钛合金真空自耗电弧炉熔炼

钛及钛合金熔点高,化学性质活泼,在熔融状态下易与空气和,耐火材料发生作用,通常用水冷铜坩埚真空自耗电弧炉熔炼,也可用等离子炉熔炼,近年来还发展冷床炉熔炼,铸成扁锭。

真空自耗电弧炉熔炼，又叫VAR (vacume arc remelting)。将海绵钛和合金料按一定化学成分比例配好,混合均匀后压制成不同形状块,用真空等离子焊箱把这些块焊成电极,在真空或惰性气体保护下经二次熔炼成铸锭。特殊用途的铸锭需经三次熔炼。工业规模锭重量一般为3~6t，大型铸锭可达15t。宝钛集团、西部材料和湖南金天公司等都引进了德国ALD公司8~12t熔炼炉,宝钢特钢也引进了美国公司15t熔炼炉(锭直径可达1066mm) 。

真空自耗电弧炉熔炼操作分五步进行：电极焊接、引弧、正常熔炼、封顶、冷却。

（1）电极焊接。电极焊接要达到焊直、焊牢、焊缝能通过工作电流。电极焊接具体操作：先将自耗电极与辅助电极装入炉内，并调整到使其处于坩埚中心，进行炉体组装，预抽真空后，在真空下进行电弧对焊，瞬间即可完成使自耗电极与辅助电极焊接在一起重熔电极多采用炉内对焊。

（2）引弧。电弧引燃的方法是在底结晶器上面直接放置一些引弧剂（海绵钛），并使引弧剂和自耗电极端面距离一般为20~30mm。为了顺利起弧，必须把空载电压（即开路电压）提高到70V。在空载电压下，借助于自耗电极与引弧剂之间瞬间接触而产生弧光放电进而达到稳定的电弧燃烧，造成一定量的金属熔池，为过渡到正常熔炼创造条件。生产实际中要求引弧期尽量短并迅速形成金属熔池，以减级电弧对结晶器底部的冲击。

（3）正常熔炼。当引弧后逐渐增加熔炼电流，迅速转入正常熔炼。熔炼期操作是否准确，直接影响到熔炼产品的质量。待熔池覆盖坩埚底后，迅速将电流升到工艺要求的设定值，进行正常熔炼。同时要控制好电压、真空度、熔炼速率等其他工艺参数。熔炼电流一经确定，熔炼是否正常就取决于电弧的长度。电弧过长，热量不集中，表现为金属熔池呆滞，表面有漂浮的杂质花膜，使金属的玷污程度增加；弧长过短，会造成电弧频繁短路而使熔池温度急剧变化，同时会发生严重喷溅；弧长正常时，熔池十分清晰活跃，熔液徐徐波动并将杂质膜推向结晶器壁。

（4）封顶，又称补缩。封顶的目的是为了减少铸锭头部的缩孔和疏松，降低钛锭的切头量，提高锭坯的成材率。从正常熔炼进入封顶后，热封顶的电流逐渐递降，分别从正常熔炼电流的1/3减低，最后达1/10；热封顶时间一般占总熔炼时间的1/4~1/3。为了确定最佳封顶开始时间,一般采用电极杆行程或平均速熔法计算确定预留电极量。

（5)冷却。铸锭在真空或惰性气体保护下冷却至 400℃以下温度出炉,一般来说,惰性气体保护冷却效果比真空冷却好。