电子束加热的历史可以追溯到1905年,M.V.皮拉尼首次提出了电子束熔炼的概念,但直到50年代中期,美国成功开发电子束熔炼炉后,这一技术才在工业冶金领域,尤其是熔炼钨、钥、担等难熔金属时得到了实际应用。1959年,民主德国的LEW公司推出了45千瓦的电子束熔炼炉,随后在60年代又开发了200千瓦和1200千瓦的炉子,并将技术出口至苏联和中国。80年代,LEW公司进一步研发了EH系列电子枪,最高能达1200千瓦,并与苏联合作制造了大型钢锭熔炼设备,如30"和loot的生产线。联邦德国的LH公司和美国的Consar公司也相继开发出电子束滴流熔炼炉和连续流熔炼炉,用于高熔点金属熔炼和废料回收等。
电子束熔炼炉通常采用间热式轴向电子枪,多枪并置以从不同方向加热炉料,分为滴熔和池熔两种方式。滴熔过程将原料棒状化,电子束将熔滴打入熔池;池熔则是直接将颗粒状或粉状原料加入熔池。两种方式各有优点,滴熔利于冶金效果,池熔便于调整合金成分。
随着技术的发展,电子束加热在更高真空条件下进行,虽然成本较高,但能生产出更高品质的合金锭。20世纪90年代,日本的2500千瓦电子束熔炼炉是当时最大规模的设备,主要用于航天工业材料的生产。电子束加热技术不仅应用于熔炼,还扩展到了电子束焊接和表面热处理,如相变处理、硬化凝固处理和表面合金化。
电子束加热的独特之处在于其高功率密度、精确的参数调节以及在真空环境中的操作,但设备复杂,投资成本高,且会产生X射线,需要相应的防护措施。电子束加热设备通常包括电子枪、工作室、真空系统等组件,现代设备广泛采用计算机程序控制以提高效率。电子枪作为设备的核心,有轴向、环形和横向等多种类型,间热式电子枪因其大功率和长寿命而常用于大功率应用,而直热式电子枪则以结构简单为优点,但功率较小。
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