CN110904341A - 一种钛合金铸锭的冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金铸锭的冷却方法，具体过程为：将铸锭置于真空自耗电弧炉内并封炉，将氩气瓶同真空自耗电弧炉炉室进行连接，关闭阀门，打开真空自耗电弧炉真空系统阀门，对真空自耗电弧炉内抽真空处理，打开循环冷却水并起弧熔炼铸锭；铸锭熔炼完成跳闸后，维持真空自耗电弧炉内压强不高于5Pa，调节循环冷却水进出水温度及流量冷却铸锭，冷却30‑60min，关闭真空系统阀门并打开氩气流量控制阀门，向真空自耗电弧炉内充入氩气，当真空自耗电弧炉氩气压强达到10000‑80000Pa时，停止充入氩气；铸锭冷却3‑5h后，得冷却的钛合金铸锭；解决了现有规格钛合金铸锭冷却效率较低，生产成本高，头部氧化控制困难的问题。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工工艺技术领域，具体涉及一种钛合金铸锭的冷 却方法。
背景技术
钛合金由于其低密度、高强度、良好的耐蚀性能、优异的生物相容性等 特点已广泛的应用于航空航天、电力、船舶、海洋工程、化工、生物医疗、 冶金、体育器械等领域，对于钛合金铸锭质量的有效控制是实现上述应用的 基础，因此，钛合金铸锭的熔炼及凝固冷却过程显得尤为重要。常规的钛合 金铸锭冷却依靠结晶器外侧的循环水进行换热冷却，生产效率较低，对于 560mm规格铸锭而言，往往需要接近4h的冷却时间，对于640mm规格铸 锭而言，往往需要5h冷却时间，对于720mm规格铸锭而言，冷却大约需要 6h。冷却程度不足出炉，往往会导致铸锭头部及锭身严重氧化，轻则铸锭进 行车削扒皮处理氧化部位，重则导致整个铸锭O含量超过标准要求，导致铸 锭报废。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛合金铸锭的冷却方法，解决了现有规格钛合 金铸锭冷却效率较低，生产成本高，铸锭头部氧化控制困难的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种钛合金铸锭的冷却方法，具体按照以 下步骤实施：
步骤1、将铸锭置于真空自耗电弧炉内并封炉，同时向真空自耗电弧炉 接通氩气瓶，确保氩气瓶流量控制阀门处于关闭状态，打开真空自耗电弧炉 的真空系统阀门，对真空自耗电弧炉内压强进行真空处理，开启循环冷却水 并起弧熔炼铸锭；
步骤2、铸锭熔炼完成跳闸后，维持真空自耗电弧炉内压强不高于5Pa， 继续通过循环冷却水对铸锭进行降温冷却，冷却30-60min，关闭真空系统阀 门；
步骤3、打开氩气瓶流量控制阀门，调控氩气充入流量，向真空自耗电 弧炉内充入氩气，当真空自耗电弧炉内氩气压强达到10000-80000Pa时，停 止充入氩气；
步骤4、冷却3-5h后，将铸锭吊出真空自耗电弧炉，得冷却的钛合金铸 锭。
本发明的特点还在于：
步骤1对真空自耗电弧炉内压强进行真空处理具体过程为：调整真空自 耗电弧炉内真空压强不高于2.0Pa，漏率小于等于1.0Pa/min。
步骤1氩气瓶内氩气纯度不低于99.99％，氩气气压不低于1MPa。
步骤2通过循环冷却水对铸锭进行降温冷却具体过程为：熔化站进水温 度调整为30℃，出水温度调整为40℃，水流量处于1000-1800L/min。
步骤2关闭真空系统阀门时间为30-60min。
本发明的有益效果是：
本发明就是提供一种钛合金铸锭的冷却方法，解决了现有规格钛合金铸 锭冷却效率较低，生产成本高，头部氧化控制困难的问题，相比常规冷却方 式，充氩冷却结合水流量调节控制冷却可缩短铸锭冷却时间30-60min，铸锭 表面呈银白色金属光泽，铸锭头部无氧化，O、N含量无增加趋势。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种钛合金铸锭的冷却方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将铸锭置于真空自耗电弧炉内并封炉，同时向真空自耗电弧炉 接通氩气瓶，氩气瓶内氩气纯度不低于99.99％，氩气气压不低于1MPa，确 保氩气瓶流量控制阀门处于关闭状态，打开真空自耗电弧炉的真空系统阀 门，调整真空自耗电弧炉内真空压强不高于2.0Pa，漏率小于等于1.0Pa/min， 开启循环冷却水并起弧熔炼铸锭；
步骤2、铸锭熔炼完成跳闸后，维持真空自耗电弧炉内压强不高于5Pa， 熔化站进水温度调整为30℃，出水温度调整为40℃，水流量处于1000 -1800L/min，冷却30-60min，关闭真空系统阀门，关闭真空系统阀门时间为 30-60min；
步骤3、打开氩气瓶流量控制阀门，调控氩气充入流量，向真空自耗电 弧炉内充入氩气，当真空自耗电弧炉内氩气压强达到10000-80000Pa时，停 止充入氩气；
步骤4、冷却3-5h后，将铸锭吊出真空自耗电弧炉，得冷却的钛合金铸 锭。
实施例1
步骤1、在Φ560mm规格、投料量为1800kg铸锭起弧熔炼前，将氩气 瓶与充氩冷却管道进行连接，确保氩气瓶内部氩气纯度不低于99.99％，气 压不低于1MPa，并确保管道连接处无漏点，关闭氩气瓶流量控制阀门，打 开真空自耗电弧炉的真空系统阀门，调整真空自耗电弧炉内真空压强 ≤2.0Pa，漏率≤1.0Pa/min后，打开循环冷却水，起弧熔炼铸锭；
步骤2、待铸锭熔炼跳闸后，将熔化站进水温度调整为30℃，出水温度 调整为40℃，确保冷却水流量处于1000L/min，并保持真空系统开启，维持 真空自耗电弧炉内真空≤5Pa，铸锭跳闸冷却30min后，关闭真空系统阀门 30min；
步骤3、打开氩气瓶流量控制阀门，向真空自耗电弧炉内充入氩气，并 关注真空自耗电弧炉内氩气压力情况，当检测真空自耗电弧炉内氩气压力达 到15000Pa时，停止充氩，并关闭充氩阀门；
步骤4、冷却3h后，将铸锭吊出真空自耗电弧炉，出炉检测铸锭表面质 量，得冷却的钛合金铸锭。
将本实施例冷却3h的Φ560mm规格铸锭表面质量同常规冷却4h的 Φ560mm规格铸锭表面质量进行对比，本实施例冷却3h的铸锭表面呈银白 色金属光泽，常规冷却4h的铸锭表面氧化发黄、发蓝，本实施例采用充氩 冷却加水冷的方式在提高生产效率的同时，冷却效果优于常规仅采用水冷方 式。
将本实施例熔炼的Φ560mm铸锭，对其铸锭头部、中部、尾部、头部边 部端面、头部R/2、头部心部取块样分析铸锭整体气体元素结果见表1：
表1
由表1可以看出：所得的Φ560mm铸锭头部、中部、尾部、头部边部 端面、头部R/2、头部心部的O、N、H气体元素含量偏差在100ppm以内， 无任何氧化增O、增N情况发生。
实施例2
步骤1、在Φ560mm规格、投料量为1800kg铸锭起弧熔炼前，将氩气 瓶与充氩冷却管道进行连接，确保氩气瓶内部氩气纯度不低于99.99％，气 压不低于2.5MPa，并确保管道连接处无漏点，关闭氩气瓶流量控制阀门， 打开真空自耗电弧炉的真空系统阀门，调整真空自耗电弧炉内真空压强 ≤2.0Pa，漏率≤1.0Pa/min后，打开循环冷却水，起弧熔炼铸锭；
步骤2、待铸锭熔炼跳闸后，将熔化站进水温度调整为30℃，出水温度 调整为40℃，确保冷却水流量处于1500L/min，并保持真空系统开启，维持 真空自耗电弧炉内真空≤5Pa，铸锭跳闸冷却50min后，关闭真空系统阀门 50min；
步骤3、打开氩气瓶流量控制阀门，向真空自耗电弧炉内充入氩气，并 关注真空自耗电弧炉内氩气压力情况，当检测真空自耗电弧炉内氩气压力达 到30000Pa时，停止充氩，并关闭充氩阀门；
步骤4、冷却4.5h后，将铸锭吊出真空自耗电弧炉，出炉检测铸锭表面 质量，得冷却的钛合金铸锭。
将本实施例冷却4.5h的Φ640mm规格铸锭表面质量同常规冷却6h的 Φ640mm规格铸锭表面质量进行对比，本实施例冷却4.5h的铸锭表面呈银白 色金属光泽，常规冷却6h的铸锭表面氧化发黄、发蓝，本实施例采用充氩 冷却加水冷的方式在提高生产效率的同时，冷却效果优于常规仅采用水冷方 式。
将本实施例熔炼的Φ640mm铸锭，对其铸锭头部、中部、尾部、头部边 部端面、头部R/2、头部心部取块样分析铸锭整体气体元素结果见表2：
表2
| 部位 | O | N | H |
| 头部 | 0.109 | 0.007 | 0.001 |
| 中部 | 0.110 | 0.006 | 0.001 |
| 尾部 | 0.110 | 0.007 | 0.001 |
| 头部边部 | 0.110 | 0.007 | 0.001 |
| 头部R/2 | 0.109 | 0.006 | 0.001 |
| 头部心部 | 0.109 | 0.007 | 0.001 |
由表2可以看出：所得的Φ640mm铸锭头部、中部、尾部、头部边部端 面、头部R/2、头部心部的O、N、H气体元素含量偏差在100ppm以内，无 任何氧化增O、增N情况发生。
实施例3
步骤1、在Φ720mm规格、投料量为5200kg铸锭起弧熔炼前，将氩气 瓶与充氩冷却管道进行连接，确保氩气瓶内部氩气纯度不低于99.99％，气 压不低于2.5MPa，并确保管道连接处无漏点，关闭氩气瓶流量控制阀门， 打开真空自耗电弧炉的真空系统阀门，调整真空自耗电弧炉内真空压强 ≤2.0Pa，漏率≤1.0Pa/min后，打开循环冷却水，起弧熔炼铸锭；
步骤2、待铸锭熔炼跳闸后，将熔化站进水温度调整为30℃，出水温度 调整为40℃，确保冷却水流量处于1800L/min，并保持真空系统开启，维持 真空自耗电弧炉内真空≤4Pa，铸锭跳闸冷却60min后，关闭真空系统阀门 60min；
步骤3、打开氩气瓶流量控制阀门，向真空自耗电弧炉内充入氩气，并 关注真空自耗电弧炉内氩气压力情况，当检测真空自耗电弧炉内氩气压力达 到60000Pa时，停止充氩，并关闭充氩阀门；
步骤4、冷却5h后，将铸锭吊出真空自耗电弧炉，出炉检测铸锭表面质 量，得冷却的钛合金铸锭。
将本实施例冷却5h的Φ720mm规格铸锭表面质量同常规冷却6h的 Φ720mm规格铸锭表面质量进行对比，本实施例冷却5h的铸锭表面呈银白 色金属光泽，常规冷却6h的铸锭表面氧化发黄、发蓝，本实施例采用充氩 冷却加水冷的方式在提高生产效率的同时，冷却效果优于常规仅采用水冷方 式。
将本实施例熔炼的Φ720mm铸锭，对其铸锭头部、中部、尾部、头部边 部端面、头部R/2、头部心部取块样分析铸锭整体气体元素结果见表3：
表3
| 部位 | O | N | H |
| 头部 | 0.110 | 0.006 | 0.001 |
| 中部 | 0.110 | 0.006 | 0.001 |
| 尾部 | 0.109 | 0.006 | 0.001 |
| 头部边部 | 0.110 | 0.007 | 0.001 |
| 头部R/2 | 0.109 | 0.006 | 0.001 |
| 头部心部 | 0.110 | 0.007 | 0.001 |
由表3可以看出：所得的Φ720mm铸锭头部、中部、尾部、头部边部 端面、头部R/2、头部心部的O、N、H气体元素含量偏差在100ppm以内， 无任何氧化增O、增N情况发生。
通过上述方式，本发明一种钛合金铸锭的冷却方法，首先在铸锭起弧熔 炼前，确保氩气瓶中氩气纯度大于99.99％，将氩气瓶与充氩冷却管道进行 连接，并关闭氩气瓶流量控制阀门，确保管道连接处无漏点，氩气瓶中剩余 氩气压力确保大于1MPa；在熔前预真空≤2.0Pa，漏率小于等于1.0Pa/min 后，起弧熔炼铸锭，铸锭熔炼跳闸后，将熔化站进水温度调整为30℃，出水 温度调整为40℃，确保冷却水流量处于1000-1800L/min，并保持真空系统开 启，维持真空自耗电弧炉内真空在5Pa以下；铸锭跳闸冷却30-60min后， 关闭真空系统阀门，打开氩气瓶流量控制阀门，向真空自耗电弧炉炉室内充 入氩气，当检测氩气压力达到10000-80000Pa时，停止充氩，并关闭充氩流 量控制阀门，冷却3h～5h出炉完成熔炼。解决了现有规格钛合金铸锭冷却效 率较低，生产成本高，头部氧化控制困难的问题。
Claims (5)
1.一种钛合金铸锭的冷却方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将铸锭置于真空自耗电弧炉内并封炉，同时向真空自耗电弧炉接通氩气瓶，确保氩气瓶流量控制阀门处于关闭状态，打开真空自耗电弧炉的真空系统阀门，对真空自耗电弧炉内压强进行真空处理，开启循环冷却水并起弧熔炼铸锭；
步骤2、铸锭熔炼完成跳闸后，维持真空自耗电弧炉内压强不高于5Pa，继续通过循环冷却水对铸锭进行降温冷却，冷却30-60min，关闭真空系统阀门；
步骤3、打开氩气瓶流量控制阀门，调控氩气充入流量，向真空自耗电弧炉内充入氩气，当真空自耗电弧炉内氩气压强达到10000-80000Pa时，停止充入氩气；
步骤4、冷却3-5h后，将铸锭吊出真空自耗电弧炉，得冷却的钛合金铸锭。
2.根据权利要求1所述一种钛合金铸锭的冷却方法，其特征在于，步骤1所述对真空自耗电弧炉内压强进行真空处理具体过程为：调整真空自耗电弧炉内真空压强不高于2.0Pa，漏率小于等于1.0Pa/min。
3.根据权利要求1所述一种钛合金铸锭的冷却方法，其特征在于，步骤1所述氩气瓶内氩气纯度不低于99.99％，氩气气压不低于1MPa。
4.根据权利要求1所述一种钛合金铸锭的冷却方法，其特征在于，步骤2所述通过循环冷却水对铸锭进行降温冷却具体过程为：熔化站进水温度调整为30℃，出水温度调整为40℃，水流量处于1000-1800L/min。
5.根据权利要求1所述一种钛合金铸锭的冷却方法，其特征在于，步骤2所述关闭真空系统阀门时间为30-60min。
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| GR01 | Patent grant | ||
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