[发明专利]一种利用静磁场加速去除电子束熔炼过程杂质元素的装置和方法

说明书

本发明提供了一种利用静磁场加速去除电子束熔炼过程杂质元素的装置和方法，涉及金属熔炼技术领域。本发明提供的装置，包括电子束熔炼炉体以及设置于所述电子束熔炼炉体内部的电子枪、水冷铜坩埚和静磁场发生装置；所述电子枪设置于所述电子束熔炼炉体的顶部；所述水冷铜坩埚设置于所述电子枪的下方；所述静磁场发生装置设置于所述水冷铜坩埚外部的底部。本发明中，电子束电流经金属熔体导入铜坩埚，通过金属熔体的电流与静磁场相互作用，诱发金属熔体强制对流，对流作用加速熔体内部杂质元素向熔体表面传输，从而加速杂质元素挥发，缩短净化时间，提高净化效率。

技术领域

本发明涉及金属熔炼技术领域，具体涉及一种利用静磁场加速去除电子束熔炼过程杂质元素的装置和方法。

背景技术

电子束熔炼技术广泛用于金属及合金的熔炼及净化处理。电子束熔炼提纯的主要原理是：在高真空环境下，电子枪中阴极激发的电子被高压电场加速，经磁场聚焦后形成高能量密度的电子束，电子束与金属碰撞，其动能转化为热能，使金属完全熔化。在电子束熔炼过程中，金属熔池中的杂质元素通过对流或扩散迁移至熔体表面，饱和蒸气压高的杂质元素不断挥发，从而起到净化金属熔体的作用。然而，有限的熔体对流或扩散速率导致去除金属熔体内部杂质元素往往需要耗费大量时间，且效率较低，增加了生产成本和能源消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用静磁场加速去除电子束熔炼过程杂质元素的装置和方法，本发明利用静磁场与电子束熔炼相结合，能够显著提高电子束熔炼过程杂质元素的去除效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种利用静磁场加速去除电子束熔炼过程杂质元素的装置，包括电子束熔炼炉体以及设置于所述电子束熔炼炉体内部的电子枪、水冷铜坩埚和静磁场发生装置；所述电子枪设置于所述电子束熔炼炉体的顶部；所述水冷铜坩埚设置于所述电子枪的下方；所述静磁场发生装置设置于所述水冷铜坩埚外部的底部。

优选地，还包括包覆所述静磁场发生装置的水冷铜套。

优选地，所述静磁场发生装置包括磁体；所述磁体为永磁体或电磁体。

本发明提供了基于上述技术方案所述装置加速去除电子束熔炼过程杂质元素的方法，包括以下步骤：

将待提纯金属置于水冷铜坩埚内，在真空条件下，利用电子枪对待提纯金属进行加热，得到金属熔体；静磁场发生装置产生的磁场加速金属熔体对流，加速净化金属熔体。

优选地，在所述熔炼过程中，所述水冷铜坩埚底部中心位置的磁场强度为0.01～1T。

本发明提供了一种利用静磁场加速去除电子束熔炼过程杂质元素的装置，包括电子束熔炼炉体以及设置于所述电子束熔炼炉体内部的电子枪、水冷铜坩埚和静磁场发生装置；所述电子枪设置于所述电子束熔炼炉体的顶部；所述水冷铜坩埚设置于所述电子枪的下方；所述静磁场发生装置设置于所述水冷铜坩埚外部的底部。在本发明中，电子枪产生的电子束入射到金属熔体，在金属熔体内形成电流，经水冷铜坩埚导出；静磁场发生装置产生的静磁场能够与熔体中的电流相互作用从而产生洛伦兹力，该力能够强化熔体的对流状态，进而加速熔体内部杂质原子向表面传输速率，缩短净化时间，提高净化效率。本发明与传统电子束熔炼技术相比，能够在相同的熔炼条件下缩短金属提纯时间，且设备简单，能够大规模应用于电子束熔炼金属提纯制备。

附图说明

图1为本发明提供的利用静磁场加速去除电子束熔炼过程杂质元素的装置的示意图；其中，1表示电子枪，2表示电子束，3表示金属熔体，4表示水冷铜坩埚，5表示冷却水，6表示磁体，7表示水冷铜套，8表示电子束熔炼炉体。

具体实施方式