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摘要：介绍了EB炉的工作原理，以及在运行过程中出现的电气故障的原因分析和改进方法。
关键词：EB炉；工作原理；电气故障；改进
0 引言
EB炉是2005年我厂从德国ALD公司引进的2400KW电子束冷床炉，其设备结构庞大，拥有水平和垂直两种进料方式，主要用于钛及钛合金铸锭工业化生产。它的成功引进及顺利实现批量化生产，标志着我公司的钛及钛合金熔炼装备水平和工艺技术水平实现了重大跨越，达到了国际化先进水平。
1 电子枪简介
电子枪是整个EB炉的心脏，是发射电子束的装置。电子枪主要由热阴极（灯丝）、发射块阴极、聚束极、加速阳极、聚焦线圈、偏转线圈等组成。我厂所使用的EB枪的型号为KSR600，设计功率范围为45KV时为600KW，其示意图如图1。
射束发生器是间接加热的，即在灯丝中加交变电流，加热到一定温度，然后在灯丝与块阴极之间加直流电压，灯丝为负，因此灯丝向块阴极发射电子束，使块阴极温度升高，进而产生热电子逸出。在加速电压的作用下，热电子向阳极（零电位）加速运动。由于聚束极的作用，电子束从阳极的中心孔通过，向下继续运动，先后经过上聚焦线圈，下聚焦线圈，偏转线圈后，使电子束准确而有目的地轰击到熔炼金属表面。其原理就是利用高速运动电子的动能转变为热能作热源来进行熔炼或加热。
图1 改造前石墨环 改造后石墨环
图2 改造前高压电缆布线 改造后高压电缆布线
2故障原因及其分析
电子枪是EB炉的控制熔炼的核心，因其价格昂贵，结构复杂，维修难度大，在日常使用过程中，围绕着电子枪的故障，出现了许多的问题。
2.1 生产过程中热电偶频繁打断
电子束在经过射束发生器发出后，经过上聚焦线圈收拢穿过石墨环。但如果上聚焦线圈聚焦不好，有一部分电子束就无法通过石墨环的中心孔，使得电子束轰击在了石墨环上，而热电偶是安装在压力台中的石墨环下，因此，在生产过程中，上聚焦不好时，电子束的通过半径就会有所变大，而超出石墨环的范围轰击在热偶丝上，造成热偶丝烧断。
起初，在生产过程中热偶丝烧断时，我们进行了热偶丝的更换，然而，这样的做法只能解决暂时的问题，最多几炉，甚至有时熔炼过程中会连续出现此类情况，造成熔炼过程的中断，耽误生产。我们在对热偶丝的接口做了仔细查看之后，分析其原因，最后在原有的石墨环的基础上在圆形口直径增加了一个厘米的宽度，自此，热偶丝频繁打断的问题得到了根本性的解决，再无此类故障的发生。其改造方式如图1。
2.2 高压电缆使用寿命短，容易击穿
EB炉的四台电子枪分别是由各自的枪变压器提供45KV、3 KV高压。而在生产初期，在枪变压器和枪的射束发生器配电箱内的葛缆接头处，电缆绝缘经常被击穿，距离接头很近。为了找出击穿原因，我们从自身找了很多的问题和解决方法，与德国专家多次协调磋商都未能从根本上解决问题。而高压电缆因耐压强度要求，只能从德国进口。也就是说，每次击穿，电子枪的高压电缆最短10多米，换掉整根电缆也就需要至少2万元的费用，每年则需要约20万的费用。这样的维修成本是我们所不能接受的。
通过仔细观察，我们发现，45KV变压器到3KV变压器之间是高压电缆集中桥架敷设，这就造成了设备在运行过程中会受到外力压迫，和强磁场干扰，而造成电缆绝缘击穿报废。其次，根据3KV变压器配电箱内、枪射束发生器配电箱的空间及电缆击穿的位置，我们做出了如下的改造：
1）高压电缆放线留有余量，被击穿时割除被击穿部分，余留电缆能继续使用。
2）对45KV变压器到3KV变压器进行单独走线，减少彼此的影响。其方法见图2。
改造之前，在2009年、2010年两年时间，EB炉共更换高压电缆200余米，而在改造后，2011年、2012年两年更换电缆不足50米。由此可见，上述的两种方法是确实有效的，很大的程度上降低了设备的维护成本。
2.3 偏转线圈烧损严重
偏转线圈采用树脂浇铸而成，内部配有螺旋导水线，在工作状态时，线圈内部会产生牵引磁场，使通过偏转线圈的电子束发生一定角度的偏转。而在日常使用过程中，偏转线圈会产生大量的热量，而冷却水在长时间高温环境下会产生少量的水垢，使得冷却水水流不畅，偏转线圈局部发热，进而引起绝缘层高温损伤，造成分层和碳化，无法继续正常使用。如果重新购买一个偏转线圈则需要94万人民币，这对我们的维修成本造成了极大的负担，而在无任何资料的情况下，我们对其烧损部分进行了修复，如图4所示。首先，我们先剔除分层和烧损的部分。其次我们通过采用玻璃丝带和环氧树脂分层固化的方式对损伤的部分进行修补。最后，通过打压的方式来检测修复的线圈是否满足要求。
修复后的线圈，已在EB炉上成功使用，而未出现任何异常。这就为我们企业节省了大量的资金。
图4烧损线圈 修复后线圈 图5 ADWIN通讯简图
2.4 ADWIN通讯连接故障
如果说电子枪是EB炉的核心，那么，ADWIN系统就是整个EB炉的数据交换与控制的核心。整个电子枪的电子束控制，高压的控制以及整个工艺的执行都离不开ADWIN的参与。由图5可以看出，8台ADWIN控制了其EB炉电子枪的核心数据的交换与通讯，而它与上位机OIP、GIP的通讯的稳定性变成为了整个控制系统的核心问题。
在日常使用过程中，由于EB炉OIP上位机硬件故障，在应用新的备份PC还原系统环境时，OIP始终无法有效的识别ADWIN，通过仔细观察，我们发现，每个ADWIN都有一个MAC地址，每一个MAC地址都对应的着一个IP地址，而每一个IP地址又对应着一个特有的固定端口，而这些条件都是通过其专用软件ADCONFIG配置而成，只要其中任何一个对应关系不成立，都无法建立通讯连接，发现了这点，我们成功的配置成功了ADWIN与上位机的通讯。为EB炉的正常运行提供了技术支持。
3 总结
EB炉自投产以来，在生产的过程中，遇到了很多以前我们所没有见过的问题，正是这些问题促使着我们不断的学习，不断的成长，最后成功的解决了每一个问题，而为EB炉高效率的运行提供了有效的技术保障。
参考资料：
[1]EB炉使用说明书
[2]ADWIN说明书
论文作者:张泽春,李华,杨峰
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/3
标签：电子束论文; 电子枪论文; 偏转线圈论文; 电缆论文; 线圈论文; 石墨论文; 高压论文; 《建筑模拟》2018年第22期论文;