电子束冷床炉熔炼工业纯钛技术简述
钛合金的熔炼技术
1、直接添加高熔点金属的钛合金真空自耗熔炼用电极制备方法在钛合金真空自耗电弧熔炼用电极常规制备的基础上，由直接压制的具有一定凹槽的电极块与适合电极块凹槽形状的高熔点金属棒拼焊组成电极的方法，通过选择合适的真空自耗电弧熔炼工艺，能够熔炼出达到配比计算要求的、成分均匀的无偏析优质铸锭。
2、钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺钛及钛合金真空自耗熔炼过程中断电后重新起弧的工艺，包括如下步骤:当熔炼中断后重新起弧时，将熔炼电流快速提升至正常熔炼电流的75-80%,保持此时的熔炼电流;当熔池的边缘到达坦塌壁后，保持2-3min,再将此时的熔炼电流快速提升至正常熔炼电流。
该工艺优势在于，使总的起弧时间大幅缩短，减小铸锭的冷却体积收缩后与用提壁间产生的间隙及避免铸锭冷却凝固形成的内部缩孔:当熔炼电流达到正常熔炼电流的75~80%时，保持该熔炼电流一段时间，这样可以较为准确地控制电极及已凝固熔池的熔化速度，避免瞬时产生大量的熔液流入铸锭与用塌壁的间隙，或造成冷隔缺陷。
3、纯钛块状废料的熔炼回收方法纯钛块状废料的熔炼回收方法，使用6个电子枪的电子束冷床炉，将选定成分的原料装入电子束冷床炉的进料器，进行熔炼，然后将得到的铸锭冷却出炉，即可得到成品。
该法直接使用TAl回收料进行熔炼，避免了废料破碎电极块压制，电极的焊制。
单锭熔炼每天单台设备可熔炼9个棒料总重约6.5吨，双锭熔炼每天单台设备可熔炼18个棒料总重约13吨，极大的提高了回收效率和速度。
4、钛及钛合金屑状废料的电子束冷床熔炼回收方法钛及钛合金屑状废料的电子束冷床熔炼回收方法过程为:根据所熔炼钛及钛合金成分，称取纯钛屑状废料，或称取纯钛屑状废料和钛合金屑状废料中的一种或两种与海绵钛以及纯合金添加元素和/或中间合金混合的混合料，混合料中的纯钛及钛合金屑状废料添加量按质量百分比计为10%~90%;然后将其压制成电极块，用电子束冷床熔炼炉将所述电极块进行一次电子束冷床熔炼，得到钛或钛合金铸锭。
钛合金的熔炼工艺-电子束冷床熔炼法(EBCHR)
钛合金的熔炼工艺-电子束冷床熔炼法（EBCHR）真空自耗电弧熔炼一直是钛合金的主要熔炼方法。
为了提高航空发动机用钛合金铸锭成分的均匀性和尽可能消除偏析等缺陷，一般采用三次真空电弧熔炼。
但研究证明，真空电弧熔炼消除钛合金中的高密度夹杂（HDI）和低密度夹杂（LDI）的能力有限。
而这两种缺陷是钛合金零部件的疲劳裂纹源，降低了零部件的使用寿命。
若用于航空发动机，可能引起重大事故。
因此美国在20世纪80年代开始研究开发一种熔炼钛合金的新工艺———冷床熔炼（Cold Hearth Melting，简称CHM）技术。
根据热源的不同，冷床熔炼可以分为电子束冷床熔炼（Electron Beam Hearth Melting，简称EBCM 或Electron Beam Cold-Hearth Remelting，简称EBCHR）和等离子束冷床熔炼（Plasma Arc Cold Hearth Melting，简称PACHM）两种熔炼方式。
冷床炉熔炼技术独特的熔炼方式，可以有效消除钛合金中的各种夹杂物，解决了长期困扰钛工业界的一大难题，因此，冷床熔炼技术可以认为是钛合金熔炼技术发展史上的一次飞跃。
冷床熔炼就是在冷坩埚（水冷坩埚）熔炼技术的基础上，再加上电子束或等离子束的高温外加热源作用的结合。
所谓冷床实际就是凝壳熔炼的坩埚，冷床熔炼就是凝壳熔炼的新发展。
1905年，德国的西门子（Siemens）公司和Haisko用电子束熔炼钽首次获得成功，但由于当时世界的真空技术发展水平还很有限，从而阻碍了电子束熔炼技术的发展。
真正将电子束熔炼技术推向商业化是在1957年，Temescal冶金公司利用电子束熔炼钛锭。
之后Temescal冶金公司大力发展电子束熔炼技术，在20世纪60年代初期，该公司利用横向电子枪熔炼炉制备了直径80mm的钽锭和钨锭以及直径127mm、重数百公斤的钛锭。
20世纪80年代，现代轴向电子枪取代了早期的横向电子枪，使得电子束熔炼炉的产能得到真正意义上的大幅提高。
钛合金的熔炼工艺-等离子弧冷床熔炼法(PACHR)
钛合金的熔炼工艺-等离子弧冷床熔炼法（PACHR）等离子冷床熔炼以等离子束为热源。
等离子弧与自由电弧不同，它是一种压缩弧，能量集中，弧柱细长。
与自由电弧相比，等离子束具有较好的稳定性，较大的长度和较广的扫描能力。
等离子枪是在接近大气压的惰性气氛下工作的，可以防止Al、Sn、Mn、Cr等高挥发合金组元的挥发损失。
电子束冷床熔炼难以控制化学成分的缺点也促进了等离子束冷床熔炼（PACHR）技术的发展。
等离子弧与电弧炉的自由电弧相比是一种压缩弧，能量集中，弧柱细长，具有较好的稳定性，较大的长度和较广的扫描能力。
等离子束冷床熔炼以高温等离子束为热源，在接近大气压的惰性气氛（氩气或氦气）环境下工作，合金元素的挥发损失可以得到有效的控制，易于控制钛合金的化学成分，但除气和除杂效果较差。
等离子枪产生的He或Ar等离子束是高速和旋转的，对熔池内的钛液能起到搅拌作用，有助于合金成分的均匀化。
但是由于产生等离子束需要惰性气体作为工作气体，惰性气体价格较贵（尤其是氦气），增加了熔炼成本，需要添加惰性气体回收处理设备。
熔炼时工作气体的纯度会对钛合金的纯度产生影响。
等离子弧熔炼是20世纪60年代初开发的，利用等离子体作热源，温度高（弧芯可达24000～26000K），可熔炼任何金属及非金属炉料，可在大气下实现有渣熔炼，也可在保护气氛中进行无渣熔炼。
等离子电弧熔炼是利用高温等离子体加热熔化金属的一种方法。
高温等离子体由高压电弧产生，然后用惰性气体将等离子体的弧柱吹入熔室熔化炉料；这种工艺可以利用散装料，如海绵钛、钛屑、料头等，也可以用料棒送料，即缓慢将料棒送入等离子室，使金属熔化，滴入坩埚。
所谓等离子体是指一种电离气体，是由离子、电子和中性粒子组成的电离状态，称为物质的第四态。
Plasma是1928年朗缪尔（Langmuir）最早采用的称呼，我国称为等离子体。
根据物质的原子论，物质的原子、分子和分子团相互以不同的力相结合，构成不同的聚集态。
冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用
第40卷 第1期有色金属加工Vo l 140 No 112011年2月NONFERROUS METALS PROCESS I NG Feb ruary 2011冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用段军伟(洛阳有色金属加工设计研究院,河南洛阳471039)摘 要:冷床炉熔炼是一种钛合金熔炼技术,经一次熔炼即可生产出无偏析、无夹杂的优质钛及钛合金铸锭。
本文介绍了冷床炉的工作原理、技术特点及发展现状,重点分析了工业化冷床炉在我国钛及钛合金熔炼领域的应用前景。
关键词:冷床炉;电子束冷床炉(EBC HM );等离子束冷床炉(PA C HM );钛及钛合金中图分类号:TG232 文献标识码:A 文章编号:1671-6795(2011)01-0053-02收稿日期:2010-08-02被称为崛起的/第三金属0钛因性能优良,在航空航天、化工冶金、能源电力、船舶汽车制造、建筑、文体用品中具有广阔的应用前景。
近年来,以上工业的快速发展带动钛工业技术的不断进步,这些进步仍然集中在俄、美、日以及西欧等钛工业发展相对发达的国家,同时中国钛工业的快速发展已经令世界不可小视。
钛熔炼技术的进步主要体现在电子束冷床炉(EBC HM )及等离子束冷床炉(P AC HM )熔炼的进步和发展上。
1 冷床炉的工作原理冷床炉根据热源的不同,可分为等离子(Plasa m arc ,P A )冷床炉和电子束(E lectron bea m,EB )冷床炉。
电子束冷床炉熔炼钛及钛合金起源于1963年,用电子束冷床炉加真空自耗熔炼(EBC HM +VAR)生产转动部件则始于1988年。
随后,用等离子冷床炉加真空自耗熔炼(PAC HM +VAR)也取得了较好的提纯效果。
小型冷床炉只有1-2个冷床和2-3只电子枪或等离子枪。
对于工业化生产用的大型冷床炉,具有两个或更多的冷床)))熔化炉床和精炼炉床,等离子枪或电子枪则有4~6只。
经过20多年的实践,冷床炉熔炼已成为优质钛及钛合金的理想冶炼技术,并因其具有独特的优势而受到广泛的关注,图1是电子束冷床炉熔炼的工作原理图,图2是电子束冷床炉熔炼的结构示意图,等离子冷床炉与其区别就是热源不同。
冷床炉熔炼钛合金工艺流程
冷床炉熔炼钛合金工艺流程一、概述钛合金是一种具有良好力学性能、耐腐蚀性能和生物相容性的金属材料，广泛应用于航空航天、船舶、化工等领域。
冷床炉熔炼是一种常用的制备高纯度、高品质钛合金的方法，本文将详细介绍冷床炉熔炼钛合金的工艺流程。
二、冷床炉熔炼钛合金的工艺流程1. 原料准备冷床炉熔炼钛合金的原料主要包括纯钛、合金元素等。
纯钛用于提供基体金属，而合金元素用于调整合金成分，提高合金的机械性能和耐腐蚀性能。
在配料过程中，需要根据所需合金成分和性能要求，精确控制各元素的配比。
2. 熔炼过程a. 加料：将经过混合和均匀的原料装入冷床炉中，同时添加适量的保护气体，通常选择氩气或氮气。
保护气体的作用是防止原料受氧化，保证熔炼过程的干净和稳定。
b. 加热：启动冷床炉，加热到设计温度，通常在2000摄氏度左右。
高温能够使原料迅速熔化，有利于混合和扩散。
c. 脱氧：当原料熔化后，需要进行脱氧处理，以去除氧化物和杂质。
通常采用还原剂或熔剂进行脱氧，如氢气、碳等。
d. 固溶过程：在适当的温度和时间下，对熔炼好的合金进行固溶处理，使合金元素充分溶解在基体金属中，确保合金成分的均匀性。
e. 淬火：将固溶好的合金迅速冷却到室温，以形成固溶态。
淬火的目的是快速固固溶过程，避免元素分相。
3. 铸造和热处理经过熔炼和淬火后的合金可以进行铸造或热处理，以进一步改善合金的组织结构和性能。
铸造可以制备不同形状和尺寸的合金件，而热处理可以调节合金的晶粒大小和力学性能。
4. 总结冷床炉熔炼钛合金是一种高效、环保的制备方法，能够获得高纯度、高品质的钛合金材料。
在工艺流程中，需要注意原料的准备和熔炼过程的控制，保证合金的成分和性能达到要求。
通过铸造和热处理等后续工艺，可以进一步完善钛合金的组织结构和性能，满足不同应用领域的需求。
电子束冷床炉熔炼技术
电子束冷床炉熔炼技术电子束冷床炉熔炼（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＣｏｌｄＨｅａｒｔｈＭｅｌｔｉｎｇ—ＥＢＣＨＭ）技术，是２０世纪七八十年代发展起来的新型熔炼方法。
ＥＢＣＨＭ技术是一种把电子束和冷炉床结合，在高真空下进行熔炼的冶金技术。
与真空自耗重熔不同，其主要特征是用一个可以进行精炼的冷炉床把原料或电极的熔化和铸锭浇铸分开。
以电子枪的强流电子束作为熔炼热源，使金属熔化，熔融的金属液在特殊设计的冷炉床（即一种比较浅的狭长水冷铜质坩埚）里流动，进行精炼、净化后流入铸模（即配置拉锭机构的水冷结晶器）顺序凝固结晶形成铸锭。
电子束冷床炉熔炼技术经过近四十年的发展，已经超出了传统的冶金操作技术的范畴，成为当代战略金属钛冶金科学技术的一个重要发展前沿，是活性金属以及高熔点金属的提纯和净化能以经济的方式进行工业化大规模生产的主要技术手段，是国民经济和国防建设中一种新兴的，具有重要战略意义的高科技材料产业。
该项技术在钛冶金领域所蕴含的独特的技术经济优势主要有：（１）能够单独调控钛合金处于熔融状态的时间，而不影响铸锭中凝固的那一部分金属液，从而创造更好的精炼条件，使富Ｎ、富Ｏ的夹杂物通过分解的方式得以去除使得合金净化，又不致造成像真空自耗重熔铸锭那样深的熔池，有效避免熔质元素偏析。
（２）能够很方便地利用重力分离的机制，使采用返回料可能夹带的ＷＣ刀具碎块和电极焊接Ｗ夹杂等高比重夹杂物下沉，落入冷炉床凝壳的糊状区而得以去除，不致流入铸锭。
（３）可以直接浇铸成如扁锭、棒条等非轴对称铸锭，比大型圆锭更适合轧制成平面产品（如厚板、薄板和条带），使产品更具竞争力。
（４）能够很有效地利用各种形式的返回料，有利于资源的保护和可持续利用。
（５）便于使用各种在线传感器，对熔化精炼过程进行实时的监测和控制，使这种复杂的高技术装置运行的稳定性与重复性有了可靠保证，并有利于工艺的优化。
电子束冷床炉熔炼设备的关键器件是电子枪，电子束具有很高的能量密度（103~106Ｗ／ｃｍ２），可以达到很高的温度，能够熔化一切金属，并且在真空条件下（＜１０－３Ｐａ）运行，能够充分地去除各种有害杂质和气体，特别适合于熔炼活性金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｈｆ）和难熔的高熔点金属（Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ）及合金。
2400KW电子束冷床炉熔炼纯钛生产实践及工艺控制
2400KW 电子束冷床炉熔炼纯钛 生产实践及工艺控制
陈战乾， 国 斌， 陈 峰， 李献军， 高
（宝钛集团有限公司， 陕西 宝鸡 721014 ） 摘 要： 介绍了宝钛集团 2400KW 电子束冷床炉的基本结构， 电子枪的工作原理以及生产钛及钛合金铸锭的生产
颀
实践和工艺控制， 通过对设备的消化吸收和自主创新， 目前该电子束冷床炉已经实现工业化生产， 铸锭质量优良， 生产工艺技术水平先进。 关键词： 纯钛； 熔炼； 电子束； 冷床炉
2 电子束炉床炉熔炼钛及钛合金铸锭生产 实践及工艺控制
宝钛集团有限公司在电子束冷床炉工艺控制 方面， 采用先进 ESCOSYS 软件控制系统进行能量 分布， 根据熔池状况进行能量密度调整， 并结合使 用测量表面温度分布的热成像系统，使熔池温度 达到理想的状态， 各工艺参数达到合理匹配。在熔 化阶段输入的电子束能量集中在待熔化的原料 、 冷炉床熔池及铸锭的外部，以补偿由于水冷炉床 及结晶器造成的能量损失；在补缩阶段从铸锭外 部到中心建立一定梯度的递减温度场，使铸锭的 缩孔位置抬高甚至无缩孔。 2. 1 原料 电子束冷床炉熔炼纯钛用的原料是海绵钛及 返回料 （如铸锭切屑 、 板边角料 、 废管等） ， 目前水 平进料系统使用的返回料的比例为 50％～90％ ， 只用少部分海绵钛来达到调整铸锭成分的作用， 进料系统运转顺畅， 可实现连续生产铸锭； 垂直进 料系统使用的返回料的比例为 50％～90%。 2. 2 熔炼 由水平进料系统或垂直进料系统投入到炉床 内的原料， 由 2 只电子枪负责原料的熔化， 电子束 按预先设定的扫描图形进行自动扫描，使原料熔 化并维持熔炼区的熔体温度，必要时可采用手动 调整电子束扫描图形， 实现熔炼过程顺畅。一只电
图 3 电子枪结构筒图
冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用
独立 于炉 室 真 空 系 统 而 实 现 装 料 和 抽 真 空 。在 熔 化
束冷床 炉熔炼 的工作原 理 图 ， ２是 电子 束 冷床 炉 熔 图
炼 的结 构 示不 同
区， 聚焦 后 的高 能 电 子 束 （ 离 子 束 ） 击 炉 料 的表 等 轰
收 稿 日期 ：０１ ２ ０—０ ８—０ ２
（ 转第４ 下 ２页 ）
４ ２
有 色 金 属 加 工
第４ ０卷
首先 要控 制合 理 的生 产 工 艺 条 件 以保 证 合 金 电 工 杆
③调 整 好精 轧 机各 道 次轧 辊 的孔 径及 锁 紧稳 定 ，
确保 各机架 中心一致 ； ④ 制 订工 艺 规程 和 操作 规程 时 ， 考虑 是 否有 利 要 于产 品质量 稳定 或减 少质量 缺 陷 的发 生 。
第４ ０卷
第 １ 期
有 色金 属 加 工
ＮＯ ＮＦＥＲＲＯ ＵＳ Ｍ ＥＴＡＬＳ ＰＲＯ ＣＥＳＳＩ ＮＧ
Ｖｏ１４０ Ｎｏ．１ ． Ｆｅ ｕａｒ ０１１ ｂｒ ｙ ２
２ １ 年 ２月 ０１
冷 床 炉 熔 炼 钛 及 钛 合 金 技 术 及 其 应 用
段 军 伟
（ 阳有 色 金 属 加 工 设 计 研 究 院 ， 南 洛 阳 ４ １３ ） 洛 河 ７ ０ ９
面， 炉料 由 固态 变 为 液 态 ， 向精 炼 区 ； 精 炼 区 ， 流 在 液 态金 属进 行精 炼 ， 过 挥发 、 解 上 浮 、 通 溶 沉淀 等 机 制去
除杂 质和 夹 杂 ， 充分 实 现 合 金 化 ； 后 通 过 溢 流 嘴 并 然 缓缓 注入 结 晶器 ， 成铸 锭 。炉床 的溢 流嘴 以及 锭模 形
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［ ４ 】 王立新． 日本东 邦公 司的 １ ８ ０ ０ ｋ Ｗ 电子束冷床 炉［ Ｊ ］ ． 钛
熔 炼 、精炼 炉床 和坩埚 排列在 一 直线上 ，一个 防溅
挡板 放置在 熔炼 区和精 炼 区之 间 ，防止 材料 从熔 化
区溅至精炼 区［ ９ １ 。
Ｔ ｉ Ｎ的溶解 主要 经过如下两 个 阶段 ：氮 向基 体扩散 ， 出现针状组织过渡层 ；Ｔ ｉ Ｎ全部溶解并形成粗 大的铸 态组织 ，与周 围的熔体混 为 一体 。一般 在熔 炼过 程 中，Ｔ ｉ Ｎ属 于杂质 所以相对数量较少 ，其溶解 后不会 造成熔体 中氮含量有 明显 的增加㈣。 决定 夹 杂溶 解 的 因素 不仅 有 夹杂 本 身 的特 性 ，
２ 电子 束 冷床 炉 结构
电子束冷 床熔炼 （ Ｅ Ｂ Ｃ Ｈ Ｍ — Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｂ ｅ ａ ｍ Ｃ ｏ ｌ ｄ
Ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ Ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ）就是在冷坩埚 （ 水冷坩埚）熔炼技术
的基础 上 ，再加上 电子 束 的高 温外 加热 源作 用 的结 合 。电子束 冷床 炉主要 由炉体 、电子枪 系统 、进料 系统 、铸造 系统 、真空 系统 和 电子束 电源及 其控制
一
钛 铸 锭 中最 常 见 的夹 杂 有 低 密 度 夹 杂 （ Ｌ Ｄ Ｌ ，
Ｌ ｏ ｗ Ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ） 和高 密度夹杂 （ Ｈ Ｄ Ｉ ， Ｈｉ
Ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ） 。低 密度 夹 杂 主要 是 由 于海 绵钛 、 添加 的残料 等过程 中以及 不 良的熔炼 操作 造成 的间 隙元素 Ｎ、Ｏ、Ｃ污染 。其 中危 害最 大的是 Ｔ ｉ Ｎ．它 能够严 重 降低材料 的抗 疲劳性 能 ，造成 其加 工件 的
昆 钢 科 技 ２ ０１ ３年 第 ５期
Ｋ ｕ ｎ ｇ ａ ｎ ｇ Ｋ ｅ ｊ ｉ
电子束冷床炉熔炼工 业纯钛技术简述
张志 波 ’ 何 超 李金 柱 杨春 雷
（ １ ． 技 术 中心 ； ２ ． 安 宁公 司）
摘 要 本文介绍 了电子束冷床 炉的结构及工作原理 ， 并对工业纯钛熔炼过程 中夹杂物的去除进行 了简述 。
的溶 解提 供 了有 利 的 条件 。随着 加热 熔 化 的进 行 ，
设 定 的参数 进行 自动扫描 ，以控制金 属 液面温 度 均
匀 ，形 成利 于物料结 晶的热量 场 ，从 而控 制结 晶器
内的金 属凝 固 ，凝 固 的铸 锭按 皮尔 格步 骤下 降 ，以 获取 内在 成 分 均匀 、无 缺 陷 表 面质 量优 良的铸 锭 。
失效 ，而 且 Ｔ ｉ Ｎ的密度 与钛基 体 接近 ，晶体 与钛 基
只 电子枪 负责铸锭 结 晶区热 量控 制 ，电子束 按 照
体共 格 ，无 损探 伤是不 易被 发现 的 。高密度 夹杂 的 主要 来源 是污染 的钛残 料 和铸锭 或部件 机 械加 工时 产生 的切 屑 中所 包含 的刀具 上下 来 的微粒 。通 常的 ＨＤ Ｉ 夹 杂物是 钴 粘结 的碳化 钨或 单一 型碳 化钨 、钨 极氪弧焊 时遗 留的钨 电极头等［ １ ｏ － ２ １ 。 电子 束冷 床去 除低 密度 夹杂 ，特别 是 Ｔ ｉ Ｎ的 主 要 机理 是溶解 。在 常规熔 炼过程 中 ，熔池 的温 度达 不到 熔化 Ｔ ｉ Ｎ的温 度 。但 是 在 电子 束冷 床 熔 炼 中 ， 熔体 表面的过热度和熔体在熔 池中的滞 留时 间为 Ｔ ｉ Ｎ
关 键 词 电子 柬 冷 床 炉 熔 炼 夹 杂去 除
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｂｅ ａ ｍ Ｃｏｌ ｄ Ｈｅ ａ ｒ ｔ ｈ Ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎｇ Ｉ ｎｄｕｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ
Ｐｕｒ ｅ Ｔｉ ｔ ａ ｎｉ ｕｍ Ｔｅ ｃ ｈｎｏｌ ｏｇ ｙ
Ｚｈ ａ ｎｇ Ｚｈ ｉ — ｂｏ Ｈｅ Ｃｈａ ｏ Ｌｉ Ｊ ｉ ｎ— ｚ ｈｕ Ｙａ ｎ ｇ Ｃｈ ｔ ｍ— ｌ ｅ ｉ
部分组成 。
必 须在 真空 或在惰性 气体 保护 下进行 。同时在 真 空
下 熔 炼 ，还 可 以去 除一 些 杂 质 ，提 高钛 的纯 净 度 。
尽 管 真 空熔 炼设 备 昂贵 ，工艺 复 杂 和生 产成 本 高 ， 但 是要 制取 优质 的钛锭 ，真空 熔炼 是有 效可行 的途 径嘲 。真 空熔 炼 又分 真 空感 应熔 炼 、真 空 电弧 炉熔 炼 、电子束 炉熔炼 、等 离子炉 熔炼 等 。电子束 熔炼 （ Ｅ Ｂ Ｍ －Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｂ ｅ ａ ｍ Ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ） 是利用 在 真空 下受 热
工业进展， ２ ０ ０ ０ （ ４ ） ： １ ９ — ２ １ ．
【 ５ 】 Ｓ ｅ ｙ ｆ ｅ ｒ ｔ Ｕ ， Ｍｏ ｋ ａ ｎ ｓ ｋ ｙ Ａ ， Ｗｅ ｎ ｚ ｅ ｌ Ｂ ， Ｒ ｅ ｉ ｎ ｈ ｏ ｌ ｄ Ｅ．Ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ
为４ ０ ｋ Ｖ时 ，电子 的速度约 为 １ １ ８ ６ ０ ０ ｋ ｍ ／ ｓ 。用 电场
夹杂 、气体 等 ，提高金属 的纯净度 ，获得 致密金属 ，
提高 金属 的力学性 能和 加工性 能 。 电子 束冷 床炉 熔 炼工业 纯钛 在高真空 下进行 ，熔炼 时的过热温度 高 ， 维持 液态 的时 间长 ，使 工业 纯钛 的精炼 提 纯作用 能
烈 影响 。 当夹 杂粒子 的密度 与液 态金 属 的密度 差别
很 大时 ，不论粒 子 的尺寸 如何 ，也不 论熔 化速 度如
何 ，粒子 总会 消 － ４ １ ；而 当夹杂粒子的密度与液态金
属 的密度 在 同一数 量级 时 ，熔 化速 度对粒 子 的溶解
４ 电子 束冷床 炉熔炼工 业纯钛过 程 中
（ １ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ； ２ ． Ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ）
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃｔ Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｈｅ ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ￣ｏ ｎ ｂ ｅ ａ ｍ ｃ ｏ ｌ ｄ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｏ ｒ ｅ ｉ ｎ ￣ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ
功率可达 ６ ０ ０ ｋ Ｗ。
昆 钢 科 技
在 高 真 空 环 境 中 ，将 阴 极 （ 钽或钨 丝） 加 热 至 ２ ６ ０ ０ ～２ ８ ０ ０ ｏ Ｃ 时 ，阴极将 发射 出大量热 电子 ，此 时 若 在 阴极 与 阳极 间保持 大的 电位差 ，则 电子在 电场 作 用下 加速 ，电能 转换成 电子ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｂ ｅ ａ ｍ ｃ ｏ ｌ ｄ ｈ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ； ｍｅ ｌ ｉ ｔ ｎ ｇ ； ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ
１ 引 言
工业 纯钛 具有优 异 的耐蚀性 、 良好 的机械性 能
也有熔炼 工艺参数 。Ｔ ｉ Ｎ夹杂 的密度 、孔 隙度 和熔池
温 度 、熔 体流动 速度 等对溶 解 和重力 分离 去除 有强
图 ２ 电子束冷床熔炼示意图
Ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ｅ ２ Ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｂｅ ａ ｍ Ｃｏ ｌ ｄ Ｈｅ ａ ｒ ｔ ｈ Ｍｅ ｌ ｉ ｔ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
进 行 ，只能 得到多 孑 Ｌ的金 属—— 海绵钛 。海绵 钛 除 了少量 直接应 用外 ，大多数 都 必须首 先熔 炼成 致密 的钛锭 ，方 可进一 步加工 成钛 材 。然 而 ，钛是 一种 高 活性 金属 ，在熔炼 温度 下能 和许 多元 素 ，包 括耐 火 材料 （ 各种 氧化物 ）起 化学 反应 ，因此 钛 的熔炼
ｒ ｅ ｍｏ ｖ ａ ｌ ｏ ｆ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｐ ｕ ｒ ｅ ｔ ｉ ｔ ａ ｎ ｉ ｕ ｍ ｓ ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．
阴极表 面发射 的 电子流 ，在高压 电场 的作 用下 产生 高速运 动 ，并 通过 聚焦 、偏转 时高速 电子 流准 确地 射 向阳极 ，把 高速 电子 的动能转 变 成热 能被 阳极 吸
收 ，使阳极 金属熔 化【 ３ ｌ 。
和 焊接性 能 ，可以作 为重要 的耐 蚀结 构材 料 ，广泛 用 于化工 设备 、滨海 发 电装 备 、海水 淡化 装置 和舰 艇零 部件等 ，是我 国大力发展 的钛材之一 ｆ ｌ １ 。从 钛 的 化 合物制 取金 属钛 的过程都 在低 于钛 熔点 的温 度下
电子束冷床炉结构示意图如图 １ 所示闺 。电子束枪
是Ｅ Ｂ Ｃ Ｈ Ｍ炉 的关键部件 ，通常 为皮尔斯 电子束枪［ ５ １ ，
主要 由电子束发 生 系统 、电子束加 速 系统 和电子束
偏 转系 统 三部分 组 成 。 一 般 Ｅ Ｂ Ｃ Ｈ Ｍ 炉 至少 装 备 ２ 支 电子 束枪 ，大 型炉 的 电子束枪 可达 ６～ ８支 ，单 枪
２ ０ １ ３ 年第 ５ 期
张 志 渡 何 超 李 金 柱 等 ： 电 子 束 冷 床 炉 熔 炼 工 业 纯 钛 技 术 简 述
搅拌 下氮 化 的海绵 钛和钛 粉 的溶解 速 度可 达 正常 情 况下的 １ ０倍 ：熔 池 温度对 溶解 速 度也 有 强烈 影 响 ， 因 为增加 温度 常伴 随熔 池搅 拌强 度 的增加 ，纯 钛 液 中 ，温度升高 １ ０ ０ ％ ，Ｔ ｉ Ｎ的溶解速度 提高 １ 倍。