JP2007523311A - Method and apparatus for cleaning the periphery in a cryogenic furnace refining - Google Patents

Method and apparatus for cleaning the periphery in a cryogenic furnace refining Download PDF

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Abstract

反応性または耐熱性を備えた金属のための低温炉溶解精製装置（１０）は電子ビーム（４１０）を用いて、炉（１０）内の溶解材料のプールの周辺（３００）を自動的に清掃する。プログラマブルロジック制御装置（４２０）を用いて、少なくとも周辺部位（３００）に沿って電子ビームを掃引する。電子ビーム（４１０）は、溶解材のプールから蒸発して周辺（３００）で再凝結した揮発性の不純物を再び溶解させるか、再び蒸発させるエネルギーを供給する。The low temperature furnace melting and refining device (10) for reactive or heat resistant metals uses an electron beam (410) to automatically clean the periphery (300) of the molten material pool in the furnace (10). To do. The programmable logic controller (420) is used to sweep the electron beam along at least the peripheral region (300). The electron beam (410) provides energy to re-melt or re-evaporate volatile impurities that have evaporated from the melt pool and recondensed at the periphery (300).

Description

本発明は、反応性および耐熱性を備えた材料の低温炉溶解精製に関するものである。特に、本発明は、電子ビーム低温炉溶解精製装置および方法の改良に関するものである。   The present invention relates to a low-temperature furnace melting purification of a material having reactivity and heat resistance. In particular, the present invention relates to an improved electron beam cryogenic furnace melting and refining apparatus and method.

現在、低温炉精製法は、タンタル、ニオブ、モリブデン、タングステン、バナジウム、ハフニウム、ジルコニウム、チタン、およびそれらの合金などの、反応性および耐熱性を備えた金属を生産するために、一般的に使用されている。電子ビーム低温炉溶解（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ Ｃｏｌｄ Ｈｅａｒｔｈ Ｒｅｆｉｎｉｎｇ：ＥＢＣＨＲ）法において、電子ビームを用いて、水冷式炉内に高真空下で置かれた標的原料を溶解する。基本成分の蒸気圧よりも高い蒸気圧を有する金属不純物および非金属不純物は、溶解した金属から選択的に蒸発する。このようにして、標的材料の基本成分が精製される。   Currently, low temperature furnace refining methods are commonly used to produce metals with reactivity and heat resistance, such as tantalum, niobium, molybdenum, tungsten, vanadium, hafnium, zirconium, titanium, and their alloys Has been. In an electron beam cold heart melting (EBCHR) method, an electron beam is used to melt a target material placed in a water-cooled furnace under high vacuum. Metallic and non-metallic impurities having a vapor pressure higher than the vapor pressure of the base component selectively evaporate from the dissolved metal. In this way, the basic components of the target material are purified.

従来のＥＢＣＨＲ装置では、炉は通常細長い銅の溝または坩堝であり、水で冷却される。炉は、（例えば、重力供給によって）一端または一側面から標的（例えば、チタンの小片または塊）の装填を受ける。一つまたはそれ以上の電子銃を、電子ビームが標的材料の表面に向かうように構成して、標的材料を溶解し、炉内に液体金属の浅い表層プールを形成する。表層プール内の溶解金属は、炉に沿って流れて、その後、炉から水冷式鋳型に溢れ出る。炉は、通常別個の溶解域および精製域を備える。溶解域は標的材料を導入する側の端部域に存在しており、精製域は溶解域から流出鋳型へ向かって延びる。二つの域内の液体金属（つまり、溶解金属）の浅いプールは、二つの域を隔てる固体材料のスカルの中を通る狭いチャネルによって接続されている。有利には、精製法において、揮発性の不純物が選択的に蒸発されるのに加えて、高密度および低密度の含有物も、溶解金属から除去される。高密度含有物は、スカル内に沈殿して集まる。一方、軽い含有物は、液体金属内に溶解するか、ダムまたはその他の物理的障壁によって鋳型に流れ込む前に押し留められる。   In conventional EBCHR devices, the furnace is usually an elongated copper groove or crucible that is cooled with water. The furnace is loaded with a target (eg, a piece or chunk of titanium) from one end or one side (eg, by gravity feed). One or more electron guns are configured such that the electron beam is directed toward the surface of the target material to dissolve the target material and form a shallow superficial pool of liquid metal in the furnace. The molten metal in the surface pool flows along the furnace and then overflows from the furnace into the water-cooled mold. The furnace usually has separate melting and purification zones. The dissolution zone exists in the end zone on the side where the target material is introduced, and the purification zone extends from the dissolution zone towards the outflow template. A shallow pool of liquid metal (ie, molten metal) in the two zones is connected by a narrow channel that passes through a skull of solid material that separates the two zones. Advantageously, in the purification process, in addition to selectively evaporating volatile impurities, high and low density contents are also removed from the molten metal. High density inclusions settle and collect in the skull. On the other hand, the light inclusions are dissolved in the liquid metal or held down before flowing into the mold by a dam or other physical barrier.

ＥＢＣＨＲ装置の操作において、溶解域および精製域において、溶解金属の液体状態を維持するために、電子ビームを標的材料の表面上で走査する。コンピュータによって制御される従来の電磁デフレクタを用いて、電子ビームを動かす。電子ビームを適切な幾何学的パターンで走査することによって、標的材料の表面の選択された部分に熱が加えられて、金属流れの液体流が、炉の一端から他端へ流れる。例示的なＥＢＣＨＲ装置は、ハーカーによる特許文献１および特許文献２、ハーカーらによる特許文献３記載されており、それらのすべてを、参照によってここに組み込む。
米国特許第４，９３２，６３５号明細書 米国特許第４，９６１，７７６号明細書 米国特許第ＲＥ３２，９３２号明細書 In operation of the EBCHR apparatus, an electron beam is scanned over the surface of the target material in order to maintain the liquid state of the dissolved metal in the dissolution zone and the purification zone. A conventional electromagnetic deflector controlled by a computer is used to move the electron beam. By scanning the electron beam in an appropriate geometric pattern, heat is applied to selected portions of the surface of the target material, and a liquid stream of metal flow flows from one end of the furnace to the other. Exemplary EBCHR devices are described in U.S. Patent Nos. 6,099,086 and 6,037, Harker et al., U.S. Patent No. 5,057,028, all of which are hereby incorporated by reference.
US Pat. No. 4,932,635 US Pat. No. 4,961,776 US Patent No. RE32,932

ＥＢＣＨＲ装置の連続運転では、液体流から蒸発する揮発性不純物が、冷却バンクまたは液体流の周辺に沿って再凝結して堆積する。さらに、溶解した液体内の含有物も、液体流の周辺に沿って集積して堆積する。やがて、これらの堆積物は大きくなって、液体流の流れを妨げたり、詰まらせたりする可能性さえある。これを防止するために、液体流の周辺上の堆積した材料の集積物を除去する必要がある。実際には、操作者が液体流周辺の堆積した材料の集積を監視して、定期的に電子ビームを当てて、液体流の周辺から液体流を遮断し、または妨げている集積物を除去する。操作者は、例えば、操作スティックを使用して、特定部位での電子ビームの位置と滞留時間を設定して、不都合な集積物を溶解または蒸発させる。このように、精製工程の連続性は、操作者の対応能力と技量に依存する。   In continuous operation of the EBCHR device, volatile impurities evaporating from the liquid stream will re-condense and accumulate along the periphery of the cooling bank or liquid stream. Furthermore, the contents in the dissolved liquid also accumulate and deposit along the periphery of the liquid flow. Over time, these deposits can grow and even impede or clog the flow of liquid. To prevent this, it is necessary to remove the accumulation of deposited material on the periphery of the liquid stream. In practice, the operator monitors the accumulation of deposited material around the liquid stream and regularly irradiates an electron beam to block or obstruct the liquid stream from around the liquid stream. . The operator uses an operation stick, for example, to set the position of the electron beam at a specific site and the residence time, thereby dissolving or evaporating undesired accumulations. Thus, the continuity of the purification process depends on the operator's ability and skill.

電子ビーム低温炉溶解システムの全体的な効率を向上するために、方法と装置の両方の改良方法が現在考慮されている。特に、液体流周辺の好ましくない堆積物の清掃または除去に注目が向けられている。   In order to improve the overall efficiency of the electron beam cryostat melting system, improvements to both the method and apparatus are currently being considered. In particular, attention is focused on cleaning or removing unwanted deposits around the liquid stream.

従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服する低温炉溶解精製装置を提供するこのである。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide a low temperature furnace melting and refining apparatus that overcomes the disadvantages of the prior art.

本発明のこの目的およびその他の目的は、低温炉溶解精製装置内に周辺の清掃のための可動式電子ビームを組み入れることによって達成される。電子ビームは、少なくとも溶解精製操作中に形成された溶解材料のプールの周辺部位を自動的に掃引する。電子ビームは、溶解金属のプールから蒸発して、周辺部に再凝結した揮発性の不純物を再蒸発させるか、再溶解させるか、さもなければ分散させるために、熱を供給する。電子ビームの動作および時期は、プログラマブルロジック制御装置、または類似したプログラマブル装置に読み込まれたプログラムによって制御される。   This and other objects of the present invention are accomplished by incorporating a mobile electron beam for cleaning the surroundings in the cryostat melting and refining apparatus. The electron beam automatically sweeps at least the surrounding area of the pool of dissolved material formed during the dissolution and purification operation. The electron beam provides heat to evaporate, remelt, or otherwise disperse volatile impurities that have evaporated from the pool of molten metal and recondensed to the periphery. The operation and timing of the electron beam is controlled by a program loaded into a programmable logic controller or similar programmable device.

本発明の更なる目的および利点は、添付した図面と併せて以下の説明を読むことになって明らかになるだろう。   Further objects and advantages of the present invention will become apparent upon reading the following description in conjunction with the accompanying drawings.

本開示は、改善された低温炉溶解精製操作を解決策として提供する。開示された解決策は、低温炉に流れる溶解材料の液体流周辺の清掃に関するものである。   The present disclosure provides an improved cryogenic furnace melt purification operation as a solution. The disclosed solution relates to cleaning around the liquid stream of melted material flowing into the cryogenic furnace.

本発明は、例えば精製する材料の種類、処理量、およびその他の製造パラメータを考慮して様々な構成を取り得るＥＢＣＨＲ炉の運転の改善に適している。チタン合金の精製に使用することができる例示的な炉は、ハーカーの米国特許第４，９３２，６３５号明細書、および米国特許第４，９６１，７７６号明細書（以下「ハーカー」という）に記載されている。ここに記載された本発明を容易に理解できるように、以下の記載は、ハーカーに記載された従来の低温炉を参照しつつ記載されている。しかし、同時に本発明が低温炉の他の型または構造に適用できることは、理解できよう。本発明を理解する補助として、ハーカーに記載された低温炉の限られた記載をここに含む。図１および２は、便宜上ハーカーからここに転載されたものであるが、各々従来の炉の垂直方向および水平方向の断面図を示している。   The present invention is suitable for improving the operation of an EBCHR furnace that can take various configurations, for example considering the type of material to be purified, throughput, and other manufacturing parameters. Exemplary furnaces that can be used to purify titanium alloys are disclosed in Harker US Pat. No. 4,932,635 and US Pat. No. 4,961,776 (hereinafter “Harker”). Are listed. In order that the present invention described herein may be readily understood, the following description has been described with reference to a conventional cryostat described in Harker. However, it will be understood that the present invention can be applied to other types or structures of cryogenic furnaces at the same time. As an aid to understanding the present invention, a limited description of the cryogenic furnace described in Harker is included here. 1 and 2 are reprinted here from Harker for convenience, but show vertical and horizontal cross-sectional views of a conventional furnace, respectively.

図１および２を参照し、炉１０には溶解域１７および精製域１８が含まれる。例えば、溶解域１７は、約０．９１メートル×０．９１メートル（約３６インチ×３６インチ）の正方形の寸法とすることができる。精製域は、幅約０．９１メートル（約３６インチ）×長さ約１．８３メートル（約６フィート）の長方形の寸法とすることができる。それぞれの域は、深さ約７．６センチメートル〜１０．２センチメートル（約３インチ〜４インチ）である。炉の操作において、両域は、液体材料１９の浅いプールを保持する。液体材料は、炉床１１上で形成された再凝固した材料のスカル２１に収容され、炉床１１は冷却パイプ１２を流れる冷却液によって冷却されている。炉１０の入口端で、シュート１３が、精製される原料の破片１４（例えば、スポンジチタンまたはチタン合金ダライ粉）を炉１０の溶解域１７に向ける。電子ビーム１６の制御可能なパターンを作り出す電子銃１５は、選択的に域１７および１８に向けられる。図１に示された装置において、電子ビームのうちの一つは、炉の域１７内にある原料１４に向けられ、原料を溶融する。域１７からの液体材料１９は、スカル２１の***部２７を通って二つの域１７および１８の間に延びる狭い通路２８を通って、域１８内に流れ込むことができる。液体材料１９は、精製域１８内を流れて、鋳込リップ２０を通って炉１０を出て鋳型２１に入り込む。精製された液体材料は、液体材料２６として鋳型２１内に集積されて、その後さらに冷却され、精製鋳塊２３として凝固する。   With reference to FIGS. 1 and 2, furnace 10 includes a melting zone 17 and a purification zone 18. For example, the dissolution zone 17 may have a square dimension of about 0.91 meter by 0.91 meter (about 36 inches by 36 inches). The refinement zone may be rectangular in size about 0.91 meters (about 36 inches) wide by about 1.83 meters (about 6 feet) long. Each zone is about 7.6 centimeters to 10.2 centimeters (about 3 inches to 4 inches) deep. In the operation of the furnace, both zones hold a shallow pool of liquid material 19. The liquid material is accommodated in a re-solidified material skull 21 formed on the hearth 11, and the hearth 11 is cooled by the coolant flowing through the cooling pipe 12. At the inlet end of the furnace 10, the chute 13 directs the raw material fragments 14 to be purified (eg, sponge titanium or titanium alloy dairy powder) to the melting zone 17 of the furnace 10. An electron gun 15 that creates a controllable pattern of electron beam 16 is selectively directed to zones 17 and 18. In the apparatus shown in FIG. 1, one of the electron beams is directed to the raw material 14 in the furnace zone 17 to melt the raw material. The liquid material 19 from the zone 17 can flow into the zone 18 through a narrow passage 28 extending between the two zones 17 and 18 through the raised portion 27 of the skull 21. The liquid material 19 flows through the refining zone 18, exits the furnace 10 through the casting lip 20 and enters the mold 21. The purified liquid material is accumulated in the mold 21 as the liquid material 26, and then further cooled and solidified as the purified ingot 23.

図１（域１７内の原料１４に向けられている電子ビームの右）に示されている他の電子ビーム１６のうちの二つは、精製域１８表面の中央部を自動的に走査するようにコンピュータ制御されている。これらの電子ビームは、溶解材１９が鋳込リップ２０に向かって流れるよう溶解材料１９の液体状態を維持するために、熱を供給する。電子ビームの走査経路は、予めプログラムされているため、例えば電子ビーム１６は、精製域１８の長さでスクロールアップおよびスクロールダウンする。電子ビーム１６によって供給された熱のいくらかは、炉１０の冷却された側に放出されるため、冷却された側に隣接した材料がスカル２１として凝固してしまう。炉床１１を通っている冷却液パイプ１２は、チャネルの適当な流路内に溶解材料１９の液体流を閉じ込めるように、炉１０の側部から内部に向かって、特定の幾何学形状（例えば、図５のスカルの半島３０および２９を参照）を有するようにスカル２１を形成または増大させるように構成される。任意的に、または付加的に、特定の幾何学形を有したスカル２１の増大を促進するために、電子ビーム１６の走査経路は、炉１０内の材料の選択された部位の加熱を避けるように設定することができる。炉１０の側部から内部に広がったスカル２１の部分（例えば、図２または図５参照）は、炉１０から鋳込リップ２０に向かって流れる溶解材料１９の液体流の冷却バンクまたは周辺部を形成することができる。   Two of the other electron beams 16 shown in FIG. 1 (to the right of the electron beam directed at source 14 in zone 17) automatically scan the center of the surface of refinement zone 18. Computer controlled. These electron beams provide heat to maintain the molten material 19 in a liquid state so that the molten material 19 flows toward the casting lip 20. Since the scanning path of the electron beam is programmed in advance, for example, the electron beam 16 scrolls up and down by the length of the refinement zone 18. Some of the heat supplied by the electron beam 16 is released to the cooled side of the furnace 10 so that the material adjacent to the cooled side solidifies as a skull 21. A coolant pipe 12 passing through the hearth 11 has a specific geometry (eg, from the side of the furnace 10 inward to confine the liquid flow of dissolved material 19 within the appropriate flow path of the channel. , See Skull Peninsula 30 and 29 in FIG. 5). Optionally or additionally, to facilitate the growth of the skull 21 with a particular geometry, the scanning path of the electron beam 16 avoids heating selected portions of the material in the furnace 10. Can be set to The portion of the skull 21 that extends inwardly from the side of the furnace 10 (see, for example, FIG. 2 or FIG. 5) defines a cooling bank or periphery of the liquid flow of dissolved material 19 that flows from the furnace 10 toward the casting lip 20. Can be formed.

精製操作の間、揮発性の成分は、液体流として域１７および１８を流れるのに伴って、溶解材料１９から蒸発する。蒸発した成分は、液体流の冷却周辺部で再凝結し得る。図示されたチタン精製、またはチタン合金精製の場合において、アルミニウムは、公知の揮発性成分である。液体流周辺部に再凝結したアルミニウムの集積または堆積は、相当なものになる可能性がある。再凝結したアルミニウム、または再堆積したアルミニウムは、最初に僅かな外殻を形成して、次第に液体流周辺部に高い「スカル翼」を蓄積する。図３は、溶解したチタン材料１９の周辺に堆積したアルミニウム翼３００を概略的に示している。例えば、時間が経過すると、翼３００は、高さ１５．２センチメートル（６インチ）以上となり得る。翼３００は、（例えば、帯電することで）電子ビームを用いた溶解材料１９の加熱を妨げる可能性がある。また翼３００は、溶解材料１９の流れを物理的に妨げる可能性もある。   During the refining operation, volatile components evaporate from the dissolved material 19 as it flows through zones 17 and 18 as a liquid stream. The evaporated components can recondensate at the cooling periphery of the liquid stream. In the case of the illustrated titanium purification or titanium alloy purification, aluminum is a known volatile component. Accumulation or deposition of aluminum recondensed around the liquid flow can be substantial. The recondensed or redeposited aluminum initially forms a slight shell and gradually accumulates high “skull wings” around the liquid flow. FIG. 3 schematically shows an aluminum wing 300 deposited around the melted titanium material 19. For example, over time, the wing 300 may be 15.2 centimeters (6 inches) or higher in height. The wing 300 may prevent heating of the melted material 19 using an electron beam (eg, by charging). The wing 300 may also physically obstruct the flow of the melted material 19.

本発明によると、液体流周辺上でのスカル翼の成長およびその他の材料の再堆積は、通常のＥＢＣＨＲ操作と統合された自動周辺部清掃工程によって抑制される。本発明の清掃工程において、ＥＢＣＨＲ工程の間、電子ビーム（以下「清掃ビーム」という。）は、炉の選択された外側部分上（例えば、液体流に隣接する表面スカル部上）を自動的に清掃する。清掃ビームは、所定のＥＢＣＨＲ装置内の既存する電子銃（例えば、図１の銃１５）、または、例えばＥＢＣＨＲ装置４００内に設けられたさらなる電子銃４１０（図４）によって発生されることができる。プログラマブルロジック制御装置（ＰＬＣ）４２０、または同様のプログラマブル装置を用いて、電子銃４１０及びこれに付随する、予め決められた経路に沿って清掃ビーム４３０を動かすための偏向光学機器（図示せず）を制御することができる。低温炉装置内において、ＰＬＣ４２０は、独立型制御装置、または、その他の電子銃（例えば、図１の電子銃１５）と共通の制御装置であることができる。   In accordance with the present invention, skull blade growth and other material redeposition on the periphery of the liquid flow is suppressed by an automatic perimeter cleaning process integrated with normal EBCHR operations. In the cleaning process of the present invention, during the EBCHR process, an electron beam (hereinafter “cleaning beam”) is automatically applied on a selected outer portion of the furnace (eg, on a surface skull adjacent to the liquid stream). to clean up. The cleaning beam can be generated by an existing electron gun (eg, gun 15 of FIG. 1) in a given EBCHR device, or by a further electron gun 410 (FIG. 4) provided, for example, in EBCHR device 400. . Deflection optics (not shown) for moving the cleaning beam 430 along a predetermined path associated with the electron gun 410 using a programmable logic controller (PLC) 420 or similar programmable device. Can be controlled. In the low-temperature furnace apparatus, the PLC 420 can be a stand-alone control apparatus or a control apparatus common to other electron guns (for example, the electron gun 15 in FIG. 1).

清掃ビームが、炉の精製域と溶解域の両方、またはいずれかの液体流周辺に沿った経路を辿るようにプログラムすることができる。液体流周辺に沿った経路の座標は、事前に記憶されて、この目的のために、ＰＬＣ４２０によって利用される。清掃ビームの経路を、経験的な工程学習によって、所定の炉および精製操作に対して最適化することができる。図５は、従来の技術による炉２０の精製域１８および溶解域１７の一部分内の液体流周辺に沿った、清掃ビームの例示的な経路５０を概略的に示したものである（この図は、ハーカーにも記載されているものであって、例えば、その中の図３を参照されたい）。清掃ビームは、経路５０を継続的に、もしくはステップアンドスキャンモードで縦走することができ、ステップアンドスキャンモードでは、滞留時間の間清掃ビームを留めておく一連のスポットに沿って、清掃ビームを進める。   The cleaning beam can be programmed to follow a path along the refining zone and the melting zone of the furnace, or around any liquid flow. The coordinates of the path along the periphery of the liquid flow are pre-stored and utilized by the PLC 420 for this purpose. The cleaning beam path can be optimized for a given furnace and purification operation by empirical process learning. FIG. 5 schematically illustrates an exemplary path 50 of the cleaning beam along the periphery of the liquid flow within a portion of the purification zone 18 and melting zone 17 of the prior art furnace 20 (this figure is shown). , Also described by Harker, see, for example, FIG. 3 therein). The cleaning beam can traverse the path 50 continuously or in a step-and-scan mode where the cleaning beam is advanced along a series of spots that hold the cleaning beam for the dwell time. .

清掃ビームは、スカル表面にエネルギーを向け、液体流周辺に沿って翼として凝縮し得る材料を再溶解、昇華、または再蒸発する。清掃ビームによって供給されるエネルギーの量は、関与する金属（例えば、アルミニウム）の物理化学的な性質（例えば、昇華温度）を考慮した上で適当に選択することができ、および／または実験的な工程から得られたデータによって決定することができる工程パラメータである。清掃ビームの走査経路に沿ったスポット（例えば、スポット５０ａ）に当てられるエネルギー量は、そのスポットにおける清掃ビームの強度および滞留時間に関する関数である。原則として、いずれのパラメータも調節することができる。しかしながら、実際には、一定の電力を電子銃に供給して、実質的に清掃ビームの強度を一定に維持する方がより効率的である。そのため、清掃ビームの経路に沿ったスポットに当てられるエネルギーは、主として電子ビームの滞留時間に依存する。スポットの座標およびそのスポットでの電子ビームの滞留時間は、プログラム（例えば、ＰＬＣプログラム）にコードすることができるパラメータであって、プログラムは電子ビームを発生させて、低温炉内の液体流周辺に沿って定められた経路内で、自動的に掃引を行う。掃引速度もまたプログラム可能なパラメータであり、溶解精製操作の間、液体流周辺を綺麗な状態に維持するために適当に選択される。掃引速度（滞留時間および部位座標等）を、例えば経験的な工程学習によって最適化することができる。例えば、図１に関して説明したような炉の大きさに対して、掃引速度は、清掃ビームが精製域の周りに経路を描く時間が、約数ミリ秒から数秒の範囲内となるような速度とすることができる。経路に沿ったスポットでの清掃ビームの例示的な滞留時間は、約１ミリ秒から約数百ミリ秒の範囲内とすることができる。   The cleaning beam directs energy to the skull surface and redissolves, sublimates, or re-evaporates material that can condense as wings along the periphery of the liquid flow. The amount of energy supplied by the cleaning beam can be appropriately selected taking into account the physicochemical properties (eg sublimation temperature) of the metal involved (eg aluminum) and / or experimental Process parameters that can be determined by data obtained from the process. The amount of energy applied to a spot (eg, spot 50a) along the cleaning beam's scan path is a function of the intensity and dwell time of the cleaning beam at that spot. In principle, any parameter can be adjusted. In practice, however, it is more efficient to supply a constant power to the electron gun to keep the cleaning beam intensity substantially constant. For this reason, the energy applied to the spot along the path of the cleaning beam mainly depends on the residence time of the electron beam. The coordinates of the spot and the dwell time of the electron beam at that spot are parameters that can be coded into a program (eg, a PLC program) that generates an electron beam around the liquid flow in the cryostat. A sweep is automatically performed in a route defined along the route. The sweep rate is also a programmable parameter and is appropriately selected to keep the liquid stream periphery clean during the dissolution and purification operation. The sweep rate (such as residence time and site coordinates) can be optimized, for example, by empirical process learning. For example, for a furnace size as described with respect to FIG. 1, the sweep rate is such that the time that the cleaning beam takes a path around the purification zone is in the range of about a few milliseconds to a few seconds. can do. An exemplary dwell time of the cleaning beam at a spot along the path can be in the range of about 1 millisecond to about several hundred milliseconds.

液体流周辺の自動清掃は、成長しすぎた翼によって生じる流れの障害を除去することによって、精製された材料の生産量を改善することができるであろう。さらに自動周辺部清掃はまた、精製操作の間、液体流に沿って一貫した組成環境を提供できるであろう。この一貫した組成環境は、好都合にも、精製操作の間の異なった時間において生産された精製材料の組成を均一にする。   Automatic cleaning around the liquid flow could improve the yield of purified material by removing the flow obstruction caused by overgrown wings. Furthermore, automatic perimeter cleaning could also provide a consistent composition environment along the liquid flow during the purification operation. This consistent composition environment advantageously makes the composition of the purified material produced at different times during the purification operation uniform.

ここでは特定の実施態様に関して本発明を説明したが、多くの改良および変更が当業者によって容易になし得るであろう。従って、全てのそのような変更および改良は、本発明の意図する範囲に含まれるものである。   Although the invention has been described herein with reference to specific embodiments, many modifications and changes will readily occur to those skilled in the art. Accordingly, all such modifications and improvements are intended to be included within the intended scope of the present invention.

図１は、従来技術による低温炉溶解精製装置の概略的な垂直方向断面図である。FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a conventional low temperature furnace melting and refining apparatus. 図２は、図１の低温炉溶解精製装置の概略的な水平方向断面図である。FIG. 2 is a schematic horizontal cross-sectional view of the low temperature furnace melting and purifying apparatus of FIG. 図３は、図１の低温炉溶解精製装置内の液体流周辺に形成されたアルミニウム翼の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of an aluminum blade formed around the liquid flow in the low temperature furnace melting and purifying apparatus of FIG. 図４は、本発明による低温炉溶解装置の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of a low temperature furnace melting apparatus according to the present invention. 図５は、本発明による低温炉溶解精製装置内の液体流周辺を清掃するための電子ビームの経路の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of an electron beam path for cleaning around the liquid flow in the low temperature furnace melting and purifying apparatus according to the present invention.

Claims (7)

低温炉溶解精製装置において、溶解材料のプールを保持するように構成された低温炉と、電子ビームを発生させるように構成された電子銃と、電子銃と連結したプログラム可能な装置を具え、前記プログラム可能な装置および電子銃は、電子ビームが少なくとも溶解材料のプールの周辺部位に沿って掃引するように構成されていることを特徴とする低温炉溶解精製装置。   A cryogenic furnace melting and purifying apparatus comprising: a cryogenic furnace configured to hold a pool of dissolved material; an electron gun configured to generate an electron beam; and a programmable device coupled to the electron gun, A low temperature furnace melting and purifying apparatus, wherein the programmable apparatus and the electron gun are configured to sweep an electron beam at least along a peripheral portion of a pool of molten material. 前記プログラム可能な装置および電子銃は、電子ビームが少なくとも溶解材料のプールの周辺部位に沿って継続的に掃引するように構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の低温炉溶解精製装置。   The cryogenic furnace melting device according to claim 1, wherein the programmable device and the electron gun are configured to continuously sweep an electron beam along at least a peripheral portion of a pool of molten material. Purification equipment. 電子ビームが、約１ミリ秒から約数秒の範囲の時間内で、溶解材料のプールの周辺部位を囲むことを特徴とする、請求項２に記載の低温炉溶解精製装置。   3. The cryostat melting and purifying apparatus according to claim 2, wherein the electron beam surrounds the peripheral portion of the pool of melted material within a time period ranging from about 1 millisecond to about several seconds. 前記プログラム可能な装置および電子銃は、電子ビームがステップアンドスキャンモードで少なくとも溶解材料のプールの周辺部位に沿って掃引するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の低温炉溶解精製装置。   The cryogenic device of claim 1, wherein the programmable device and the electron gun are configured to sweep an electron beam at least along a peripheral portion of a pool of dissolved material in a step-and-scan mode. Furnace melting and purification equipment. ステップ間におけるステップでの電子ビームの滞留時間が、約１ミリ秒から約数百ミリ秒の範囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の低温炉溶解精製装置。   2. The low temperature furnace melting and purifying apparatus according to claim 1, wherein the residence time of the electron beam between steps is in the range of about 1 millisecond to about several hundred milliseconds. 電子ビームが、溶解材料のプールの周辺部から、溶解材料のプールから蒸発して周辺で再凝結する揮発性不純物を除去するエネルギーを供給することを特徴とする、請求項１に記載の低温炉溶解精製装置。   The cryogenic furnace according to claim 1, characterized in that the electron beam supplies energy from the periphery of the pool of molten material to remove volatile impurities that evaporate from the pool of molten material and recondensate in the periphery. Dissolution purification equipment. 低温炉溶解精製装置内の溶解材料のプールの周辺部を清掃する方法において、電子銃を用いて電子ビームを発生し、電子ビームで液体プール周辺部位を掃引して、溶解材料のプールから蒸発して周辺で再凝結する揮発性の不純物を分散することを含むことを特徴とする方法。   In the method of cleaning the periphery of the pool of dissolved material in the low temperature furnace melting and purifying apparatus, an electron beam is generated using an electron gun, the portion around the liquid pool is swept with the electron beam, and evaporated from the pool of dissolved material. And dispersing volatile impurities that reconsolidate in the periphery.
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