13 Конструкция и расчет печей электронно-лучевого переплава.

Этот метод применяют для получения особо чистых металлов и сплавов. Он сочетает в себе возможность плавки металла в глубоком вакууме с нагревом до высокой температуры. Электронно-лучевой переплав эффективнее, чем вакуумно-дуговой, так как имеет независимый источник нагрева, что позволяет в широких пределах регулировать температуру расплава.

Принцип метода состоит в том, что пучок электронов, бомбардирует шихту или металлическую заготовку, которые расплавляются в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Пучок электронов создает электронно-лучевые нагреватели (электронные пушки).

Рис. 31 Схема электронно-лучевого переплава с радиальным расположением пушек и вертикальной подачей электрода

Печи предназначены для плавки и рафинирования черных, цветных и редких металлов и сплавов на их основе.

Основными элементами печи являются:

1 – рабочая камера (вакуум камера);

2 – пушка;

3 – кристаллизатор;

4 – слиток;

5 – поддон;

6 – шток затравки;

7 – патрубок вакуумной системы;

8 – заготовка (переплавляемый электрод);

9 – шток заготовки.

Рис. 32 Схема электронно-лучевого переплава с горизонтальной подачей электрода и аксиальным расположением пушек:

8- расходуемый электрод; 10- ролики

Механизмы вытягивания слитка и опускания электродов однотипны. Они имеют винтовую передачу и электромеханические приводы с двухскоростными редукторами. Они должны обеспечить две скорости: рабочую, регулируемую в пределах 0,002 – 0,02 , маршевую – свыше 1,0 .

При расчете механизмов вытягивания слитков независимо от их конструкции необходимо знать величину усилия сопротивления вытягиванию слитка из кристаллизатора.

В вакуумных печах величина усилия в основном зависит от влияния корки, образующейся на стенках кристаллизатора вследствие разбрызгивания металла. Корка, удерживаясь прочно на кристаллизаторе, сваривается со слитком и препятствует разбрызгиванию. Величина этого усилия равна:

, Н, где

- диаметр слитка, см.

Сопротивление в вакуумных уплотнениях штоков, МН:

, где

- диаметр штока, м;

- высота уплотнения, м;

- коэффициент трения, ;

- радиальное удельное давление.

В механизмах подачи заготовки печей ЭЛП применение гибких передач (цепей, канатов) затруднено необходимостью вращения заготовки для равномерного оплавления конца. Поэтому в печах с вертикальной подачей заготовки применяют преимущественно винтовые механизмы, а в печах с горизонтальной подачей – винтовые и гидравлические.

Особенность конструкции кристаллизаторов печей ЭЛП состоит в том, что они предназначены для процесса с вытягиванием слитка, поэтому их изготавливают короткими и сквозными. Поскольку максимальная тепловая нагрузка падает на узкий поясок контакта жидкого металла с гильзой в верхней части кристаллизатора, требуется более интенсивное охлаждение рабочей гильзы. Для этого между кожухом и гильзой вставляют обойму с винтовой канавкой по которой направленно со скоростью 5 циркулирует вода.