一种tc4钛合金铸锭的eb冷床炉熔炼方法
【专利摘要】一种TC4钛合金铸锭的EB冷床炉熔炼方法，采用电子束冷床熔炼炉，熔炼大尺寸：1050mm×210mm×8000mmTC4钛合金锭；其方法是：选用不同比例的海绵钛、钛残料以及纯铝、铝钒中间合金等作为原料，在用电子束冷床熔炼炉熔炼TC4时，先将原料放入进料器；然后将炉子各部分独立封闭并分别进行抽真空；等等。本发明具有能够提高钛合金熔炼效率，提高铸锭质量，显著缩短生产时间，提高熔炼品质，降低能耗；单次能熔炼10000kg以上钛合金铸锭的优点。
【专利说明】一种TC4钛合金铸锭的EB冷床炉熔炼方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于钛合金熔炼工艺方法【技术领域】。
【背景技术】
[0002]传统的钛合金熔炼均采用水冷铜坩埚，熔炼工艺主要有三种方式:
(1)非自耗电极电弧炉熔炼。合金熔炼在真空或惰性气体保护下进行，该工艺主要为自耗电极熔炼制备电极；
(2)真空自耗电极电弧炉熔炼。以钛或钛合金制成的自耗电极为阴极，以水冷铜坩埚为阳极。熔化了的电极以液滴形式进入坩埚，形成熔池。熔池表面被电弧加热，始终呈液态，底部和坩埚接触的四周收到强制冷却，产生自上而下的结晶。熔池内的金属液凝固后成为钦徒;
(3)真空自耗电极凝壳炉熔炼。是一种将熔炼与离心浇注联成一体的铸造异形件的炉型。其最大的特点是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层钛合金固体薄壳，即所谓的凝壳，以此作为坩埚的内衬，用于形成熔池储存溶液，避免了坩埚对钛合金液的污染。浇注后，留在坩埚内的一层凝壳，可作为坩埚内衬继续使用；
但是，以上这些方法过程复杂，操作不灵活，能耗较大，后续加工成本大，高、低密度夹杂去除效果差，无法大规模生产TC4钛合金铸锭。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就是为了提高产品质量、增大生产规模、降低生产成本；此方法操作灵活可控、无环境污染、能量利用效率高。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
[0005]一种TC4钛合金铸锭的EB冷床炉熔炼方法，本发明采用电子束冷床熔炼炉，熔炼大尺寸:1050mmX210mmX8000mm TC4钛合金锭；其方法是:
选用不同比例的海绵钛、钛残料以及纯铝、铝钒中间合金等作为原料，在用电子束冷床熔炼炉熔炼TC4时，先将原料放入进料器；然后将炉子各部分独立封闭并分别进行抽真空；当真空达到电子枪的启动条件时(真空度为1.0X10_3hpa)，开启高压电源，并开启电子枪进行预热，预热完成后，开启电子枪进行熔炼，将1、2号枪的功率保持在300-450kw，电压为50kv对原料进行熔化，将3号枪的电子束功率保持在250-350kw，电压50kv对熔化原料液态进行精炼提纯；在合金液态装满整个冷床即将进入结晶器时，打开3号电子束枪的溢流图形，待钛液流进结晶器时，启动4号枪，功率50kw，电压35kv。将4号枪的电子束聚集到结晶器已覆盖钛液的位置，以保持钛液的熔熔状态，直至钛液将结晶器完全覆盖；并开始进行拉锭，在拉锭的同时并增加4号枪的功率和电压；当拉锭长度达到10mm时，1、2、3号枪调整功率以匹配拉锭速度，调整4号枪的功率使电流到熔化原料的电流值时继续熔化；当原料熔炼完后，关闭1、2、3号枪，关闭4号枪的热斑点、溢流图形，逐步降低4号枪图形的大小和功率进行补缩。补缩完成后，利用1、2号枪将冷床四周清理干净，然后关闭1-4号枪，最后冷却出炉。
[0006]本发明的有益效果是，提高TC4钛合金熔炼效率，提高铸锭的质量，提高熔炼品质，降低能耗，减小成本。本发明在实际生产中实施后生产效率大幅提高，能耗下降5%，产能提高了 80%。生产出的TC4铸锭符合国家要求，质量明显提升。
【具体实施方式】
[0007]一种TC4钛合金铸锭的EB冷床炉熔炼方法，本发明采用电子束冷床熔炼炉，熔炼大尺寸:1050mmX 21mmX 8000mm TC4钛合金锭。其方法是:
选用不同比例的海绵钛、钛残料以及纯铝、铝钒中间合金等作为原料，在用电子束冷床熔炼炉熔炼TC4时，先将原料放入进料器；然后将炉子各部分独立封闭并分别进行抽真空；当真空达到电子枪的启动条件时(真空度为1.0X10_3hpa)，开启高压电源，并开启电子枪进行预热，预热完成后，开启电子枪进行熔炼，将1、2号枪的功率保持在300-450kw，电压为50kv对原料进行熔化，将3号枪的电子束功率保持在250-350kw，电压50kv对熔化原料液态进行精炼提纯；在合金液态装满整个冷床即将进入结晶器时，打开3号电子束枪的溢流图形，待钛液流进结晶器时，启动4号枪，功率50kw，电压35kv。将4号枪的电子束聚集到结晶器已覆盖钛液的位置，以保持钛液的熔熔状态，直至钛液将结晶器完全覆盖；并开始进行拉锭，在拉锭的同时并增加4号枪的功率和电压；当拉锭长度达到10mm时，1、2、3号枪调整功率以匹配拉锭速度，调整4号枪的功率使电流到熔化原料的电流值时继续熔化；当原料熔炼完后，关闭1、2、3号枪，关闭4号枪的热斑点、溢流图形，逐步降低4号枪图形的大小和功率进行补缩。补缩完成后，利用1、2号枪将冷床四周清理干净，然后关闭1-4号枪，最后冷却出炉。
[0008]工艺流程方案
电子束熔炼炉是高温难熔金属熔炼和提纯的专用设备。电子束熔炼在高真空下进行，熔炼时的过热温度高，维持液态时间长，使材料的精炼提纯作用得以充分有效地进行。电子束熔炼时，材料主要发生脱气、分解、脱氧、技术夹杂的挥发和不熔杂质的上浮等。其中，不熔杂质的上浮而富集在铸锭的顶部，可以在切头时去除。在真空下，电子枪的阴极被加热产生热电子逸出。在加速电压(30kv)的作用下，电子束从阳极的中心孔穿过，向下继续运动，经磁聚焦透镜的多次聚焦和磁偏转扫描透镜的调节，使电子束准确而集中地轰击到原料棒的表面。在原料和熔池的表面产生1400 V以上的温度，原料表面被加热、熔化、滴入熔池中。熔池就是锭上端的熔化部分，其周围是水冷铜坩埚(结晶器)。由于电子束的加热作用，熔池保持不断地上下、内外对流。随着熔化的原料不断滴入，熔池表面不断上升，拉锭装置又将锭不断向下拉动，使熔池表面保持一定的高度。
[0009]电子束熔炼是一种特殊真空冶金设备。利用炉中的电子枪可将几十到数百千瓦的高能电子束聚焦在Icm2上，产生1400°C以上的高温。当高能电子束聚焦在原料上时，就能将这些金属熔化，达到熔炼和提纯的目的。由于高温区域有限，熔化的金属需要一点一点地滴入下面的熔池，经结晶器冷却，凝固成锭。在高真空和高温的作用下，液态金属中的气体和杂质大量蒸发，从而得到高纯度的致密的凝固态金属锭。
[0010]设备基本参数 电子束冷床炉一座功率:3150kw产量:4000吨铸锭产品重量:约10吨/根产品规格:1050mmX210mmX8000mm ?
【权利要求】
1.一种TC4钛合金铸锭的EB冷床炉熔炼方法，其特征是，采用电子束冷床熔炼炉，熔炼大尺寸:1050mmX210mmX8000mm TC4钛合金锭；其方法是: 选用不同比例的海绵钛、钛残料以及纯铝、铝钒中间合金等作为原料，在用电子束冷床熔炼炉熔炼TC4时，先将原料放入进料器；然后将炉子各部分独立封闭并分别进行抽真空；当真空达到电子枪的启动条件时及真空度为1.0 X 10_3hpa，开启高压电源，并开启电子枪进行预热，预热完成后，开启电子枪进行熔炼，将1、2号枪的功率保持在300-450kw，电压为50kv对原料进行熔化，将3号枪的电子束功率保持在250-350kw，电压50kv对熔化原料液态进行精炼提纯；在合金液态装满整个冷床即将进入结晶器时，打开3号电子束枪的溢流图形，待钛液流进结晶器时，启动4号枪，功率50kw，电压35kv ;将4号枪的电子束聚集到结晶器已覆盖钛液的位置，以保持钛液的熔熔状态，直至钛液将结晶器完全覆盖；并开始进行拉锭，在拉锭的同时并增加4号枪的功率和电压；当拉锭长度达到10mm时，1、2、3号枪调整功率以匹配拉锭速度，调整4号枪的功率使电流到熔化原料的电流值时继续熔化；当原料熔炼完后，关闭1、2、3号枪，关闭4号枪的热斑点、溢流图形，逐步降低4号枪图形的大小和功率进行补缩；补缩完成后，利用1、2号枪将冷床四周清理干净，然后关闭1-4号枪，最后冷却出炉。
【文档编号】C22C1/03GK104032151SQ201410236742
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】刘路, 丁辉, 黄海广, 李志敏, 曹占元, 张玉勤 申请人:云南钛业股份有限公司