海绵钛真空自耗电弧熔炼钛(合金)锭工艺与设备---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都

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1、海绵钛真空自耗电弧熔炼钛（合金）锭工艺与设备---乘钒钛文化之风创钒钛产业之都原创邹建新孙青竹教授等钛和钛合金铸锭生产工艺流程如图4.9.5所示。下面分别按步骤进行介绍。1.炉料准备熔炼钛及钛合金铸锭的炉料包括海绵钛、钛残料、纯金属及中间合金添加剂。（1）海绵钛生产不同牌号的钛及钛合金锭应选用不同级别的海绵钛。在选用海绵钛级别时，主要是依据铸锭级别和牌号。碘化钛专供生产TA0之用，TAl级基本上使用一级品海绵钛，TA2和TA3则可根据力学性能要求搭配使用。海绵钛+残钛料+合金元素→干燥及处理→配料→制备电极块→电

2、极组焊→一次熔炼→炉内或炉外焊接→二次熔炼→钛锭→化学分析图4.9.5真空自耗电弧炉熔炼铸锭工艺流程（2）残钛料12为了综合利用和降低成本，就要尽量将未被混料的残钛返回入炉，加以利用。作为钛及钛合金炉料的钛残料，是预先经过净化处理、碎化、严格检验而不带氧化层、低密度及高密度夹杂物的干净残料。其形式有屑状、条状、块状等。块状残料的净化，需根据残钛表面氧化皮的厚度分别处理。对于氧化不严重的残钛，用HF和HN03混合酸液酸洗，然后再水洗；对于氧化严重的残钛，必须先用喷砂等机械加工方法去除氧化皮，接着用HF和HNO，混合

3、酸液酸洗，然后再水洗。（3）合金添加剂各种合金元素和钛之间的物理性质(主要是熔点和密度)相差甚大，合金元素的加入可用纯金属和中间合金两种形式。其中锰、铁、铜、铬和锆等可以以纯金属形式加入，钼、锡、硅和铝、钒、硼等常以中间合金形式加入。具体的加入形式需根据不同牌号的合金灵活应用。2.原料处理（1）含钛物料商品海绵钛尽可能选用粒级合格的。当海绵钛粒度不合格时，应进一步在颚式破碎机上破碎到粒度符合工艺要求为止。随后，在真空烘干箱中干燥，干燥的目的是除去表面吸附的水分。真空烘干条件：温度约120～180℃；真空度约5Pa

4、；保温时间4～6h，然后可直接出炉。返回料，包括残钛边角料和钛屑，一定要牌号相同，加工成的粒度和海绵钛大致相同，经除油、除氧化皮及干燥等处理后方可使用。（2）合金添加剂或中间合金所使用的合金添加剂和中间合金众多，它们的物理性质不同，它们存在的外形也各异，必须依据不同的状况分别加以下料处理。对于具有脆性的物料，如Al-V、A1-Mo12等中间合金，它们可以在锤式破碎机上进行破碎，再经筛分至所需粒度。对于具有韧性的物料，常采用多种机械切割或机械加工成合适的粒度。因为过大的粒度易造成合金成分的偏析和产生夹杂。然后将加工

5、好的物料净化处理，除去表面的氧化皮和油污，再干燥后待用。3.自耗电极制备（1）配料配料是获得合金成分和杂质含量合格、分布均匀铸锭的决定性工序。一旦失误，无法获得预想的合格锭。配料是按钛及钛合金的牌号和化学成分为理论计算基础。同时必须充分考虑以下因素：a.合金组元在熔炼中的烧损率和偏析状况；b.合金组元和杂质含量允许波动范围和均匀度要求；c.合金最佳性能要求的合金成分和杂质含量；d.合金添加方式，是纯金属还是中间合金；e.熔炼方法和熔炼次数。钛合金添加元素的加入方式可按实践经验来进行：海绵钛混料组批后的平均杂质含量

6、应低于合金允许含量，但也要保证适当的氧当量。海绵钛组批后平均力学性能应满足产品牌号规定要求。一般选用抗拉强度小于45kg/mm2的海绵钛作基体金属原料。合金组元中不易挥发元素Mo、W等应取配料成分波动值的下限，低熔点易挥发元素的配料成分取上、中限。高熔点金属Mo、W等作为合金组元加入时必须采用中间合金加入，而不能用纯金属加入。12TCl、TC2合金中锰的加入量当采用二次自耗熔炼时配入量应大于2%；当采用真空-充氩自耗熔炼时配入量则可小于1.8%。合金元素配人海绵钛基体时尽量均匀分布，组批后的电极配料或应混合均匀，

7、或可将合金元素做成用铝箔制成的球形合金包，置人电极配料块中，然后压制成电极块。另外，在用多组分料配料制取单块电极时，配料组分质量应小于一次熔炼正常熔池钛液质量的1/3。（2）电极块的压制自耗熔炼对电极的要求主要是：足够的强度；足够的导电性；平直度；合金元素在电极中的分布合理；不受潮、不污染。单块电极的制备方法有压制(又分立压和横压)和挤制(又分卧式和立式)两类，较常用的是压制法。电极块的密度与被压制的原料有关。一般地说，电极块的密度大于3.2g/cm3就可以满足熔炼要求。一般使用压力达到300～500MPa的压机

8、。（3）电极的组焊电极的组焊是将压好的单块电极块组焊成自耗电弧熔炼所需截面和长度的电极。工业上，常采用氩气保护等离子焊、真空等离子焊和电子束焊。为了防止混入高密度夹杂，一般不使用钨极氩弧焊接。焊接用氩气纯度为99.99%。海绵钛自耗电极组焊的设备如图4.9.6所示。12图4.9.6真空等离子焊箱图4.9.7真空自耗电极电弧炉4.熔炼（1）熔炼过程概述圆饼状海绵钛经焊接成较