真空 ›› 2024, Vol. 61 ›› Issue (2): 78-85.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2024.02.14
闫超1,2, 张涛1,2, 贾子朝1,2, 成成1, 赵国华1
YAN Chao1,2, ZHANG Tao1,2, JIA Zi-zhao1,2, CHENG Cheng1, ZHAO Guo-hua1
摘要: 电子束熔炼作为一种优异的真空冶炼技术,其核心部件水冷坩埚的结构设计尤为重要,坩埚的冷却性能将直接影响电子束熔炼的效果及安全。通过理论分析、数值模拟、试验考核,研究了坩埚水道结构、熔池形貌对坩埚冷却能力的影响。通过坩埚选材、熔池利用率分析、能量损耗分析和冷却计算确定了坩埚结构,建立了数值仿真模型,采用模拟计算方式对比了两种熔池形貌的坩埚在不同装料量下的冷却性能,并针对性能优异的坩埚开展了试验考核。结果表明:模拟不同锭厚条件下,坩埚B的冷却水温度和坩埚表面温度较坩埚A均偏低,坩埚B的熔池形状和水道结构匹配更合理,散热效果更好。试验考核过程中坩埚B状态稳定,满足设计要求。
中图分类号: TF136;TF841
[1] 刘喜海, 徐成海, 郑险峰. 真空冶炼[M]. 北京: 化学工业出版社, 2013. [2] PATON B E, TRYGUB M P, AKHONIN S V.钛、锆及其合金的电子束熔炼[M]. 樊生文, 王殿儒, 张海峰, 译. 北京: 机械工业出版社, 2014. [3] 王强. 电子束熔炼提纯冶金级硅工艺研究[D]. 大连:大连理工大学, 2010. [4] 张延宾, 孙照富, 尹中荣. 大型太阳能级多晶硅提纯用真空电子束熔炼炉的研制[J]. 真空, 2014, 51(4): 22-25. [5] 成成, 贾子朝, 吕绪明, 等. 真空电子束熔炼炉用冷却装置的模块化设计和应用[J]. 真空, 2023, 60(2): 68-72. [6] ASGHAR H M, SHIFA M S, GILANI Z A, et al.Mechanism of the effect of electron beam melting on the distribution of oxygen, nitrogen and carbon in silicon[J].International Journal of Materials Research, 2019, 110(5): 476-480. [7] KOPTYUG A, BOTERO C, SJSTRM W, et al.Electron beam melting: from shape freedom to material properties control at macro-and microscale[J].Materials Science Forum, 2021, 1016: 755-761. [8] REN X, PENG H, LI J, et al.Selective electron beam melting (SEBM) of pure tungsten: metallurgical defects, microstructure, texture and mechanical properties[J]. Materials, 2022, 15(3): 1172. [9] UÇAK N, ÇIÇEK A, ASLANTAS K. Machinability of 3D printed metallic materials fabricated by selective laser melting and electron beam melting: a review[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2022, 80: 414-457. [10] ELLIS E A I, SPRAYBERRY M A, LEDFORD C, et al. Processing of tungsten through electron beam melting[J]. Journal of Nuclear Materials, 2021, 555: 153041. [11] 张志平, 许忠政, 张黎源, 等. 专用电子束熔炼炉真空抽气系统设计[J]. 真空, 2021, 58(5): 42-45. [12] 张志平, 张帆, 张黎源, 等. 专用电子束熔炼炉的研制[J]. 天津冶金, 2015(5): 59-62. [13] 张志平. 电子束熔炼炉连铸系统设计[J]. 真空, 2019,56(4): 40-43. [14] 朱一明, 王德武. 电子枪加热坩埚熔池的传热研究[J]. 原子能科学技术, 2000(3): 238-243. [15] 刘欢, 张帆, 罗立平. 电子束熔炼用水冷铜坩埚水道数值模拟[C]//中国核学会.中国核科学技术进展报告(第五卷)——中国核学会2017年学术年会论文集第4册(同位素分离分卷). 北京:中国原子能出版社, 2017: 254-261. [16] SCHWARZ H.Mechanism of high-power-density electron beam penetration in metal[J]. Journal of Applied Physics, 1964, 35(7): 2020-2029. [17] BEREZIN B K.Interaction of intense electron beams with a plasma[J]. The Soviet Journal of Atomic Energy, 1962, 11(6): 1144-1147. [18] 张以忱. 电子枪与离子束技术[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2004. [19] 王德武. JGFL同位素理论及其应用[M]. 北京: 原子能出版社, 1999. [20] 徐宝东. 化工管路设计手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2011. |
[1] | 于大洋, 吴改. 大尺寸方形载板MOCVD反应腔分气和薄膜沉积过程影响因素的数值模拟研究*[J]. 真空, 2024, 61(2): 22-28. |
[2] | 何天一, 岳向吉, 张志军, 巴德纯, 冯晓荣, 杨帆. 等螺距螺杆真空泵内气体流动的数值模拟研究*[J]. 真空, 2024, 61(1): 52-57. |
[3] | 闫超, 张涛, 贾子朝, 成成, 许文强. 一种电子束熔炼用供料、熔铸拖锭装置研制[J]. 真空, 2024, 61(1): 78-82. |
[4] | 邢银龙, 吴杰峰, 裴仕伦, 刘志宏, 李波, 刘振飞, 马建国. 船形高频腔壳体成型工艺研究*[J]. 真空, 2023, 60(6): 78-83. |
[5] | 李平川, 许丽, 赵杰, 张帆, 熊思维, 简毅, 张正浩, 唐德礼. 微型化阳极层推力器数值模拟与性能实验*[J]. 真空, 2023, 60(4): 36-41. |
[6] | 刘胜, 崔寓淏, 窦仁超, 师立侠, 孙立臣, 任国华, 闫荣鑫. 真空试验压力变化数值模拟研究[J]. 真空, 2022, 59(3): 12-15. |
[7] | 王军伟, 龚洁, 丁文静, 徐靖皓, 顾苗, 张立明. 基于动网格的空间快速减压过程流场数值模拟与分析*[J]. 真空, 2022, 59(2): 32-37. |
[8] | 张志平, 许忠政, 张黎源, 姜正鹤. 专用电子束熔炼炉真空抽气系统设计[J]. 真空, 2021, 58(5): 42-45. |
[9] | 李成明, 苏宁, 李琳, 姚威振, 杨少延. 一种垂直递变流速氢化物气相外延(HVPE)反应腔流场分析及大尺寸材料生长*[J]. 真空, 2021, 58(2): 1-5. |
[10] | 朱志鹏, 秦彬玮, 张英莉, 岳向吉, 巴德纯. 稀薄气体流动的粒子图像测速实验研究*[J]. 真空, 2021, 58(1): 38-44. |
[11] | 马晶, 李蛟, 龚小涛, 耿佩, 周超. 电子束熔炼工艺对Ta铸锭表面质量的影响[J]. 真空, 2020, 57(6): 45-47. |
[12] | 孔源, 张海鸥, 高建成, 陈曦, 王桂兰. 金属激光熔化沉积过程双时间步长法多尺度物理耦合场的数值模拟*[J]. 真空, 2020, 57(4): 77-84. |
[13] | 苏天一, 张志军, 韩晶雪. 应用二维轴对称模型的微波真空干燥数值模拟*[J]. 真空, 2020, 57(4): 60-65. |
[14] | 赵宇辉, 赵吉宾, 王志国, 王福雨. Inconel 625镍基高温合金激光增材制造内应力控制方式研究*[J]. 真空, 2020, 57(3): 73-79. |
[15] | 邓文宇, 段永利, 齐丽君, 孙宝玉. 单侧涡旋干式真空泵内气体流动的CFD模拟[J]. 真空, 2019, 56(4): 53-58. |
|