在冷床精炼中清扫周边的方法和设备技术

一种用于反应物质或难熔金属的冷床熔炼和精炼装置（１０）采用一电子束（４１０）来自动清扫熔炉（１０）中的熔融材料池的周边（３００）。使用一可编程逻辑控制器（４２０）来沿周边（３００）的至少一部分使电子束（４１０）扫过。电子束（４１０）输送能量，以使从熔融材料池挥发并再次沉积在其周边（３００）上的挥发性杂质再熔融或再挥发。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及冷床熔炼法和反应物质和难熔材料的精炼。具体来说，本专利技术涉及对电子束冷床熔炼和精炼设备和工艺的改进。
技术介绍
现在通常采用冷床精炼工艺来生产诸如钽、铌、钼、钨、钒、锆、钛及其合金之类的反应物质和难熔金属。在电子束冷床精炼(EBCHR)工艺中，电子束是用来熔融放置在水冷熔炉中的高度真空环境中的目标原材料的。具有比基本组分要高的汽化压力的金属和非金属杂质选择性地从熔融的材料中挥发出来。这样，目标材料的基本组分就得到了纯化。 在传统的EBCHR设备中，熔炉通常是加长的铜质炉槽或炉缸，它是用水冷却的。熔炉被构造成用来接纳从一端或一侧填入(例如重力式送料)的材料(例如钛的废料或块料)。一把或多把电子枪被构造成将电子束导向目标材料的表面以熔融材料并在熔炉中形成较浅的表面液态金属池。在表面池中的熔融金属沿熔炉流动并随后从熔炉溢出到一水冷模具中。熔炉通常具有各自分开的熔融区和精炼区。熔融区位于将目标材料送入的端部，而精炼区从熔融区向溢流模具延伸。在这两个区域中的较浅的液态金属(即熔融金属)池由通过将两个区域分开的一固体材料的炉瘤的一较窄的通道所连接。在精炼工艺中有利的是，除了挥发性的杂质选择性地挥发以外，高密度和低密度夹杂物也被从熔融材料中去除。高密度夹杂物沉淀并聚集在炉瘤中，而较轻的夹杂物或者溶解在液态金属中、或者在流入模具之前由挡料板或其它实体障碍物所阻挡。 在EBCHR设备的操作过程中，电子束在目标材料上扫描以保持熔融区和精炼区中熔融材料的液体状态。使用传统的电磁导向装置来移动电子束，该电磁导向装置可由计算机控制。通过以适当的几何图形来扫描电子束，将热量施加在目标材料的表面上的经选择的部分，从而一股金属液流从熔炉的一端流向另一端。示例性的EBCHR设备在共同受让的Harker的美国专利4,932,635和美国专利4,961,776以及Harker等人的美国专利RE32,932中有所描述，所有这些文件都以其全文结合于此作为参照。 在EBCHR设备的连续工作中，从液流中挥发出来的挥发性杂质常常再次凝结并沿冷却器的边坡或液流的周边聚积。此外，在熔融液体中的夹杂物也会聚集并沿液流的周边积聚。有时候这些积聚物会变大并干扰或甚至阻塞液流。为了避免这一情况，需要将液流周边上聚积起来的材料清除掉。在实践中，由操作人员来发现在液流的周边有材料聚积起来，并定期引导电子束以将阻塞性的或干扰性的聚积物从液流的周边清除掉。操作人员人工使用例如手柄来设定电子束的位置以及在具体点上的停留时间，以将不想要的聚积物熔融或汽化。由此，精炼工艺的连续性就依赖于操作人员的有效性和技术。 现在考虑的是加强工艺和设备以改进电子束冷床精炼系统的方法。主要的注意力集中在将液流周边的不需要的聚积物清扫或清除掉。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种可克服现有技术中的缺点的冷床熔炼和精炼装置。 通过在一冷床熔炼和精炼装置中结合一用于周边清扫的可移动电子枪可达到本专利技术的这个及其它目的。该电子枪自动扫过在熔融和精炼工作过程中所形成的熔融材料池的周边。该电子枪供应热量以使从熔融材料池挥发并冷凝在周边上的挥发性杂质再挥发、再熔融或分散。电子束的移动和计时由装载在一可编程逻辑控制器或类似的可编程装置中的一程序控制。 附图说明 在接合附图阅读了以下的描述之后将明白本专利技术的其它目的和优点，在这些附图中 图1是示出了根据已有技术的冷床熔炼和精炼装置的示意性垂直截面图； 图2是示出了图1所示冷床熔炼和精炼装置的示意性水平截面图； 图3是形成在图1所示的熔融和精炼装置中的液流的周边上的诸铝质翼形物的示意图； 图4是根据本专利技术的精炼装置的示意图；以及 图5是用来清扫根据本专利技术的冷床熔炼和精炼装置中的液流的周边的电子束路径的示意图。 具体实施例方式 本专利技术提供了改进电子束冷床熔炼和精炼操作的解决方案。所揭示的一种解决方案主要关注于清扫流过冷床的熔融材料液流的周边。 本专利技术适于改进对EBCHR熔炉的操作，该熔炉的结构可以根据例如对所要精炼的材料、生产能力以及其它生产参数的考虑而变化。可用于精炼钛合金的示例性熔炉在Harker的美国专利4,932,635和美国专利4,961,776(以下称“Harker”)中有所描述。为了使此处所描述的本专利技术更加易于理解，以下的描述将参照Harker所描述的现有技术中的冷床来进行。然而，可以理解的是本专利技术同样也可应用于其它类型或结构的冷床。作为对本专利技术的理解的辅助方法，此处包括了一部分Harker对冷床的描述。为了方便起见而从Harker处复制的图1和2分别示出了现有技术熔炉的垂直和水平截面图。 参见图1和2，熔炉10包括一熔融区17和一精炼区18。该熔融区17可具有例如大约36”×36”的正方形构形。该精炼区可具有大约36”宽、大约6’长的矩形构造。每个区域的深度为大约3”到4”。在熔炉的工作过程中，这两个区域都容纳有较浅的液态材料19的池子。液态材料由一重新固化的材料在一炉床11上形成的炉瘤21所容纳，该炉床11是由通过诸多冷却管12的冷却剂冷却的。在熔炉10的进口端，一斜道13将所要精炼的原材料片14(例如海绵状钛或钛合金切削屑)引入熔炉10的熔融区17中。电子枪15选择性地对准区域17和18，这些电子枪产生多个分布形式可控的电子束16。在图1所示的装置中，诸电子束16之一对准在熔炉的区域17中的原材料14上，从而将该材料熔融。来自区域17的液态材料19可通过延伸通过两个区域17和18之间的炉瘤21的隆起部分27的一狭窄通道28流入区域18中。液态材料19流经精炼区18并通过灌注口20流入模具21。精炼之后的液态材料以液态材料26的形式被收集在模具21中并进一步被冷却以固化成精炼锭23。 在图1中示出的其它两束电子束16(在照射在区域17中的原材料14上的电子束右面)受计算机的控制，从而自动在精炼区18的表面上的中心区域上扫描。这些电子束供应热量以使熔融材料19在流向灌注口20的过程中保持液体状态。预先对电子束的扫描路径设置了程序，从而电子束沿精炼区18的长度上下滚动。电子束所供应的一部分热量由熔炉10的被冷却的侧部所吸收，使在被冷却的侧部附近的材料固化形成炉瘤21。穿过炉床11的冷却剂管12被构造成使炉瘤21从熔炉10的侧部以一特定的几何形状(见图5中的炉瘤半岛30和29)向内形成或发展，从而将熔融材料19的液流限制在通道中的一个适当的流动路径中。作为选择或附加的方案，可将电子束16的扫描路径设计成用来避免对在熔炉10中所选择的材料部分进行加热以促进炉瘤21以特定几何形状发展。炉瘤21从熔炉10的侧部向内延伸的部分(见图2和5)形成经熔炉10流向灌注口20的熔融材料19的液流的冷凝器斜坡(cooler bank)或周边。 在精炼操作过程中，挥发性组分随着熔融材料19以液流的形式流经区域17和18而从中挥发。挥发的组分会在液流的冷凝器周边上冷凝。在说明性的钛或钛合金精炼的情况中，铝是一种已知的挥发性组分。再冷凝的铝在液流的周边上的生成或积聚会很显著。再凝结或再沉积的铝最初会形成一层薄壳，并在液流的周边上逐渐积聚成较高的“炉瘤翼状物”。图3示例性地示出了沉积在熔融钛材料19上的铝质翼状物300。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷床熔炼和精炼装置包括：一冷床，该冷床被构造成容纳一熔融材料池；一电子枪，该电子枪被构造成生成一电子束；以及一可编程装置，该装置与电子枪相连，其中，该可编程装置和电子枪被构造成使电子束沿熔融材料池的周边的至少一部 分而扫过。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种冷床熔炼和精炼装置包括一冷床，该冷床被构造成容纳一熔融材料池；一电子枪，该电子枪被构造成生成一电子束；以及一可编程装置，该装置与电子枪相连，其中，该可编程装置和电子枪被构造成使电子束沿熔融材料池的周边的至少一部分而扫过。2.如权利要求1所述的冷床熔炼和精炼装置，其特征在于，可编程装置和电子枪被构造成使电子束沿熔融材料池的周边的至少一部分连续扫过。3.如权利要求2所述的冷床熔炼和精炼装置，其特征在于，电子束绕熔融材料池周边的该部分通过的时间在大约一毫秒到大约数秒的范围内。4.如权利要求1所述的冷床熔炼和精炼装置，其特征在于，可编程装置和...

【专利技术属性】
技术研发人员：AE布莱克本，F奥登柏斯，
申请(专利权)人：钛金属公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]