[发明专利]一种电子束冷床熔炼炉多材质通用凝壳的处理方法

说明书

本发明公开一种电子束冷床熔炼炉多材质通用凝壳的处理方法，包括以下步骤：一、当前材质原料熔炼结束后不更换凝壳，准备待熔材料原料；二、打开电子枪电子束图形设定为覆盖全部凝壳范围，将熔池周围凝壳上部的当前材质全部余料熔化；三、跳转至排空步骤，熔化冷床区域熔池中的熔体先排入精炼冷床区域，熔体沿之流动排入分流冷床与坩埚，排空至流道口位置以下不能排出为止；四、取待熔材质原料下料，熔化的待熔材质原料迅速填充各区域冷床；五、跳转至排空步骤，将待熔材质的熔融液体排入坩埚中，排空至流道口位置以下；六、重复步骤四步骤五2~3次，使得凝壳上部成分达到待熔材质的成分；七、转入正常熔炼步骤，进行待熔材质原料的连续下料和熔炼。

技术领域

本发明涉及一种电子束熔炼铸锭的制备技术，具体涉及一种电子束冷床熔炼炉多材质通用凝壳的处理方法。

背景技术

电子束冷床炉熔炼(EBCHM)是在真空状态下，利用电子束轰击产生的热量进行高温难熔金属熔炼及提纯的真空熔炼设备。电子束冷床熔炼的熔炼效率高，可熔炼获得大规格的圆形铸锭、扁锭。对于如钛、锆、铌等高温难熔金属，通过电子束冷床熔炼获得铸锭以及相应的加工材，具有效率高、成本低、质量好的优势，目前已呈逐步替代传统熔炼工艺的趋势。

电子束炉中设有水冷铜床，一般分为熔化冷床、精炼冷床、分流冷床以及坩埚区域，电子束轰击形成温度场以使熔融流体通过各个区域结晶成型。熔体流动过程中与各区域的水冷铜床之间均隔有凝壳，在流道处也有凝壳保护，以避免电子束或者熔体的高温直接接触冷床损伤设备，也避免冷床材料对于熔化原料的污染。

工业生产使用的电子束冷床炉多在2400KW以上，以追求大规格、高效率和长熔炼周期，冷床与凝壳呈大规格趋势发展。大尺寸的冷床凝壳，精炼除杂的表面积更大，精炼效果更好，同时可以有更长的熔炼周期进行多炉次熔炼，不必频繁开炉清理冷床，从而提高效率、提升产能。较大规格电子束冷床炉凝壳重量达到近2000Kg。

目前，行业普遍采用每种牌号需要一种凝壳，除单个凝壳成本高外，不同牌号的金属或合金的熔炼，需要进行凝壳的切换，生产成本成本较高。凝壳的切换要对真空熔炼室进行破空放气，并清理熔炼室，之后更换相应牌号的凝壳。生产操作几乎等同于常规的清炉过程，更换过程与重新抽真空等熔炼前准备过程往往耗时48小时以上，对产能影响很大。凝壳在熔炼中水冷条件下大部分仍为固态，仅少部分包含在凝壳上方的熔池中，熔池中绝大部分为熔化的原料，其示意图如图1所示，因此可以通过一定工艺方法替换熔池中的凝壳材料成分，以使切换熔炼牌号而不换凝壳成为可能。实现凝壳的通用处理工艺方法，则可以提高每次切换材质时10吨-50吨产能，同时也降低凝壳材料本身成本以及清理更换成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种电子束冷床熔炼炉多材质通用凝壳的处理方法，该方法利用电子束能量在不同区域的设置以及相应的熔炼工艺，使得同类金属的不同合金在同一熔炼周期可以不更换凝壳而进行连续的熔炼，减少凝壳制备数量，降低成本，同时避免停炉更换凝壳，减少炉前准备，显著提高生产效率。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种电子束冷床熔炼炉多材质通用凝壳的处理方法，主要包括以下步骤：

步骤一、待熔材质原料准备：

当前材质原料熔炼结束后不更换凝壳，准备300-500Kg待熔材料的原料；

步骤二、凝壳清理：

打开电子枪，跳转至清理步骤，电子束图形设定为覆盖全部凝壳范围，电子枪将熔池周围凝壳上部的当前材质全部余料熔化；

步骤三、熔池排空：

跳转至排空步骤，即打开各流道口处电子束图形能量，熔化冷床区域熔池中的熔体先排入精炼冷床区域，将其排空至流道口位置以下不能排出为止，将精炼冷床区域电子束图形在排空步骤设置为窄条形，熔体沿之流动排入分流冷床与坩埚，同样排空至流道口位置以下不能排出为止；