一种电子束熔炼炉
阅读：600发布：2020-05-13
专利汇可以提供一种电子束熔炼炉专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 电子 束熔炼 炉，包括一带有进料口及出料口的炉体，炉体的一侧设进料机构，炉体内由前至后依次置有 水 平 坩埚 、 铸锭 坩埚；所述的水平坩埚置于进料口处，铸锭坩埚紧挨水平坩埚之后且 位置 低于水平坩埚；在水平坩埚与铸锭坩埚的上方均固定有电子枪；还包括一用于完成送料、熔炼及出料全过程的 电机 拖动系统，该拖动系统的拖锭机构承载铸锭并控制其升降；该电子束熔炼炉配有 真空 系统及电控柜和观察窗；所述进料机构至少为整料进料装置和散料进料装置中的一种；水平坩埚和铸锭坩埚上方均至少固定有一把大功率电子枪。其适用于各种难熔金属、 合金 与其化合物和 复合材料 ，尤其是多晶 硅 。，下面是一种电子束熔炼炉专利的具体信息内容。
1.一种电子束熔炼炉，包括一带有进料口及出料口的炉体，炉体的一侧设进料机构，炉体内由前至后依次置有水平坩埚、铸锭坩埚；所述的水平坩埚置于进料口处，铸锭坩埚紧挨水平坩埚之后且位置低于水平坩埚；在水平坩埚与铸锭坩埚的上方均固定有电子枪；还包括一用于完成送料、熔炼及出料全过程的电机拖动系统，该拖动系统的拖锭机构承载铸锭并控制其升降；该电子束熔炼炉配有真空系统及电控柜和观察窗；其特征在于：
所述的进料机构至少为整料进料装置和散料进料装置中的一种；
水平坩埚和铸锭坩埚的上方均固定有至少一把大功率电子枪。
2.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述的散料进料装置为筒式进料机构，包括一上有进料口、下有出料口的主料筒，该主料筒的下开口下方设有一漏斗，漏斗的下开口处接有一溜槽；该漏斗及溜槽均设在炉体内；料筒与漏斗间固定有阀门装置，并带有一控制开合机构，同时设有密封装置；在主料筒旁侧开有用于抽真空的管道。
3.根据权利要求2所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述的控制开合机构为气压缸或液压缸装置；所述的料筒内设有料筒内衬；所述的主料筒上设有可开合的密封盖。
4.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述的大功率电子枪的枪芯为大功率枪芯，枪芯的灯丝外围装有用于将轰击电流聚束的内罩；在电子束的光路系统中配置至少两组匹配的磁透镜以及拦孔，在阳极座和枪室下筒之间装有放置第一磁透镜的线圈室，在枪室下筒和底座之间装有带水冷的拦孔座，其上安装有拦孔；在枪的底座上装有偏转和扫描线圈，在偏转和扫描线圈之上是第二磁透镜的线圈；配置一风冷冷却单元，在枪芯的外面加有一个枪罩，在枪罩上安装一个风机，利用所述的安全罩、一组导风筒及在阴极部件外装有的外罩组件在枪芯本体周围共同围设构建冷却风路。
5.根据权利要求4所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述的枪室下筒上装有使枪室-3 -2
真空度保持在1×10 Pa至5×10 Pa之间的氩气控制聚焦系统。
6.根据权利要求4所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述的电子枪的偏转扫描线圈的铁芯结构为圆环状。
7.根据权利要求4所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述枪室的阀门采用带有水冷结构的插板阀。
8.根据权利要求4所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述的电子枪枪芯具有散热单元，该散热单元的上、下散热体为放射状辐板结构；在电子枪枪芯与灯丝固定块的连接处，用螺钉通过中间一压板压紧灯丝；电子枪枪芯瓷座的纵壁外形呈波浪形结构。
9.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述的拖动系统采用全自动运行及手动控制方式中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的电子束熔炼炉，其特征在于：所述的拖锭机构采用调频电机控制其拖锭速度。
一种电子束熔炼炉
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电子束熔炼炉。
背景技术
[0002] 随着我国先进制造业的迅速发展和应用领域的扩大，对高纯金属及合金的需求量越来越多，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的提纯方法，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。
[0003] 高科技的发展对材料的性能提出了新的要求，而材料新功能的发现和应用又促进高科技的发展，因此，作为材料基础的金属就成了材料科学的主要研究对象之一。但是，金属本性特征的揭示和应用又往往由于其中杂质的存在而受到影响，只有对金属进行深度净化提纯，才能进一步揭示其原本的本质特性，从而发现其新的功能和开拓新的应用。原材料的高纯化成为开发下一代高性能先进材料的关键组成部分，电子束熔炼炉是熔炼和提纯高熔点金属的必需设备。
[0004] 电子束技术是一种非接触加工的高能束流加工技术。它利用经高压静电场和电磁场加速与会聚的高能量电子流作为热源，对工件或材料实施各种特殊的加工。由于它具有能量密度极高、热效率高、精密易控及多功能等特点，在工业领域的各个行业得到了广泛的应用，是高科技发展不可缺少的特种加工手段之一。
[0005] 电子束熔炼是利用高能量密度的电子束在轰击金属时产生高温使金属熔化。由于这一过程是在真空中进行，并且材料处于熔融状态的时间可按需要控制，因此可以获得较好的提纯效果，容易获得高纯度的材料。这是电子束熔炼优于其它真空熔炼的一个重要特点。
[0006] 电子束熔炼炉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。其中，不熔杂质上浮而富集在铸锭顶部，可在切头时去除。
[0007] 现电子束熔炼炉的进料装置多是针对输送棒料、板料等较成型的材料来设计的，一般用送料台车移动传送，由牵引小车将装好料的料架推入炉内。当需要输送散料时，则无法实现输送，故散料的进料装置的设计有效的提高了生产效率，节约了成本。
[0008] 电子枪作为电子束熔炼炉的核心部件，其性能的好坏直接影响着电子束熔炼炉性能的优劣。另外，在一定程度上，电子枪的功率的大小决定在电子束熔炼炉功率的大小，但电子枪的研制随着功率的逐渐增大，各种熔炼工艺对电子枪的各项功能也要求越来越苛刻，例如：偏转角度、光斑大小、电子束的长度以及扫描形状尺寸等提出了更高要求，因此其相应的研制难度也相应地大大增加。
[0009] 首先，电子枪产生电子束的发生系统---枪芯的结构直接影响一个电子枪的性能、发射能力以及电子束的轨迹，进而影响到整个电子枪的性能。因此，在某种意义上可以认为：枪芯是电子枪（特别是大功率电子枪）的核心部件。电子枪的枪芯是在真空、高温和高压（电压几万伏特）状态下工作的，因此枪芯结构的设计的是否合理直接决定着电子枪能否正常工作使用。尤其是大功率的电子枪在工作状态时，其枪头的阴极系统部件温度都非常高，若结构稍有不合理则会造成频繁的高压放电、电子枪枪芯漏气、零部件之间接触不良而断路、零部件变形和烧结在一起等一系列严重后果，致使电子枪无法使用。因此只有通过改变枪芯的相关零部件的结构来弥补大功率枪芯设计以及使用中所遇到的困难。
[0010] 随着电子枪功率的增大，电子枪光路系统中的偏转扫描装置的体积也变得越来越大，由于偏转扫描装置坐落在电子枪枪座上，从而导致电子枪的底座较大，因而，相应的安装电子枪的电子束熔炼炉的法兰直径较大。但鉴于目前客户要求电子束熔炼炉要具有几千千瓦大功率的要求，现有一把电子枪的功率远远不能达到要求，所以只能在一台炉体上装有多个电子枪。但另一方面，基于生产工艺的要求，电子枪之间的距离又不能太大。因此，随着功率的加大就产生了枪体底座太大与枪体之间距离太小之间的矛盾，进一步说，也就是如何减小偏转扫描装置的结构以达到减小枪体底座直径的目的来满足实际工程使用是一个亟待解决的课题。
[0011] 电子枪是一个很“娇气”的设备，要求其内部的零部件要非常洁净，否则会发生放电打火等现象的发生。在电子束熔炼炉破真空时，若电子枪的真空室不能密闭保护的话，势必会使炉内的许多灰尘冲到枪室内，特别是枪芯室内。
发明内容
[0012] 本发明的目的是提供一种高性能的电子束熔炼炉。
[0013] 为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：一种电子束熔炼炉，包括一带有进料口及出料口的炉体，炉体的一侧设进料机构，炉体内由前至后依次置有水平坩埚、铸锭坩埚；所述的水平坩埚置于进料口处，铸锭坩埚紧挨水平坩埚之后且位置低于水平坩埚；在水平坩埚与铸锭坩埚的上方均固定有电子枪；还包括一用于完成送料、熔炼及出料全过程的电机拖动系统，该拖动系统的拖锭机构承载铸锭并控制其升降；该电子束熔炼炉配有真空系统及电控柜和观察窗；所述的进料机构至少为整料进料装置和散料进料装置中的一种；水平坩埚和铸锭坩埚上方至少固定有一把大功率电子枪。
[0014] 所述的散料进料装置可以是块状或颗粒状散料筒式进料机构。其中，所述的筒式进料机构包括一上有进料口、下有出料口的主料筒，该主料筒的下开口下方设有一漏斗，漏斗的下开口处接有一溜槽；该漏斗及溜槽均设在一密封装置内，该密封装置开有气口，并带有一控制开合机构；在主料筒旁侧开有用于抽真空的管道。
[0016] 所述的大功率电子枪的枪芯为大功率枪芯，枪芯的灯丝外围装有用于将轰击电流聚束的内罩；在电子束的光路系统中配置至少两组匹配的磁透镜以及拦孔，在阳极座和枪室下筒之间装有放置第一磁透镜的线圈室，在枪室下筒和底座之间装有带水冷的拦孔座，其上安装有拦孔；在枪的底座上装有偏转和扫描线圈，在偏转和扫描线圈之上是第二磁透镜的线圈；配置一风冷冷却单元，在枪芯的外面加有一个枪罩，在枪罩上安装一个风机，利用所述的安全罩、一组导风筒及在阴极部件外装有的外罩组件在枪芯本体周围共同围设构建冷却风路。
[0017] 在所述枪室下筒上可装有使枪室真空度保持在1×10-3Pa至5×10-2Pa之间的氩气控制聚焦系统。
[0020] 所述的电子枪枪芯具有散热单元，该散热单元的上、下散热体可以为放射状辐板结构；在电子枪枪芯与灯丝固定块的连接处，可用螺钉通过中间一压板压紧灯丝；电子枪枪芯瓷座的纵壁外形设计为呈波浪形结构为佳。
[0021] 所述的拖动系统采用全自动运行及手动控制方式中的至少一种。
[0022] 所述的拖锭机构可以采用调频电机控制其拖锭速度。
[0024] 本发明的优点是：1.配备两种进料方式，使得来料的质量、尺寸及形状选择范围大；
2.即使是输送散料，利用新配备的散料进料装置，可以做到进料均匀，工作稳定；
3.配备的大功率电子枪可产生800KW的稳定工作功率，能够满足各种难熔金属、合金与其化合物和复合材料的熔炼；
4.在电子枪枪室加上了性能较稳定的插板阀，使得电子枪在长时间工作的情况下，枪芯室保持非常干净，从而减少了高压放电；
5.熔炼温度和速度可灵活控制；产品质量高，无环境污染；能量利用效率高，仅有约
20%的能量损失。
附图说明
2.即使是输送散料，利用新配备的散料进料装置，可以做到进料均匀，工作稳定；
3.配备的大功率电子枪可产生800KW的稳定工作功率，能够满足各种难熔金属、合金与其化合物和复合材料的熔炼；
4.在电子枪枪室加上了性能较稳定的插板阀，使得电子枪在长时间工作的情况下，枪芯室保持非常干净，从而减少了高压放电；
5.熔炼温度和速度可灵活控制；产品质量高，无环境污染；能量利用效率高，仅有约
20%的能量损失。
附图说明
[0025] 图1 为本发明电子束熔炼炉结构一较佳实施例示意图（主剖视）。
[0026] 图2 为图1所示实施例结构示意图（俯视）。
[0027] 图3 为本发明电子束熔炼炉另一实施例结构示意图（主剖视）。
[0028] 图4 为图3所示实施例结构示意图（俯视）。
[0029] 图5 为本发明电子束熔炼炉又一实施例结构示意图（主剖视）。
[0030] 图6 为图5所示实施例结构示意图（俯视）。
[0031] 图7 为本发明电子束熔炼炉的散料进料装置结构示意图。
[0032] 图8 为本发明电子束熔炼炉的大功率电子枪结构示意图。
[0033] 图9 为本发明大功率电子枪的电子枪枪芯结构示意图。
[0034] 图10 为本发明电子枪枪芯的上散热体结构示意图。
[0035] 图11 为本发明大功率电子枪的插板阀单元构成原理图。
[0036] 图12 为现有技术电子枪的偏转扫描铁芯结构示意图。
[0037] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
[0038] 参阅图1～图6所示，本发明电子束熔炼炉包括一带有进料口及出料口的炉体1，炉体的一侧设进料机构3（图1示出了一较佳实施例，进料机构同时设置整料进料装置3和散料进料装置3’；图3实施例的进料机构只设置了；散料进料装置3’；图5实施例的进料机构只设置了整料进料装置3），炉体内由前至后依次置有水平坩埚4、铸锭坩埚5；所述的水平坩埚置于进料口处，铸锭坩埚5紧挨水平坩埚4之后且位置低于水平坩埚；在水平坩埚与铸锭坩埚的上方均固定有两把电子枪2；还包括一用于完成送料、熔炼及出料全过程的电机拖动系统，该拖动系统的拖锭机构6承载铸锭并控制其升降；该电子束熔炼炉配有真空系统8及电控柜9和观察窗7；本发明的主创点在于：所述的进料机构至少为整料进料装置和散料进料装置中的一种；水平坩埚和铸锭坩埚上方均固定有两把大功率电子枪。
[0039] 所述炉体部分为带水套卧式圆形或方形腔体，两边是活动炉门，炉体分别与电子枪2、真空系统8、进料装置3、水冷坩埚4、拖锭装置6和观察窗7相连。
[0040] 所述的整料进料装置3可实现棒料、板料、条状原料及尺寸较大的形状不规则原料的进料，是现大多数熔炼炉通用的一种进料方式，此处不赘述。该整料进料装置包括送料箱和送料装置，使熔炼料不断向前移动，以确保原料逐点熔化。
[0041] 参见图7，所述的散料进料装置可以是筒式进料机构，包括一上有进料口、下有出料口的主料筒2，该主料筒2的下开口下方设有一漏斗6，漏斗的下开口处接有一溜槽11；该漏斗6及溜槽11均设在炉体内；料筒2与漏斗6间有阀门装置7，用轴承固定，带有一控制开合机构，并设有密封装置3。在所述的主料筒上设有可开合的密封盖1。料筒2可以是如图1所示的漏斗形。所述料筒内应设有料筒内衬5，做为料筒的保护层，避免硅与料筒直接接触，把其余物质成分带入硅中。所述料筒2的一侧设有管道4，用于抽真空，而保证正常的工作氛围。所述的控制开合机构可以是气压缸或液压缸装置。本实施例中示出的控制开合机构是气压缸装置，通过连杆9连接气缸连接件10，用以控制开合，可实现手动及自动控制。漏斗下接的溜槽11可以是圆形或方形、长方形等等，以圆形为佳，以避免死角和棱角出现儿发生堵塞的情况，或封闭或不封闭，通过夹管12固定于炉体上，溜槽角度可调，根据需要调整溜槽角度，保证散料能顺利落入坩埚。本发明的散料进料装置使块状和颗粒状原料通过漏斗型装置逐步掉入水平坩埚内熔化，实现其半连续进料，操作方便，进料均匀，工作稳定。
[0042] 电子枪主要由辅助阴极、阴极块、加速阳极、枪室、拦孔板、磁聚焦透镜、闸板阀、磁偏转扫描透镜等部件组成。本发明选用的电子枪的功率可根据需要通过调整高压电源的功率进行调整。电子束在真空条件下，电子枪的阴极被加热后产生热电子逸出。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。由于聚束极的作用，电子束从阳极的中心孔通过，向下继续运动，经磁聚焦透镜的多次聚焦和磁偏转扫描透镜的调节，使电子束准确而集中地轰击到原料棒的表面，使动能转变为热能，为熔炼提供热源。
[0043] 图8示出了本发明电子束熔炼炉采用的大功率电子枪的结构，其最大稳定工作功率800kw的大功率电子枪，主要部件有电子枪枪芯4、阳极7、第一磁透镜9、插板阀12、氩气输送系统13、拦孔15、第二磁透镜17和偏转扫描透镜18，其分别装置在枪室上筒5、阳极座8、第一磁透镜套10、拦孔座16、枪体底座上19。所述枪芯4内装有与800kw大功率相匹配的阴极块和聚束极；阳极座8上安装有与800kw大功率枪芯相匹配的阳极7；为了满足大功率电子枪真空压差的要求，在电子束的光路系统中配置了两个与800kw大功率相匹配的磁透镜9和15以及拦孔13；另外为了同时满足单把电子枪800kw的大功率和电子束熔炼炉整体结构的需要，对偏转扫描结构进行了彻底变革：枪芯4安装在上筒5上，在电子枪芯上装有枪芯罩2，其主要目的是进行高压安全保护。同时在枪芯罩的上部装有一个用于冷却枪芯的风机1，以用来保证枪芯的真空密封要求。在枪室上筒与第一磁透镜线圈室之间安装带水冷的阳极座8；在所述的电子枪底座17、拦孔座14、阳极座8、枪室上筒5和下筒11、以及手孔6和观察窗12等部件均设有供冷却水通过的水道，保证了各个接口的密封性能，进而给电子枪的各项性能稳定工作提供了必要的真空环境。
[0044] 要实现本发明800kw（或更高功率）的大功率电子枪，首要任务是使其枪芯能够发射大功率的电子束，通过大量地严谨计算仿真试验以及反复论证之后，根据电子枪的工作原理对电子枪的电子发射系统（枪芯）、聚焦系统、偏转扫描系统和冷却系统等进行设计，成功研制成了能够稳定工作在800kw功率能力的电子枪。满足了国内没有大功率电子枪而影响国民经济和国防建设急切要求。如图5所示，本发明大功率电子枪的枪芯是由阴极20、压紧环19、聚束极21、内罩16、灯丝18和阳极22构成了电子枪的电子发射系统。灯丝18通过灯丝固定块15等相关零部件与枪芯上面的两个接线柱1A和1B形成一回路，阴极20通过外罩部件与最下面的接线柱1相连接，从而使阴极20与灯丝18形成副高压回路，阳极22与大地连接，其与阴极20形成主高压回路。与灯丝18相连接的零件外围装有上散热体7，在上散热体7装有上导风筒6；与阴极20相连接的零件外围装有下散热体11，在下散热体11上装有下导风筒10。重要改进点在于：在灯丝的外围装有一用于将轰击电流聚束的内罩
16，延长了灯丝的使用寿命，提高了电子束熔炼炉的使用效率。一般间热式阴极利用的设计原理是：在枪芯工作时，灯丝表面溢出的电子在副高压静电场的作用下飞向阴极20，形成对阴极的电子轰击，从而完成对阴极的加热功能。但电子在灯丝和阴极之间这个距离发射的过程中则会出现发散的现象，从而导致灯丝发射的一部分电子轰击到阴极20外，这种现象一方面导致了枪芯的无用功增加，枪芯的温度升高，进而对枪芯的密封提出了更高的要求，否则严重时导致枪芯（特别是大功率电子枪枪芯）漏气不能工作；另一方面导致了轰击到阴极上的功率不够，致使枪芯的阴极温度较低，不能达到电子从阴极表面溢出的温度要求，从而无法引出电子束；最后一方面是：为了解决引不出电子束的问题而提高了灯丝的温度，但随着灯丝温度的提高，灯丝的使用寿命则明显下降，频繁的更换灯丝从而造成了电子束熔炼炉的工作效率降低。在灯丝的外围加上了内罩16之后电子枪枪芯的使用性能大大改善，因为内罩16与灯丝在同一电位势上，在电子从灯丝飞向阴极的过程中，内罩16则起到对轰击电流的聚束作用，从而避免了上述现象的发生。其结构简单，但效果明显。另一重要改进点在于：对灯丝固定块15的结构和灯丝的固定方式进行了改进。未改进前所采用的灯丝固定压紧方式是采用一螺钉直接压紧灯丝，采用这种方式使得灯丝在固定压紧时处在“应力”状态，在电子枪工作时，灯丝和固定灯丝的灯丝固定块均会处在高温（2000℃以上）之下，在高温工作的时候，灯丝则扭曲变形，致使轰击电流不理想，灯丝寿命短。现在通过在原有结构的基础上加上一压板，从而使灯丝在拧紧螺钉进行旋转时处在“自然状态”，不受应力作用，大大提高了灯丝的使用寿命，相应的提高了电子束熔炼炉的工作效率，且在产生同样功率大小的电子束时所消耗的轰击阴极块的功率大大降低，从而使枪芯的密封效果更好。再一重要改进点在于：对电子枪枪芯的冷却结构进行了改进。风机的风向如图5所示，自上而下沿枪芯轴线对枪芯吹风，首先经过带有网孔状的散热板2，之后大部分气流通过上导风筒4（其主要作用是使流动的空气尽可能多的在枪芯体的风道或者缝隙中穿过，这样能在风机功率同样大小的情况下实现更好的冷却效果）进入上散热体7，上散热体7是一辐板状形状结构，如图6所示，气流从每两个辐板之间流过，辐板的最外圆筒起到了导风筒的作用。在气流从上散热体7出来后再进入下导风筒10以及下散热体11，同样，下散热体11的结构亦可与上散热体7设计为同一结构形式，呈一辐板状形状的结构。气流通过两组导风筒和散热体之后对枪芯起到了很好的冷却作用，满足了大功率电子枪枪芯的冷却要求，解决了风冷效果不佳的弊端，更避免了水冷的诸多缺陷。本发明电子枪枪芯的又一改进点在于：通过对枪芯座12（即瓷座）结构的改进使枪芯的绝缘等级得以提高。随着电子枪功率的加大，主高压电源的电压也相应的提高，相应地对电子枪枪芯的绝缘等级也提出了更高的要求,本枪芯使枪芯座的边缘采用波浪形结构，加长了绝缘长度，从而使绝缘等级提高，避免了大功率工作时的高压放电现象。
16，延长了灯丝的使用寿命，提高了电子束熔炼炉的使用效率。一般间热式阴极利用的设计原理是：在枪芯工作时，灯丝表面溢出的电子在副高压静电场的作用下飞向阴极20，形成对阴极的电子轰击，从而完成对阴极的加热功能。但电子在灯丝和阴极之间这个距离发射的过程中则会出现发散的现象，从而导致灯丝发射的一部分电子轰击到阴极20外，这种现象一方面导致了枪芯的无用功增加，枪芯的温度升高，进而对枪芯的密封提出了更高的要求，否则严重时导致枪芯（特别是大功率电子枪枪芯）漏气不能工作；另一方面导致了轰击到阴极上的功率不够，致使枪芯的阴极温度较低，不能达到电子从阴极表面溢出的温度要求，从而无法引出电子束；最后一方面是：为了解决引不出电子束的问题而提高了灯丝的温度，但随着灯丝温度的提高，灯丝的使用寿命则明显下降，频繁的更换灯丝从而造成了电子束熔炼炉的工作效率降低。在灯丝的外围加上了内罩16之后电子枪枪芯的使用性能大大改善，因为内罩16与灯丝在同一电位势上，在电子从灯丝飞向阴极的过程中，内罩16则起到对轰击电流的聚束作用，从而避免了上述现象的发生。其结构简单，但效果明显。另一重要改进点在于：对灯丝固定块15的结构和灯丝的固定方式进行了改进。未改进前所采用的灯丝固定压紧方式是采用一螺钉直接压紧灯丝，采用这种方式使得灯丝在固定压紧时处在“应力”状态，在电子枪工作时，灯丝和固定灯丝的灯丝固定块均会处在高温（2000℃以上）之下，在高温工作的时候，灯丝则扭曲变形，致使轰击电流不理想，灯丝寿命短。现在通过在原有结构的基础上加上一压板，从而使灯丝在拧紧螺钉进行旋转时处在“自然状态”，不受应力作用，大大提高了灯丝的使用寿命，相应的提高了电子束熔炼炉的工作效率，且在产生同样功率大小的电子束时所消耗的轰击阴极块的功率大大降低，从而使枪芯的密封效果更好。再一重要改进点在于：对电子枪枪芯的冷却结构进行了改进。风机的风向如图5所示，自上而下沿枪芯轴线对枪芯吹风，首先经过带有网孔状的散热板2，之后大部分气流通过上导风筒4（其主要作用是使流动的空气尽可能多的在枪芯体的风道或者缝隙中穿过，这样能在风机功率同样大小的情况下实现更好的冷却效果）进入上散热体7，上散热体7是一辐板状形状结构，如图6所示，气流从每两个辐板之间流过，辐板的最外圆筒起到了导风筒的作用。在气流从上散热体7出来后再进入下导风筒10以及下散热体11，同样，下散热体11的结构亦可与上散热体7设计为同一结构形式，呈一辐板状形状的结构。气流通过两组导风筒和散热体之后对枪芯起到了很好的冷却作用，满足了大功率电子枪枪芯的冷却要求，解决了风冷效果不佳的弊端，更避免了水冷的诸多缺陷。本发明电子枪枪芯的又一改进点在于：通过对枪芯座12（即瓷座）结构的改进使枪芯的绝缘等级得以提高。随着电子枪功率的加大，主高压电源的电压也相应的提高，相应地对电子枪枪芯的绝缘等级也提出了更高的要求,本枪芯使枪芯座的边缘采用波浪形结构，加长了绝缘长度，从而使绝缘等级提高，避免了大功率工作时的高压放电现象。
[0045] 另针对800kw大功率电子枪的需要，设计了氩气控制聚焦系统。一般来说，在电子枪的功率较小时，电子束的电流较小，因而相应的电子束的每个截面的直径也较小，但随着功率的增大，即电子束的直径变的越来越大，从而电子束的聚焦质量也变得越来越差，以至于使电子束击打到阳极和拦孔等其他不应该到达的地方，造成电子枪损坏，进而无法工作。针对这一问题，通过对电子枪真空室通入微量氩气来改变其真空度，使其真空度保持在-3 -21×10 Pa至5×10 范围内聚焦效果达到最佳，确保电子束的发射聚焦；在炉体内部获得
1×10-3Pa真空度，防止金属氧化、促使杂质蒸发。
1×10-3Pa真空度，防止金属氧化、促使杂质蒸发。
[0046] 因此，本发明在800kw大功率的电子枪上加上了氩气输送闭环控制系统，其原理是: 真空计把对枪室检测到的数据传送给工控机，工控机对数据进行处理，当枪室真空度与设定的值之差达到一定的程度时，工控机发出指令对针阀动作，进而改变枪室的真空度，形成一闭环自动控制系统，使电子枪真空室的真空度维持在某一数值左右，进而使电子束直径变得相对较小。这种现象表明在电子束炉熔炼阶段，炉室压力较高时不需要开启氩气针阀，只有在炉料的纯度较高放气较少时才需要打开针阀，使枪室的真空度适当的降低到-3 -21×10 Pa至5×10 Pa之间来实现电子束较佳的聚焦能力。氩气控制聚焦系统的研制达到了我们的预期目标，解决了大功率电子枪在电子束电流较大情况下击打在枪室光路系统侧壁上以至于损坏电子枪的疑难问题。
[0047] 另通过改变偏转扫描线圈铁芯结构可以彻底解决因电子枪底座较大而无法实现枪与枪之间距离较小的矛盾。原来的电子枪偏转扫描铁芯结构如图8所示，随着电子枪功率的增大，电子枪光路系统中的偏转扫描装置的体积也变得越来越大，从而导致电子枪的底座较大，但鉴于目前客户要求在一台电子束熔炼炉要装有多把电子枪，且基于生产工艺的要求，电子枪之间的距离又不能太大。因此，随着功率的加大就产生了枪体底座太大与枪体之间距离太小之间的矛盾。根据恒定磁场和时变磁场在铁芯内的传导规律以及对结构的合理简化，对电子枪的偏转扫描铁芯的结构进行了彻底的改进，最后的设计结构确定为一圆环作为铁芯的偏转扫描装置，其结构简单，加工方便，装卸方便，制造成本大大降低，且最主要的是其外形尺寸比原来大大减小，进而实现了以前为了满足冶炼工艺的需要无法实现在一台熔炼炉上安装多把大功率电子枪的需求。
[0048] 所述大功率电子枪枪室的阀门可采用有水冷结构的插板阀。在电子束熔炼炉对多晶硅进行提纯时，特别是在每炉熔炼量较大时，会产生较多的灰尘和杂质，在对出炉破空时会有大量的灰尘冲到电子枪内，对电子枪的性能造成很大的负面影响，因此，在电子枪内加装插板阀是非常必要的，但目前现有的插板阀在均不能满足长期稳定的要求。本发明设计了一种能够使用水冷且具有自动控制的插板阀，其利用杠杆和四杆机构原理，在真空外使用气缸对阀进行打开和关闭，如图7所示，插板阀12的阀板上设计有导向槽121，气缸的活塞杆123经传动杆122实施对阀的打开和关闭，其结构简单易于实现。在阀体上加有紫铜冷却水套，对阀的密封圈和阀体进行了彻底的冷却，从而解决了阀体在电子枪的高温的工作室内变形和密封圈在高温下失去弹性变形等问题，从而能够使插板阀能够长期稳定工作。
[0049] 另本发明还设计了：在电子枪枪芯与灯丝固定块的连接处，可用螺钉通过中间一压板压紧灯丝；电子枪枪芯瓷座瓷座（即枪座）的纵壁外形呈波浪形结构为佳。
[0051] 所述的拖动系统采用全自动运行及手动控制方式中的至少一种。所述的拖锭机构采用调频电机控制其拖锭速度。拖锭机构保持被熔金属锭和熔池转动，冷却熔池，不断下拉金属锭和熔池。拖锭机构可以采用垂直拖锭杆拖锭，拖锭杆可以旋转并可以水平移出，以便于从熔化工位移动到卸料工位。拖锭速度可调，采用调频电机控制。
[0052] 参见图1本发明将熔炼料及水平坩埚4调整好后，密封、抽气、检查漏气率，通冷却水，炉体1及枪室2抽真空达到工作状态后，将熔炼料通过送料机构3送入炉体水平坩埚上方，灯丝预热脱气，恢复真空度后，将枪室2和炉体1之间的横阀打开，输入高压直流电，调节聚焦和偏转磁场，使电子束对准料棒和坩埚，将坩埚底锭部分熔化，形成熔池后，即可进行熔炼，随着熔化原料不断滴入水平坩埚4，熔池表面不断上升，同时拖锭装置6不断进行拉锭，使熔池表面保持液面水平一定。
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