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EB 电子束熔炼

[ 作者:钛业资讯 | 发布时间:2021-11-27 | 浏览:214

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电子束熔炼以其杰出的精炼能力而著称,并且在热源上具有高度的灵活性。因此非常适合于在水冷无陶瓷铜模下利用高真空对金属和合金进行重熔和精炼。当今,该工艺主要用于耐火材料和活性金属(钽、铌、钼、钨、钒、铪、锆和钛)及其合金的生产。其在高纯度金属溅镀靶材和电子合金的制造以及钛屑回收方面发挥着重要的作用。

钛合金电子束冷床精炼炉(EBCHR)

ALD是完整的电子束炉解决方案的供应商,包括各种工艺配置的电子枪系统:

  • EB熔滴炉
  • EB冷床精炼炉
  • EB试生产炉
  • EB实验室炉
  • EB金属试样熔炼炉
  • EB浮动区域熔炼炉

ALD供货范围不仅限于系统交付,还包括直至交钥匙安装的全过程监督以及来自ALD专家的工艺支持,以及内部ALD EB熔炼服务的培训和工艺开发。

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最灵活的热源。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。金属和非金属成分的蒸气压力高于基体材料的蒸气压力时,它们将选择性地蒸发,从而得到所需要的高纯度钢锭。沿熔体表面快速扫描束斑可避免局部过热,并允许我们现在通过EB熔炼持续生产合金,特别是在钛工业中。

工艺变化 EB热源的高度灵活性确实促进了涵盖实验室规模到工业生产规模的几种重熔和精炼方法的发展。

水平和垂直滴熔 这两种方法都是处理钽铌等难熔金属的经典方法。棒形原料通常被水平输入或直接滴熔至抽出锭。通过抽出正在形成的钢锭的底部同时保持熔池的液位。如上所述,精炼基于脱气和选择性蒸发。大多数第一次熔炼钢锭经重复重熔,要求达到最终的质量。对于重复重熔,需采用旋转电极垂直进料。

电子束冷精炼(EBCHR) 这一工艺对于活性金属尤其是钛的处理和回收具有重要意义。材料在水冷铜床的后部进行滴熔,然后从熔炼区流入精炼区,最终溢流到抽模中。在熔融材料停留于炉腔系统的时间内,除了以上所述的精炼机构外,高密度和低密度的夹杂物(HDI、LDI)也可进行重力分离,炉膛尺寸必须适中,可为熔融金属提供充分的停留时间。炉膛系统和模具的尺寸以及熔体速率将决定提供熔炼功率的EB枪的数量以及沿着炉膛和模具区域的能量分配。

金属试样熔炼 用于高温合金试样的清洁度评估,与低密度和非金属夹杂物的类型和数量有关。设备具有试样程控自动熔炼和可控定向结晶的功能。低密度的夹杂物(正常为氧化物)浮至熔池的表面,然后聚集在正在凝固的微型电极顶部的中心。

浮动区域熔炼 浮动区域熔炼曾经是生产高纯度金属技术之一。杂质被分离进入熔池,并随着熔体前沿输送到电极的末端。

工艺控制 EB炉在半自动控制模式下运行。工艺自动化包括:

  • 真空泵系统
  • 真空压力控制
  • 冷却水系统
  • 材料给进率和钢锭抽出率
  • 基于高电压和发射电流控制的处理器
  • 基于PC的自动电子束功率分配、数据采集和存档

对于特定工艺的功率分配,电子束偏转必须在反射位置和停留时间上进行控制。基于此目的,ALD已经开发出基于PC的电子束扫描和控制系统“ESCOSYS”,用于几支电子束枪的同时控制。该系统可满足复杂的电子束功率分配额的最高要求,在熔化配方中通过对功率分配进行确定。根据熔炼几何学,这些都可以在尺寸和位置上进行图形编辑并通过电脑屏幕进行观看。根据在靶子上投影的角变形自动进行更正。每个形式的有效功率系数都可根据停留时间进行确定,作为参数集的一部分。用于所谓的功率分配管理的操作模式也包括其中。靶子上的电子束实际形式可根据操作人员的定义通过电脑进行计算。作为熔炉调试的一部分,将进行特殊的电脑培训,学习熔炼几何学以及偏转频率的相关性。这样,在编辑偏转模式时,可看清并自动控制电子束偏移。

ALD电子束枪 ALD公司提供三个电子束枪系统,在25-50kV下的功率范围可达60 kW、300 kW和800 kW,并且具有高度先进的电子束偏转控制。