ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОННО-ПЛАЗМЕННАЯ ПЕЧЬ
VACUUM ELECTRON-PLASMA FURNACE

Изобретение относится к области вакуумной электротермии и порошковой металлургии и предназначено для использования в электротермических установках различного назначения, в которых в качестве нагревателя используется сильноионизированная плазма, например для получения из исходного металлического порошка слитка металла либо мелкодисперсного очищенного порошка.
Известно устройство для получения слитка металла из порошка, содержащее вакуумную камеру с размещенными в ней анодом, полым плазменным катодом, имеющим рабочую полость, канал для подачи плазмообразующего газа и механизм крепления катода к катододержателю, и установленной внутри катода охлаждаемой трубкой для подачи порошка исходного материала в столб плазмы (SU 1786156).
Недостатком известного устройства является невозможность управления положением, протяженностью и пространственным направлением плазменного столба, а также неравномерный нагрев частиц исходного порошка в плазменном столбе, что приводит к неконтролируемости свойств конечного порошка либо слитка.
Задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков. Для достижения поставленной цели вакуумная электронно-плазменной печь, содержащая вакуумную камеру с размещенными в ней анодом, полым плазменным катодом, имеющим рабочую полость, канал для подачи плазмообразующего газа и механизм крепления катода к катододержателю, и установленной внутри катода охлаждаемой трубкой, снабжена системой управления столбом плазмы и/или анодным пятном, включающей внешний источник магнитного поля и внешний источник электрического поля, и, кроме того, анод выполнен охлаждаемым, в виде тела вращения с отверстием для пролета частиц порошка и состоящим из одной или более секций, имеющих самостоятельные регулируемые источники электропитания.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена вакуумная электронно-плазменная печь, на фиг.2 - анод из четырех секций в разрезе, вид сверху.
Вакуумная электронно-плазменная печь содержит вакуумную камеру 1 с размещенными в ней анодом 2, полым плазменным катодом 3, катододержателем 4, системой управления столбом плазмы и/или анодным пятном 8-11. Катод имеет канал для подачи плазмообразующего газа 5 и механизм крепления катода к катододержателю 6. Внутри катода установлена охлаждаемая трубка 7 для подачи порошка исходного материала в столб плазмы 12. Система управления столбом плазмы и/или анодным пятном включает внешний источник магнитного поля 8, представляющий собой группу из по меньшей мере двух соленоидов, каждый из которых охватывает ось плазменного столба, и внешний источник электрического поля 9, состоящий из противолежащих изолированных поверхностей. Внешний источник магнитного поля и внешний источник электрического поля снабжены самостоятельными источниками электропитания и механизмами перемещения 10 и 11, с помощью которых управляют силой поля и направлением оси поля относительно продольной оси катода. С помощью системы управления столбом плазмы и/или анодным пятном изменяют конфигурацию силовых линий электрического и магнитного поля в зоне расположения плазменного столба 12 и тем самым меняют направление столба, создавая возможность управляемого пространственного перемещения столба и анодного пятна. Анод 2 выполнен в виде тела вращения (например, тора или цилиндра) с отверстием 13 для пролета потока частиц порошка 14 и состоит из одной или более секций 15, разделенных друг от друга электрически пространственными зазорами и имеющих самостоятельные регулируемые источники электропитания 16 каждая. Все секции анода работают совокупно на катод. Анод может быть снабжен самостоятельным механизмом перемещения 17, позволяющим перемещать анод как вдоль своей оси, так и в плоскости, перпендикулярной своей оси.
-1
-5
Работа устройства происходит следующим образом. Катод 3 при помощи механизма перемещения и управления 18 располагают в вакуумной камере 1 электронно-плазменной печи в заданном месте относительно анода. Камеру откачивают до давления 10÷10 мм рт. ст. В канал 5 подают плазмообразующий газ. После этого подают напряжение между катодом и анодом, вследствие чего в межэлектродном пространстве зажигается электрический разряд и формируется столб плазмы. Подключают внешний источник магнитного поля 8 и внешний источник электрического поля 9. Взаимно либо синхронно перемещая в рабочем пространстве вакуумной камеры катод и анод, управляя внешним электрическим и магнитным полями, а также регулируя величину подаваемого на каждую секцию анода тока в диапазоне от 0 до 100% от общего подаваемого на анод тока, изменяют положение, протяженность, форму и направление плазменного столба между катодом и анодом, управляют перемещением анодного пятна по поверхности анода. Исходный материал подают через охлаждаемую трубку 7 внутрь столба плазмы 12, где он нагревается, расплавляется и рафинируется. Управляя местоположением катода, положением, протяженностью, направленностью и формой столба плазмы между катодом и анодом, а также местоположением, формой и размером анодного пятна, достигают равномерного нагрева частиц исходного порошка, что приводит к существенному повышению качества конечного порошка либо слитка. Расплавленные очищенные частицы исходного порошка пролетают через отверстие в аноде 13 и проходят последующие стадии технологического цикла.