本申請涉及鈦錠生產(chǎn)，具體涉及海綿鈦坨熔煉設(shè)備及其熔煉方法。

背景技術(shù)：

1、鈦及鈦合金鑄錠可簡稱為鈦錠。生產(chǎn)鈦錠的原料為海綿鈦，通過高溫熔煉后可獲得致密狀的鈦錠，以利于進(jìn)一步的鍛壓加工處理成鈦材。

2、由于現(xiàn)有熔煉鈦材都是通過海綿鈦坨破碎后，在經(jīng)過挑選、儲存、運(yùn)輸、混布料、電極壓制、焊接等工藝階段后才能成型為熔煉用電極，海綿鈦電極制備工藝繁瑣，設(shè)備費(fèi)用和能耗等費(fèi)用較大，傳統(tǒng)電子槍eb爐雖可以實(shí)現(xiàn)大塊料(海綿鈦)熔煉，但在熔煉方式、能量利用、運(yùn)料方式及金屬均勻化等方面均有許多不足。

3、因此，亟待一種海綿鈦坨熔煉設(shè)備及其熔煉方法，為實(shí)現(xiàn)對海綿鈦坨直接進(jìn)行熔煉，達(dá)到節(jié)省從海綿鈦坨到海綿鈦電極制備的繁雜過程和龐大的投資和制備費(fèi)用的研究做貢獻(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供了海綿鈦坨熔煉設(shè)備及其熔煉方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述申請目的，本申請采用了以下技術(shù)方案：海綿鈦坨熔煉設(shè)備包括爐室、設(shè)于該爐室頂部的電子槍、設(shè)于該爐室底部區(qū)域側(cè)面的閃屏觀察窗、設(shè)于該爐室周圍的操作平臺、設(shè)于該爐室側(cè)面的真空接口、設(shè)于該爐室內(nèi)的水冷冷床以及循環(huán)水系統(tǒng)；

3、爐室頂部設(shè)有能夠開閉的爐門，底部設(shè)有可拆卸連接的法蘭，內(nèi)部設(shè)有與水冷冷床配合的結(jié)晶器；

4、真空接口連接有真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)通過多級真空泵組成，用于維持爐室和電子槍真空度并抽掉熔煉過程中放出的氣體；

5、循環(huán)水系統(tǒng)分別連接爐室、真空系統(tǒng)、電子槍以及水冷冷床，用于對爐室、真空系統(tǒng)、電子槍以及水冷冷床冷卻；

6、操作平臺將爐室架設(shè)于中心位置并使得爐室底部懸空，且真空接口和閃屏觀察窗均位于操作平臺的平臺部分下方，電子槍位于操作平臺的平臺部分上方。

7、進(jìn)一步地，閃屏觀察窗包括用鉛玻璃制成的觀察窗和設(shè)于該觀察窗上的閃屏裝置。

8、進(jìn)一步地，爐室為內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，外層用于承受大氣壓，內(nèi)層用于承受水壓。

9、進(jìn)一步地，電子槍為800kw熱槍，以可控硅電源為電源。

10、海綿鈦坨熔煉設(shè)備的熔煉方法，包括以下步驟：

11、s00、取海綿鈦鈦坨，分為第一實(shí)驗(yàn)組和第二實(shí)驗(yàn)組并獲取兩組海綿鈦鈦坨的元素含量；

12、s10、水冷冷床底部使用同牌號的鈦板板材鋪設(shè)，將兩組海綿鈦鈦坨分別放入對應(yīng)的海綿鈦坨熔煉設(shè)備的爐室內(nèi)，使得海綿鈦鈦坨位于水冷冷床中心位置，關(guān)閉爐門并檢查后打開真空系統(tǒng)進(jìn)行抽真空；

13、s20、待真空度和漏率均達(dá)到設(shè)定閾值后，開啟電子槍進(jìn)行熔煉；

14、s30、先用電子槍在海綿鈦鈦坨中間掃描使其熔化形成熔池，電子槍掃描圖形為實(shí)心圓；

15、當(dāng)熔池不再加深時，將掃描圓直徑放大，以將形成的熔池擴(kuò)大，并在靠近溢流口側(cè)的地方掃描出一個缺口作為溢流口，使鈦液沿著溢流口向鈦坨外圓流出；

16、當(dāng)熔池內(nèi)鈦液流完后，縮小電子槍掃描圓直徑，繼續(xù)掃描中心圓，以此往復(fù)多次；

17、s40、當(dāng)鈦液經(jīng)溢流口流入結(jié)晶器內(nèi)時開始記錄時間和當(dāng)前的水溫升高情況，并在結(jié)晶器內(nèi)全部為液體時增大電子槍功率對結(jié)晶器內(nèi)的鈦液進(jìn)行精煉，每精煉設(shè)定時間記錄時間、功率以及水溫，根據(jù)記錄的時間、功率以及水溫計算不同熔煉階段的功率損耗得到功率損傷數(shù)據(jù)；

18、s50、待海綿鈦鈦坨熔煉完成后，將第一實(shí)驗(yàn)組的電源關(guān)閉結(jié)束熔煉并進(jìn)行冷卻得到鑄錠，將第二實(shí)驗(yàn)組的海綿鈦鈦坨進(jìn)行補(bǔ)縮操作設(shè)定時間后電源關(guān)閉結(jié)束熔煉進(jìn)行冷卻得到鑄錠；

19、s60、關(guān)閉真空系統(tǒng)，進(jìn)行鑄錠出爐，并對兩組的成品鑄錠進(jìn)行取樣檢測得到檢測數(shù)據(jù)，分析熔煉過程對鑄錠成分的影響；

20、s70、對兩組的鑄錠進(jìn)行機(jī)加工得到光錠，以驗(yàn)證熔煉過程對鑄錠表面質(zhì)量的影響；

21、s80、對兩組光錠進(jìn)行超聲波探傷，確定光錠的冒口位置并記錄冒口的指標(biāo)數(shù)據(jù)，該指標(biāo)數(shù)據(jù)至少包括冒口深度；

22、s90、分析所有記錄的數(shù)據(jù)并比較兩組之間的數(shù)據(jù)差異，分析得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

23、進(jìn)一步地，s60步驟中，在鑄錠軸向位置取三點(diǎn)進(jìn)行取樣，要求至少包括：

24、頭、底部規(guī)定距兩端≤100mm范圍內(nèi)及中部的圓周上取樣；每份屑樣數(shù)量不大于25g，取樣帶寬度不大于30mm。

25、進(jìn)一步地，s70步驟中，機(jī)加工的具體步驟包括：

26、s71、采用多次扒皮進(jìn)行對鑄錠表面處理；

27、s72、第一刀以鑄錠的最小邊為準(zhǔn)，進(jìn)刀量1～2mm，根據(jù)鑄錠的表面質(zhì)量調(diào)整進(jìn)刀或退刀直至完成第一刀車削；

28、s73、對鑄錠的表明缺陷狀況進(jìn)行局部處理，包括車削扒皮、打磨或刨銑的任意一種多種方式進(jìn)行處理，保持處理后鑄錠表面無臺坎和棱角，深寬比不大于1:6，處理深度不大于10mm；

29、s74、對鑄錠頭、底部及中斷后棱角部位倒角，對有明顯缺陷處再次進(jìn)行局部處理去除完成加工得到光錠。

30、進(jìn)一步地，s74步驟中，確保所有光錠的表面粗糙度ra不大于6.3μm。

31、進(jìn)一步地，s74步驟中，以鑄錠底部的頂針孔為圓心，50mm長度為半徑，將該圓周以外的部分中深度超過3mm，直徑超過5mm的缺陷去除，并允許保留去除缺陷形成高度不大于10mm的凸臺。

32、進(jìn)一步地，s20步驟中，當(dāng)真空度≤1pa，漏率≤0.2pa/min，開啟電子槍進(jìn)行熔煉。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有以下有益效果：

34、1.本申請可通過打開爐室下法蘭將水冷冷床移出，將移出的水冷冷床放置上要熔煉的海綿鈦鈦坨，再放回水冷冷床并關(guān)閉法蘭，開始抽真空，并給電子槍也進(jìn)行抽空，等待抽空完成后，對海綿鈦鈦坨進(jìn)行小功率預(yù)熱，預(yù)熱完成后開始用電子槍掃描熔煉。熔煉過程中記錄水溫、水流量等相關(guān)參數(shù)，可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，尤其是為以后的工業(yè)化生產(chǎn)做好鋪墊，為工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計制造提供相關(guān)數(shù)據(jù)，并在節(jié)能方面找出相關(guān)的途徑。為工業(yè)化應(yīng)用做好相關(guān)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

35、2.本申請在實(shí)驗(yàn)過程中，通過創(chuàng)新的電子槍掃描熔煉方式，可以有效地利用原料，減少浪費(fèi)，而且打開缺口可以顯著減少鈦溶液和水冷冷床直接接觸，即相當(dāng)于利用海綿鈦鈦錠，避免冷床吸收大量的熱，從而減少能量浪費(fèi)，顯著降低了熱損失。

36、3.本申請在實(shí)驗(yàn)過程中，可研究鑄錠是否進(jìn)行頂部補(bǔ)縮操作對于鑄錠的元素含量和冒口高度影響。

技術(shù)特征：

1.海綿鈦坨熔煉設(shè)備，其特征在于，包括爐室、設(shè)于該爐室頂部的電子槍、設(shè)于該爐室底部區(qū)域側(cè)面的閃屏觀察窗、設(shè)于該爐室周圍的操作平臺、設(shè)于該爐室側(cè)面的真空接口、設(shè)于該爐室內(nèi)的水冷冷床以及循環(huán)水系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海綿鈦坨熔煉設(shè)備，其特征在于，所述閃屏觀察窗包括用鉛玻璃制成的觀察窗和設(shè)于該觀察窗上的閃屏裝置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海綿鈦坨熔煉設(shè)備，其特征在于，所述爐室為內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，外層用于承受大氣壓，內(nèi)層用于承受水壓。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的海綿鈦坨熔煉設(shè)備，其特征在于，所述電子槍為800kw熱槍，以可控硅電源為電源。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的海綿鈦坨熔煉設(shè)備的熔煉方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熔煉方法，其特征在于，s60步驟中，在鑄錠軸向位置取三點(diǎn)進(jìn)行取樣，要求至少包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熔煉方法，其特征在于，s70步驟中，機(jī)加工的具體步驟包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熔煉方法，其特征在于，s74步驟中，確保所有光錠的表面粗糙度ra不大于6.3μm。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熔煉方法，其特征在于，s74步驟中，以鑄錠底部的頂針孔為圓心，50mm長度為半徑，將該圓周以外的部分中深度超過3mm，直徑超過5mm的缺陷去除，并允許保留去除缺陷形成高度不大于10mm的凸臺。

10.根據(jù)權(quán)利要求7-9任意一項(xiàng)所述的熔煉方法，其特征在于，s20步驟中，當(dāng)真空度≤1pa，漏率≤0.2pa/min，開啟電子槍進(jìn)行熔煉。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及海綿鈦坨熔煉設(shè)備及其熔煉方法，該方案包括爐室、電子槍、閃屏觀察窗、操作平臺、真空接口、水冷冷床以及循環(huán)水系統(tǒng)；爐室頂部設(shè)有能夠開閉的爐門，底部設(shè)有可拆卸連接的法蘭，內(nèi)部設(shè)有與水冷冷床配合的結(jié)晶器；真空接口連接有真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)通過多級真空泵組成，用于維持爐室和電子槍真空度并抽掉熔煉過程中放出的氣體；循環(huán)水系統(tǒng)分別連接爐室、真空系統(tǒng)、電子槍以及水冷冷床。本申請可進(jìn)行海綿鈦坨熔煉，由海綿鈦坨直接到一次電極，大大節(jié)省了海綿鈦坨到海綿鈦電極的制備成本和縮短工藝流程以及減少海綿鈦坨在破碎與電極壓制中的污染，并且能有效利用能量降低電能消耗，增加金屬流動和熔池深度，從而改善熔煉質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：賈國玉,王龍,王建文,劉偉,黃萬新,李永紅,張起,李鵬宏,田小科,張亞峰,吳浩,張海佳,孫盟超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南中源鈦業(yè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6