CN110042259A - 一种用于生产高纯钛空心铸锭的装置及方法 - Google Patents

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吴景晖
宋彦明
姚力军
雷孝吕
杜全国
王会云
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    • B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
    • B22D7/064—Cooling the ingot moulds
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Abstract

本发明涉及一种用于生产高纯钛空心铸锭的装置，其包括：用于原料进料、熔化、除杂、流料的水平熔炼坩埚；用于收集与发射电子的电子枪，电子发射后生成电子束的扫描轨迹图样；用于使熔炼物料定形与冷却的水冷铸锭坩埚和水冷柱。本发明还涉及一种生产高纯钛空心铸锭的方法，包括：开启电子枪，将原材料进料至水平熔炼坩埚；熔料结束后，流料至水冷铸锭坩埚；根据拉锭工艺进行出气泡操作，完成铸锭长度后，停止熔炼；冷却，出炉。本发明降低机械加工过程的金属损失，提高纯钛的利用率约30％‑35％；解放大量时间、劳力，提高生产产能；本发明所述的方法同样适用于纯金属以及金属合金的空心件铸造，其明显缩短工件制造流程。

Description

一种用于生产高纯钛空心铸锭的装置及方法
技术领域
本发明涉及铸锭制备技术领域，尤其涉及一种用于生产高纯钛空心铸锭的装置及方法。
背景技术
在高纯钛铸锭制备过程中，常用的方法是电子束熔炼，利用高速电子的动能转换成热能，进而使金属熔化。电子束熔炼方法对于金属纯度的保持能够起到很好的作用。
现有工艺中空心铸锭的生产一般是对电子束炉生产完成的实心高纯铸锭进行冲孔与机加工；这种加工方式不仅延长工件制造的时间、人力，还需要有大型的冲压锻造装备予以配对；现有工艺的缺点具体包括：耗费大量制造时间与成本(需耗时15天)；需要大量人力；需要相对应的锻造设备；成材率低下(利用率在40％左右)，生产周期长(20天)。
发明内容
为了克服现有技术中的问题，本发明提出了一种用于生产高纯钛空心铸锭的装置及方法，其简化现有工艺，减少机械加工流程，解决高纯钛空心工件直接铸造成型的工艺问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个目的是提供一种用于生产高纯钛空心铸锭的装置，其包括：
用于原料进料、熔化、除杂、流料的水平熔炼坩埚；用于收集与发射电子的电子枪，电子发射后生成电子束的扫描轨迹图样；用于使熔炼物料定形与冷却的水冷铸锭坩埚和水冷柱。
进一步地，所述电子枪包括左电子枪和右电子枪。
进一步地，所述左电子枪的电子束图样为空心圆环；所述右电子枪电子束图样为矩形。
进一步地，所述左电子枪和右电子枪的功率为220～250Kw，例如220Kw，230Kw，240Kw，245Kw，250Kw等。
进一步地，所述水冷柱为空心模式，其优选为具有冷水进口及出口的内部中空的圆柱形结构。
进一步地，所述水冷铸锭坩埚为内部设置水冷柱，外部设置夹层的圆柱形结构，所述夹层设置冷水进口及出口。
进一步地，电子枪是EB电子束炉的收集与发射电子的工具；电子束图样，是电子发射后受磁场调节仪器调节成相应的受热区域形状；进料，即将原材料从加料仓添加到水平熔炼坩埚的过程；除杂是指高纯原料受热熔化过程中非原材料成分蒸发，已达到除杂的效果；熔料周期，是指原料开始进料到原料完全化开完成流料这个过程。
本发明的第二个目的是提供一种采用任一上述的装置生产高纯钛空心铸锭的方法，其包括以下步骤：开启电子枪，将原材料进料至水平熔炼坩埚；熔料结束后，流料至水冷铸锭坩埚，所述水冷铸锭坩埚中央处设置水冷柱；根据拉锭工艺进行出气泡操作，完成铸锭长度后，停止熔炼；冷却，出炉。
进一步地，所述出炉后，对空心件外表面以及尺寸加工。
进一步地，所述原材料为3N5品质以上钛晶体、钛粉及海绵钛。
进一步地，开启电子枪烘烤炉体直至炉体真空达到或低于5×10-2Pa时开始进料熔炼，烘烤时间为70～100min，优选为90min。
进一步地，熔料周期为8-10分钟，两个周期之间无停顿。
进一步地，所述出气泡操作包括：重复进行下拉、上顶的操作；下拉与上顶操作之间不出现停顿，操作次数不少于5次，例如6次，7次，8次，9次等。
进一步地，所述铸锭长度受炉体料筒长度的限制，其中，所述水冷铸锭坩埚长度为1000～1500mm，所述铸锭长度为800～1200mm；更优选为：所述水冷铸锭坩埚长度为1200mm，所述铸锭长度为1000mm。
进一步地，所述冷却采用冷却水风机，水冷时间为12h-18h，出炉温度为250-350℃；更优选为，水冷时间为15h，出炉温度为280℃
进一步地，冷却水风机为2台；也可设置3台，1台备用。
本发明采用上述技术方案，具有如下技术效果：
本发明的生产方法工艺简便，成本相对低下，加工时间短，加工基础简单，且可降低机械加工过程带来的金属损失、人员消耗、加工成本等；本发明适用于纯金属以及金属合金的空心件铸造，并缩短工件制造流程；本发明的生产工艺降低机械加工过程的金属损失，提高纯钛的利用率(提高30％-35％)；解放大量时间(提前8天)、劳力，提高生产产能(现生产周期7天)。
附图说明
图1为本发明一实施例中用于生产高纯钛空心铸锭的装置示意图；
图2为本发明一实施例中用于生产高纯钛空心铸锭的方法流程示意图；
图3为本发明一实施例中原材料熔炼后的空心铸锭的外表面示意图；
其中，附图标记为：
电子枪1；扫描轨迹图样2；水平熔炼坩埚3；水冷铸锭坩埚4；水冷柱5。
具体实施方式
本发明涉及一种用于生产高纯钛空心铸锭的装置，其包括：用于原料进料、熔化、除杂、流料的水平熔炼坩埚；用于收集与发射电子的电子枪，电子发射后生成电子束的扫描轨迹图样；用于使熔炼物料定形与冷却的水冷铸锭坩埚和水冷柱。本发明还涉及采用上述装置生产高纯钛空心铸锭的方法。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例为一较佳的高纯钛空心铸锭的生产工艺，如图1所示，其采用的装置包括：用于原料进料、熔化、除杂、流料的水平熔炼坩埚3；用于收集与发射电子的电子枪1，电子发射后生成电子束的扫描轨迹图样2；用于使熔炼物料定形与冷却的水冷铸锭坩埚4和水冷柱5，其中，水冷铸锭坩埚4为一圆筒形结构，其在中央处设置与其高度相同的中空形式的水冷柱5。
本实施例中，高纯钛空心铸锭的生产工艺如图2所示，其包括如下步骤：
开始高纯钛空心铸锭的生产；
选取需添加的原材料，所述原材料为3N5品质以上钛晶体、钛粉和/或海绵钛(纯度4N钛晶体)；
开启EB左、右电子枪，其中EB左电子枪电子束图样：空心圆环；EB右电子枪电子束图样：矩形；EB左、右电子枪功率：250Kw；
开启电子枪烘烤炉体90min左右直至炉体真空达到5×10-2Pa时，开始进料至水平熔炼坩埚熔炼；
到达熔料时间(即熔料周期：9分钟，两个周期之间无停顿)，流料至水冷铸锭坩埚；
根据拉锭工艺进行出气泡操作，其中出气泡操作：重复进行下拉、上顶的操作；下拉与上顶操作最好不出现停顿，操作次数为8次；
铸锭长度受炉体料筒限制，由于坩埚长度1200mm，故铸锭长度为1000mm，完成铸锭长度后，停止熔炼；
开启两台冷却水风机，由水冷铸锭坩埚和水冷柱同时冷却后，出炉；其中水冷时间为15h，出炉温度280摄氏度；10)熔炼后的空心铸锭的外表面如图3所示；
可选地，对所制得的高纯钛空心铸锭外表面以及尺寸加工，生产工艺结束。
由上述实施例可知，本发明降低机械加工过程的金属损失，提高纯钛的利用率(提高30％-35％)；解放大量时间(提前8天)、劳力，提高生产产能(现生产周期7天)；本发明所述的方法同样适用于纯金属以及金属合金的空心件铸造，其明显缩短工件制造流程。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于生产高纯钛空心铸锭的装置，其特征在于，包括：
用于原料进料、熔化、除杂、流料的水平熔炼坩埚；用于收集与发射电子的电子枪，电子发射后生成电子束的扫描轨迹图样；用于使熔炼物料定形与冷却的水冷铸锭坩埚和水冷柱。
2.根据权利要求1所述的用于生产高纯钛空心铸锭的装置，其特征在于，所述电子枪包括左电子枪和右电子枪，所述左电子枪的电子束图样为空心圆环；所述右电子枪电子束图样为矩形；所述左电子枪和右电子枪的功率为220～250Kw。
3.根据权利要求1所述的用于生产高纯钛空心铸锭的装置，其特征在于，所述水冷柱为空心模式。
4.一种采用权利要求1～3中任一项所述的装置生产高纯钛空心铸锭的方法，其特征在于，包括以下步骤：开启电子枪，将原材料进料至水平熔炼坩埚；熔料结束后，流料至水冷铸锭坩埚，所述水冷铸锭坩埚中央处设置水冷柱；根据拉锭工艺进行出气泡操作，完成铸锭长度后，停止熔炼；冷却，出炉。
5.根据权利要求4所述的生产高纯钛空心铸锭的方法，其特征在于，所述原材料为3N5品质以上钛晶体、钛粉和/或海绵钛。
6.根据权利要求4所述的生产高纯钛空心铸锭的方法，其特征在于，开启电子枪烘烤炉体直至炉体真空达到或低于5×10-2Pa时开始进料熔炼，烘烤时间为70～100min。
7.根据权利要求4所述的生产高纯钛空心铸锭的方法，其特征在于，熔料周期为8-10分钟，两个周期之间无停顿。
8.根据权利要求4所述的生产高纯钛空心铸锭的方法，其特征在于，所述出气泡操作包括：重复进行下拉、上顶的操作；下拉与上顶操作之间不出现停顿，操作次数不少于5次。
9.根据权利要求4所述的生产高纯钛空心铸锭的方法，其特征在于，所述铸锭长度受炉体料筒长度的限制，其中，所述水冷铸锭坩埚长度为1000～1500mm，所述铸锭长度为800～1200mm。
10.根据权利要求4所述的生产高纯钛空心铸锭的方法，其特征在于，所述冷却采用冷却水风机，水冷时间为12h-18h，出炉温度为250-350℃。
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