电子束冷床炉纯钛熔炼成分均匀性控制措施的研究

随着电子束冷床熔炼炉（EB炉）在世界范围内钛行业的普遍应用，其作为一种先进的钛及钛合金熔炼设备，具有真空自耗电弧炉VAR炉不可比拟的优势。由于EB炉在＜0.1Pa的真空度下工作，可以有效避免熔炼过程中的增氧增氮，并具有良好的脱氢能力，氧氮含量基本和原材料保持一致，氢含量均≤0.001%。同时冷床结构能够有效去除原材料中的高、低密度夹杂，从而生产出优质的成分均匀的高纯钛铸锭。

某公司EB炉功率3600kW，德国制造，一炉双锭，可以直接生产200mm×1290mm×Lmm和200mm×1065mm×Lmm规格的扁锭，表面质量优于锻坯质量，可以不经锻造直接进行轧制。但是冷床结构注定原料熔化和铸锭成型是分离的，钛液在冷床凝壳表面流动过程中，凝壳表面化学成分不可避免会影响到铸锭的化学成分，特别是铸锭尾部。如果不进行控制的话铸锭尾端化学成分会出现一定的波动，进而造成热轧及冷轧产品力学性能的波动。

影响凝壳成分的主要原因有：①清炉后第一炉熔炼；②放气维修重抽真空后第一炉熔炼；③凝壳边部冷凝物电子束熔化清理后熔炼；④牌号更换后第一炉熔炼。这些原因均会造成铸锭尾部300～400mm以内，氧、氮含量的轻微增加，△O%约为0.03，△N%约为0.002。虽然能够满足国标要求，但是应尽量避免。

为此，科研人员通过在熔炼开始阶段对冷床凝壳熔池深度和液位高度的控制技术的研究，制定了2种试验方法，优化电子枪工艺，将成分波动的范围控制在铸锭熔炼起始200mm之内。试验均要求在熔炼开始前进行凝壳边部冷凝物熔化清理及凝壳内钛液彻底排空。

试验方法1：增加熔深→凝壳钛液排空降低液位→关闭电子枪5分钟凝壳凝固→降低熔深正常熔炼。

试验方法2：增加熔深→凝壳钛液排空降低液位→关闭电子枪5分钟凝壳凝固→减小冷床凝壳熔池深度并抬高液位正常熔炼。

这2种试验的主要目的是通过冷床凝壳熔池深度及液位高低的控制来隔离凝壳对铸锭成分污染的持续性。试验结果表明：

（1）试验方法2能够有效地凝固并隔绝凝壳表面的污染钛液，杜绝了铸锭污染。经过批量生产验证，证明该方法可以有效地控制纯钛铸锭化学成分的均匀性。

（2）此研究不仅对纯钛有效，对合金熔炼也有参考意义。并且对其他类型的冷床熔炼炉（如等离子冷床熔炼炉）同样具有参考意义。