[发明专利]一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的方法及装置

说明书

本发明公开一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的方法及装置，属于熔炼技术领域。本发明通过改变结晶器内壁和冷却系统结构，将结晶器分为四个冷却区间，其内壁采用不同的锥度，并配备不同的冷却系统，一冷系统的位置对应结晶器中的金属液相区，二冷系统的位置对应金属的半固态区间，三冷系统的位置对应金属的高温固相区，四冷系统的位置对应金属的低温固相区，四个冷却系统共同构成结晶器的冷却系统。在不同温度区间采用不同冷却条件和不同锥度的内壁，缩小固液两相区间，进而减少大规格钛合金扁锭连续铸造的凝固过程中裂纹、缩孔缩松等缺陷的产生，提高组织的致密性，减少了扁锭表面铣去的材料，降低钛合金铸造成本，最终获得高品质、低成本的钛合金铸锭，使企业效益得到提高。

技术领域

本发明公开一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的方法及装置，属于熔炼技术领域。

背景技术

电子束冷床炉（EB炉）熔炼一种先进的金属熔炼技术，能够有效的去除熔炼过程中的杂质，提高冶炼质量，原料使用更加广泛，经过一次熔炼即可得到质量合格的铸锭，大幅降低生产成本。在EB炉熔炼大规格铸锭过程中，熔融的金属滴入冷床，经过精炼，缓缓流入带有拉锭装置的水冷结晶器中，并不断由下而上逐步凝固成锭，拉锭机构慢慢将锭从坩埚中拉出。

图1所示为结晶器内固液界面形貌示意图，其中在完全液相区内连接所有枝晶前端的等温线为液相线(见图1中黑色显示)，在完全没有液相时的临界点的连线为固相线(见图1中白色显示)。在液相线之上，为合金液相单相区；在固相线以下，合金全部已结晶完毕，为固相单相区；在液相线和固相线之间，合金已经开始结晶，但结晶过程尚未结束，为固液两相共存区(半固态区)。而半固态区越宽，靠近固相线的小晶体越易发展成为发达的树枝晶，从而在半固态区内形成一定数量的晶体骨架以及有少量液体残留在枝晶中，随着冷却的继续进行，未凝固的液体将发生液态收缩和凝固收缩，已凝固的枝晶则发生固态收缩。由于熔池金属的液态收缩和凝固收缩之和大于其固态收缩，两者之差引起的细小空洞又得不到外部液体的补充，因而形成缩孔缩松。因此，合金的半固态区越宽，产生的缩孔缩松倾向就越大。

发明内容

本发明的目的是针对现有结晶器凝固的拉锭存在裂纹、缩孔缩松等缺陷问题，提供一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的方法：在钛及钛合金扁锭凝固过程中，不同温度区间采用不同冷却条件和内壁角度，即金属液相区、半固态区间、高温固相区、低温固相区所对应的冷却速度逐渐降低，内壁角度逐渐减小，铸锭出结晶器后再进行喷水冷却。

本发明的另一目的在于提供所述方法所用装置，该装置在现有EB炉的基础上，改变结晶器冷却系统结构，在不同温度区间采用不同冷却条件，缩小固液两相区间；同时改变结晶器内壁结构，使金属在凝固过程中受到挤压从而更加致密，实现对大规格扁锭缩松缩孔等缺陷的有效调控。

所述结晶器侧壁上的冷却系统分为四个冷却区间，并对应不同的冷却系统，从上到下依次为一冷系统、二冷系统、三冷系统、四冷系统，一冷系统的位置对应结晶器中的金属液相区，二冷系统的位置对应金属的半固态区间，三冷系统的位置对应金属的高温固相区，四冷系统的位置对应金属的低温固相区，四个冷却系统共同构成结晶器的冷却系统，结晶器四个侧壁上的冷却系统为相同设置。

优选的，本发明所述一冷系统包括进水管Ⅰ1、出水管Ⅰ8、腔体Ⅰ9，腔体Ⅰ9位于结晶器的侧壁上，进水管Ⅰ1、出水管Ⅰ8均与腔体Ⅰ9连通；二冷系统包括进水管Ⅱ2、出水管Ⅱ7、腔体Ⅱ10，腔体Ⅱ10位于腔体Ⅰ9的下方，腔体Ⅰ9和腔体Ⅱ10之间通过隔板隔开，进水管Ⅱ2、出水管Ⅱ7均与腔体Ⅱ10连通；三冷系统包括进水管Ⅲ3、出水管Ⅲ6、腔体Ⅲ11，腔体Ⅲ11位于腔体Ⅱ10的下方，腔体Ⅱ10和腔体Ⅲ11之间通过隔板隔开，进水管Ⅲ3、出水管Ⅲ6均与腔体Ⅲ11连通；四冷系统包括进水管Ⅳ4、出水管Ⅳ5、腔体Ⅳ12，腔体Ⅳ12位于腔体Ⅲ11的下方，腔体Ⅲ11和腔体Ⅳ12之间通过隔板隔开，进水管Ⅳ4、出水管Ⅳ5均与腔体Ⅳ12连通，结晶器四个侧壁上对应的一冷系统、二冷系统、三冷系统、四冷系统的结构相同。