[发明专利]一种通过调节电子束冷床炉真空度控制Al元素挥发的方法

说明书

本发明提供一种通过调节电子束冷床炉真空度控制Al元素挥发的方法，在现有常规的电子束冷床炉上增设伺服电机、变频器、控制器及真空度检测装置，在控制器上设定真空度允许范围、粗调步长值V、精调步长值v及时间t；采用电源变频器和真空度实时反馈来实现真空泵驱动电机转速的实时控制，以实现维持炉内真空度稳定，进而实现Al元素挥发率稳定的目的。本发明能稳定钛合金熔炼时Al元素的挥发速率，提高钛合金铸锭中低熔点金属特别是Al元素的成分均匀性，获得钛合金产品成分偏析小，组织均匀，性能稳定性高。本发明能减小钛合金熔炼时Al元素的挥发量，减小了金属损耗及能耗。

技术领域

本发明属于钛合金熔炼工艺方法技术领域，具体涉及一种通过调节电子束冷床炉真空度控制Al元素挥发的方法。

背景技术

钛及钛合金是一种高化学活性的金属，在液态时极易和氧、氮、氢、碳反应生成脆性物质，因此钛合金熔炼必须在较高的真空度或惰性气体保护下进行。采用传统的真空自耗电弧炉(VAR)熔炼的钛合金锭常常会出现合金元素的偏析，氧化物夹杂和杂质，以及疏松缩孔等冶金缺陷，需要多次熔炼才能获得成分合格的铸锭，而且对回收料利用率极低，要获得板坯还需进行开坯锻造并切边处理，成材率相对较低，生产成本过高大大限制了钛合金的推广应用。电子束冷床熔炼技术(EB炉)真空度高，可较好解决钛及钛合金熔炼时容易存在高密度夹杂及低密度夹杂等问题，在熔炼中无需压制和焊接电极，对残料的利用率极高，并且经过一次熔炼就能得到成分均匀、组织合格的扁锭，大大降低了钛合金的生产成本，因此EB炉被广泛应用于高洁净钛及钛合金的熔炼生产。

EB炉熔炼室真空度远高于VAR炉，采用EB炉熔炼钛合金时，在较高的真空度下，常用的合金化元素Al因其熔点较低及饱和蒸气压远高于钛而极容易挥发，Al元素的挥发造成获得的钛合金锭Al元素含量达不到名义成分含量。尽管可以采用对Al元素过量投料的方法来补偿Al元素在EB炉熔炼过程中的挥发，但Al元素的挥发率往往是不稳定的，这种不稳定挥发造成获得的钛合金锭Al元素含量的不均匀性，这对钛合金锭的后续加工及终产品性能造成了极大的影响。因此，Al元素的挥发控制是EB炉熔炼钛合金的核心问题。

EB炉熔炼钛合金过程中影响Al元素的挥发的主要元素为熔炼温度、熔炼速度、拉锭速度、熔炼功率及熔炼室真空度等，本发明提出从控制熔炼室真空度的角度来实现铝元素的稳定挥发。

EB炉熔炼钛合金现有工艺中，熔炼前用固定转速电机驱动真空泵对熔炼室抽真空，当真空度达到电子枪启枪条件时启动电子枪进行预热及熔炼。整个熔炼过程中真空泵持续工作对真空室抽真空，在EB炉密封条件稳定的状态下熔炼室真空度随着熔炼进行逐渐增高，而在密封条件不稳定的条件下，熔炼室真空度则会波动。在熔炼含有Al元素的钛合金时，熔炼室真空度的持续减小或者波动会造成Al元素挥发率的波动，最终造成钛合金铸锭化学成分中Al元素的波动。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种通过调节电子束冷床炉真空度控制Al元素挥发的方法，以维持EB炉熔炼室真空度稳定的手段来实现钛合金铸锭化学成分中Al元素的稳定，达到减小成分偏析和保证产品性能的目的。

本发明通过以下技术方案实现：一种通过调节电子束冷床炉真空度控制Al元素挥发的方法，包括下列步骤：

(1)在现有常规的电子束冷床炉(EB炉)上增设伺服电机、变频器、控制器及真空度检测装置，其中，所述伺服电机与电子束冷床炉的真空泵相连，伺服电机还依次与变频器和控制器相连，控制器还与真空度检测装置相连；

(2)在熔炼含有Al元素的钛合金时，先将混合均匀的原料放入进料器，然后将电子束冷床炉密封，根据熔炼工艺要求在控制器上设定真空度允许范围后启动真空度检测装置，此时测得炉内真空度远低于设定值，伺服电机以最大转速工作，驱动真空泵以最大抽空速率对炉内空间抽真空，当炉内真空度达到启动电子枪的要求时，启动电子枪预热原料并按照常规电子束冷床炉熔炼工艺开始熔炼；

在控制器上设定粗调步长值V、精调步长值v及时间t；