專利名稱：一種高效生產(chǎn)鈦板坯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料加工技術(shù)，特別是一種高效生產(chǎn)鈦板坯的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)主要是VAR熔煉圓錠+開坯鍛造的方法。通過真空自耗電弧爐(VAR)進行熔煉，該種方法需要將回收料破碎成屑狀并與海綿鈦混合，再壓制成電極塊，在真空焊箱內(nèi)焊接，然后進行真空電弧爐(VAR) —次熔煉、二次熔煉甚至是三次熔煉，熔煉后的鑄錠為圓錠，機加工之后進行鍛造，需要再經(jīng)過幾個火次的鍛造，將其鍛造成為長方體的板坯，才能用于板材生產(chǎn)。且鍛造板坯的平直度差，表面氧化層厚，成品率低。因此傳統(tǒng)的方法不但原料形狀受限制，加工費用高，工序復(fù)雜，流程長，且經(jīng)過熔煉-鍛造后，材料的利用率低。鈦屬于難熔、難變形金屬，因為鈦的活性，在高溫下極容易與氧、氮等氣體反應(yīng)，使 金屬鈦被污染而失去原有的良好工藝性能及力學(xué)性能。在大氣狀態(tài)下進行鍛造加工會形成厚厚的氧化層，且鍛造板坯的尺寸精度不易控制，在軋制前進行的機加工量很大，不滿足近凈成形的要求。鈦板坯的制造工序復(fù)雜且成材率低。海綿鈦的制造成本高是鈦加工材價格高的原因之一，而在加工過程中昂貴的加工費用以及材料利用率低更是鈦加工材價格高的主要原因。所以，發(fā)明一種高效生產(chǎn)鈦板坯的方法，采用原始狀態(tài)的原料，降低中間過程的加工費用，獲得近凈成形的板坯，提高材料的利用率是提高效率、降低成本的重要途徑。。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的解決的技術(shù)問題是介紹了一種高效生產(chǎn)鈦板坯的方法，直接使用原始狀態(tài)的原料進行熔煉，避免了回收料破碎，海綿鈦混料，電極塊壓制，電極的焊制；采用“EB熔煉+高效生產(chǎn)”的工藝方法，可獲得化學(xué)成分均勻，雜質(zhì)含量低，表面質(zhì)量好，板坯平面度和直線度均優(yōu)于鍛造板坯，且機加工量小，成品率高的板坯。為了實現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種高效生產(chǎn)鈦板坯的方法，包括使用具有6個電子槍的電子束冷床爐，其中1#、2#電子槍工作區(qū)域為熔煉冷床，3#、4#電子槍工作區(qū)域為精煉冷床，5#、6#電子槍工作區(qū)域為溢流冷床和1#、2#結(jié)晶器，其中5#槍對應(yīng)I #結(jié)晶器，6#槍對應(yīng)2#結(jié)晶器，，1#、2#、3#槍由1#電腦的GIP程序控制，4#、5#、6#槍由2#電腦的GIP程序控制，兩臺電腦的GIP程序分別設(shè)定電子槍步驟，其特征在于
(1)、將原料海綿鈦、電極塊、塊狀回收料或屑狀回收料，直接通過上料系統(tǒng)裝入電子束冷床爐的轉(zhuǎn)鼓加料器中或裝入鈦制棒料盒內(nèi)放入電子束冷床爐的棒料進料器內(nèi)；其中回收料需噴砂酸洗，然后才能使用；
(2)、將電子束冷床爐的熔煉室、加料室和拉錠室抽真空至(I 8)X10_2Pa ;(3)、然后打開拉錠室板閥，將拉錠底墊升入水冷銅坩堝中；
(4)、隨后每次加料都需重新進行放氣，上料，抽真空至(I 8)X10_2Pa ；
(5)、打開1#、2#、3#、4#、5#、6#電子槍，選擇“電子束定位”步驟，對各個電子槍工作狀態(tài)和頻閃觀察儀的清晰程度及角度進行確認。(6)、將1#、2#、3#、4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“預(yù)熱”步驟，對熔化冷床、精煉冷床
或溢流冷床中的鈦凝殼進行緩慢預(yù)熱使其緩慢膨脹。(7)、待凝殼上形成熔池通道，開始將1#、2#、3#、4#、5#、6#槍GIP調(diào)至“電流測試步驟”，對電子槍所能夠達到的最大發(fā)射電流進行測試；通過電流測試，確認電子槍在大電流下的工作狀態(tài)；這是由于該步驟之后電子槍功率大的多，通過電流測試確認電子槍在大電流下的工作狀態(tài)，可以避免因電子槍在大電流下工作不穩(wěn)定而造成的扁錠質(zhì)量問題。(8)、將1#、2#、3#電子槍GIP調(diào)至“持續(xù)熔煉”步驟，利用大電流對原料進行熔化；該步驟通過1#、2#、3#槍在持續(xù)進料狀態(tài)下，對原料進行熔化，該步驟工藝圖形的設(shè)置及優(yōu)化，直接決定了熔化速率，可以通過電子槍掃描圖形優(yōu)化來提高熔化效率。
(9)、待鈦液流至坩堝處，將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“填充坩堝”步驟，調(diào)高5#、6#電子槍的能量，先將坩堝底墊填充滿，將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“持續(xù)熔煉”步驟，提高1#、2#、3#槍的熔煉速率，并且設(shè)置5#、6#槍的能量，使坩堝鈦液的過熱度在200°C，然后開始自動拉錠。“持續(xù)熔煉”步驟通過提高1#、2#、3#槍的熔煉速率，并且設(shè)置5#、6#槍的能量，使坩堝鈦液的過熱度在200°C，保證扁錠表面良好質(zhì)量及減小內(nèi)部晶粒大小?！俺掷m(xù)熔煉”步驟是指鈦液流入坩堝狀態(tài)下，電子槍對坩堝的掃描工藝步驟。(10)、在持續(xù)熔煉過程中，“持續(xù)熔煉”步驟內(nèi)5#、6#槍的設(shè)置程序中也有清邊圖形，不斷的對坩堝邊部進行掃描。這樣，以防止邊部生長的鈦冷凝物掉入坩堝中形成冷凝物夾雜，從而影響到扁錠的內(nèi)部質(zhì)量。(11)、若持續(xù)熔煉過程中，由于設(shè)備原因造成熔煉中斷，則將1#、2#、3#電子槍GIP調(diào)至“預(yù)熱”步驟，將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“熔煉中斷持續(xù)加熱步驟”，56#槍對扁錠頂部持續(xù)加熱；待設(shè)備恢復(fù)后，接著持續(xù)熔煉，并且斷流接縫處不影響最終鈦錠的質(zhì)量。此步驟的實施，目的在于消除斷流對扁錠質(zhì)量的影響，避免了因斷流而造成的殘次品。(12)、待拉錠長度達到需要的長度，停止進料，并關(guān)閉1#、2#、3#、4#電子槍，留5#、6#電子槍。(13)、將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“清邊”步驟使用清邊掃描圖形對坩堝流道及坩堝邊部進行清理。(14)、將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“熱封頂”步驟對扁錠頂部進行熱封頂，使其緩慢冷卻，防止快速冷卻而造成內(nèi)部的縮孔縮松。此步驟的創(chuàng)造性在于消除了扁錠頂部因質(zhì)量原因而必須切除的缺陷，采用此步驟之后，扁錠頂部可以不進行切除。(15)、熱封頂完畢，所有電子槍停止工作，真空系統(tǒng)保持運行，扁錠在拉錠室內(nèi)冷卻10個小時以上，然后開爐放氣，進行出錠。具體如下本專利設(shè)計的板坯尺寸，是板坯高效的關(guān)鍵之一。本專利設(shè)計為一爐兩錠的200 X 1290 X 5000mm鑄錠兩個，重量約12噸。與通常使用的400-500mm厚度的板坯相比，200_的板坯無需再進行粗軋開坯的工序，可直接用于精軋工序。粗軋開坯的工序是指在粗軋機上由400-500mm開坯軋制至200mm，并進行表面處理的工序。VAR法生產(chǎn)鑄錠時必須要壓制電極，只能使用經(jīng)過加工的塊狀原料，并且為了保證電極的連接強度，添加回收料不能超過30%，所制備的電極塊還需要在真空焊箱中焊接成一個大電極才能使用。而電子束冷床熔煉進料方式不受限制，可使用海綿鈦、電極塊、塊狀回收料或屑狀回收料等原始狀態(tài)的原料，并且可以使用100%回收料，這樣可以降低鈦材生產(chǎn)成本和前期加工成本。采用VAR爐需要進行多次熔煉才能獲得成分均勻的鑄錠，而電子束冷床爐熔煉一次即可。VAR爐熔煉后的鑄錠為圓錠，機加工之后進行鍛造，需要再經(jīng)過幾個火次的鍛造，將其鍛造成為長方體的板坯，才能用于板材生產(chǎn)。電子束冷床爐熔煉出了設(shè)計尺寸的扁錠，可直接用于板材的生產(chǎn)。經(jīng)電子束冷床爐制造的鈦錠化學(xué)成分均勻，雜質(zhì)含量低，表面質(zhì)量好。鈦錠規(guī)格為200X 1290X 5000mm的扁錠，經(jīng):T5mm銑床扒皮后，可直接用于熱軋板坯，提高了得料率。板坯平面度和直線度均優(yōu)于鍛造板坯。本專利的電子束冷床爐為EBCHR 6/200/3600型電子束冷床爐，EBCHR代表電子束冷床熔煉爐，6代表6把電子槍，200代表200000升/秒的抽氣速度，3600代表3600KW最大電子槍功率。本發(fā)明突破傳統(tǒng)的板坯制造方法即“VAR熔煉圓錠+開坯鍛造”工藝方法，介紹的一種高效生產(chǎn)鈦板坯的方法，使用6個電子槍的電子束冷床爐，將選定成分的原料 (海綿鈦、電極塊、塊狀回收料或屑狀回收料等)裝入電子束冷床爐的散料進料器或棒料進料器，進行熔煉，然后將得到的鑄錠冷卻出爐，即可得到成品。本發(fā)明直接使用原始狀態(tài)的原料進行熔煉，避免了回收料破碎，海綿鈦混料，電極塊壓制，電極的焊制。通過優(yōu)化設(shè)計熔煉出的扁錠為一爐兩錠的200 X 1290 X 5000mm鑄錠兩個，重量約12噸，這種扁錠無需二次熔煉，無需鍛造，可直接用于軋制，縮短了生產(chǎn)流程和生產(chǎn)周期，降低了制造成本，極大的提高了效率。采用“EB熔煉+高效生產(chǎn)”的工藝方法，可獲得化學(xué)成分均勻，雜質(zhì)含量低，表面質(zhì)量好，板坯平面度和直線度均優(yōu)于鍛造板坯，且機加工量小，成品率高的板坯。通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果
本發(fā)明直接使用海綿鈦、塊狀回收料和屑狀回收料等原始狀態(tài)的原料進行熔煉，避免了廢料破碎，電極塊壓制，電極的焊制。海綿鈦的使用單錠熔煉每天熔煉30桶，每桶200kg，可熔煉6噸海綿鈦；雙錠熔煉每天熔煉60桶，每桶200 kg，可熔煉12噸海綿鈦；回收料的使用棒料回收箱只需將5塊3-5mm厚的純鈦板對接成450*450*1600mm的盒子，然后點焊即可，焊制簡單，I個盒子2小時即可完成制作。焊制完成后將回收料直接放入棒料箱，每個承重50(Tl200kg,單錠熔煉每天單臺設(shè)備可熔煉9個棒料總重約6. 5噸,雙錠熔煉每天單臺設(shè)備可熔煉18個棒料總重約13噸；并且熔煉出的扁錠經(jīng)過:T5mm銑床扒皮后，可直接用于熱軋板坯，極大的提高了效率?，F(xiàn)有技術(shù)的VAR爐，回收料破碎、電極塊壓制、電極的焊制需要較長時間，且耗費大量人力物力，以壓制電極而言，每天可壓制200塊,每塊10-20kg，可準備原料2-4噸；每爐熔煉I根電極重量為150Kg，每天5爐熔煉產(chǎn)能只能達到750kg，且熔煉出的鈦錠還需要經(jīng)過多火次的鍛造，扒除氧化皮后才能夠進行熱軋，得料率也低。采用本專利高效生產(chǎn)鈦板坯的方法，板坯成品率比傳統(tǒng)的真空自耗熔煉+鍛造工藝提高約10%;效率也提高數(shù)倍。TAl板坯化學(xué)成分滿足《GBT3620. 1-2007鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》，其成分控制可以達到下表的規(guī)定。單邊扒皮量彡5mm,平直度彡3mm/5m。表I
權(quán)利要求
1.一種高效生產(chǎn)鈦板坯的方法，包括使用具有6個電子槍的電子束冷床爐，其中1#、2#電子槍工作區(qū)域為熔煉冷床，3#、4#電子槍工作區(qū)域為精煉冷床，5#、6#電子槍工作區(qū)域為溢流冷床和1#、2#結(jié)晶器，其中5#槍對應(yīng)1#結(jié)晶器，6#槍對應(yīng)2#結(jié)晶器，，1#、2#、3#槍由1#電腦的GIP程序控制，4#、5#、6#槍由2#電腦的GIP程序控制，兩臺電腦的GIP程序分別設(shè)定電子槍步驟，其特征在于 (1)、將原料海綿鈦、電極塊、塊狀回收料或屑狀回收料，直接通過上料系統(tǒng)裝入電子束冷床爐的轉(zhuǎn)鼓加料器中或裝入鈦制棒料盒內(nèi)放入電子束冷床爐的棒料進料器內(nèi)；其中回收料需噴砂酸洗，然后才能使用； (2)、將電子束冷床爐的熔煉室、加料室和拉錠室抽真空至(I 8)X10_2Pa;(3)、然后打開拉錠室板閥，將拉錠底墊升入水冷銅坩堝中； (4)、隨后每次加料都需重新進行放氣，上料，抽真空至(I 8)X10_2Pa ； (5)、打開1#、2#、3#、4#、5#、6#電子槍，選擇“電子束定位”步驟，對各個電子槍工作狀態(tài)和頻閃觀察儀的清晰程度及角度進行確認； (6)、將1#、2#、3#、4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“預(yù)熱”步驟，對熔化冷床、精煉冷床或溢流冷床中的鈦凝殼進行緩慢預(yù)熱使其緩慢膨脹； (7)、待凝殼上形成熔池通道，開始將1#、2#、3#、4#、5#、6#槍GIP調(diào)至“電流測試步驟”，對電子槍所能夠達到的最大發(fā)射電流進行測試；通過電流測試，確認電子槍在大電流下的工作狀態(tài)； (8)、將1#、2#、3#電子槍GIP調(diào)至“持續(xù)熔煉”步驟，利用大電流對原料進行熔化； (9)、待鈦液流至坩堝處，將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“填充坩堝”步驟，調(diào)高5#、6#電子槍的能量，先將坩堝底墊填充滿，將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“持續(xù)熔煉”步驟，提高1#、2#、3#槍的熔煉速率，并且設(shè)置5#、6#槍的能量，使坩堝鈦液的過熱度在200°C，然后開始自動拉錠； (10)、在持續(xù)熔煉過程中，“持續(xù)熔煉”步驟內(nèi)5#、6#槍的設(shè)置程序中也有清邊圖形，不斷的對坩堝邊部進行掃描； (11)、若持續(xù)熔煉過程中，由于設(shè)備原因造成熔煉中斷，則將1#、2#、3#電子槍GIP調(diào)至“預(yù)熱”步驟，將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“熔煉中斷持續(xù)加熱步驟”，56#槍對扁錠頂部持續(xù)加熱；待設(shè)備恢復(fù)后，接著持續(xù)熔煉，并且斷流接縫處不影響最終鈦錠的質(zhì)量； (12)、待拉錠長度達到需要的長度，停止進料，并關(guān)閉1#、2#、3#、4#電子槍，留5#、6#電子槍； (13)、將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“清邊”步驟使用清邊掃描圖形對坩堝流道及坩堝邊部進行清理； (14)、將4#、5#、6#電子槍GIP調(diào)至“熱封頂”步驟對扁錠頂部進行熱封頂，使其緩慢冷卻，防止快速冷卻而 造成內(nèi)部的縮孔縮松； (15)、熱封頂完畢，所有電子槍停止工作，真空系統(tǒng)保持運行，扁錠在拉錠室內(nèi)冷卻10個小時以上，然后開爐放氣，進行出錠。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種高效生產(chǎn)鈦板坯的方法，使用6個電子槍的電子束冷床爐，將選定成分的原料裝入電子束冷床爐的散料進料器或棒料進料器，進行熔煉，然后將得到的鑄錠冷卻出爐，即可得到成品。本發(fā)明直接使用原始狀態(tài)的原料進行熔煉，避免了回收料破碎，海綿鈦混料，電極塊壓制，電極的焊制。通過優(yōu)化設(shè)計熔煉出的扁錠為一爐兩錠的200×1290×5000mm鑄錠兩個，重量約12噸，這種扁錠無需二次熔煉，無需鍛造，可直接用于軋制，縮短了生產(chǎn)流程和生產(chǎn)周期，降低了制造成本，極大的提高了效率。
文檔編號C22B9/22GK102776390SQ20121022269
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者劉茵琪, 包淑娟, 曹恒, 朱俊杰, 李渤渤, 王衛(wèi)超, 王樹軍, 賈祥亞, 陳志強, 顧新盛 申請人:洛陽雙瑞精鑄鈦業(yè)有限公司