CN111945022B - 一种减少eb炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，属于钛合金熔炼技术领域。本发明所述方法通过在拉锭过程中短暂的停顿、反推、继续拉锭，一方面可以有效的提高拉锭速率，进而减少拉锭时间，提高生产效率；另一方面工艺简便，无需添加新的设备，降低能耗且制造成本不增加的情况下，最终获得表面质量好的钛及钛合金扁锭，以扩大钛及钛合金扁锭后续的研发应用。

Description

一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法
技术领域
本发明涉及一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，属于钛合金熔炼技术领域。
背景技术
钛及钛合金因其密度小，比强度高，耐蚀性能好而被广泛应用于航空航天、船舶、工业等领域。随着工业2025的到来，有色金属的应用需求大大增加，尤其是钛及钛合金产品，因此高效、低成本生产钛及钛合金势在必行。
目前国内外生产钛及钛合金主要是通过真空自耗电弧炉(VAR炉)和电子束冷床熔炼炉(EB炉)进行熔炼，而EB炉只需进行一次熔炼即可，还可以消除高低密度夹杂物，EB炉中共有四把电子枪，其中1#电子枪主要负责原料熔炼，2#电子枪负责熔炼及初精炼，3#电子枪负责二次精炼及溢流口位置，4#电子枪若均匀扫描可保持结晶器内扁锭液面维持一定的浇注温度。然而EB炉每次生产的扁锭都会在拉锭时耗费大量的时间，这大大的降低了生产效率，增加生产成本。本发明通过在拉锭过程中短暂的停顿，反推，从而有效的加快拉锭速度，进而节省生产时间，提高生产效率，降低成本，且生产出的钛及钛合金表面质量好，无缺陷，为后续钛及钛合金生产具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，包括以下步骤：
(1)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW，熔炼室真空度为200-500Pa。
(2)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，进而防止钛液凝固，且挥发掉杂质，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭。
(3)拉锭开始时增加4#枪功率。
(4)拉锭过程为持续拉锭，且随着拉锭时间推移，出现短暂的停顿、反推、然后继续拉锭。
(5)拉锭过程中，结晶器持续通入冷却水。
优选的，本发明步骤(3)中4#电子枪功率为280-360kW，熔炼室真空度为0.1～0.6Pa。
优选的，本发明步骤(4)每拉锭一小时，停顿3-5分钟，反推5-7分钟，然后继续拉锭。
优选的，本发明步骤(4)当拉锭时间在0-8h时，拉锭速率由15mm/min逐渐升高至30mm/min，当拉锭时间大于8h时，拉锭速率由30mm/min逐渐降低至20mm/min。
优选的，本发明步骤(5)中结晶器水流量为1500-2200L/min，水温16-30℃。
本发明的原理：发明人发现前人在拉锭过程中为持续拉锭，而拉锭过程中由于结晶器内持续通入熔融的钛液，过多熔融的钛液在结晶器内来不及凝固，形成较深的熔池，因此只能延缓拉锭速率；但是发明人发现在拉锭过程中每拉锭一小时，停顿3-5分钟，反推5-7分钟，然后继续拉锭可以有效解决这一现象，使熔融的钛液充分凝固成扁锭，进而有效提高拉锭速率，提高生产效率从而提高产量。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过改变传统的拉锭方式，即拉锭过程中短暂的停顿，反推，再继续拉锭，可以有效的减少拉锭时间，提高生产效率，降低成本，且生产出的钛及钛合金表面质量好，无缺陷。
(2)本发明采用电子束冷床炉(EB炉)一次熔炼获得的扁锭，传统真空自耗电弧炉(VAR)需要熔炼3-4次获得，EB炉熔炼能够有效的降低高低密度夹杂物，极大缩短工艺流程和制造成本，能够获得大规格扁锭。
(3)本发明所述拉锭速率为15-30mm/min，较常规拉锭提高了生产效率，节约时间，从而间接提高产量。
附图说明
图1为经本发明改良后拉锭的TA10扁锭。
图2为经本发明改良后拉锭的TC4扁锭。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，具体步骤如下：
(1)本实施例材料为TA10钛合金，锭长8149mm，拉锭时间580min。
(2)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW，熔炼室真空度为277Pa。
(3)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭。
(4)拉锭开始时增加4#枪功率，功率为280kW，熔炼室真空度为0.1Pa，拉锭过程为持续拉锭，每拉锭一小时，停顿3分钟，反推7分钟，然后继续拉锭，当拉锭时间在0-8h时，拉锭速率由15mm/min逐渐升高至30mm/min，当拉锭时间大于8h时，拉锭速率由30mm/min逐渐降低至20mm/min，拉锭速率随时间的变化情况如表1所示。
(5)拉锭过程中，结晶器水流量2000L/min，进水温度21-25℃，出水温度22-28℃，温差1-4℃。
具体参数如表1所示，本实施例制备得到的TA10钛合金扁锭，成材率为89.1％，外形波纹小且整齐。
表1经本实施例改良后TA10钛合金扁锭拉锭工艺
Figure BDA0002626193290000031
对比例1
(1)本实施例材料为TA10钛合金，锭长7525mm，拉锭时间1080min；
(2)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW，熔炼室真空度为277Pa；
(3)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭；
(4)拉锭开始时增加4#枪功率，功率为280kW，熔炼室真空度为0.1Pa，拉锭过程为持续拉锭，拉锭速率随时间的变化情况如表2所示。
(5)拉锭过程中，结晶器水流量2000L/min，进水温度24-25℃，出水温度25-28℃，温差0.5-4℃。
具体参数如表1所示，本实施例制备得到的TA10钛合金扁锭，成材率为89.3％，外形波纹小且整齐。
表2 TA10钛合金扁锭常规拉锭工艺
Figure BDA0002626193290000041
通过对比实施例1和实施例1的对比，可以看出采用实施例1的方式可加快拉锭速率，节约生产时间，进而提高生产效率，降低成本，对比实施例1中如果采用实施例1中的快速拉锭则会出现大量缺陷，表面及其不光滑。
实施例2
一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，具体步骤如下：
(1)本实施例材料为TC4钛合金，锭长8613mm，拉锭时间610min；
(2)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW，熔炼室真空度为328Pa；
(3)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭；
(4)拉锭开始时增加4#枪功率，功率为360kW，熔炼室真空度为0.6Pa，拉锭过程为持续拉锭，拉锭过程为持续拉锭，每拉锭一小时，停顿5分钟，反推5分钟，然后继续拉锭，当拉锭时间在0-8h时，拉锭速率由15mm/min逐渐升高至30mm/min，当拉锭时间大于8h时，拉锭速率由30mm/min逐渐降低至20mm/min，拉锭速率随时间的变化情况如表3所示。
(5)拉锭过程中，结晶器水流量2100L/min，进水温度21-25℃，出水温度23-28℃，温差1.5-4℃。
本实施例制备得到的TC4钛合金扁锭，成材率为89.8％，外形波纹小且整齐。
表3经本实施例改良后TC4钛合金扁锭拉锭工艺
Figure BDA0002626193290000051
对比例2
常规EB炉熔炼钛及钛合金扁锭的方法，具体步骤如下：
(1)本实施例材料为TC4钛合金，锭长8436mm，拉锭时间1140min；
(2)待钛液流入结晶器时开启4#枪，功率为50kW，熔炼室真空度为328Pa；
(3)将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭；
(4)拉锭开始时增加4#枪功率，功率为360kW，熔炼室真空度为0.6Pa，拉锭过程为持续拉锭，拉锭速率随时间的变化情况如表4所示。
(5)拉锭过程中，结晶器水流量2100L/min，进水温度21-25℃，出水温度23-28℃，温差1.5-4℃本实施例制备得到的TA10钛合金扁锭，成材率为89.2％，外形波纹小且整齐。
表4 TC4钛合金扁锭常规拉锭工艺
Figure BDA0002626193290000052
Figure BDA0002626193290000061
通过对比实施例2和实施例2的对比，可以看出采用实施例2可加快拉锭速率，节约生产时间，进而提高生产效率，降低成本，对比实施例2中如果采用实施例2中的快速拉锭则会出现大量缺陷，表面及其不光滑。
图1和图2是本发明实施例1和2制备得到的锭，可以看出用本实施例方法进行拉锭得到表面质量好的扁锭，无明显差异；且本发明会降低生产周期，从而提高生产效率，降低成本。

Claims (4)

1.一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）待钛液流入结晶器时开启4#枪；
（2）将4#枪照射在结晶器内已覆盖钛液的位置，进而防止钛液凝固，且挥发掉杂质，待钛液完全覆盖结晶器时开始拉锭；
（3）拉锭开始时增加4#枪功率；
（4）拉锭过程为持续拉锭，且随着拉锭时间推移，出现短暂的停顿、反推、然后继续拉锭，具体为：每拉锭一小时，停顿3-5分钟，反推5-7分钟，然后继续拉锭；
（5）拉锭过程中，结晶器持续通入冷却水；
步骤（4）当拉锭时间在0-8h时，拉锭速率由15mm/min逐渐升高至30mm/min，当拉锭时间大于8h时，拉锭速率由30mm/min逐渐降低至20mm/min。
2.根据权利要求1所述减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，其特征在于：步骤（1）中4#电子枪的功率为50kW，熔炼室真空度为200-500Pa。
3.根据权利要求1所述减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，其特征在于：步骤（3）中4#电子枪功率为280-360kW，熔炼室真空度为0.1~0.6Pa。
4.根据权利要求1所述减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭拉锭时间的方法，其特征在于：步骤（5）中结晶器水流量为1500-2200L/min，水温16-30℃。
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