RU2634102C2 - Электронно-лучевая плавильная печь и способ ее эксплуатации - Google Patents

Электронно-лучевая плавильная печь и способ ее эксплуатации Download PDF

Info

Publication number
RU2634102C2
RU2634102C2 RU2014119520A RU2014119520A RU2634102C2 RU 2634102 C2 RU2634102 C2 RU 2634102C2 RU 2014119520 A RU2014119520 A RU 2014119520A RU 2014119520 A RU2014119520 A RU 2014119520A RU 2634102 C2 RU2634102 C2 RU 2634102C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electron beam
electron
location
coordinates
signal
Prior art date
Application number
RU2014119520A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014119520A (ru
Inventor
Такаси Ода
Хисамуне Танака
Такеси Сираки
Original Assignee
Тохо Титаниум Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тохо Титаниум Ко., Лтд. filed Critical Тохо Титаниум Ко., Лтд.
Publication of RU2014119520A publication Critical patent/RU2014119520A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634102C2 publication Critical patent/RU2634102C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304—Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/06—Melting-down metal, e.g. metal particles, in the mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/08—Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/12—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces with electromagnetic fields acting directly on the material being heated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
    • H01J37/222—Image processing arrangements associated with the tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304—Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals
    • H01J37/3045—Object or beam position registration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B34/00—Obtaining refractory metals
    • C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
    • C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
    • C22B9/228—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by particle radiation, e.g. electron beams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0028—Regulation
    • F27D2019/0071—Regulation using position sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при управлении плавкой в электронно-лучевой печи. В способе управляют сигналом местоположения электронного луча с помощью устройства генерации диаграммы сканирования электронного луча и направлением электронного луча в соответствии с управляющим сигналом, направленным в средство управления электронным лучом, обнаруживают пятна высокой интенсивности электронного луча, образованные электронным лучом на поверхности жидкого металла на поде или в кристаллизаторе, с помощью формирователя изображений, с помощью операционного устройства вычисляют разность местоположений между фактическим местоположением пятна высокой интенсивности электронного луча, обнаруженного формирователем изображения, и заранее заданным в начале процесса плавления местоположением, которое должно облучаться электронной пушкой, генерируют сигнал для коррекции вышеупомянутой разности местоположений, вычисленной операционным устройством, с помощью устройства испускания и осуществляют добавление корректирующего сигнала к управляющему сигналу с помощью устройства для добавления корректирующего сигнала, при этом управляют местоположением упомянутого пятна высокой интенсивности электронного луча так, чтобы вычисленная разность местоположений между фактическим местоположением пятна высокой интенсивности электронного луча, обнаруженного формирователем изображения, и заранее заданным в начале процесса плавления местоположением, которое облучают электронной пушкой, не превышала заранее заданное значение. Изобретение позволяет точно нагреть ванну жидкого металла без повреждения пода и кристаллизатора. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу, в котором электронный луч испускается на ванну жидкого металла, образованную в кристаллизаторе или на поде, расположенном в электронно-лучевой плавильной печи, и, в частности, относится к способу, в котором управляют местоположением нагрева с помощью испускания электронного луча.
Уровень техники
Хорошо известно, что эффекты очистки исходного материала больше, и что намного более чистый металл может быть соответственно получен в электронно-лучевой плавильной печи, так как степень снижения давления может быть установлена ниже по сравнению с таковой в вакуумной дуговой плавильной печи.
Среди электронно-лучевых плавильных печей есть много вариантов, когда в них расположена печь для очистки, называемая подом. Путем плавления исходного материала на поде могут быть эффективно удалены примеси, содержавшиеся в исходном материале, таким образом позволяя осуществить очистку исходного материала.
В электронно-лучевой плавильной печи мишень нагревается и расплавляется путем испускания электронного луча из электронной пушки, расположенной в верхней части плавильной печи. Так как электронный луч, испускаемый электронной пушкой, имеет свойство распространяться прямолинейно, путем отклонения электронного луча с помощью отклоняющей катушки и задания интенсивности электронного луча, мишень может быть гарантированно нагрета и расплавлена.
Однако на поде электронно-лучевой плавильной печи мишень удерживается во время плавления путем нагрева с помощью электронного луча, и металл также испаряется из места мишени. В случае, когда пары попадают в путь электронного луча электронный луч и пары металла воздействуют друг на друга, в результате может получиться так, что направление электронного луча изменяется и электронный луч не может испускаться в нужном направлении, которое является заданным. Кроме того, в дополнение к этой ситуации внутри электронно-лучевой плавильной печи, может случиться так, что направление электронного луча изменяется в нежелательном направлении помехами, которые приходят извне. Кроме того, хорошо известно, что на электронный луч и отклоняющую катушку для отклонения электронного луча легко повлиять внешним магнитным полем, и в этом случае может получиться так, что электронный луч отклоняется в нежелательном направлении и, таким образом, требуются решения для этих проблем.
В случае, когда электронный луч распространяется, как описано выше, в непредусмотренном направлении, например, может быть нагрета стенка пода (емкости), в котором удерживается жидкий металл, и в случае, когда это нагревание не принимается во внимание в течение долгого времени, под может быть нежелательным образом поврежден.
Для решения таких проблем известен способ, в котором измеряется распределение температур части, нагретой электронным лучом, и интенсивность электронного луча регулируется на основании измеренной величины (см. патентный документ 1). Однако не существует раскрытия касательно коррекции непредусмотренного смещения местоположения пятна электронного луча.
Кроме того, известно средство, в котором ошибочное испускание электронного луча обнаруживается путем обнаружения характерного рентгеновского излучения, которое генерируется в случае, когда электронный луч, испускаемый электронной пушкой, по ошибке облучает кристаллизатор (см. патентный документ 2).
Однако в этом способе, так как ошибочная операция может быть обнаружена после ошибочного испускания электронного луча, невозможно предотвратить повреждение кристаллизатора и под может быть нежелательным образом значительно поврежден.
Как упоминалось выше, необходим способ, в котором можно предотвратить нежелательное смешение электронного луча, испускаемого электронной пушкой, и электронный луч может гарантированно испускаться к нагреваемой мишени.
Патентные документы:
Патентный документ 1: нерассмотренная опубликованная заявка на патент Японии № Hei 05 (1993)-192747
Патентный документ 2: рассмотренная опубликованная заявка на патент Японии № Hei 06 (1994)-003727
Задачей изобретения является обеспечение способа, в котором электронный луч испускается точно в заранее заданное место ванны жидкого металла, образованной на поде или в кристаллизаторе, расположенном в электронно-лучевой плавильной печи.
Авторы провели исследования ввиду изложенных выше обстоятельств и обнаружили, что областью, которая нагревается в ванне расплавленного металла, образованной на поде или кристаллизаторе, можно точно управлять следующим образом: сравниваются две порции информации; одна порция информации является информацией о местоположении пятна высокой интенсивности электронного луча расплавленной ванны на поде или в кристаллизаторе, расположенном в электронно-лучевой плавильной печи, к которой заведомо испускается электронный луч, которая выводится формирователем изображения, и другая порция информации является информацией о местоположении области, которая должна облучаться электронно-лучевой пушкой, которая предварительно записана в средстве управления электронным лучом, и местоположение пятна электронного луча управляется так, чтобы разность между этими двумя порциями информации была минимальной. Таким образом, было выполнено настоящее изобретение.
Сущность изобретения
Электронно-лучевая плавильная печь по настоящему изобретению включает в себя: под и кристаллизатор для удержания жидкого металла, электронную пушку для испускания электронного луча для поддержания металла в расплавленном состоянии, устройство генерации диаграммы сканирования электронного луча для управления сигналом местоположения пятна электронного луча от электронной пушки и средство управления электронным лучом для управления направлением электронного луча в соответствии с управляющим сигналом, подающимся в него, причем электронно-лучевая плавильная печь дополнительно включают в себя: формирователь изображения для обнаружения пятна высокой интенсивности электронного луча, образованного электронным лучом на поверхности жидкого металла на поде или в кристаллизаторе, операционное устройство для вычисления разности местоположений между фактическим местоположением пятна высокой интенсивности электронного луча, обнаруженного формирователем изображения, и заранее заданным местоположением, облучаемым электронно-лучевой пушкой, которое задается в начале процесса плавления, устройство испускания для генерации сигнала для коррекции вышеупомянутой разности, вычисленной операционным устройством, и устройство для добавления корректирующего сигнала к управляющему сигналу.
Предпочтительно, чтобы формирователь изображения был камерой на ПЗС (ССD-camera) с высоким разрешением или датчиком температуры в электронно-лучевой плавильной печи в соответствии с настоящим изобретением.
Способ эксплуатации электронно-лучевой плавильной печи по настоящему изобретению предназначен для эксплуатации следующей электронно-лучевой плавильной печи. Электронно-лучевая плавильная печь включает в себя: под и кристаллизатор для удержания жидкого металла, электронную пушку для испускания электронного луча для поддержания жидкого металла в расплавленном состоянии, устройство генерации диаграммы сканирования электронного луча для управления сигналом местоположения пятна электронного луча от электронной пушки, и средство управления электронным лучом для управления направлением электронного луча в соответствии с управляющим сигналом, подающимся в него, и электронно-лучевая плавильная печь дополнительно включают в себя: формирователь изображения для обнаружения пятна высокой интенсивности электронного луча, образованного путем испускания электронного луча на поверхность жидкого металла на поде или в кристаллизаторе, операционное устройство для вычисления разности местоположений между фактическим местоположением пятна высокой интенсивности электронного луча, обнаруженного формирователем изображения, и заранее заданным местоположением, которое должно облучаться электронно-лучевой пушкой, которое задается в начале процесса плавления, устройство испускания для генерации сигнала для коррекции вышеупомянутой разности, вычисленной операционным устройством, и устройство для добавления корректирующего сигнала к управляющему сигналу, причем способ включает в себя этап, на котором управляют местоположением пятна электронного луча так, чтобы разность фактического местоположения пятна высокой интенсивности электронного луча, обнаруженного формирователем изображения, и заранее заданного местоположения электронно-лучевой пушки, заданного в начале процесса плавления, была не больше заранее заданного значения.
Желательно, чтобы местоположение пятна электронного луча управлялось таким образом, чтобы разность между координатами облучения и координатами пятна высокой интенсивности электронного луча была минимальна в способе эксплуатации электронно-лучевой плавильной печи в соответствии с настоящим изобретением.
Желательно, чтобы вышеупомянутые разности местоположений управлялись таким образом, чтобы быть не более 1 мм в случае, когда координаты пятна высокой интенсивности электронного луча определены как (x, y), а заранее заданные координаты облучения определены как (X, Y), абсолютное значение разности их X координат в координатах на плоскости равно ⎥X-x⎢, и абсолютное значение разности их Y координат в координатах на плоскости равно ⎥Y-y⎢, в способе эксплуатации электронно-лучевой плавильной печи в соответствии с настоящим изобретением.
Желательно, чтобы разность местоположений, представленная формулой {(Y-y)2 + (X-x)2}1/2, устанавливалась так, чтобы быть не более 1 мм смещения в случае, когда координатами пятна высокой интенсивности электронного луча являются (x, y), а заранее заданной координатой облучения является (X, Y), в способе эксплуатации электронно-лучевой плавильной печь в соответствии с настоящим изобретением.
Желательно, чтобы металл для плавления был титаном или титановым сплавом в способе эксплуатации электронно-лучевой плавильной печи в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с вышеупомянутым настоящим изобретением ванна жидкого металла, которая образована на поде и в кристаллизаторе, расположенном в электронно-лучевой плавильной печи, может быть точно нагрета, без повреждения пода и кристаллизатора, и, как результат, может эффективно использоваться весь под.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является видом в разрезе, показывающим концептуально электронно-лучевую плавильную печь настоящего изобретения.
Фиг. 2 является наклонным видом, показывающим концептуально ситуацию испускания электронного луча в настоящем изобретении.
Фиг. 3 является видом сверху, показывающим ситуацию испускания электронного луча к поду в настоящем изобретении.
Фиг. 4 является видом сверху, показывающим увеличенную часть, в которой электронный луч смещается на фиг. 3.
Фиг. 5 является видом сверху, показывающим ситуацию испускания электронного луча к кристаллизатору в настоящем изобретении.
Фиг. 6 является блок-схемой последовательности операций, показывающей управление местоположением пятна электронного луча в настоящем изобретении.
Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций, показывающей управление местоположением пятна электронного луча в настоящем изобретении.
Пояснение номеров позиций
1a, 1b: электронная пушка, 2a, 2b: электронный луч, 3: под, 4: механизм подачи исходного материала, 5: медный кристаллизатор с водяным охлаждением, 6: извлекающее основание, 7: стержень, 8: извлекающий исполнительный элемент, 10: исходный материал, 11: слиток, 12: ванна жидкого металла, 13: ванна жидкого металла, 20: формирователь изображения, 30-34: запрограммированная область облучения, 30a-34a: граничная часть (начальная точка испускания), 30b-34b: граничная часть (конечная точка испускания), 30c: запрограммированное место облучения, 30d: смещенное место облучения.
Вариант осуществления изобретения
Предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения объясняются со ссылкой на чертежи.
Перед объяснением желательного варианта воплощения настоящего изобретения желательный вариант воплощения электронно-лучевой плавильной печи, используемой в настоящем изобретении, объясняется со ссылкой на фиг. 1. Фиг. 1 является концептуальной схемой электронно-лучевой плавильной печи. Позиция номер 4 является механизмом подачи исходного материала для подачи исходного материала 10 извне. Под 3 для удержания исходного материала 10 и жидкого металла 12 расположен на выходе механизма 4 подачи исходного материала. Кристаллизатор 5 для охлаждения и затвердевания жидкого металла 12, который наливается в него, расположен на выходе пода 3. Электронная пушка 1a для плавления исходного материала для образования подового жидкого металла 12 на поде 3 и электронная пушка 1b для поддержания ванны 13 жидким металла в кристаллизаторе 5 расположены в верхней части пода 3 и кристаллизатора 5. В нижней части кристаллизатора 5 присоединено извлекающее основание 6 (затравка) для захвата слитка 11, который формируется путем охлаждения и затвердевания жидкого металла 12, и присоединены стержень 7 и извлекающий исполнительный элемент 8 для извлечения извлекающего основания 6 вместе со слитком 11.
Во-первых, исходный материал 10, такой как титановая губка, помещается в подовый жидкий металл 12, который образуется на поде 3, от боковой стенки пода 3. Исходный материал 10, который помещается в подовый жидкий металл 12, облучается электронным лучом 2a от электронной пушки 1a для смешения с жидким металлом 12 пода, и жидкий металл 12 подается к кристаллизатору 5, который расположен на выходе (ниже по потоку) пода 3.
Подовый жидкий металл 12, который подается к кристаллизатору 5, образует ванну 13 жидкого металла, поддерживаемую в расплавленном состоянии с помощью электронного луча 2b, испускаемого электронной пушкой 1b вблизи от поверхности, а отвердевшая оболочка формируется все больше вследствие охлаждения и все более затвердевает вследствие охлаждения с помощью стенки с водяным охлаждением кристаллизатора 5. Отвердевшая оболочка, которая формируется вблизи стенки внутренней части кристаллизатора 5, становится более толстой в нижней части кристаллизатора 5 вдоль направления извлечения, и, наконец, весь диаметр становится твердой фазой и извлекается как слиток 11.
Извлекающее основание 6 прикреплено к нижней части слитка 11, и слиток может быть извлечен в направлении вертикально вниз с помощью извлекающего исполнительного элемента 8 через стержень 7, соединенный с извлекающим основанием 6.
Фиг. 2 показывает увеличенные части электронной пушки 1a, медный под 3 с водяным охлаждением и подовую ванну 12, удерживаемую в нем, будучи в расплавленном состоянии, на фиг. 1. Кроме того, в настоящем изобретении вблизи от электронной пушки 1a расположен формирователь 20 изображения. Как объясняется ниже, с помощью этого формирователя 20 изображения может быть обнаружено место, в которое испускается электронный луч на подовой ванне 12.
Электронный луч 2a управляется таким образом, что он испускается из электронной пушки 1a, при этом линейно сканируя поверхность подовой ванны 12. То есть координаты XY в единицу времени с начала испускания между начальными точками 30a-32a и конечными точками 30b-32b, которые предварительно запрограммированы и введены, выводятся устройством генерации диаграммы сканирования электронного луча (не показано) в качестве управляющего сигнала, этот управляющий сигнал поступает в средство управления электронным лучом (не показано), магнитное поле отклоняющей катушки электронной пушки управляется в направлении X и направлении Y с помощью средства управления электронным лучом, в которое поступает управляющий сигнал, электронная пушка испускает луч от начальной точки 30a до конечной точки 30b в области 30, электронная пушка испускает луч от начальной точки 31a до конечной точки 31b в области 31, и электронная пушка испускает луч от начальной точки 32a до конечной точки 32b в области 32, и точно так же электронная пушка на высокой скорости испускает луч в заранее заданную область в указанной последовательности.
В случае, когда место, в которое испускается электронный луч 2a, наблюдается из смотрового окна, которое расположено в основном корпусе электронно-лучевой плавильной печи, хотя сам электронный луч невидим, может быть часть, от которой генерируется высокая интенсивность путем испускания электронного луча на подовую ванну 12, и, таким образом, область, в которую фактически испускается электронный луч, может быть определена как область высокой интенсивности, в качестве индикатора. Как показано на фиг. 2, вышеупомянутые пятна высокой интенсивности электронного луча наблюдаются в форме линий (как показано с помощью 30-32) вблизи границы раздела области, в которую электронный луч испускается, и области, в которую электронный луч не испускается, и, в частности, они могут наблюдаться в особенности с более высокой интенсивностью в граничных точках 30a/b, 31a/b и 32a/b, которые являются, соответственно, начальными и конечными точками испускания электронного луча.
Поэтому, путем обнаружения тепла, которое генерируется от этих пятен высокой интенсивности электронного луча, имеющих относительно более высокую температуру, чем их периферия, посредством использования формирователя 20 изображения, могут считываться координаты XY пятна высокой интенсивности электронного луча. Таким образом, становится возможным задать место облучения электронным лучом, испустить электронный луч и обнаружить фактическое место, в которое испускается электронный луч. Следует отметить, что в качестве формирователя 20 изображения желательно использовать камеру на ПЗС (CCD), имеющую более высокое разрешение; однако может использоваться другой формирователь изображения при условии, что может быть обнаружен свет от пятна высокой интенсивности электронного луча.
В способе управления электронно-лучевой плавильной печью по настоящему изобретению, во-первых, предварительно записывается в устройство генерации диаграммы сканирования электронного луча (не показано) и выводятся в качестве управляющего сигнала место облучения на жидком металле 12, удерживаемом на поде 3, то есть координаты на плоскости, путем выполнения операции ручного ввода координат местоположения пятна электронного луча в единицу времени. Здесь «координаты в единицу времени» означают каждую координату, в которую должен быть испущен электронный луч после прохождения заранее заданного времени с начала испускания.
Затем, после записи области облучения электронным лучом, управляющий сигнал поступает в средство управления электронным лучом и средство выполняет свою работу, электронный луч испускается, осуществляя сканирование в пределах области, как упоминалось выше, и жидкий металл 12, удерживаемый на поде 3, может быть равномерно нагрет.
В настоящем изобретении формирователь 20 изображения расположен вблизи электронной пушки 1a, расположенной в верхнем пространстве пода 3. Координаты для пятен высокой интенсивности электронного луча получаются на основании информации о температуре фактически расплавленной части с помощью формирователя 20 изображения.
С помощью операционного средства (не показано), могут быть вычислены разности между предварительно запрограммированными координатами, в которые должен испускаться электронный луч в это время, и координатами пятна высокой интенсивности электронного луча, и может быть определена область, в которую фактически испускается электронный луч 2a.
В случае, когда разность местоположений между фактическим местоположением пятна высокой интенсивности электронного луча (нагретая область), полученным на основании вышеупомянутой информации о температуре, и информацией о местоположении, предварительно сохраненной в средстве управления электронным лучом, больше верхнего предела, местоположение пятна электронного луча может быть скорректировано.
Способ практически объясняется со ссылкой на фиг. 3 и 4. Части, изображенные сплошными линиями на фиг. 3 и 4, являются областями мишени для облучения электронным лучом, которая предварительно запрограммирована. Испускание электронного луча начинается с начальной точки 30a, и в случае, когда электронный луч начинает отклоняться из-за воздействия металлического пара или влияния внешнего магнитного поля и электронный луч испускается вдоль направления, показанного пунктирной линией, формирователь изображения может обнаружить местоположение высокой интенсивности в 30d (координаты xd, yd), тогда как электронный луч должен быть испущен в 30c (координаты xc, yc) на основании предварительно запрограммированной информации о координатах в некоторый момент времени. Таким образом, между двумя координатами могут быть расхождения.
Эти две координаты поступают в операционное средство, и вычисляется величина смещения, то есть {(yd-yc)2 + (xd-xc)2}1/2. В случае, когда величина смещения больше, чем заранее заданное значение, информация об X-компоненте смещения ΔX=⎥xd-xc⎢ и Y-компоненте смещения ΔY=⎥yd-yc⎢ возвращается средству управления электронным лучом и направление электронного луча корректируется на эти X-компоненту и Y-компоненту для устранения расхождения между координатами 30d и 30c.
Как показано на фиг. 6, коррекция места облучения электронным лучом может быть выполнена следующим образом: две порции информации о местоположении поступают в операционный блок сравнения; оттуда выводится сигнал для управления местом облучения электронным лучом для коррекции расхождения между ними, то есть расхождения между двумя координатами; сигнал поступает в устройство управления электронной пушкой; и местоположение пятна электронного луча автоматически регулируется.
Фиг. 7 показывает систему управления электронным лучом, которая является практическим содержанием фиг. 6. ПЗС (CCD) высокого разрешения, показанный на фиг. 7, является одним желательным вариантом воплощения формирователя изображения в соответствии с настоящим изобретением, и желательно, чтобы на основании результата фотографирования облучаемого электронной пушкой окружения устройство было сконструировано так, чтобы могло быть обнаружено пятно высокой интенсивности электронного луча, нагретое на поде или в ванне кристаллизатора при испускании электронного луча.
В соответствии с пятном высокой интенсивности электронного луча, обнаруженным вышеупомянутым устройством, может быть определено местоположение пятна электронного луча. Информация о месте облучения поступает в операционное устройство; на основании смещения из вычисленного значения между целевым местоположения, в которое испускается электронный луч, и фактическим местоположением генерируется сигнал для коррекции, этот сигнал добавляется к сигналу, который подается электронной пушке от устройства генерации диаграммы сканирования электронного луча, и фактическое место облучения может быть ближе к целевому месту облучения электронным лучом.
Символ «H», показанный на фиг. 7, означает ширину электронного луча, который испускается на поверхность ванны, сформированной на поде или в кристаллизаторе. Ширина H электронного луча может выводиться как ширина (H) сигнала испускания электронного луча.
Следует отметить, что камера на ПЗС (CCD) высокого разрешения, операционное устройство и устройство испускания корректирующего сигнала, которые окружены пунктирными линиями на фиг. 7, могут быть сконструированы как отдельные блоки и могут быть добавлены к традиционному устройству генерации диаграммы сканирования электронного луча для выполнения настоящего изобретения.
Альтернативно, настоящее изобретение может быть также выполнено путем встраивания камеры на ПЗС (CCD) высокого разрешения, операционного устройства и устройства испускания корректирующего сигнала в устройство генерации диаграммы сканирования электронного луча.
На фиг. 3 и 4 желательно, чтобы абсолютное значение разности координат на плоскости (xd, yd) места, нагретого электронным лучом, и координатами на плоскости (xc, yc) местоположения цели электронного луча управлялось так, чтобы быть не более заранее заданного значения.
В настоящем изобретении, в частности, желательно, чтобы абсолютное значение разности координат на плоскости управлялось так, чтобы быть равным 1 мм или менее.
То есть для ситуации на фиг. 4 это может быть записано в виде формул (1) и (2).
⎥xd-xc⎢<1 мм... (1).
⎥yd-yc⎢<1 мм... (2).
Управляя электрическим током, примененным в отклоняющей катушке, оборудованной в электронной пушке 1a, можно управлять местоположением пятна электронного луча 2a путем изменения магнитного поля, формирующегося в катушке. Определяя направление электронного луча от электронной пушки в случае, когда отсутствует ввод на отклоняющую катушку, как начальное местоположение, направление электронного луча может быть изменено от начального местоположения в направлении вдоль направления оси X путем приложения тока к отклоняющей катушке направления X и точно так же направление электронного луча может быть изменено от начального местоположения в направлении вдоль направления оси Y путем приложения тока (отдельно от катушки X) к отклоняющей катушке направления Y.
В настоящем изобретении, оперируя координатами на плоскости (xc, yc), координатами на плоскости (xd, yd) и формулами (1) и (2) в операционном средстве и подавая результаты обратно к электронной пушке 1a, можно точно управлять областью в ванне 12 пода, которая будет фактически нагрета.
Настоящее изобретение желательно может использоваться в ванне 13 жидкого металла, образованной в кристаллизаторе 5, в дополнение к поду 3. Эта ситуация показана на фиг. 5. Как показано на фиг. 5, как область, к которой должен быть испущен электронный луч в кристаллизаторе 5, координаты области 33 от начальной точки 33a до конечной точки 33b запрограммированы и координаты области 34 также аналогично запрограммированы для выполнения испускания электронного луча, обнаружения пятна высокой интенсивности электронного луча и коррекции места облучения способом, аналогичным упомянутому выше.
В дополнение, плавление электронным лучом в настоящем изобретении может быть соответственно применено к плавлению титанового сплава, в дополнение к плавлению чистого титана. Кроме того, оно может также быть соответственно применено к металлу, имеющему высокую точку плавления, такому как молибден, ниобий и подобное, в дополнение к чистому титану или титановому сплаву.
Примеры
Настоящее изобретение дополнительно подробно иллюстрируется с помощью примеров и сравнительных примеров.
1) Выход электронной пушки: 400 кА
2) Под
Материал: медь с водяным охлаждением
Размеры: длина 0,5 м × ширина 0,3 м
3) Кристаллизатор
Материал: медь с водяным охлаждением
Форма поперечного сечения кристаллизаторы: круглая форма
4) Исходный материал для плавления: губка титана, лом
5) Формирователь изображения: камера на ПЗС (CCD) высокого разрешения
6) Операционное устройство: устройство, в котором информацией о местоположении пятна высокой интенсивности электронного луча оперируют на основании информации о температуре, обнаруженной камерой на ПЗС, а затем она сравнивается с местом облучения электронным лучом и выводится сигнал для коррекции места облучения электронным лучом.
7) Устройство управления местом облучения электронным лучом: устройство, в котором направление испускания электронного луча управляется отклоняющей катушкой, и, кроме того, направление испускания электронного луча управляется на основании корректирующего сигнала от управляющего устройства.
Пример 1
Используя вышеупомянутые устройства, титановая губка подавалась на под и плавилась, образуя жидкий металл, и этот жидкий металл сливался в кристаллизатор для создания слитка. После создания слитка, в результате изучения человеком стенки пода, расположенного в электронно-лучевой плавильной печи, поврежденные части пода не были обнаружены.
Сравнительный пример 1
Слиток был создан путем испускания электронного луча, используя начальную программу и способ, аналогичный таковому в примере 1, за исключением того, что формирователь изображения и устройство управления местом облучения электронным лучом настоящего изобретения не использовались и поэтому место облучения электронным лучом не корректировалось. После создания слитка, в результате разборки на части электронно-лучевой плавильной печи и изучения человеком ситуации повреждения пода, была обнаружена одна точка, имеющая небольшое повреждение, образованное облучением электронным лучом.
Пример 2
Слиток был создан способом, аналогичным таковому в примере 1, за исключением того, что в качестве исходного материала вместо губки титана использовался лом. В результате анализа распределения компонентов сплава в созданном слитке было подтверждено, что отклонения были в пределах 3%-8% относительной погрешности относительно абсолютного значения среднего значения для слитка в продольном и радиальном направлении.
Сравнительный пример 2
Слиток сплава был создан в условиях, аналогичных таковым в сравнительном примере 1, за исключением того, что использовался исходный материал примера 2. В результате анализа ситуации с ликвацией компонентов сплава вдоль продольного и радиального направления в созданном слитке сплава было подтверждено, что отклонения составили 6%-17% относительной погрешности относительно абсолютного значения среднего значения.
Настоящее изобретение может обеспечить более длительный срок службы пода или кристаллизатора, используемых в электронно-лучевой плавильной печи, и, кроме того, может обеспечить устройство и способ для создания слитков, имеющих однородный состав.

Claims (23)

1. Электронно-лучевая плавильная печь, содержащая:
под и кристаллизатор для удержания жидкого металла,
электронную пушку для испускания электронного луча для поддержания металла в расплавленном состоянии,
устройство генерации диаграммы сканирования электронного луча для управления сигналом местоположения пятна электронного луча от электронной пушки, и
средство управления электронным лучом для управления направлением электронного луча в соответствии с управляющим сигналом, подающимся в него,
при этом печь дополнительно содержит:
формирователь изображения для обнаружения пятна высокой интенсивности электронного луча, образованного электронным лучом на поверхности жидкого металла на поде или в кристаллизаторе,
операционное устройство для вычисления разности местоположений между фактическим местоположением пятна высокой интенсивности электронного луча, обнаруженного формирователем изображения, и заранее заданным местоположением, которое должно облучаться лучом электронной пушки, которое задается в начале процесса плавления,
устройство испускания для генерации сигнала для коррекции вышеупомянутой разности местоположений, вычисленной операционным устройством, и
устройство для добавления корректирующего сигнала к управляющему сигналу.
2. Электронно-лучевая плавильная печь по п. 1, в которой формирователь изображения является камерой на ПЗС (CCD) с высоким разрешением или датчиком температуры.
3. Способ управления плавкой в электронно-лучевой плавильной печи, включающий поддержание металла в расплавленном состоянии на поде печи посредством электронного луча электронной пушки, при этом
управляют сигналом местоположения электронного луча с помощью устройства генерации диаграммы сканирования электронного луча,
управляют направлением электронного луча в соответствии с управляющим сигналом, направленным в средство управления электронным лучом,
обнаруживают пятна высокой интенсивности электронного луча, образованные электронным лучом на поверхности жидкого металла на поде или в кристаллизаторе, с помощью формирователя изображений,
с помощью операционного устройства вычисляют разность местоположений между фактическим местоположением пятна высокой интенсивности электронного луча, обнаруженного формирователем изображения, и заранее заданным в начале процесса плавления местоположением, которое должно облучаться электронной пушкой,
генерируют сигнал для коррекции вышеупомянутой разности местоположений, вычисленной операционным устройством, с помощью устройства испускания и
осуществляют добавление корректирующего сигнала к управляющему сигналу с помощью устройства для добавления корректирующего сигнала,
при этом управляют местоположением упомянутого пятна высокой интенсивности электронного луча так, чтобы вычисленная разность местоположений между фактическим местоположением пятна высокой интенсивности электронного луча, обнаруженного формирователем изображения, и заранее заданным в начале процесса плавления местоположением, которое облучают электронной пушкой, не превышала заранее заданное значение.
4. Способ по п. 3, в котором вышеупомянутая разность местоположений, представленная как координата, является минимальной.
5. Способ по п. 3, в котором вышеупомянутая разность местоположений управляется так, чтобы быть не более 1 мм смещения в случае, когда координаты пятна высокой интенсивности электронного луча определены как (х, y), а заранее заданная координата, которая будет облучаться, определена как (X, Y), абсолютное значение разности их X координат в координатах на плоскости равно |Х-х|, и абсолютное значение разности их Y координат в координатах на плоскости равно |Y-y|.
6. Способ по п. 3, в котором разность местоположений, представленная формулой {(Y-y)2+(Х-х)2}1/2, управляется так, чтобы быть не более 1 мм смещения в случае, когда координатами пятна высокой интенсивности электронного луча являются (х, y), а заранее заданными координатами облучения являются (X, Y).
7. Способ по п. 3, в котором металлом для плавления является титан или титановый сплав.
RU2014119520A 2012-07-24 2013-06-12 Электронно-лучевая плавильная печь и способ ее эксплуатации RU2634102C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012163550A JP5871320B2 (ja) 2012-07-24 2012-07-24 電子ビーム溶解炉およびこれを用いた電子ビーム溶解炉の運転方法
JP2012-163550 2012-07-24
PCT/JP2013/066263 WO2014017206A1 (ja) 2012-07-24 2013-06-12 電子ビーム溶解炉およびこれを用いた電子ビーム溶解炉の運転方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014119520A RU2014119520A (ru) 2016-09-10
RU2634102C2 true RU2634102C2 (ru) 2017-10-23

Family

ID=49997022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014119520A RU2634102C2 (ru) 2012-07-24 2013-06-12 Электронно-лучевая плавильная печь и способ ее эксплуатации

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9773642B2 (ru)
JP (1) JP5871320B2 (ru)
CN (1) CN103917311B (ru)
RU (1) RU2634102C2 (ru)
WO (1) WO2014017206A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105838899A (zh) * 2016-05-18 2016-08-10 青海聚能钛业有限公司 一种电子束冷床单次熔炼tc4钛合金铸锭头部补缩工艺
GB2559121B (en) * 2017-01-20 2019-10-16 Reliance Prec Limited Additive layer manufacturing apparatus with process monitoring facility
GB2562233A (en) * 2017-05-08 2018-11-14 Gkn Aerospace Services Ltd Electron beam analysis
CN107746971B (zh) * 2017-10-18 2019-04-30 云南钛业股份有限公司 一种用电子束冷床炉浇铸钛或钛合金空心锭的方法
CN107739844B (zh) * 2017-10-18 2019-05-03 云南钛业股份有限公司 空心锭的铸锭端面2枪电子束扫描花样的设置办法
JP7406073B2 (ja) * 2019-11-15 2023-12-27 日本製鉄株式会社 チタン鋳塊の製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62248558A (ja) * 1986-04-18 1987-10-29 Kobe Steel Ltd 電子ビ−ム偏向コイルを装着した電子ビ−ム溶解炉用鋳型
SU1280901A1 (ru) * 1985-04-16 1990-10-15 Предприятие П/Я Г-4615 Электронно-лучева печь
JPH04124229A (ja) * 1990-09-14 1992-04-24 Nippon Steel Corp チタン合金の電子ビーム溶解方法
RU2454471C2 (ru) * 2007-03-12 2012-06-27 Анатолий Евгеньевич Волков Способ электронно-лучевой или плазменной зонной плавки в квадратный кристаллизатор

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62161929A (ja) * 1986-01-08 1987-07-17 Kobe Steel Ltd 電子ビ−ム溶解における電子ビ−ム制御方法
JPS62176665A (ja) * 1986-01-29 1987-08-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 金属ペレツト化装置
US5273102A (en) * 1991-06-05 1993-12-28 General Electric Company Method and apparatus for casting an electron beam melted metallic material in ingot form
AU1474692A (en) 1991-06-05 1992-12-10 General Electric Company Method and apparatus for casting an electron beam melted metallic material in ingot form
JP3044930B2 (ja) 1992-06-19 2000-05-22 キヤノン株式会社 像振れ補正装置
JP3741161B2 (ja) * 1995-11-17 2006-02-01 石川島播磨重工業株式会社 連続真空蒸着装置のスプラッシュ監視装置
JP2006209990A (ja) * 2005-01-25 2006-08-10 Canon Inc 画像表示装置
JP4443430B2 (ja) * 2005-01-25 2010-03-31 東邦チタニウム株式会社 電子ビーム溶解装置
EP1845325B1 (en) * 2005-01-25 2010-08-11 Toho Titanium Co., Ltd. Apparatus for melting metal by electron beams and process for producing high-melting metal ingot using this apparatus
US20070045913A1 (en) * 2005-08-29 2007-03-01 Titanium Metals Corp. System for detecting entry of foreign material during melting

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1280901A1 (ru) * 1985-04-16 1990-10-15 Предприятие П/Я Г-4615 Электронно-лучева печь
JPS62248558A (ja) * 1986-04-18 1987-10-29 Kobe Steel Ltd 電子ビ−ム偏向コイルを装着した電子ビ−ム溶解炉用鋳型
JPH04124229A (ja) * 1990-09-14 1992-04-24 Nippon Steel Corp チタン合金の電子ビーム溶解方法
RU2454471C2 (ru) * 2007-03-12 2012-06-27 Анатолий Евгеньевич Волков Способ электронно-лучевой или плазменной зонной плавки в квадратный кристаллизатор

Also Published As

Publication number Publication date
US9773642B2 (en) 2017-09-26
CN103917311B (zh) 2016-06-08
US20140294035A1 (en) 2014-10-02
JP2014024066A (ja) 2014-02-06
JP5871320B2 (ja) 2016-03-01
RU2014119520A (ru) 2016-09-10
CN103917311A (zh) 2014-07-09
WO2014017206A1 (ja) 2014-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2634102C2 (ru) Электронно-лучевая плавильная печь и способ ее эксплуатации
RU2544328C2 (ru) Ионно-плазменные излучатели электронов для плавильной печи
US20210378081A1 (en) X-ray source and x-ray imaging apparatus
US20180311760A1 (en) Powder-bed fusion beam scanning
JP2009277536A (ja) 複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法および複合荷電粒子ビーム装置
US20150030119A1 (en) Multi-source radiation generator and radiographic imaging system
JP6463526B2 (ja) レーザアブレーション装置
CN102415220A (zh) 用于对x射线生成设备的焦斑进行负荷相关尺寸调整的方法和设备
US20200331198A1 (en) Additive manufacturing device and additive manufacturing method
US20200376555A1 (en) Method and device for the additive production of a component and component
WO2019070032A1 (ja) 三次元造形装置及び三次元造形方法
JP6336887B2 (ja) 試料作製装置及び試料作製方法
JP2005081419A (ja) Ｔｉｇアーク溶接の自動制御方法
JP2007141595A (ja) Ｘ線管及びそれを用いたｘ線装置
JP3773398B2 (ja) 集束イオンビーム装置
JP2007054879A (ja) ハイブリッド溶接装置、並びに、ハイブリッド溶接装置の画像処理方法および画像処理プログラム
JP4671223B2 (ja) 集束イオンビームによる加工方法及び集束イオンビーム加工装置
US11282672B2 (en) Charged particle beam apparatus and sample processing observation method
JP2007523311A (ja) 低温炉精製内の周辺を清掃するための方法および装置
JP2005334904A (ja) 自動倣い溶接制御方法及び装置
JP2011090940A (ja) 荷電粒子線装置、荷電粒子線装置に使用する位置特定方法及びプログラム
US9218937B2 (en) Charged particle beam apparatus having improved needle movement control
JP3825933B2 (ja) 電子ビーム照射装置およびこの電子ビーム照射装置を用いた電子ビーム描画装置、走査型電子顕微鏡、点光源型ｘ線照射装置
JP6811324B2 (ja) 荷電粒子線装置
JP2006147592A (ja) ビーム位置補正装置およびビーム条件とビーム位置補正量との関係を求める方法