钛(合金)锭钛锭熔炼方法分类---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都

钛（合金）锭钛锭熔炼方法分类---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

钛及其合金的熔炼分为两类：真空自耗和真空非自耗熔炼。真空自耗熔炼主要包括真空自耗电极电弧熔炼、电渣熔炼、真空凝壳炉熔炼。非真空自耗熔炼主要包括真空非自耗电弧熔炼、电子束熔炼、等离子束（或等离子弧）熔炼等，后两种又称冷床炉熔炼。

1．真空自耗电弧炉熔炼（VAR法）

目前，生产钛及其合金铸锭的方法依然是真空自耗电弧炉熔炼（VAR），它可以成功的熔炼易偏析和高活性的金属材料。其实质是自耗电极作负极，铜坩埚作正极，在真空或惰性气氛中，将已知化学成分的自耗电极在电弧高温加热下迅速熔化，形成熔池并受到搅拌，一些易挥发杂质将加速扩散到熔池表面被去除， 合金的化学成分经搅拌可达到充分均匀。该法是目前工业上大量采用的方法。

2．冷床炉熔炼（CHM法）

钛及钛合金冷床熔炼技术工作原理是将熔炼过程分为熔炼区、

精炼区和凝壳区。高密度的夹杂在流经精炼区时，因为重力作用，下沉进入凝壳区并沉积，从而得以消除。中间密度的夹杂在冷床内的流动过程中，因冷床内流场复杂，有充足的时间溶解消除。低密度的夹杂上浮到熔池表面，经高温加热，在溶解过程中消除。

3．凝壳-自耗电极熔炼(GRE法)

凝壳-自耗电极(GRE)熔炼的工作原理是第一次熔炼时，在凝壳底部铺一层海绵钛、残钛及合金化组分，将炉子密封并抽真空。在电极与装入坩埚的海绵钛及台金化组分之间引弧，靠电弧将电极和坩埚中的炉料熔化。熔融金属与冷坩埚壁接触凝固形成凝壳， 阻止熔融金属与坩埚材料反应可能对钛合金造成的污染。当熔化需要数量的金属之后，将坩埚中的熔融钛浇入锭模或铸型，剩下一部分作为下次的自耗电极使用。GRE 是通过电弧熔化金属的，浇注前构成铸锭的全部金属都处于熔融状态， 更加有利于化学成分的均匀化。

4．冷坩埚感应熔炼（CCM法）

材料的冷坩埚感应熔炼通常是在一个由感应绕组包围的耐火坩埚中进行的， 坩埚的作用是在熔炼和浇注的过程中容纳液态金属。感应炉应用于活泼金属是很困难的， 这些材料或者有高熔点，或者有高纯度，液态金属和耐火坩埚的反应会导致熔池的污染，而且会损坏坩埚。钛及其合金的熔点很高，当达到钛的熔点1660℃时，C

和O有相当高的活度，所以，目前这一技术对熔炼钛及其合金仍处于探索之中。

5．电渣熔炼（ESR法）

该法利用电流通过导电电渣时带电粒子的相互碰撞，将电能转化为热能，以熔渣电阻产生的热能将炉料熔化和精炼。ESR法使用自耗电极在非活性材料（CaF2）中进行电渣熔炼，可直接熔铸成不同形状的锭块，具有良好表面质量，适宜于下道工序直接加工。

参考文献：《钒钛产品生产工艺与设备》，北京：化学工业出版社，作者：邹建新等，2014.01

《钒钛物理化学》，北京：化工出版社，作者：邹建新，2016

（钒钛资源综合利用四川省重点实验室【攀枝花学院】，cnzoujx@http://doc.guandang.net）

四川省钒钛工程技术中心