[发明专利]一种电子束冷床熔炼炉用低成本凝壳及其制备方法

说明书

本发明公开一种电子束冷床熔炼炉用低成本凝壳及其制备方法，凝壳为覆层结构，包括底部基层、中间过渡层以及顶部近表层，底部基层采用与熔炼金属相同基体材质的废料、残料或低纯金属，中间过渡层采用熔炼高纯金属原料、合金或与熔炼金属原料相同材质的返回料，顶部近表层采用熔炼高纯金属原料、合金或与熔炼金属原料相同材质的残料，其制备方法包括制备前准备；底部基层铺料；中间过渡层铺料；顶部近表层铺料；熔化成型，当铺设完成后进行熔炼室抽真空，达到熔炼条件后开启熔化冷床区域、精炼冷床区域、分流冷床区域的电子枪，坩埚与流道口的电子枪不开启或将该区域电子枪能量设置为0，当在冷床表面所铺原料熔化后关闭所有电子枪，即获得该凝壳。

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用低成本凝壳及其制备方法。

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。电子束炉中设有水冷铜床，原料在冷床熔化、流动至水冷铜坩埚，冷床表面铺置凝壳以避免金属熔体与铜床直接接触，从而保护铜床衬并防止被冷床材料污染。通过电子束枪对原料、凝壳的扫射，原料在凝壳表面熔化形成熔体，经过在一定尺寸的冷床区域流动，进入坩埚结晶成型。电子束照射产生的高过热度和充分的液态维持时间，促使原料中杂质元素以高低密度夹杂的形式下沉或上浮，从而分离出熔体获得高纯净度、高均匀性的高质量金属铸锭。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。

电子束冷床一般分为熔化冷床、精炼冷床、分流冷床以及坩埚区域，电子束按照设定的范围与轨迹进行照射，形成稳定的温度场以使熔融流体通过。原料在电子束能量最高的熔化冷床区域熔化，经溢流口进入面积最大的精炼冷床，熔体中杂质元素经过精炼分离后经溢流口进入分流冷床，经过分流后分别进入不同的坩埚结晶成型。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。根据各冷床区域承受电子束能量以及熔体停留时间的不同，凝壳的厚度也可以相应调整。凝壳的尺寸与冷床的规格对应，熔炼炉设计铸锭规格、熔炼效率、设计的流程长短，对应到不同的冷床与凝壳尺寸，目前大规格电子束冷床炉凝壳重量最大至近2000Kg。

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。目前，行业普遍采用每种牌号需要一种凝壳，而常见的难熔金属与合金几十余种，除自身基体材料昂贵外，还添加有很多贵金属元素，因此单个凝壳成本高，准备多个牌号凝壳后成本更高。因此需要一种低成本凝壳制备方法。

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用低成本凝壳及其制备方法，该方法利用凝壳在EB熔炼过程中不同厚度位置状态不同，将凝壳设计为覆层结构，其中底部常年为固态而采用废料或较廉价的纯金属，近表层采用熔炼金属或合金制备，显著降低凝壳制造成本。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种电子束冷床熔炼炉用低成本凝壳，所述凝壳为覆层结构，包括底部基层、中间过渡层以及顶部近表层，所述底部基层采用与熔炼金属相同基体材质的废料、残料或低纯金属，所述中间过渡层采用熔炼高纯金属原料、合金或与熔炼金属原料相同材质的返回料，所述顶部近表层采用熔炼高纯金属原料、合金或与熔炼金属原料相同材质的残料。

一种电子束冷床熔炼炉用低成本凝壳的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、制备前准备：