CN102776381B - 钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明的钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺包括以下步骤：当熔炼中断后重新起弧时，将熔炼电流快速提升至正常熔炼电流的75-80％，保持此时的熔炼电流；当熔池的边缘到达坩埚壁后，保持2-3min，再将此时的熔炼电流快速提升至正常熔炼电流。本发明的优势在于，使总的起弧时间大幅缩短，减小铸锭的冷却体积收缩后与坩埚壁间产生的间隙及避免铸锭冷却凝固形成的内部缩孔；当熔炼电流达到正常熔炼电流的75-80％时，保持该熔炼电流一段时间，这样可以较为准确地控制电极及已凝固熔池的熔化速度，避免瞬时产生大量的熔液流入铸锭与坩埚壁的间隙，或造成冷隔缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及钛及钛合金的真空自耗熔炼领域，更具体地讲，涉及一种钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺。
背景技术
钛及钛合金的真空自耗熔炼过程中，常常会由于各种原因导致熔炼中断，此时熔池会迅速冷却凝固。当条件允许后，又需要重新送电起弧熔炼。但目前，起弧工艺主要针对开始熔炼时，电极在坩埚底垫上的起弧，其要求快速提升熔炼电流(一般1-2KA/min)至正常熔炼电流，其目的是迅速建立熔池，减少底垫处铸锭杂质含量，并减小电弧直接冲击底垫造成的损害；但同时又要求电流提升速度也不能过快，因为电极熔化需要一定的时间，而大电流产生的电弧温度较高，对底垫的伤害会更大。
但当熔炼中断后重新起弧时，又要求尽量快速的提升电流，因为此时已不存在电弧对底垫的伤害问题，而需要尽快缩短起弧时间，减小铸锭的冷却体积收缩后与坩埚壁间产生的间隙及避免铸锭冷却凝固形成的内部缩孔。
当熔炼中断后，由于断弧，没有热源，熔池会迅速冷却凝固并收缩，使得形成缝隙。当重新起弧时，若熔炼电流提升速度过快，熔池会迅速打开，一方面，先熔化区域的溶液会流淌到未熔化区域，当熔液流到还未熔化的坩埚壁处时，由于该处降温较快，熔池会迅速凝固，在该处形成冷隔缺陷，而铸锭扒皮时又很难消除该缺陷，因此，往往造成铸锭锻造时在该处产生较大裂口；另一方面，当熔池打开过快时，熔液会流入铸锭与坩埚壁间的缝隙中并凝固，造成最终铸锭与坩埚壁间隙过小，铸锭出炉时，脱锭困难。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。
本发明的目的在于提供一种能够避免钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断后重新起弧时由于起弧工艺控制不合理造成铸锭出炉时脱锭困难、铸锭锻造时在熔炼中断位置产生较大裂口造成无法继续锻造、甚至该部分铸锭报废等问题的钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺。
为了实现上述目的，本发明提供了一种钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺，即当熔炼中断后重新起弧时，将熔炼电流快速提升至正常熔炼电流的75-80％，保持此时的熔炼电流；当熔池的边缘到达坩埚壁后，保持2-3min，再将此时的熔炼电流快速提升至正常熔炼电流。
根据本发明的钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺的一个实施例，当熔炼中断后重新起弧时，以2-5KA/min的速率提升熔炼电流。
根据本发明的钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺的一个实施例，当熔池的边缘到达坩埚壁后，以5-6KA/min的速率提升熔炼电流。
本发明的钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺的优势在于：①总的起弧时间大幅缩短，减小铸锭的冷却体积收缩后与坩埚壁间产生的间隙及避免铸锭冷却凝固形成的内部缩孔；②当熔炼电流达到正常熔炼电流的75-80％时，保持该熔炼电流一段时间，这样可以较为准确地控制电极及已凝固熔池的熔化速度，避免瞬时产生大量的熔液流入铸锭与坩埚壁的间隙，或造成冷隔缺陷。
具体实施方式
根据本发明示例性实施例的钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺，所述工艺包括如下步骤：
当熔炼中断后重新起弧时，将熔炼电流快速提升至正常熔炼电流的75-80％，保持此时的熔炼电流，待原熔池区域熔化。在重新起弧的开始阶段，仅使熔炼电流达到正常熔炼电流的75-80％而不直接升至正常熔炼电流，这样可以较为准确地控制电极及已凝固熔池的熔化速度，避免瞬时产生大量的熔液流入铸锭与坩埚壁的间隙，或造成冷隔缺陷。其中，优选地以2-5KA/min的速率提升熔炼电流至正常熔炼电流的75-80％。
首先，选择2-5KA/min的速率提升熔炼电流主要是因为这样可使得熔炼电流在提升过程中保持电弧的稳定，当熔炼电流提升至正常熔炼电流的75-80％时，能够在已凝固的铸锭的上端面(即原熔池区域)中心处产生一定的熔池。若熔炼电流的提升速率小于2KA/min时，则熔化速度过慢，熔池打开所需的时间过久，不利于提高效率；而当熔炼电流的提升速率大于5KA/min时，则会导致熔炼电流的提升过程中电弧不稳定，且当电流提升至正常熔炼电流的75-80％时，产生的熔池量较大，而熔池往往也不处于铸锭中心处，这样易产生局部熔液流淌至未熔化区域或流入缝隙中的情况。其次，当熔炼电流提升至正常熔炼电流的75-80％时，稳定一段时间，这样熔池能够以比较合适的速度从中心向坩埚壁的方向逐渐熔化，不会因熔炼电流过小(如小于正常熔炼电流的75％)使得熔池迟迟不熔化，或因熔炼电流过大(如大于正常熔炼电流的80％)导致熔池熔化过快并使熔液快速地流入铸锭与坩埚壁之间的缝隙中造成脱锭困难。其中，当坩埚直径较大时取较大的提升速率且当坩埚直径较小时取较小的提升速率，当坩埚直径较大时将熔炼电流提升至正常熔炼电流的上述范围的较小值且当坩埚直径较小时将熔炼电流提升至正常熔炼电流的上述范围的较大值。
当熔池的边缘到达坩埚壁后，保持2-3min，再将此时的熔炼电流快速提升至正常熔炼电流。采用上述分段式起弧工艺，可以大幅缩短总起弧时间，有利于减小铸锭的冷却体积收缩后与坩埚壁间产生的间隙并避免铸锭冷却凝固形成的内部缩孔。其中，优选地以5-6KA/min的速率提升熔炼电流至正常熔炼电流。当坩埚直径较大时取较大的提升速率且当坩埚直径较小时取较小的提升速率，当坩埚直径较大时取较大的保持时间且当坩埚直径较小时取较小的保持时间。
当熔池的边缘到达坩埚壁后保持2-3min是因为这时的熔炼电流只有正常熔炼电流的75-80％，其熔化速率较低，流到坩埚壁处的熔液量较少且可以快速的被冷却并凝固，使得铸锭与坩埚壁之间的缝隙逐渐缩小，当保持2-3min后，已几乎没有缝隙。但若保持时间太短，缝隙还存在，之后若快速提升熔炼电流，又可能突然产生大量的熔液并流入缝隙中；而若保持时间过长的话则没有意义，反而使得熔炼效率降低。当保持2-3min后，以5-6KA/min的速率提升熔炼电流至正常熔炼电流，主要是为了使熔炼电流快速地达到正常熔炼电流，以提高熔化效率并保证铸锭的表面质量。若此时的提升速率过慢，则会降低熔炼效率且易导致铸锭的表面质量不好，出现气孔等缺陷；若此时的提升速率过快，则可能会导致电极中突然产生较大的电流密度，对熔炼造成安全隐患。
为了更好地理解本发明、下面结合具体示例进行详细描述。
示例1：
使用Φ660mm的坩埚熔炼钛及钛合金，起弧工艺为将熔炼电流直接从5000A升至正常熔炼电流22000A，总起弧时间需要约10min。若熔炼中断后重新起弧熔炼时，工艺步骤为：使熔炼电流先从5000A升至17500A(即正常熔炼电流的80％)，时间为4min，提升速率为3.1KA/min；保持熔炼电流为17500A，待熔池的边缘到达坩埚壁后，保持2min，最后再使熔炼电流由17500A升至正常熔炼电流22000A，时间为50s，提升速率为5.4KA/min，总起弧时间不足7min。
示例2：
使用Φ835mm的坩埚熔炼钛及钛合金，起弧工艺为将熔炼电流直接从5000A升至正常熔炼电流27000A，总起弧时间需要约17min。若熔炼中断后重新起弧熔炼时，工艺步骤为：使熔炼电流先从5000A升至21000A(即正常熔炼电流的78％)，时间为4min，升温速率为4KA/min；保持熔炼电流为21000A，待熔池的边缘到达坩埚壁后，保持2.5min，最后再使熔炼电流由21000A升至正常熔炼电流27000A，时间为65s，提升速率为5.5KA/min，总起弧时间不足8min。
示例3：
使用Φ1000mm的坩埚熔炼钛及钛合金，起弧工艺为将熔炼电流直接从5000A升至正常熔炼电流35000A，总起弧时间需要约35min。若熔炼中断后重新起弧熔炼时，工艺步骤为：使熔炼电流先从5000A升至27000A(即正常熔炼电流的77％)，时间为5.5min，升温速率为4KA/min；保持熔炼电流为27000A，待熔池的边缘到达坩埚壁后，保持3min，最后再使熔炼电流由27000A升至正常熔炼电流35000A，时间为80s，提升速率为6KA/min，总起弧时间不足10min。
综上所述，本发明的钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺通过分段进行熔炼电流的提升，使总的起弧时间大幅缩短，减小铸锭的冷却体积收缩后与坩埚壁间产生的间隙及避免铸锭冷却凝固形成的内部缩孔；并且可以较为准确地控制电极及已凝固熔池的熔化速度，避免瞬时产生大量的熔液流入铸锭与坩埚壁的间隙，或造成冷隔缺陷。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明的钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (1)
1.一种钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：
当熔炼中断后重新起弧时，将熔炼电流以2-5KA/min的速率快速提升至正常熔炼电流的75-80%，保持此时的熔炼电流；
当熔池的边缘到达坩埚壁后，保持2-3min，再将此时的熔炼电流以5-6KA/min的速率快速提升至正常熔炼电流。
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