少兩組匹配的磁透鏡以及攔孔，在陽極座和槍室下筒之間裝有放置第一磁透鏡的線圈室，在槍室下筒和底座之間裝有帶水冷的攔孔座，其上安裝有攔孔；在槍的底座上裝有偏轉(zhuǎn)和掃描線圈，在偏轉(zhuǎn)和掃描線圈之上是第二磁透鏡的線圈；配置一風(fēng)冷冷卻單元，在槍芯的外面加有一個槍罩，在槍罩上安裝一個風(fēng)機(jī)，利用所述的安全罩、一組導(dǎo)風(fēng)筒及在陰極部件外裝有的外罩組件在槍芯本體周圍共同圍設(shè)構(gòu)建冷卻風(fēng)路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束熔煉爐，其特征在于所述的電子槍的偏轉(zhuǎn)掃描線圈的鐵芯結(jié)構(gòu)為圓環(huán)狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束熔煉爐，其特征在于所述槍室的閥門采用帶有水冷結(jié)構(gòu)的插板閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子束熔煉爐，其特征在于電子槍槍芯具有散熱單元，該散熱單元的上、下散熱體為放射狀輻板結(jié)構(gòu)；在電子槍槍芯與燈絲固定塊的連接處，用螺釘通過中間一壓板壓緊燈絲；電子槍槍芯瓷座的縱壁外形呈波浪形結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子束熔煉爐，其特征在于所述的拖動系統(tǒng)采用全自動運行及手動控制方式中的至少一種。
專利摘要本實用新型公開了一種電子束熔煉爐，包括一帶有進(jìn)料口及出料口的爐體，爐體的一側(cè)設(shè)進(jìn)料機(jī)構(gòu)，爐體內(nèi)由前至后依次置有水平坩堝、鑄錠坩堝；所述的水平坩堝置于進(jìn)料口處，鑄錠坩堝緊挨水平坩堝之后且位置低于水平坩堝；在水平坩堝與鑄錠坩堝的上方均固定有電子槍；還包括一用于完成送料、熔煉及出料全過程的電機(jī)拖動系統(tǒng)，該拖動系統(tǒng)的拖錠機(jī)構(gòu)承載鑄錠并控制其升降；該電子束熔煉爐配有真空系統(tǒng)及電控柜和觀察窗；所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)至少為整料進(jìn)料裝置和散料進(jìn)料裝置中的一種；水平坩堝和鑄錠坩堝上方均至少固定有一把大功率電子槍。其適用于各種難熔金屬、合金與其化合物和復(fù)合材料，尤其是多晶硅。
文檔編號C22B9/22GK201962335SQ20102068670
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者周新明, 孫照富, 尹中榮, 張延賓, 張睿, 戴天舒, 李全旺, 李勍, 王征, 王軒, 王鉞, 高亞杰 申請人:北京有色金屬研究總院