一种冷阴极电子枪熔炼炉控制系统和金属锭冶炼方法技术方案

本发明专利技术涉及一种冷阴极电子枪熔炼炉控制系统和金属锭冶炼方法，包括设于熔炼炉中的若干冷阴极电子枪；还包括冷阴极电子枪控制系统、冷阴极电子枪控制系统的高压电源、拉钉控制系统、真空控制系统、左右进料系统、与熔炼炉连通的气体发生器；总控制器均与冷枪控制系统、冷枪控制系统的高压电源、拉钉控制系统、真空控制系统、左右进料系统和气体发生器连接。本发明专利技术能够满足连续工业化的难熔金属冶炼和提纯。本发明专利技术结构简单，故障少，成本低，各部件接口模块化设计，易于更换维护，软硬件人性化设计，对操作人员水平的要求低。

A control system and ingot smelting method of cold cathode electron gun smelting furnace

The invention relates to a cold cathode electron gun smelting furnace control system and a metal ingot smelting method, including a number of cold cathode electron guns arranged in the smelting furnace, a cold cathode electron gun control system, a high-voltage power supply of the cold cathode electron gun control system, a pull nail control system, a true air control system, a left and right feeding system, and a gas generator connected with the smelting furnace; the main controller is all It is connected with the cold gun control system, the high-voltage power supply of the cold gun control system, the rivet control system, the vacuum control system, the left and right feeding system and the gas generator. The invention can satisfy continuous industrial smelting and purification of refractory metals. The invention has the advantages of simple structure, less failure, low cost, modular design of each component interface, easy replacement and maintenance, humanized design of software and hardware, and low requirements for the level of operators.

【技术实现步骤摘要】
一种冷阴极电子枪熔炼炉控制系统和金属锭冶炼方法
本专利技术涉及一种控制系统，尤其是一种冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，还涉及金属锭冶炼方法，属于冶炼领域。
技术介绍
在真空条件下，利用电子枪发射出来的高能电子束，将动能转化成热能来进行金属熔炼的技术是目前最先进的金属冶炼技术之一，其广泛应用于昂贵难熔的金属冶炼和提纯。电子枪主要可分为热阴极枪和冷阴极枪。热阴极枪的阴极采用钨丝结构，工作过程中电子枪阴极需要加热到2000℃以上，具有故障多，能耗高，造价高等缺点。冷阴极枪的阴极采用铝块结构，还能省去热枪的加热、加速电极，工作时不需对电子枪阴极加热，只须通入气体，具有故障少，能耗低，造价低等优点。然而，现有热阴极枪熔炼炉存在故障多，能耗高，造价高等不足，目前也并不能精准控制冷阴极电子枪进而完成金属锭冶炼，进而，急需一种能够精确控制的、操控简便的系统。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种冷阴极电子枪熔炼炉控制系统和金属锭冶炼方法，本专利技术的7把大功率冷阴极电子枪分布巧妙，该系统能控制7把大功率冷阴极电子枪，组成一个完全功能的冷阴极电子枪熔炼炉控制系统。本专利技术的技术方案具体如下：一种冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，包括设于熔炼炉中的若干冷阴极电子枪；还包括冷阴极电子枪控制系统、冷阴极电子枪控制系统的高压电源、拉钉控制系统、真空控制系统、左右进料系统、与熔炼炉连通的气体发生器；总控制器均与冷枪控制系统、冷枪控制系统的高压电源、拉钉控制系统、真空控制系统、左右进料系统和气体发生器连接。进一步地，包括7把冷阴极电子枪，其中，1和3号冷阴极电子枪用于炉子左边进入原料的加热熔化；2和4号冷阴极电子枪用于右边进入原料的加热熔化；5号冷阴极电子枪分为3个阶段的扫描，用于提供精炼并保持冷床内液态金属的流动性，同时也为液态金属从冷床流向结晶器提供导流的能量；6和7号冷阴极电子枪用于结晶器内金属锭完全精炼和保温。进一步地，拉锭控制系统包括拉锭控制单元、视频液位识别单元和若干摄像头，摄像头实时采集拉锭状态信息，视频液位识别单元处理拉锭状态信息，并将处理结果传至拉锭控制单元，拉锭控制单元根据处理结果对拉锭进行实时控制。进一步地，真空控制系统包括由PLC控制的若干水环泵真空泵、若干机械真空泵、若干罗茨真空泵和若干油气真空泵，其中，第一层是水环泵真空泵，第二层是机械真空泵，第三层是罗茨真空泵，第四层是油气真空泵，还包括若干真空规。进一步地，冷阴极电子枪控制系统包括控制器，与控制器连接的输入端、氢气控制器、氧气控制器、上聚焦端、下聚焦端、X扫描端和Y扫描端，通过控制器控制氢气控制器、氧气控制器、上聚焦端、下聚焦端、X扫描端和Y扫描端，使得原料熔化为液态；控制器设置有3个扫描内存，装载有3个不同图形参数，3个图形区域的大小、位置、扫描时间片各自单独设置，不影响其它扫描图形。进一步地，高压电源包括依次连接的断路开关、过滤器、可控硅整流电路、第一级升压电路、第一级整流电路、第二级升压电路、第二级整流电路和短路打火保护电路，控制核心板与第一级升压电路、第一级整流电路、第二级升压电路、第二级整流电路和短路打火保护电路连接，控制核心板对第一级升压电路、第一级整流电路、第二级升压电路、第二级整流电路进行控制，短路打火保护电路的信号输出到控制核心板，380V交流电与断路开关输入端连接，断路打火保护电路输出端持续输出30KV直流电。本专利技术还涉及的基于上述控制系统的金属锭冶炼方法，包括如下步骤：第一步、按设定条件启动真空控制系统：先启动水环泵真空泵，通过真空规测量真空度，当真空度下降达到0.2Pa时启动机械真空泵，当真空度继续下降达到0.09Pa时启动罗茨真空泵，当真空度继续下降达到0.01Pa时启动油气真空泵，等待真空度低于0.001Pa，并且保持小于等于0.001Pa；第二步、启动气体发生器，等待气体压力达到200Pa；第三步、开启5号枪：首先打开5号枪的高压电源，将5号枪的气体控制电流缓慢从4ma调节到6ma，观察高压电源的电压和电流是否稳定，如果稳定可继续调大气体流量，直到炉内5号枪位置出现电子束的红斑，调节聚焦，使得电子束红斑大小合适，调节X和Y位移旋钮，使得红斑位于炉子中轴线上；调入5号枪的P1图形，调大5号枪电流到0.5A，调整P1图形的位置和大小至合适；调入5号枪的P2图形，调整P2图形的位置和大小至合适；调入5号枪的P3图形，调整P3图形的位置和大小至合适，P3图形应正对着冷床的出口；调大5号枪电流到1.5A；第四步、开启6号枪：打开6号枪的高压电源，将6号枪的气体控制电流缓慢从4ma调节到6ma，观察高压电源的电压和电流是否稳定，如果稳定可继续调大气体流量，直到炉内6号枪位置出现电子束的红斑，调节聚焦，使得电子束红斑大小合适，调节X和Y位移旋钮，使得红斑位于拉锭头的中轴线上；调入6号枪的P1图形，调大6号枪电流到0.5A，调整P1图形的位置和大小至合适，6号枪的P1图形应刚好覆盖锭头的左半边位置；调大6号枪电流到1.5A；第五步、开启7号枪：开启方法与6号枪相同，7号枪的P1图形应刚好覆盖锭头的右半边位置；第六步、开启1号枪：首先打开1号枪的高压电源，将1号枪的气体控制电流缓慢从4ma调节到6ma，观察高压电源的电压和电流是否稳定，如果稳定可继续调大气体流量，直到炉内1号枪位置出现电子束的红斑，调节聚焦，使得电子束红斑大小合适，调节X和Y位移旋钮，使得红斑位于拉锭头的中轴线上；调入1号枪的P1图形，调大1号枪电流到0.5A，调整P1图形到近乎成一条直线，1号枪的P1图形应刚好覆盖左边进入原材料的上半部分的截面位置；调大1号枪电流到1A；第七步、开启3号枪：开启方法与1号枪的类似，3号枪的P1图形应刚好覆盖左边进入原材料的下半部分的截面位置；第八步、开启2号枪：开启方法与1号枪的类似，2号枪的P1图形应刚好覆盖右边进入的原材料上半部分的截面位置；第九步、开启4号枪：开启方法与1号枪的类似，4号枪的P1图形应刚好覆盖右边进入的原材料下半部分的截面位置；第十步、设置好拉钉控制系统中金属液位的阀值及一次拉锭锭头行走的长度为20mm；第十一步、调节各枪电流：6、7号枪电流至6A，保证结晶器内拉锭头材料充分熔化为液态；调节5号枪电流至5A，保证冷床出口部位的材料充分熔化为液态；调节1、3和2、4号枪电流至7A，保证左、右两边进入的原料熔化为液态并流入冷床；第十二步、冶炼：在1、3和2、4号枪电子束的加热下，原料熔化成液态进入冷床，经过5号枪精炼后，由冷床出口流入结晶器，并在6、7号枪电子束加热下进一步精炼，当结晶器内金属液面达到视频拉锭启动的阀值时，自动将金属锭向下拉动20mm；第十三步、推料：当左右进入的原料料头熔化后，进料子系统自动控制推动剩下的原料缓慢移入炉子内部的1、3和2、4号枪冶炼加热区；持续执行第十一至十三步，直至所有原料都熔化后，冶炼完成的金属锭慢慢拉出，完成金属锭冶炼。...

【技术保护点】
1.一种冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，其特征在于：包括设于熔炼炉中的若干冷阴极电子枪；还包括冷阴极电子枪控制系统、冷阴极电子枪控制系统的高压电源、拉钉控制系统、真空控制系统、左右进料系统、与熔炼炉连通的气体发生器；总控制器均与冷枪控制系统、冷枪控制系统的高压电源、拉钉控制系统、真空控制系统、左右进料系统和气体发生器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，其特征在于：包括设于熔炼炉中的若干冷阴极电子枪；还包括冷阴极电子枪控制系统、冷阴极电子枪控制系统的高压电源、拉钉控制系统、真空控制系统、左右进料系统、与熔炼炉连通的气体发生器；总控制器均与冷枪控制系统、冷枪控制系统的高压电源、拉钉控制系统、真空控制系统、左右进料系统和气体发生器连接。


2.根据权利要求1所述的冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，其特征在于：包括7把冷阴极电子枪，其中，1和3号冷阴极电子枪用于炉子左边进入原料的加热熔化；2和4号冷阴极电子枪用于右边进入原料的加热熔化；5号冷阴极电子枪分为3个阶段的扫描，用于提供精炼并保持冷床内液态金属的流动性，同时也为液态金属从冷床流向结晶器提供导流的能量；6和7号冷阴极电子枪用于结晶器内金属锭完全精炼和保温。


3.根据权利要求1所述的冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，其特征在于：拉锭控制系统包括拉锭控制单元、视频液位识别单元和若干摄像头，摄像头实时采集拉锭状态信息，视频液位识别单元处理拉锭状态信息，并将处理结果传至拉锭控制单元，拉锭控制单元根据处理结果对拉锭进行实时控制。


4.根据权利要求1所述的冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，其特征在于：真空控制系统包括由PLC控制的若干水环泵真空泵、若干机械真空泵、若干罗茨真空泵和若干油气真空泵，其中，第一层是水环泵真空泵，第二层是机械真空泵，第三层是罗茨真空泵，第四层是油气真空泵，还包括若干真空规。


5.根据权利要求1所述的冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，其特征在于：冷阴极电子枪控制系统包括控制器，与控制器连接的输入端、氢气控制器、氧气控制器、上聚焦端、下聚焦端、X扫描端和Y扫描端，通过控制器控制氢气控制器、氧气控制器、上聚焦端、下聚焦端、X扫描端和Y扫描端，使得原料熔化为液态；控制器设置有3个扫描内存，装载有3个不同图形参数，3个图形区域的大小、位置、扫描时间片各自单独设置，不影响其它扫描图形。


6.根据权利要求1所述的冷阴极电子枪熔炼炉控制系统，其特征在于：高压电源包括依次连接的断路开关、过滤器、可控硅整流电路、第一级升压电路、第一级整流电路、第二级升压电路、第二级整流电路和短路打火保护电路，控制核心板与第一级升压电路、第一级整流电路、第二级升压电路、第二级整流电路和短路打火保护电路连接，控制核心板对第一级升压电路、第一级整流电路、第二级升压电路、第二级整流电路进行控制，短路打火保护电路的信号输出到控制核心板，380V交流电与断路开关输入端连接，断路打火保护电路输出端持续输出30KV直流电。


7.基于权利要求1-6之一的控制系统的金属锭冶炼方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步、按设定条件启动真空控制系统：先启动水环泵真空泵，通过真空规测量真空度，当真空度下降达到0.2Pa时启动机械真空泵，当真空度继续下降达到0.09Pa时启动罗茨真空泵，当真空度继续下降达到0.01Pa时启动油气真空泵，等待真空度低于0.001Pa，并且保持小于等于0.001Pa；
第二步、启...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹业华，刘斯尧，杨伟，陆广任，肖彦龙，
申请(专利权)人：云南昆钢电子信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53