Электронно-лучевые печи

Электронно-лучевые печи (ЭЛП) находят применение тог­да, когда требуется получить особо чистые тугоплавкие металлы и сплавы на их основе, а также специальные вы­соколегированные стали. В ЭЛП этому способствуют пол­ное отсутствие каких-либо источников загрязнения метал­ла и возможность почти неограниченного перегрева жидко­го металла.

ЭЛП (рис. 166) состоит из вакуумной водоохлаждаемой рабочей камеры, внутри которой расположен водоохлаждаемый кристаллизатор. В кристаллизаторе формируется сли­ток, получаемый при расплав­лении штанги переплавляемо­го металла, на конец которой направлен электронный луч. Электронный луч создается с помощью устройства, называе­мого электронной пушкой (см. гл. IX, § 1), она обеспечивает не только эмиссию электронов из катода, но и придает им ус­корение, образует при помощи электромагнитных линз нап­равленный луч и заставляет луч обегать (при помощи си­стемы развертки луча) поверх­ность лунки жидкого расплава в верхней части кристаллиза­тора с целью обеспечения рав­номерности ее прогрева. Кон­струкцию электронной пушки, ее размещение в рабочей ка­мере и взаимное расположе­ние штанги переплавляемого металла и кристаллизатора выбирают так, чтобы электрон­ный луч воздействовал на эту штангу и на поверхность лун­ки. При этом металл под действием нагрева за счет электронной бомбардировки рас­плавляется и стекает в кристаллизатор, где, застывая, об­разует слиток. Поверхность образующейся лунки также подвергается бомбардировке электронами и за счет этого может быть перегрета. Важно, чтобы катод электронной пушки не подвергался воздействию паров и брызг расплав­ленного металла, иначе срок его службы резко сокращает­ся. Конструкция пушки предусматривает систему диафрагм, обеспечивающих защиту катода.

Рабочая камера имеет патрубок для присоединения к системе вакуумных насосов, создающих в рабочей камере разрежение 10^-3 – 10^-1 Па. Электронная пушка также под­вергается независимой откачке. По мере наплавления сли­ток специальным механизмом вытягивается из кристалли­затора. Шток механизма вытягивания проходит через уплотнение в рабочей камере. В стенках рабочей камеры предусматриваются смотровые устройства, защищенные толстыми стеклами.

В качестве источников питания ЭЛП применяют выпря­мители различных конструкций.

Удельный расход электроэнергии в ЭЛП очень высок и достигает 1 – 2 кВт×ч/кг, поскольку здесь, так же как в установках ЭШП и ВДП, велики потери тепла с водой, ох­лаждающей кристаллизатор и рабочую камеру печи. Общий к.п.д. ЭЛП составляет 8 – 12%. Созданы ЭЛП, поз­воляющие получить слиток до 100 т.

Экономичность ЭЛП резко возрастает с увеличением их размера и мощности, что позволяет проводить в них не только переплав тугоплавких и высокореакционных метал­лов, но и качественных сталей. При этом стоимость пере­плава в ЭЛП может быть сравнимой со стоимостью пере­плава в ВДП, а металл получается более высокого качест­ва. Однако дороговизна и сложность установки ЭЛП явля­ются фактором, сдерживающим широкое применение этих печей.