发布时间 : 星期一 文章海绵钛真空自耗电弧熔炼钛（合金）锭工艺与设备 - 乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都 - 图文更新完毕开始阅读dd87eb900740be1e640e9a1c
图4.9.6 真空等离子焊箱
图4.9.7 真空自耗电极电弧炉
4. 熔炼
（1）熔炼过程概述
圆饼状海绵钛经焊接成较长的圆柱状海绵钛电极后，就可放入真空自耗电极电弧炉的电极把持器中，调整好电流参数后即可开始真空熔炼，以除去杂质。真空自耗电极电弧炉如图4.9.7所示。
熔炼过程中，钛阴极不断熔化滴入水冷铜坩埚，借助于吊杆传动使电极不断下降。为了熔炼大型钛锭，采用引底式铜坩埚，随着熔融钛增多，坩埚底逐渐向下抽拉，熔池不断定向凝固成钛锭。
由于熔炼过程在真空下进行，而熔炼的温度高于钛的熔点，熔池通过螺管线圈产生的磁场对熔化的钛有强烈的搅拌作用，因此，海绵钛内的H2极易挥发，杂质和残余盐类会大量排除，故熔炼过程有一定得精炼作用。
熔炼工艺操作过程可概述如下：以海绵钛或加入合金元素的海绵钛为原料而压制成自耗电极，夹在电极杆上(为直流电源的负极)，于真空或惰性气体氛围中使之与水冷铜坩埚(直流电源的正极)上的引弧料间产生电弧，依靠电弧的热量将自耗电极熔化，熔化的
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电极以液滴形式进入坩埚，形成熔池，熔池表面被电弧加热，始终呈液态，而底部和周围受水强制冷却产生自下而上的结晶过程，不间断地以适当的速度下降电极，以保持电弧熔炼的持续进行，直至自耗电极熔化耗尽，熔炼阶段结束。该过程按时间排列，又可分为装炉、熔炼和出炉三阶段。
（2）工艺操作要点
实际工艺操作要点如表4.9.2所示。
表4.9.2 真空自耗电极电弧炉操作要点
工艺
工艺程序
名称
坩埚的清理和检查 铸锭底垫的准备 引弧料 的制备 电极的 调整 二次熔炼电极安装 侧弧的
熔 炼
处理 电极短路的处理
内容
坩埚的法兰盘、内壁和底座都要用砂纸打磨光滑并用棉纱擦干净。认真检查坩埚的法兰盘与内壁的焊缝及其各部分的表面有无被电弧击中的烧伤痕迹或凹坑。如凹坑大而深
则不能使用
用同一牌号的电极残头放在坩埚底部作为底垫或配制一份与待熔炼的自耗电极成分相同的合金包和海绵钛摊放在坩
埚底部作为底垫 在底垫上放置由铝箔折叠而成的大约30mm高的三角形引弧
料 自耗电极与坩埚壁之间的周围间隙应一致，一般为30～
40mm 为使化学成分均匀，将一次熔炼得到的铸锭作为自耗电极进行二次熔炼并将一次铸锭颠倒装卡，使其底部与电极夹头连接。一般，二次铸锭的直径=一次铸锭的直径+两倍间
隙尺寸 如果在电极与坩埚壁之间产生侧弧，多半是由电极偏移或电弧太长造成的，应加快电极下降的速度，缩短电弧 电极下降速度太快，容易产生短路，此时应迅速改变电极运动方向，向上提升，待电弧正常后应保持恒定速度下降。如果来不及提升电极，电极端部就会与熔池凝固在一起，这时只能待铸锭冷却后取出铸锭和电极，再将两者分
开，重新装炉熔炼
电极下降速度太慢或因其他原因电弧被切断，这时必须在铸锭上部熔池冷凝后再下降电极起弧。此时因没有引弧
料，起弧困难，最好重新装炉
熔炼完毕后，电极残头温度较高，应放置在水冷炉体部分
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装 炉
电极断路的处理 电极残头
出 炉
的处理 铸锭出炉 打标记
内冷却
铸锭应冷却至较低温度出炉，避免被油腻等脏物污染 铸锭及其残头出炉后，应打上钢印标记，以免混料
（3）熔炼作业
熔炼大致分为引弧期、正常熔炼期、封顶期和冷却等四个阶段。
a. 引弧期
电弧引燃的方法是在底结晶器上面直接放置一些引弧剂(海绵钛)，并使引弧剂和自耗电极端面距离不小于15mm，一般为20-30mm。为了顺利地起弧，必须把空载电压(即开路电压)提高到70V。在空载电压下，借助于自耗电极与引弧剂之间瞬间接触而产生弧光放电进而达到稳定的电弧燃烧，造成一定量的金属熔池，为过渡到正常熔炼创造条件。
电弧长度(弧距)通常控制在25 mm～50 mm 或更大，太短会造成频繁的短路，降低铸锭质量，太长会使电弧移动，击穿坩埚壁。弧距不能超过电极和坩埚之间的最小距离。在高的电流情况下，如果电弧集中在坩埚表面某一位置就会瞬间击穿坩埚而造成严重的爆炸事件。为此应采取和安装有效的安全预防设施，包括炉子观测系统、自动断电元件、爆破口、防爆墙。
生产实际中要求引弧期尽量短并迅速形成金属熔池，以减缓电弧对底结晶器的冲击。
b . 正常熔炼期
当引弧期结束以后，逐渐增加熔炼电流，迅速转入正常熔炼期。熔炼期操作是否准确直接影响到熔炼产品的质量。待熔池覆盖坩埚底后，迅速将电流升到工艺要求的设定值，进行正常熔炼。同时要控制好电压、真空度、熔炼速率等其他工艺参数。熔炼电流一
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经确定，熔炼是否正常就取决于电弧的长度。电弧过长，热量不集中，表现为金属熔池呆滞，表面有漂浮的杂质花膜，使金属的沾污程度增加；弧长过短，会造成电弧频繁短路而使熔池温度急剧变化，同时会发生严重喷溅；弧长正常时，熔池十分清晰活跃，熔液徐徐波动并将杂质膜推向结晶器壁。
生产中，应对重熔电极和炉室彻底清理，清除外来物和炉室中的冷凝物，诸如氧化物、氯化物等。 这些是造成氧、氮含量增加、引起铸锭冶金质量问题的潜在来源。熔炼的初始电流设置应低一些，电压在30V～5OV 之间，主要取决于电极和炉室中的气体含量、电流大小、电弧间隙、电极的电阻及铸锭的尺寸。形成熔池后，将熔炼功率增加到高于主熔炼期所预定的水平，以弥补坩埚底部的激冷效应。
熔炼期间，功率应保持不变，直到熔炼末期，这时按照预定热封顶工艺降低功率，以便把锭料头部缩孔和偏析减少到最小。
熔炼时，要保证电极与坩埚间隙为50mm～80mm 或更大， 一方面确保安全性，另一方面为气体排除提供良好的通道。
真空自耗电弧熔炼的真空度一定要避开危险区。一旦出现真空度骤降，要立即采取有效措施，适当地减慢熔化速率，控制好电极的进料速度，以保持合适的弧长，防止边弧产生，待真空度回升后再转入正常熔炼。
c. 封顶期（又称补缩期）
封顶的目的是为了减少铸锭头部的缩孔和疏松区，降低钛锭的切头量，提高锭坯的成材率。从正常熔炼进入封顶后，热封顶的电流逐渐递降，分别从正常熔炼电流的1/3减低最后达1/10；热封顶时间一般占总熔炼时间的1/4～1/3。为了确定最佳封顶开始时间，
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