钛合金是特钢行业内的一种高端、高附加值产品。目前,钛合金熔炼的课题之一是开发一种新工艺,以明显消除铸锭内各种夹杂形式的缺陷,保证铸锭的化学成分均匀性。常规采用真空自耗电弧熔炼,但不能完全解决夹杂难题。近年来,新兴了炉床熔炼方法,并得以工业化,主要有两类方法:
1、采用独立加热源的半连续炉床熔炼。
采用该方法时,固体炉料被熔化后,从熔炼区到结晶器的路线上金属保持液体,冷床炉通过比重差异有效地分离去除高比重夹杂。它又可分为等离子冷床炉和电子束冷床炉。
对于去除低密度夹杂电子束炉更为有效。而等离子冷床炉熔炼系统明显的优点是可保持不同蒸汽压得合金组分,在熔炼过程中,易蒸发元素如Al、Cr、Mn等没有明显损失;同时由于提高了结晶速度,可明显降低β稳定元素向液相中复集,从而可以防止β斑的产生。
美国通用电气发动机用钛合金就采用该方法取得了明显效果。近年来,国外将冷床炉熔炼技术是为进一步提高金属纯净度、预防飞机发动机用钛合金压气机盘夹杂缺陷的重要手段。
2、凝壳自耗电极熔炼
这种类型的炉床熔炼的特点是大熔炼电流。它由冷的金属坩埚发挥炉床作用,熔炼金属不断流入坩埚,熔炼结束时浇入铸模。
由于凝壳熔炼是炉床熔炼的变异形式,因而具有很高的精练除杂能力,可去除各种夹杂缺陷,其综合熔炼效果与第1类型相当。
俄罗斯上萨尔达冶金联合企业用凝壳炉熔炼不同牌号钛合金,大量的铸锭实际经验证明,凝壳熔炼有很强的精练除杂能力,在标准操作下,未发生一例因夹杂而造成金属报废的事故。
两类方法作一对比,如果把炉床熔炼作为制取随后真空自耗电弧熔炼用自耗电极的手段,凝壳熔炼与炉床炉相比,前者有明显的优点。在具有同等精炼除杂能力的情况下,凝壳熔炼的前期备料费用和金属处理费用较低;浇入铸锭前所熔炼的金属全都处于液态,有使铸锭得到高化学均匀性的潜在能力,从而保证合金强化的均匀性和安全性。但最近国内引进的熔炼方法装备,几乎全以炉床炉为主,或许俄罗斯凝壳自耗电极熔炼炉对于业界比较陌生。但作为两种并列的方法,应当有其并列的原因,感兴趣的科研人员可以对其加以研究、推介给国内。