CN110793321A - 一种用于改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置及方法，其中装置包括线圈、励磁电源，在稳弧线圈的外侧安装三组线圈，垂直并排固定且均匀分布在稳弧线圈的外侧圆周上，由励磁电源给每组线圈按三相六拍的顺序供电。采用本发明的装置及方法，可以减少了工作量、降低了能耗、成本，而且提高了铸锭成品率，进而改善了铸锭的表面质量。

Description

一种用于改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置及方法
技术领域
本发明涉及钛及钛合金冶炼技术领域，具体涉及一种在真空自耗电弧炉熔炼过程中，用于控制熔炼电弧，以提高和改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置及方法。
背景技术
目前在真空冶炼领域，行业内大多采用真空自耗电弧炉对有色金属及难熔金属进行熔炼及精炼，熔炼电源一般采用低压直流电源。自耗电极接电源负极，坩埚接电源正极，在真空环境下，通过两极之间短路引弧，进行自耗电极熔炼，将自耗电极在坩埚内熔化成钛铸锭。在熔炼过程中，通过布置在坩埚外侧的稳弧线圈产生的纵向磁场，如图1所示，使电弧产生横向压缩，阻止电弧横向游荡及扩散，防止自耗电极向坩埚壁直接放电，保证熔炼的正常平稳运行。
在稳弧线圈的作用下，电弧被横向压缩，保证了熔炼的正常平稳运行，但是无法有效控制电弧的运动轨迹，用于改善铸锭表面质量。一般情况下，在自耗炉熔炼过程中，电弧不能到达或接近熔池的边沿，在坩埚外部循环冷却水的作用下，坩埚内表面温度较低，接近坩埚内壁的熔池冷却较快，提早凝固，熔池的直径往往小于坩埚内径，铸锭表面易形成皮下及内部气孔、表面夹层等缺陷，铸锭表面质量较差。
目前，一般通过调整坩埚比、优化熔炼工艺参数等方法改善铸锭表面质量，效果不佳，铸锭表面还是需要车削加工，即扒皮处理。随着车间铸锭产量的不断增加，对铸锭表面质量的优化及改善这一需求日益迫切，简单的表面扒皮处理不但增加了工作量、能耗、成本，而且降低了铸锭成品率。铸锭表面质量的提高已成为一个需要解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案之一是：
一种改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置，包括线圈、励磁电源，其特征在于，在坩埚稳弧线圈的外侧安装三组线圈，垂直并排固定且均匀分布在稳弧线圈的外侧圆周上，由励磁电源给每组线圈按三相六拍的顺序供电。
优选地，上述线圈表面采用环氧树脂进行整体防水和绝缘处理。
优选地，由励磁电源按三相六拍的顺序给每组线圈供电，励磁电流设计为0-20A，频率为0-400Hz，电流与频率可调。
本发明采用的技术方案之二是：改善钛铸锭表面质量的电弧控制方法，其特征在于，在钛铸锭熔炼过程中，通过励磁电源给三组线圈周期性通电，线圈在坩埚内部产生一个持续的水平旋转磁场，熔炼电弧为带电粒子流，当其穿过水平旋转磁场时，在洛伦兹力的作用下，熔炼电弧会在垂直方向上产生偏转，并在水平旋转磁场的带动下不断旋转，通过调节励磁电流及线圈的转换频率，控制熔炼电弧使其偏转至熔池边沿，并沿外圆不断旋转。
优选地，励磁电源选择励磁电流为0-20A（可调）、频率为0-400Hz（可调）的电源装置，根据铸锭规格的不同，通过该装置对励磁电流及频率进行调节，以达到预期的使用目的。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：
1、通过本发明，可使熔炼电弧偏转至熔池的外圆边沿，并沿外圆不断旋转，提高了熔池整个外圆的温度，降低熔池外沿的冷却速度，使熔池外圆的杂质和气体充分的去除，使难熔杂质充分上浮，减少了皮下及内部气孔、夹杂、表面夹层等缺陷，进而改善了铸锭的表面质量；
2、采用本发明的装置及方法，可以减少一个铸锭表面扒皮的生产环节，从而减少了工作量、降低了能耗、成本，而且提高了铸锭成品率。
附图说明
图1为现有技术中稳弧线圈产生的磁场方向示意图
图2为本发明所述电弧控制装置结构示意图
图3为本发明所述三组线圈与励磁电源连接示意图
其中，1-自耗电极、2-坩埚、3-稳弧线圈、4-熔池、5-钛铸锭、6-线圈、7-电弧、8-励磁电源、9-水平磁场。
具体实施方式
现结合附图，来对本发明作进一步的阐述。以下仅为本发明的优选实现方式，并非用于限制本发明的保护范围。任何在不脱离本发明构思前提下的等同或相似替换，均应落在本发明的保护范围内。且下文中，未详述部分均应按照本领域现有技术进行。
在自耗炉正常熔炼过程中，因电弧7不能到达或接近熔池4的边沿，在坩埚2外部循环冷却水的作用下，坩埚2内表面温度较低，接近坩埚2内壁的熔池4冷却较快，外沿提早凝固，易形成铸锭表面皮下及内部气孔、表面夹层等缺陷，造成铸锭表面质量较差。
如图2-3所示，本发明通过在坩埚2的稳弧线圈3外侧安装三组线圈6，线圈6垂直安装，均匀分布在坩埚稳弧线圈3外侧圆周上。开始熔炼时，自耗电极1与坩埚2底部之间起弧，自耗电极1在电弧7的作用下，不断熔化，在坩埚内建立熔池4，熔池4不断凝固，在坩埚2内部形成钛铸锭5，在此熔炼过程中，利用励磁电源8给三组线圈6按三相六拍的顺序供电，励磁电流设计为0-20A，频率为0-400Hz，线圈6在水冷坩埚2内部产生一个持续的水平旋转磁场，因电弧7为带电粒子流，当电弧7穿过水平旋转磁场9时，在洛伦兹力的作用下，会在垂直方向上产生偏转，并在水平旋转磁场的带动下不断旋转，通过调节励磁电源8的电流及每组线圈6的通电转换频率，控制熔炼电弧7使其偏转至熔池4边沿，并沿外圆不断旋转，以此提高熔池4外圆的温度，降低熔池4外沿的冷却速度，使熔池4外圆的杂质和气体充分的去除，使难熔杂质充分上浮，减少皮下及内部气孔、夹杂、表面夹层等缺陷，进而改善铸锭表面质量。由于三组线圈6（图3中U1\U2，V1\V2，W1/W2）整体安装在水冷坩埚2的外侧，浸泡在水中，所以线圈需要采用环氧树脂做整体防水及绝缘处理。

Claims (4)

1.一种改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置，包括线圈、励磁电源，其特征在于，在稳弧线圈的外侧安装三组线圈，垂直并排固定且均匀分布在稳弧线圈的外侧圆周上，由励磁电源给每组线圈按三相六拍的顺序供电。
2.根据权利要求1所述的改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置，其特征在于，上述线圈表面采用环氧树脂进行整体防水和绝缘处理。
3.根据权利要求2所述的改善钛铸锭表面质量的电弧控制装置，其特征在于，励磁电流设计为0-20A，频率为0-400Hz。
4.根据权利要求1或2或3所述的改善钛铸锭表面质量的电弧控制方法，其特征在于，在钛铸锭熔炼过程中，通过励磁电源给三组线圈周期性通电，线圈在坩埚内部产生一个持续的水平旋转磁场，熔炼电弧为带电粒子流，当其穿过水平旋转磁场时，在洛伦兹力的作用下，熔炼电弧会在垂直方向上产生偏转，并在水平旋转磁场的带动下不断旋转，通过调节励磁电源的电流及每组线圈的通电转换频率，控制熔炼电弧的偏转角度使其偏转至熔池边沿，并沿外圆不断旋转，提高熔池外圆的温度，确保熔池整个外圆温度较高，降低熔池外沿的冷却速度，使熔池外圆的杂质和气体充分的去除，使难熔杂质充分上浮，减少了皮下及内部气孔、夹杂、表面夹层等缺陷，进而改善了铸锭的表面质量。
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