CN101147037A - 金属的电子束熔化装置以及采用该装置的高熔点金属锭的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能抑制在用电子束熔化金属来熔制锭时新杂质的产生、使从炉缸和铸模内的熔池中蒸发的杂质难于再次混入其中、且提高了开工率的电子束熔化装置及熔化方法。该电子束熔化装置是用于熔化高熔点金属的装置，包括供给原料的原料供给部、原料熔融部以及与原料熔融部相连的排气部，该原料熔融部与原料供给部相连并由炉壁和顶壁区划形成，并且该原料熔融部至少具有炉缸、水冷铸模和电子枪，其中，该装置利用钛或不锈钢在炉壁和顶壁的至少一方上加衬，并且，在顶壁上设有由钛或不锈钢构成的多个翅片状部件。另外，在电子束熔化装置的内表面设有可拆装的炉衬。

Description

金属的电子束熔化装置以及采用该装置的高熔点金属锭的制造方法

技术领域

本发明涉及用于熔制钛等高熔点金属锭的装置及方法，更具体地说，涉及能够抑制LDI(低密度夹杂物)等污染源混入到金属锭中且有效地提高熔化炉的开工率的电子束熔化技术。

背景技术

以往，金属钛多用于飞机用材料或部件，但是，近年来，随着对其用途的开发，也将其广泛地用于建材、道路或体育用品等。

以往，通常采用如下方法作为获得该金属钛的方法，对由克罗尔还原法(用金属镁对四氯化钛进行还原而得到钛)制造的海绵钛进行破碎、整粒，然后，组合多个加压成型的团块而制成熔化电极，通过用真空电弧将其熔化来获得金属钛。

但是，近年来，为了满足钛锭的高纯度化的要求，大多采用电子束熔化炉来代替上述真空电弧炉，该电子束熔化炉用电子束熔化海绵钛并使之流入铸模中来获得锭，在电子束熔化炉中尤其是频繁地使用精炼效果非常好的炉缸式电子束熔化炉。

在利用这样的电子束熔化炉的情况下，将炉内压力保持在低于真空电弧熔化炉1～2个数量级的10^-3～10^-4Torr水平的减压环境中来进行钛锭的熔化，可以实现高的精炼效果，结果，可以制造具有4N或5N水平纯度的高纯度钛。由于在高真空下进行电子束熔化，故而存在以下问题，即随着杂质和钛自身的蒸发而导致冷凝、析出的杂质和钛附着到电子束熔化炉的炉壁和顶壁上，并且，炉壁和顶壁的构成材料与上述杂质和钛生成化合物。

这样，在炉壁等处生成的上述杂质和化合物(以下有时称作“杂质等”)与熔化次数成正比地增加。在这种状况下，若任由杂质等附着到炉壁等上，则存在杂质等自身由于不耐其自重而下落到炉下方的危险。在该杂质等下落到铸模或炉缸内的熔融金属中的情况下，由于在铸模等中混入了累积的杂质而使得锭的品质劣化。

为此，在现有的电子束熔化炉中，在完成一系列的熔化工序而将生成的钛锭取出炉外后，进行尽量去除附着在炉内的金属粉或金属块的维护作业。

该作业视熔化炉的大小、熔化炉的内壁面的污染情况而定，但是到可再使用熔化炉的状态为止大多需要大约3～7天左右的时间，在该维护作业期间不能进行下一熔化，从而成为了导致电子束熔化炉的开工率低的主要原因。在近年来对金属钛的需求激增的形势下，哪怕小幅地缩短熔化时间和维护时间来提高熔化炉的开工率就成为了亟待解决的课题。

对于熔化炉内的维护来说，通常基本上用人手来进行拆解维护，而作为上述熔化炉的开工率低下的对策提出了例如利用高压水的不依赖于人手的清洗方法(例如参照专利文献1)。根据该技术，可以喷射高压水来去除附着物，故与用人手来进行维护作业相比，可以期待用较短的时间来进行维护这样的效果。

此外，对上述问题还下了许多工夫，特别是公开了对电子束熔化炉的顶壁等加以改良的技术。例如公开了低温炉床精炼用的冷凝物保持装置(例如参照专利文献2)，在炉床上配置具有凹面水冷表面的部分，用于采集在炉床内处理的合金的蒸发成份的凝聚物。根据该技术，由于在电子束熔化炉的顶壁上铺设了被称为蜂窝结构的多个凹部，所以具有即使在该凹部中析出固态的杂质、该杂质也难于向下方落下的效果。

另外，还公开了防止熔化炉内的杂质蒸发金属的凝固物落下的方法(例如参照专利文献3)，该方法包括如下工序：在真空环境中利用加热装置熔化Nb-Al合金，在存留在配置于熔化炉内的炉缸上的状态下，通过蒸发Al来精炼Nb；将完成精炼的Nb转移到水冷坩埚上来制造Nb锭；以及在水冷坩埚的上方设置带冷却装置的旋转体，在该旋转体的下部可拆装地安装由不锈钢制线材织成的网，由此使蒸发Al大致均匀且致密地附着凝固在网上。在该技术中，将网状的圆板旋转保持在熔池(保持在铸模内)的上方空间部，使从熔池挥发的杂质和钛蒸气冷凝，防止它们附着到电子束熔化装置的顶壁上。

而且，还公开了如下技术(例如参照专利文献4)，电子束的整个炉缸范围由设置于其正上方的冷凝板覆盖，在其上捕集从炉缸挥发的杂质，防止杂质附着到顶壁上。

专利文献1：日本特开2004-183923号公报

专利文献2：日本特开平11-132664号公报

专利文献3：日本特开平11-061288号公报

专利文献4：美国专利5222547号

但是，根据专利文献1的方法虽然可以多少实现时间的缩短，但是，清洗熔化炉内需要一定时间的状况却并未有所改变，在此期间，熔化工序处于待机状态，从而并未从根本上解决开工率低下的问题。另外，专利文献2至4所记载的技术均是将从保持在炉缸或铸模内的钛熔融层中挥发的钛蒸气或杂质捕集到顶壁上或在其到达顶壁之前将其加以捕集，它们确实均有固态物的析出，但是，却并不能根据其析出的情况来确保没有固态物下落到熔池内。

特别是，在熔制对HDI(高密度夹杂物)和LDI(低密度夹杂物)的混入要求非常苛刻的用于飞机的钛锭的情况下，即使混入锭的杂质是微量的也是不允许的，针对这样的用途，要求开发出能够极力抑制杂质的混入的、以高的开工率高效地制造钛锭的熔化装置。

发明内容

本发明正是鉴于上述要求而提出的，本发明的目的在于提供一种电子束熔化装置，其能抑制在用熔化海绵钛或废钛来熔制钛锭时产生的新杂质，使从炉缸和铸模内的熔池中暂时蒸发的杂质难于再次混入其熔池，且通过缩短维护时间而提高了开工率。

发明人鉴于上述事由对能够抑制从炉缸和铸模内的熔池中蒸发的杂质再次混入熔池的电子束熔化装置进行了锐意研究。结果，得到了如下见解：通过利用钛或不锈钢在炉壁和顶壁内表面的至少一方上加衬并在上述顶壁上设置翅片状部件，可以使冷凝的杂质留在翅片状部件的上表面而抑制杂质下落到炉内下方。

发明人还得到如下见解：上述翅片状部件优选由钛或不锈钢构成，在此情况下，可以有效地抑制从炉缸和铸模内部的熔池中蒸发的钛蒸气对炉壁和顶壁的腐蚀。本发明正是鉴于这样的见解而做出的。

也就是说，本发明的电子束熔化装置是熔化高熔点金属的装置，包括供给原料的原料供给部、原料熔融部以及与原料熔融部相连的排气部，该原料熔融部与原料供给部相连并由炉壁和顶壁区划形成，并且该原料熔融部至少具有炉缸、水冷铸模和电子枪，其特征在于，利用钛或不锈钢在炉壁和顶壁的至少一方上加衬，并且，在顶壁上设有由钛或不锈钢构成的多个翅片状部件。

而且，发明人得到如下见解：使遮蔽部件位于上述顶壁的下方，从而切断从炉缸和水冷铸模的熔池蒸发的钛或杂质到达顶壁的路径，通过这样将遮蔽部件配置在上述炉壁上，可以有效地抑制从熔池产生的钛蒸气在顶壁冷凝的量。发明人同时还得到如下见解：若使上述遮蔽部件从电子束熔化装置的侧面看从上述炉壁向装置的中央方向且向上方延伸，则可以充分发挥上述抑制效果。下面示出的发明就是基于这些见解而做出的。

也就是说，在上述电子束熔化装置中，优选在上述炉壁上配置遮蔽部件，该遮蔽部件从装置的侧面看从上述炉壁向装置的中央方向且向上方延伸；而且，上述遮蔽部件优选由熔点高于高熔点金属的金属或陶瓷构成。另外，非常希望将构成上述遮蔽部件的金属或陶瓷保持在不足高熔点金属的熔点的温度。这样的金属优选使用钼或钽，陶瓷优选使用氧化钙或氧化钇、或者将它们复合的材料。

此外，发明人得到以下见解：利用在装置内的排气部的下游另外设置的冷却部(以下有时称作“冷凝管”)来捕集从熔池暂时蒸发的钛蒸气或杂质并将其分离回收，由此，能够高水平地抑制钛蒸气或杂质与炉壁或顶壁的构成材料进行化合，能够进一步防止杂质等混入熔池。由此，可以进一步提高炉缸和水冷模内的熔融钛的纯度，进而将锭的纯度保持在很高的水平。下面示出的发明就是基于该见解而做出的。

也就是说，在上述电子束熔化装置中，进一步优选的是，在排气部的下游侧设置高熔点金属蒸气的冷凝管。该冷凝管可以与电子束熔化装置设成一体，也可以设置成分体。

另外，发明人还得到以下见解：通过预先在电子束熔化炉的内表面设置可以拆装的炉衬，可以在熔化结束后用新的炉衬来更换已堆积了附着物的炉衬，由此，可以大幅度地缩短熔化结束后所需的炉的维护作业时间，结果，可以显著地提高熔化炉的开工率。

也就是说，本发明的电子束熔化装置是熔化高熔点金属的装置，其包括供给原料的原料供给部、原料熔融部以及与原料熔融部相连的排气部，该原料熔融部与原料供给部相连并由炉壁和顶壁区划形成，并且该原料熔融部至少具有炉缸、水冷铸模和电子枪，其特征在于，在电子束熔化装置的内表面设有可拆装的炉衬。

上述炉衬优选包括顶部炉衬、侧壁炉衬以及底部炉衬，并且各炉衬能独立进行拆装。

而且，本发明提供高熔点金属锭的制造方法，其特征在于，采用具有上述结构的电子束熔化装置。

根据本发明，通过适当选择装置内的炉壁和顶壁的至少表面材料，可以抑制在熔制钛等高熔点金属时新杂质的生成，并且，通过设置遮蔽部件或配置上述冷凝管，可以有效地抑制从熔池暂时蒸发而在顶壁冷凝的杂质混入到熔池中的问题。结果，可以将锭的品质保持在相当高的水平。另外，根据本发明，可以拆装炉衬，所以在熔化炉中完成金属熔化并进行冷却而作为锭拉拔出来以后，可以迅速地拆下蒸镀有熔融金属的炉衬而安装新备好的炉衬、然后再次启动熔化炉。这样，对于本发明的熔化炉来说，可以大幅度地缩短炉内的维护作业，结果，起到了显著地提高熔化炉的开工率的效果。另外，由于减少了用于清洗熔化炉的内表面的作业频率，故起到了可有效地避免因腐蚀所造成的缩短炉寿命的问题。

附图说明

图1是表示本发明电子束熔化装置的第一实施方式的侧视图。

图2是表示本发明电子束熔化装置的第二实施方式的侧视图。

图3是表示本发明电子束熔化装置的第三实施方式的侧视图。

图4是表示本发明电子束熔化装置的第四实施方式的侧视图。

附图标记说明

10a～10d    电子束熔化装置

11    炉缸

12    水冷铸模

13    电子枪

13a   电子束

14    排气喷嘴

15    炉壁

16    顶壁

17    翅片状部件

18    钛材

19    锭

31    顶部炉衬

32    侧壁炉衬

33    附着物承接部

34    底部炉衬

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的优选实施方式。

图1是表示本发明的第一实施方式的优选电子束熔化装置10a的侧视图。该电子束熔化装置10a设有熔化钛的炉缸11、从炉缸11流入熔融钛的水冷铸模12、向炉缸11和水冷铸模12的熔池中照射电子束13a的电子枪13、以及与未图示的减压装置相连通的排气喷嘴14。在该图中，原料供给部表示炉缸11左侧的区域，原料熔融部表示从炉缸11的左端到排气喷嘴14根部的区域，排气部表示排气喷嘴14根部起右侧的区域。

在图1所示的电子束熔化装置10a中，炉壁15和穹顶状的顶壁16相连，在该顶壁16上安装有多个翅片状部件17。炉壁15、顶壁16和翅片状部件17优选由钛或不锈钢制成，但是也可以使用在其它材料上用不锈钢或钛加衬而得到的材料。将顶壁16制成穹顶状是为了容易将多个翅片状部件17安装到顶壁16上。

采用这样结构的装置，在实际操作中熔化海绵钛而获得钛锭的情况下，首先，从原料供给部向炉缸11送入作为原料的钛材18，然后利用电子枪13使之熔化。接下来，使在炉缸11中生成的熔融钛流入到水冷铸模12中，一边由电子枪13调整温度一边形成锭19，并利用未图示的锭拉拔装置向下方进行拉拔。

根据这样的电子束熔化装置10a，炉壁15和顶壁16利用高防腐蚀性的钛加衬，从而即使熔制时炉内的温度变得非常高，炉壁15和顶壁16的构成材料也不会因从炉缸11和水冷铸模12中的熔融钛池蒸发的钛蒸气或杂质而被腐蚀，可以稳定地进行锭的制造。

另外，在上述一系列的工序中，当来自炉缸11或水冷铸模12中的熔融钛池的钛或杂质成为蒸气而向装置内的上方移动时，蒸发的钛或杂质的一部分经由排气喷嘴14而被排出到外部，但是，大部分的蒸发的钛或杂质会到达炉壁15和顶壁16而冷凝。

这样，大部分的蒸发钛或杂质到达炉壁15和顶壁16而冷凝，随着熔制次数的增加，冷凝的量也随之增加，从而存在因其自重而向下方落下的倾向。但是，由于在顶壁16上配置了本发明的作为发明构成要素的多个翅片状部件17，故该翅片部件17起到了承接冷凝的钛或杂质的托盘的作用，能够有效地抑制杂质等下落到炉缸11和水冷铸模12的熔池中。如图1所示，通过将翅片状部件17的自由端侧形成为弯曲形状，可以更加有效地抑制积存在翅片状部件17上的钛或杂质的落下。

从以上的作用、效果可知，在使用第一实施方式的电子束熔化装置10a的情况下，由于对炉壁15和顶壁16进行了加衬加工，从而可有效地防止新杂质的产生，而且，由于在顶壁16上设有多个翅片状部件17，从而可有效地抑制因钛或杂质的落下而导致锭的品质降低的问题。

图2是表示本发明的第二实施方式的优选电子束熔化装置10b的侧视图。图2所示的装置的基本结构与图1所示的装置的基本结构相同。因此，在本实施例中也同样，原料供给部表示炉缸11左侧的区域，原料熔融部表示从炉缸11的左端到排气喷嘴14根部的区域，排气部表示排气喷嘴14根部起右侧的区域。

在图2所示的电子束熔化装置10b中，在炉壁15上追加配置遮蔽部件20，使得该遮蔽部件20位于顶壁16的下方。遮蔽部件20用于切断从炉缸11和水冷铸模12的熔池蒸发的钛或杂质到达顶壁16的路径。如图2所示，遮蔽部件20优选为在中心部具有用于使电子束13a通过的开口部的倒锥形，但是也可以酌情选用该形状以外的其它形状。在本实施例中，遮蔽部件20形成为倒锥形，即形成为从装置的侧面看从炉壁15向装置的中央方向且向上方延伸的形状，这样，即使在杂质等从翅片状部件17落下的情况下，也可以使杂质等堆积到遮蔽部件20上，防止杂质等从遮蔽部件20上向下方落下。

遮蔽部件20优选由Mo或Ta那样的熔点高于钛的材料制成。在熔制钛锭时，遮蔽部件20的温度优选预先加热到1000～1600℃，更优选加热到1300～1600℃附近。但若达到钛的熔点，则存在与蒸发的钛生成合金而导致锭的强度下降的危险，所以，优选保持为不达到钛的熔点。

可以通过由电子束13a进行照射或者预先安装加热器而将遮蔽部件20的温度保持在上述温度范围内。通过预先加热保持在这样的温度区域，可以抑制从炉缸11和水冷铸模12中蒸发的钛蒸气在遮蔽部件20的下表面析出。在上述的作用下，可以抑制作为生成LDI或HDI的原因的固态杂质下落并混入炉缸11和水冷铸模12中的问题，由此，可以有效地抑制钛锭品质的劣化。

另一方面，遮蔽部件20还起到了捕集部件的作用，即如上所述，在从翅片状部件17的下表面析出并固化的钛或杂质因无法承受其自重而落下的情况下，利用该遮蔽部件的上表面对其进行捕集。

另外，上述遮蔽部件20也可以由氧化钙或氧化钇、或者它们的复合陶瓷制成。在此情况下，遮蔽部件20的温度还是优选保持在1000～1600℃，更优选为1300～1600℃的高温区域。另外，在用上述陶瓷制成遮蔽部件20时，优选安装加热器来将遮蔽部件的温度保持在上述温度范围内。通过将遮蔽部件20保持在该高温区域内，可以抑制钛蒸气的冷凝、析出，结果，可以有效地抑制杂质混入锭中。

到达被保持到该温度的遮蔽部件20的钛蒸气的一部分在遮蔽部件20的表面冷凝，但是，大部分的钛蒸气还是保持着气相状态沿着遮蔽部件20的内表面向斜下方流动，并被排出到未图示的炉外。

图3是表示本发明的第三实施方式的优选电子束熔化装置10c的侧视图。在图3所示的实施例中，将从炉缸11和水冷铸模12内的钛熔池中蒸发的钛蒸气或杂质以高温状态导入到冷凝管21中，该冷凝管21独立于熔化装置10而设置于排气部的下游侧，使钛蒸气或杂质在冷凝管21内冷却并将其分离回收。在该实施例中，配置两个电子枪13、22，使来自电子枪13的电子束13a向水冷铸模12的钛熔池照射，并使来自电子枪22的电子束22a向炉缸11的钛熔池照射。在该图中，原料供给部表示炉缸11左侧的区域，原料熔融部表示从炉缸11的左端到由炉壁15和顶壁16构成的末端变细形状的锥部左侧部分的区域，排气部表示上述锥部区域。

在图3所示的电子束熔化装置10c中，不仅在顶壁16的内表面上，在炉壁15的内表面上也配置有加热到高温的具有耐腐蚀性的加热板23。加热板23优选预先保持在从熔池蒸发的钛蒸气难以在加热板23冷凝的高温区域。具体地说，优选预先保持在1000～1600℃左右，而且预先保持在不达到钛熔点的温度这一点是非常重要的。通过保持在这样的高温区域内，可以使得大部分的上述钛蒸气或杂质不会在加热板23冷凝而是被导入冷凝管21。因此，杂质等可不混入炉缸11和水冷铸模12中，而在冷凝管21内成为附着物23或堆积物25后被分离回收。加热板23优选由能够耐受上述高温区域的钼或钽构成。

另外，在冷凝管21的下游设置未图示的其它冷凝管，可以更高效地进行钛蒸气或杂质的回收。通过采用上述结构的装置，可以抑制到达设置在冷凝管21下游的真空排气设备26的金属粉或粉尘的量，可以延长真空排气设备26的寿命。

图4是表示本发明的第四实施方式的优选电子束熔化装置10d的侧视图。图4所示的电子束熔化装置10d是从图1至图3的视角的直角方向看到的示意图，如此观察时炉缸11和原料供给部位于里侧。在电子束熔化装置10d中，在顶壁16的内壁上可拆装地设有顶部炉衬31。同样地，在炉壁15的内表面上可拆装地设有侧壁炉衬32，在底壁的内表面可拆装地设有底部炉衬34。图1所示的翅片状部件17的结构也适用于上述顶部炉衬31。

在电子束熔化装置10d中，从保持于炉缸11内的熔融钛和水冷铸模12内的钛熔池中生成的一部分钛蒸气附着于顶部炉衬31、侧壁炉衬32和底部炉衬34上。在完成锭的熔制时，可拆解熔化装置，将各炉衬更换成新的炉衬，再组装熔化装置而将其用于下一钛锭的熔制。在现有的熔化装置中，需要在每次完成锭的熔制时对附着在内壁上的附着物进行清洗去除的维护工序，从而导致熔化装置的开工率低。但是，在本发明中，却可以显著地提高熔化装置的开工率。而拆下的炉衬可以在其它工序中进行附着物的清洗去除并使之能够再利用。

下面对各炉衬进行详细说明。

1.顶部炉衬

在钛的熔化工序中产生的钛蒸气中包含有低熔点金属等杂质成分，因此，不希望因该蒸气附着而生成的析出物混入到铸模内。在各炉衬中，侧壁炉衬和底部炉衬的附着物因其位置关系而使得析出物不易下落到铸模内，从而难以直接对锭产生不良影响，而对于配置于熔融钛上方的顶部炉衬，若任由析出物附着，则随着析出的进行会出现因析出物的自重而下落到熔融金属中的问题。为此，优选采用熔融金属析出物在附着后难于下落的结构。

例如，优选设置上述翅片状部件。上述翅片状部件优选如图1所示那样从顶壁向水平方向延伸。另外，更优选的是，上述翅片状部件的末端部向上方弯曲。通过采用这样的结构，可以有效地抑制附着物的落下。

另外，作为其它方式，优选平面地配置金属制的网状结构。若顶部炉衬采用网状结构，则析出物就会钩挂在凹部中，与采用板状结构的顶部炉衬时相比，析出物难于落下。网的材质可以选用不锈钢，但是，若选用不锈钢会导致对产品的污染的话，也可以选用钛材。通过采用这样的结构配置，可以有效地抑制附着于顶部炉衬并成长的析出物的落下。

顶部炉衬优选可相对于顶部比较容易地拆装的结构。例如优选采用利用螺栓固定或利用钩的安装结构。通过采用这样的安装结构，利用例如起重机就可较容易地拆装顶部炉衬。结果，可有效地抑制拆装顶部炉衬时附着物的落下。

2.侧壁炉衬

侧壁炉衬安装在主体的内壁部，与顶部炉衬同样地优选采用容易拆装的结构。具体地说，优选采用螺栓固定或能够用钩卡合的结构。

侧壁炉衬的材质优选金属，优选由耐腐蚀性优良的不锈钢构成。另外，在对杂质的污染要求的非常苛刻的情况下，优选由钛材构成。在来自炉缸或者铸模的辐射热小从而温度不上升的部位，也可以采用耐热性的合成树脂来构成。由于合成树脂的耐腐蚀性强，故适于水洗干燥处理。

更优选的是，在侧壁炉衬的下端卡合配置图4所示那样的附着物承接部33。在析出于侧壁炉衬表面的附着物下落的情况下，可以通过配置这样的附着物承接部33来有效地对附着物加以回收。结果，可以有效地抑制附着物下落到熔化炉的底部。而且，通过回收、精炼该回收的附着物，可以将其作为钛原料加以再利用。

侧壁炉衬可以构成为金属板状结构，但是也可以与顶部炉衬同样地采用网状结构。通过将侧壁炉衬制成网状结构，可以有效地抑制附着物的下落。

3.底部炉衬

底部炉衬安装于电子束熔化装置10d的底部，优选采用尽量覆盖熔化炉的整个底部的结构。这是因为采用这样的结构可以有效地回收拆装顶部炉衬和侧壁炉衬时下落的附着物。

为了使底部炉衬具有上述功能，可以采用金属，但是，也可以采用例如具有耐热性的合成树脂来构成。通过用这样的合成树脂来构成底部炉衬，可以形成形状顺沿于电子束熔化装置10d底部形状的炉衬。

合成树脂可以用例如氯乙烯或苯乙烯系的树脂来构成，但是，也可以采用FRP来构成。由于FRP轻量且具有一定强度，故适于作为本发明的底部炉衬的构成材料。

通常，熔化装置底部因设置铸模及其固定部件等而形成具有凸凹的稍复杂的形状，为了设置能与这样的底部相对应的底部炉衬，可以用先进行底部的仿型、再将合成树脂注入该模内的方法来形成底部炉衬。通过用这样的方法来构成底部炉衬，能够使底部炉衬成为与熔化装置的底部紧密接触的状态。

4.实际的操作方式

由于存在因从炉衬的间隙泄漏的钛蒸气而导致析出物出现在熔化装置的内壁的情况，所以在将所有的炉衬从熔化装置拆下后，有时也希望根据需要对熔化装置主体进行清扫。在判断没有因附着物而对内部造成污染的情况下，在将具有附着物的炉衬拆下后，可以直接将预先完成了维护的更换用的各炉衬安装到熔化炉主体内表面。

在完成了炉衬的安装后，使顶部与主体相卡合，然后对炉内进行减压抽吸。在确认炉内达到既定的真空度后，可以从电子枪向保持在水冷炉缸和铸模内的残余部分照射电子束，开始上述熔化作业。

如上所述，在第四实施方式中，在熔化工序结束后，通过拆开电子束熔化装置10d、拆下上述炉衬、而后安装准备好的新炉衬，就可以进行下一熔化工序。而以往，在拆开熔化装置之后，要用人手来去除堆积在熔化装置的顶部和内壁上的附着物，这种作业需要5～7天左右的时间，从而成为装置的开工率低的主要原因。

这样，通过采用第四实施方式的利用了炉衬的熔化装置来进行金属的熔化，可以大幅地减少锭熔制结束后的维护时间，结果，起到了可以显著提高熔化炉的生产率的效果。另外，也减少了清洗熔化炉内表面的频率，从而也起到了有效地避免因腐蚀而导致熔化炉的寿命变短的效果。

实施例

下面示出本发明的实施例来验证本发明的效果。

[实施例1]

分别采用图1至图3所示结构的装置来进行用电子束熔化1000kg的海绵钛而获得钛锭的操作。分别采用各装置反复进行五次该操作，然后对生成的钛锭中的LDI进行调查，并未在任何一个钛锭中检测出LDI。LDI是通过将生成的锭锻轧成薄板、并利用X射线透视来进行观察而得到的。

[比较例1]

在图1所示结构的装置中，采用并未在炉壁15和顶壁16上加衬、并且在顶壁16上未设有翅片状部件17的装置，与上述发明的示例同样地得到钛锭，然后检查钛锭中是否含有LDI，此时，在五次的熔化试验中、分别在第一次和第四次熔制的锭中各检测出一个粒径为1～2mm左右的LDI。

[实施例2]

采用图4所示的本发明的具有顶部炉衬、侧壁炉衬和底部炉衬且功率为2000KW的电子束熔化装置10d，熔制15根10t/根的钛锭。等待炉内温度降低到室温，拆开炉体，然后按顺序拆下顶部炉衬、侧壁炉衬和底部炉衬。然后，清扫炉内，接着将维护完毕的各炉衬安装到熔化装置10d的内表面来组装熔化装置10d，从而完成下一熔化工序的准备。这一过程所需的时间为3天。

从熔化装置拆下的炉衬在炉外进行研磨、水洗干燥，使之用于下一组装。

[比较例2]

除了没有安装本发明的炉衬以外，在与实施例2同样的条件下进行熔化工序。在熔化工序结束后，对内部进行清扫、水洗、干燥。然后，组装熔化装置，使之用于下一熔化工序。这一过程所需的时间为6天。

从上述实施例2和比较例2可知，本发明的金属电子束熔化装置及采用该装置的熔化方法具有能够大幅地减少在熔化工序结束后对熔化炉进行维护所需的时间的效果。

本发明对希望以高水平抑制LDI的混入的用于飞机的钛锭的制造来说很有用，并且可以显著提高熔化炉的开工率地进行熔制。

Claims (14)

1.一种电子束熔化装置，是熔化高熔点金属的装置，包括供给原料的原料供给部、原料熔融部以及与上述原料熔融部相连的排气部，该原料熔融部与上述原料供给部相连并由炉壁和顶壁区划形成，并且该原料熔融部至少具有炉缸、水冷铸模和电子枪，其特征在于，利用钛或不锈钢在上述炉壁和顶壁的至少一方上加衬，并且，在上述顶壁上设有由钛或不锈钢构成的多个翅片状部件。

2.如权利要求1所述的电子束熔化装置，其特征在于，在上述炉壁上配置有遮蔽部件，该遮蔽部件从装置的侧面看从上述炉壁向装置的中央方向且向上方延伸。

3.如权利要求2所述的电子束熔化装置，其特征在于，上述遮蔽部件由熔点高于上述高熔点金属的金属或陶瓷构成。

4.如权利要求3所述的电子束熔化装置，其特征在于，将构成上述遮蔽部件的金属或陶瓷保持在不足上述高熔点金属的熔点的温度。

5.如权利要求3或4所述的电子束熔化装置，其特征在于，构成上述遮蔽部件的金属是钼或钽。

6.如权利要求3或4所述的电子束熔化装置，其特征在于，构成上述遮蔽部件的陶瓷是氧化钙、氧化钇、或者将它们复合的材料。

7.如权利要求1至6中任一项所述的电子束熔化装置，其特征在于，在上述排气部的下游侧设置有高熔点金属蒸气的冷凝管。

8.一种电子束熔化装置，是熔化高熔点金属的装置，包括供给原料的原料供给部、原料熔融部以及与上述原料熔融部相连的排气部，该原料熔融部与上述原料供给部相连并由炉壁和顶壁区划形成，并且该原料熔融部至少具有炉缸、水冷铸模和电子枪，其特征在于，在上述电子束熔化装置的内表面上设有可拆装的炉衬。

9.如权利要求8所述的电子束熔化装置，其特征在于，上述炉衬包括顶部炉衬、侧壁炉衬以及底部炉衬，它们能分别独立地相对于熔化炉进行拆装。

10.如权利要求8或9所述的电子束熔化装置，其特征在于，上述顶部炉衬由金属构成，上述侧壁炉衬和底部炉衬由金属或树脂构成。

11.如权利要求10所述的电子束熔化装置，其特征在于，构成上述顶部炉衬的金属是碳素钢、不锈钢或钛材。

12.如权利要求8至11中任一项所述的电子束熔化装置，其特征在于，上述顶部炉衬是板状结构或网状结构。

13.如权利要求1至12中任一项所述的电子束熔化装置，其特征在于，由电子束熔化的上述高熔点金属是钛、锆、铌和钒。

14.一种高熔点金属锭的制造方法，其特征在于，采用权利要求1至13中任一项所述的电子束熔化装置。

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