电子束冷床炉发展简况及熔炼工艺探讨

简述了电子束冷床炉(EBCHR)发展现状及工作原理,并对熔炼工艺进行了探讨。     

2400KW电子束冷床炉熔炼纯钛生产实践及工艺控制

介绍了宝钛集团2400KW电子束冷床炉的基本结构,电子枪的工作原理以及生产钛及钛合金铸锭的生产实践和工艺控制,通过对设备的消化吸收和自主创新,目前该电子束冷床炉已经实现工业化生产,铸锭质量优良,生产工艺技术水平先进。     

电子束冷床炉熔炼TA15钛合金的工艺技术

在工业化条件下,利用电子束冷床熔炼炉(EB炉)一次熔炼制备TA15钛合金铸锭,对熔炼工艺参数与铸锭化学成分均匀性之间的关系进行分析,采用赫兹-克努森-朗缪尔定律对熔炼过程中Al、Zr元素的挥发规律做简要的数值分析,并与实际挥发规律进行比较分析。结果表明:在EB炉熔炼过程中,Al、Zr元素的挥发规律符合朗缪尔定律;其中,Al元素挥发严重,理论挥发率为18.69%,实际挥发率为15.33%;Zr元素挥发率相对较低,理论挥发率为2.80%,实际挥发率达到3.33%;Ti基体的理论挥发率为2.86%。EB炉熔炼功率、真空度及各工艺参数之间的匹配性是影响Al、Zr元素挥发的关键因素;通过合理的工艺参数制备的铸锭整体化学成分均匀性良好。     

Ti6242钛合金电子束冷床熔炼(EB)技术

利用3 150 kW型电子束冷床熔炼(EB)炉制备Ti6242钛合金大规格扁锭,采用Langmuir定律建立了Ti6242钛合金EB熔炼过程熔体中各元素饱和蒸气压及挥发规律的数学模型,分析了熔炼工艺参数与铸锭化学成分均匀性之间的关系。结果表明:Ti6242钛合金EB炉熔炼过程中Al、Sn元素挥发严重,实际挥发率分别为12.27%和7.86%,与挥发模型吻合度较高(理论挥发率分别为11.68%和9.825%)。3 150 kW型电子束冷床熔炼(EB)炉的最佳熔炼速度为1.28×10~(-4) m/s(即700 kg/h),在此工艺下铸锭化学成分均匀性良好,完全符合国标GB/T 3620.1—2007的要求。Ti6242钛合金EB铸锭的低倍组织为等轴晶组织,明显不同于VAR铸锭。利用EB炉一次熔炼制备的Ti6242钛合金扁锭可用于直接轧制成形Ti6242钛合金板材,圆锭可用于制备高品质、大规格棒材,实现钛合金的低成本、短流程制备。     

日本东邦公司的1800kW电子束冷床炉

１９９７年４月日本东邦公司从日矿金属公司购进了一台输出功率为１８００ｋｗ的电子束冷床炉（ＥＢＣＨＭ炉），改造后用于钛的批量化生产．１９９８年１０月用该炉进行试生产，１９９９年４月正式将其投入运行．１炉子概况 该ＥＢＣＨＭ炉是西德ＬＥＹＢＯＬＤＨＥＲＥＡＵＳ公司制造的，１９８８年日矿公司购进，用于超合金和钽、铌、钨等高熔点金属的二次熔炼，现经东邦公司的改造，用于钛及钛合金铸锭的生产．改造后的炉子基本性能参数见表１．１．１电子束枪 该炉总输出功率为１８０ｋＷ，６００ｋＷ的高压电源３根，装有６００ｋＷ的…     

电子束冷床熔炼工艺参数对TC4钛合金Al元素挥发的影响

研究不同熔炼工艺参数对电子束冷床熔炼TC4钛合金过程中Al元素挥发的影响规律.结果表明:原料为真空自耗电弧(VAR)一次锭时,二次铸锭经电子束冷床熔炼获得;在轴向上,从铸锭的顶部至底部,Al元素的含量呈下降的趋势,并且随着熔炼速度的降低,其下降趋势更为明显;在径向上,铸锭的元素分布均匀.熔速为100 kg/h时,铸锭成分控制效果最佳,最接近TC4合金的名义成分.初始原料为电极块(添加单质Al)时,Al元素在原料熔化阶段发生较严重的挥发,且挥发量随着原料中单质Al含量的增加而增加.研究凝壳发现,从原料熔化侧至钛液流出侧,凝壳中Al元素的含量逐渐减少.     

电子束冷床炉熔炼TC18钛合金过程中元素挥发研究

采用BMO-25型电子束冷床炉(EB炉)熔炼TC18钛合金铸锭,利用Langmuir定律建立了熔炼过程中各组元饱和蒸气压及挥发规律的数学模型,并根据实测挥发率对TC18钛合金各组元的活度系数进行验证性分析。结果表明：通过数学模型获得的活度系数及挥发率能够较好地匹配实际熔炼过程,理论挥发率与实测挥发率吻合度较高。EB炉熔炼TC18钛合金过程中,Al、Cr元素挥发明显,实测挥发率分别为12.06%～18.27%和30.77%～37.16%。将Al、Mo、Cr补加率分别设为15.6%、4.25%、30%,并通过控制熔炼电流使熔炼速度稳定在178 kg/h左右,由此所获得的TC18钛合金铸锭化学成分均匀性良好,符合GB/T 3620.1—2016要求。     

电子束冷床熔炼TC4合金元素挥发机制研究

建立了TC4合金电子束冷床熔炼过程熔体中各元素饱和蒸气压的数学计算模型,利用该模型计算了TC4合金熔体中各元素的饱和蒸气压及其挥发速率,与实验结果基本一致。计算结果表明,在相同温度下,Al元素的饱和蒸气压最大,是其它两种元素的几百倍,挥发损失也最为严重。随着熔体温度的增加,挥发趋势也增大。V元素的挥发很少,可以忽略。此外,电子束冷床熔炼去除杂质效果显著,熔炼出的铸锭成分符合国家标准。     

钛合金电子束冷床熔炼技术的发展现状

钛合金具有比强度高、耐高温、耐腐蚀性能好等优点,在许多领域已经得到了广泛的应用.综述了钛合金熔炼技术的研究进展,并介绍了电子束冷床的原理及优点和其去除高、低密度夹杂以及控制Al元素挥发的技术现状.     

冷床炉熔炼技术

冷床炉熔炼是先进熔炼技术,它是生产钛、超合金和难熔金属优质铸锭的重要手段.本文对冷床炉熔炼技术的发展背景、冷床炉的结构和工作原理、冷床炉熔炼的特点与优势、冷床炉熔炼的关键问题以及冷床炉的应用进行了综合评述.     

Ti64合金的电子束冷床熔炼研究(英文)

电子束冷床熔炼工艺作为一种新熔炼技术,可应用于生产航空发动机转动件用优质钛合金和回收残钛.利用500 kW电子束冷床熔炼设备,研究了熔炼速度与Ti64合金铸锭化学成分和TiN夹杂溶解速度的关系.熔炼速度分别为70,100,140 kg/h时,Al挥发损失分别为22%、16%、12%.经超声探伤,在熔炼电极中加入的TiN夹杂能够全部消除.所熔炼的铸锭外部是均匀的柱状晶粒,心部是细小的晶粒.     

TC4合金的电子束冷床熔炼热平衡计算

通过对TC4合金电子束冷床熔炼过程热平衡的计算和实验验证,为制定合理的熔炼工艺提供了理论依据。结果表明,对于100kg/h的熔炼速度,维持冷床液态熔池表面125℃过热和结晶坩埚内100℃过热的条件下,熔炼原料的功率为70kW,维持冷床内液态熔池的功率为122kW,维持结晶坩埚良好凝固温度的功率为62kW。在此功率熔炼时冷床内液态熔池表面温度和计算吻合。     

TC16钛合金板材冷轧工艺及组织性能研究

进行了TC16钛合金板材多道次冷轧试制,利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段研究了变形量对冷轧板材微观组织与力学性能的影响。结果表明:α+β两相TC16钛合金板材冷轧加工是可行的,其极限冷变形量达到79%,冷轧板材表面无裂纹。大幅度冷轧变形后,TC16钛合金组织为分布均匀的纤维状结构,且存在极少量未充分变形的α晶粒,并伴有应变诱导的α″马氏体相产生;抗拉强度和显微硬度均得到较大程度的提高,发生明显的冷形变强化。     

TC4合金电子束冷床熔炼过程中LDI和HDI的去除

通过添加人工夹杂,研究了TC4合金电子束冷床熔炼(EBCHM)过程中LDI和HDI夹杂的溶解和沉淀去除.结果表明,高温下TiN与基体钛之间存在扩散反应,从而使TiN在一定时间内可溶解于基体钛中,尺寸2.5 mm的TiN粒子可在1800℃,5 min时间内完全溶解消失.氮化的海绵钛粒子和WC粒子在冷床中有足够的时间溶解上浮/下沉,达到完全去除的目的.EBCHM去除LDI和HDI的精炼机制为溶解和密度差作用.     

电子束冷床炉单次熔炼TA10合金热连轧板坯

针对目前VAR法制备TA10合金铸锭后续加工卷板存在的不足,初步分析电子束冷床炉熔炼过程中的组元挥发机理,研究TA10合金在电子束冷床炉上的单次熔炼工艺。结果表明,经电子束冷床炉单次熔炼的TA10合金热连轧板坯化学成分均匀,铸锭宏观组织均匀,满足卷板的后续加工要求。     

电子束冷床熔炼TC4钛合金铸锭凝固过程有限元模拟

利用ProCAST有限元软件对电子束冷床熔炼TC4钛合金铸模凝固过程进行数值模拟,研究了不同浇注速度下温度场的分布规律、预测组织缺陷分布以及晶粒尺寸大小。结果表明,相同浇注温度下,随着浇注速度的增大,铸锭凝固过程中达到稳态所需的时间明显缩短,且无冷隔及浇不足等缺陷出现;缩孔缩松量逐渐增大,且主要分布于铸锭的侧表面及冒口位置;初生枝晶半径和二次枝晶臂间距逐渐增加,凝固组织变得粗大,细晶区域明显减小。在本试验条件下,浇注温度为1 760℃时,选择100 kg/h作为最佳浇注速度,在保证生产效率的同时,可以获得组织细小、冶金质量优良的钛合金铸锭。     

钛合金电子束冷床熔炼时TiN的去除和Al的挥发损失控制

在生产洁净、无偏析的优质钛铸锭方面,EBCHM技术近20年来发展迅速。利用其单独设置的冷床和夹杂粒子与钛液的密度差,EBCHM炉的除杂能力,特别是消除LDI和HDI的能力得到了公认。研究证明,TiN粒子的溶解速率不仅与其密度和直径有关,而且也与熔池温度、滞留时间及熔体的流动性有关;要保证TiN粒子溶解,应尽可能提高熔池温度,增加熔体在冷床中的滞留时间。另一方面,随着熔池温度的升高和熔体滞留时间的延长,钛合金中Al等高蒸气压元素的挥发损失的增加,也成为必须研究和解决的问题。对此,不仅有工艺上的研究,也有数值模拟,并在这两方面得出了较为一致的结果。