在冷床精煉中清掃周邊的方法和設備技術

一種用于反應物質(zhì)或難熔金屬的冷床熔煉和精煉裝置（１０）采用一電子束（４１０）來自動清掃熔爐（１０）中的熔融材料池的周邊（３００）。使用一可編程邏輯控制器（４２０）來沿周邊（３００）的至少一部分使電子束（４１０）掃過。電子束（４１０）輸送能量，以使從熔融材料池揮發(fā)并再次沉積在其周邊（３００）上的揮發(fā)性雜質(zhì)再熔融或再揮發(fā)。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及冷床熔煉法和反應物質(zhì)和難熔材料的精煉。具體來說，本專利技術涉及對電子束冷床熔煉和精煉設備和工藝的改進。
技術介紹
現(xiàn)在通常采用冷床精煉工藝來生產(chǎn)諸如鉭、鈮、鉬、鎢、釩、鋯、鈦及其合金之類的反應物質(zhì)和難熔金屬。在電子束冷床精煉(EBCHR)工藝中，電子束是用來熔融放置在水冷熔爐中的高度真空環(huán)境中的目標原材料的。具有比基本組分要高的汽化壓力的金屬和非金屬雜質(zhì)選擇性地從熔融的材料中揮發(fā)出來。這樣，目標材料的基本組分就得到了純化。 在傳統(tǒng)的EBCHR設備中，熔爐通常是加長的銅質(zhì)爐槽或爐缸，它是用水冷卻的。熔爐被構造成用來接納從一端或一側(cè)填入(例如重力式送料)的材料(例如鈦的廢料或塊料)。一把或多把電子槍被構造成將電子束導向目標材料的表面以熔融材料并在熔爐中形成較淺的表面液態(tài)金屬池。在表面池中的熔融金屬沿熔爐流動并隨后從熔爐溢出到一水冷模具中。熔爐通常具有各自分開的熔融區(qū)和精煉區(qū)。熔融區(qū)位于將目標材料送入的端部，而精煉區(qū)從熔融區(qū)向溢流模具延伸。在這兩個區(qū)域中的較淺的液態(tài)金屬(即熔融金屬)池由通過將兩個區(qū)域分開的一固體材料的爐瘤的一較窄的通道所連接。在精煉工藝中有利的是，除了揮發(fā)性的雜質(zhì)選擇性地揮發(fā)以外，高密度和低密度夾雜物也被從熔融材料中去除。高密度夾雜物沉淀并聚集在爐瘤中，而較輕的夾雜物或者溶解在液態(tài)金屬中、或者在流入模具之前由擋料板或其它實體障礙物所阻擋。 在EBCHR設備的操作過程中，電子束在目標材料上掃描以保持熔融區(qū)和精煉區(qū)中熔融材料的液體狀態(tài)。使用傳統(tǒng)的電磁導向裝置來移動電子束，該電磁導向裝置可由計算機控制。通過以適當?shù)膸缀螆D形來掃描電子束，將熱量施加在目標材料的表面上的經(jīng)選擇的部分，從而一股金屬液流從熔爐的一端流向另一端。示例性的EBCHR設備在共同受讓的Harker的美國專利4,932,635和美國專利4,961,776以及Harker等人的美國專利RE32,932中有所描述，所有這些文件都以其全文結合于此作為參照。 在EBCHR設備的連續(xù)工作中，從液流中揮發(fā)出來的揮發(fā)性雜質(zhì)常常再次凝結并沿冷卻器的邊坡或液流的周邊聚積。此外，在熔融液體中的夾雜物也會聚集并沿液流的周邊積聚。有時候這些積聚物會變大并干擾或甚至阻塞液流。為了避免這一情況，需要將液流周邊上聚積起來的材料清除掉。在實踐中，由操作人員來發(fā)現(xiàn)在液流的周邊有材料聚積起來，并定期引導電子束以將阻塞性的或干擾性的聚積物從液流的周邊清除掉。操作人員人工使用例如手柄來設定電子束的位置以及在具體點上的停留時間，以將不想要的聚積物熔融或汽化。由此，精煉工藝的連續(xù)性就依賴于操作人員的有效性和技術。 現(xiàn)在考慮的是加強工藝和設備以改進電子束冷床精煉系統(tǒng)的方法。主要的注意力集中在將液流周邊的不需要的聚積物清掃或清除掉。
技術實現(xiàn)思路
因此，本專利技術的目的是提供一種可克服現(xiàn)有技術中的缺點的冷床熔煉和精煉裝置。 通過在一冷床熔煉和精煉裝置中結合一用于周邊清掃的可移動電子槍可達到本專利技術的這個及其它目的。該電子槍自動掃過在熔融和精煉工作過程中所形成的熔融材料池的周邊。該電子槍供應熱量以使從熔融材料池揮發(fā)并冷凝在周邊上的揮發(fā)性雜質(zhì)再揮發(fā)、再熔融或分散。電子束的移動和計時由裝載在一可編程邏輯控制器或類似的可編程裝置中的一程序控制。 附圖說明 在接合附圖閱讀了以下的描述之后將明白本專利技術的其它目的和優(yōu)點，在這些附圖中 圖1是示出了根據(jù)已有技術的冷床熔煉和精煉裝置的示意性垂直截面圖； 圖2是示出了圖1所示冷床熔煉和精煉裝置的示意性水平截面圖； 圖3是形成在圖1所示的熔融和精煉裝置中的液流的周邊上的諸鋁質(zhì)翼形物的示意圖； 圖4是根據(jù)本專利技術的精煉裝置的示意圖；以及 圖5是用來清掃根據(jù)本專利技術的冷床熔煉和精煉裝置中的液流的周邊的電子束路徑的示意圖。 具體實施例方式 本專利技術提供了改進電子束冷床熔煉和精煉操作的解決方案。所揭示的一種解決方案主要關注于清掃流過冷床的熔融材料液流的周邊。 本專利技術適于改進對EBCHR熔爐的操作，該熔爐的結構可以根據(jù)例如對所要精煉的材料、生產(chǎn)能力以及其它生產(chǎn)參數(shù)的考慮而變化。可用于精煉鈦合金的示例性熔爐在Harker的美國專利4,932,635和美國專利4,961,776(以下稱“Harker”)中有所描述。為了使此處所描述的本專利技術更加易于理解，以下的描述將參照Harker所描述的現(xiàn)有技術中的冷床來進行。然而，可以理解的是本專利技術同樣也可應用于其它類型或結構的冷床。作為對本專利技術的理解的輔助方法，此處包括了一部分Harker對冷床的描述。為了方便起見而從Harker處復制的圖1和2分別示出了現(xiàn)有技術熔爐的垂直和水平截面圖。 參見圖1和2，熔爐10包括一熔融區(qū)17和一精煉區(qū)18。該熔融區(qū)17可具有例如大約36”×36”的正方形構形。該精煉區(qū)可具有大約36”寬、大約6’長的矩形構造。每個區(qū)域的深度為大約3”到4”。在熔爐的工作過程中，這兩個區(qū)域都容納有較淺的液態(tài)材料19的池子。液態(tài)材料由一重新固化的材料在一爐床11上形成的爐瘤21所容納，該爐床11是由通過諸多冷卻管12的冷卻劑冷卻的。在熔爐10的進口端，一斜道13將所要精煉的原材料片14(例如海綿狀鈦或鈦合金切削屑)引入熔爐10的熔融區(qū)17中。電子槍15選擇性地對準區(qū)域17和18，這些電子槍產(chǎn)生多個分布形式可控的電子束16。在圖1所示的裝置中，諸電子束16之一對準在熔爐的區(qū)域17中的原材料14上，從而將該材料熔融。來自區(qū)域17的液態(tài)材料19可通過延伸通過兩個區(qū)域17和18之間的爐瘤21的隆起部分27的一狹窄通道28流入?yún)^(qū)域18中。液態(tài)材料19流經(jīng)精煉區(qū)18并通過灌注口20流入模具21。精煉之后的液態(tài)材料以液態(tài)材料26的形式被收集在模具21中并進一步被冷卻以固化成精煉錠23。 在圖1中示出的其它兩束電子束16(在照射在區(qū)域17中的原材料14上的電子束右面)受計算機的控制，從而自動在精煉區(qū)18的表面上的中心區(qū)域上掃描。這些電子束供應熱量以使熔融材料19在流向灌注口20的過程中保持液體狀態(tài)。預先對電子束的掃描路徑設置了程序，從而電子束沿精煉區(qū)18的長度上下滾動。電子束所供應的一部分熱量由熔爐10的被冷卻的側(cè)部所吸收，使在被冷卻的側(cè)部附近的材料固化形成爐瘤21。穿過爐床11的冷卻劑管12被構造成使爐瘤21從熔爐10的側(cè)部以一特定的幾何形狀(見圖5中的爐瘤半島30和29)向內(nèi)形成或發(fā)展，從而將熔融材料19的液流限制在通道中的一個適當?shù)牧鲃勇窂街小Ｗ鳛檫x擇或附加的方案，可將電子束16的掃描路徑設計成用來避免對在熔爐10中所選擇的材料部分進行加熱以促進爐瘤21以特定幾何形狀發(fā)展。爐瘤21從熔爐10的側(cè)部向內(nèi)延伸的部分(見圖2和5)形成經(jīng)熔爐10流向灌注口20的熔融材料19的液流的冷凝器斜坡(cooler bank)或周邊。 在精煉操作過程中，揮發(fā)性組分隨著熔融材料19以液流的形式流經(jīng)區(qū)域17和18而從中揮發(fā)。揮發(fā)的組分會在液流的冷凝器周邊上冷凝。在說明性的鈦或鈦合金精煉的情況中，鋁是一種已知的揮發(fā)性組分。再冷凝的鋁在液流的周邊上的生成或積聚會很顯著。再凝結或再沉積的鋁最初會形成一層薄殼，并在液流的周邊上逐漸積聚成較高的“爐瘤翼狀物”。圖3示例性地示出了沉積在熔融鈦材料19上的鋁質(zhì)翼狀物300。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種冷床熔煉和精煉裝置包括：一冷床，該冷床被構造成容納一熔融材料池；一電子槍，該電子槍被構造成生成一電子束；以及一可編程裝置，該裝置與電子槍相連，其中，該可編程裝置和電子槍被構造成使電子束沿熔融材料池的周邊的至少一部 分而掃過。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種冷床熔煉和精煉裝置包括一冷床，該冷床被構造成容納一熔融材料池；一電子槍，該電子槍被構造成生成一電子束；以及一可編程裝置，該裝置與電子槍相連，其中，該可編程裝置和電子槍被構造成使電子束沿熔融材料池的周邊的至少一部分而掃過。2.如權利要求1所述的冷床熔煉和精煉裝置，其特征在于，可編程裝置和電子槍被構造成使電子束沿熔融材料池的周邊的至少一部分連續(xù)掃過。3.如權利要求2所述的冷床熔煉和精煉裝置，其特征在于，電子束繞熔融材料池周邊的該部分通過的時間在大約一毫秒到大約數(shù)秒的范圍內(nèi)。4.如權利要求1所述的冷床熔煉和精煉裝置，其特征在于，可編程裝置和...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：AE布萊克本，F奧登柏斯，
申請(專利權)人：鈦金屬公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]