具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种钛合金铸锭起弧建立熔池的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将自耗电极装入坩埚中，并置于熔炼设备内，然后对设备进行抽真空处理；

S2：将辅助电极及自耗电极在熔炼设备内进行焊接，焊接后开炉清理焊瘤，重新对设备进行抽真空处理；

S3：设定冷却水参数和起弧参数，所述起弧参数包括起弧电流，所述起弧电流随时间逐步增大，所述起弧电流上升过程的中部设置台阶电流，所述台阶电流用于预热铸锭；

S4：打开熔炼设备电源，进行起弧熔炼；

S5：关闭电源冷却后出炉。

进一步地，S3步骤中的起弧参数按照以下步骤依次进行：

S31：稳定弧光阶段：设定起弧电流4-7kA、起弧电压26-28V和稳弧电流2-8A，保持4-6min；

S32：辅助阶段：设定起弧电流8-12kA、起弧电压28-30V和稳弧电流2-8A，保持1-2min；

S33：铸锭预热阶段：设定起弧电流8-12kA、起弧电压28-30V和稳弧电流2-8A，保持8-15min；

S34：建立熔池阶段1：设定起弧电流20-35kA、起弧电压32-37V和稳弧电流8-25A，保持1-2min；

S35：建立熔池阶段2：设定起弧电流≥20kA、起弧电压≥32V和稳弧电流≥8A，保持≥5min；

所述辅助阶段和铸锭预热阶段为所述台阶电流。

进一步地，冷却水参数为：进水温度23-27℃、冷却水流量300-700L/min、冷却水压力0.5±0.05Mpa。

进一步地，铸锭的规格为φ640mm～φ920mm。

进一步地，熔炼设备为真空自耗电弧炉。

进一步地，步骤S1中抽真空至真空度≤5Pa，漏率≤3.0Pa/min。

进一步地，步骤S2焊接参数为：焊接电流4～11kA，焊接电压24～32V，焊接时长≥5min。

进一步地，步骤S2中重新抽真空至真空度≤0.8Pa，漏率≤3.0Pa/min。

进一步地，所述步骤S4中在起弧熔炼之前保证自耗电极的弧距为35-35mm。

本发明的原理：

1.铸锭熔化前自身能量的提高，主要通过台阶电流阶段(即S3步骤)进行铸锭预热；钛合金熔炼采用高电流低电压方式，本发明在台阶电流作用阶段，铸锭不会因为电弧而产生熔化现象，铸锭本身温度随着弧光的稳定性提高，弧光热量的逐步提高，铸锭自身能量不断提高，进而达到对铸锭预热的目的。

2.控制弧距和状态，以确保电弧能量均匀预热铸锭端面(通过弧距和稳弧进行控制)。钛合金熔炼过程中弧距是至关重要的参数之一。弧距越小一般电压越小，弧光越集中于铸锭端面的心部位置，容易形成掏心熔化现象，不利于铸锭端面平整控制，有一定质量隐患；弧距越大，弧光越容易发散，甚至出现边弧、爬弧等现象，不利于安全生产；合理的弧距可以使弧光比较均匀地分散于铸锭端面，达到均匀的预热效果，可以防止偏弧、爬弧等现象，有利于熔池的稳定铺展。

3.弱化起弧初期水冷强度，防止过冷。主要通过控制冷却水流量、进水温度和水压。钛合金电弧自耗熔炼过程中，主要采用铜坩埚作为结晶器，铜坩埚底部配有导热性极好的紫铜底垫，而坩埚放置于水冷系统中进行换热，进而达到一边熔化、一边凝固的效果。对于铸锭起弧过程而言，底部进水温度和水压对于冷却效果有着决定性的作用。根据坩埚冷却结果，起弧阶段铸锭底部主要涉及对流换热和传导换热两个过程，根据牛顿冷却公式和傅里叶定律可知，进水温度越低，水压越低，则换热量越小，越有利于存储热量用于熔化。但实际生产中换热过低，随着熔炼进行，蓄热增加会有一定的安全隐患，因此需要合适的进水温度、水流量和水压。

实施例1

本实施例为对照组，采用常规方法对φ720mm钛合金铸锭建立熔池：

S1：准备一支直径为φ640mm规格的TC4钛合金自耗电极；

S2：将步骤S1的自耗电极，装入至φ720mm的坩埚中，用于熔炼φ720mm铸锭，保证坩埚间隙≥30mm；

S3：抽空至真空度≤5Pa，漏率≤3.0Pa/min；

S4：在真空自耗电弧炉中进行炉内焊接，焊接电流7kA，焊接电压25V，焊接时长10min；

S5：开炉检查，清理焊接过程产生的浮灰和喷溅；

S6：重新抽空至真空度≤0.8Pa，漏率≤1.0Pa/min；

S7：水压不控制，使用默认值。一般在0.5±0.1MPa；

S8：将进水温度设置为20℃，实际温度在18℃～22℃；

S9：将水流量设定为800L/min，实际水流量在700L/min～900L/min；

S10：按照下表输入起弧工艺：

S11：打开设备电源，弧距控制在24mm±0.5mm，进行起弧熔炼，直至熔炼结束；关闭电源，冷却至少6.0h，然后出炉。

实施例2

本实施例采用本发明的方法对φ640mm钛合金铸锭建立熔池：

S1：准备一支直径为φ560mm规格的TC4钛合金自耗电极；

S2：将步骤S1的自耗电极，装入至φ640mm的坩埚中，用于熔炼φ640mm铸锭，保证坩埚间隙≥30mm；

S3：抽空至真空度≤5Pa，漏率≤3.0Pa/min；

S4：在真空自耗电弧炉中进行炉内焊接，焊接电流8kA，焊接电压26V，焊接时长8min；

S5：开炉检查，清理焊接过程产生的浮灰和喷溅；

S6：重新抽空至真空度≤0.8Pa，漏率≤1.0Pa/min；

S7：将冷却水压力设定为0.5MPa，实际压力需达到0.5±0.05MPa；

S8：将进水温度设置为25℃，实际温度在23℃～27℃；

S9：将水流量设定为500L/min，实际水流量在300L/min～700L/min；

S10：按照下表输入起弧工艺：

S11：打开设备电源，在1min内调节电极杆行程，保证弧距在25mm左右，进行起弧熔炼，直至熔炼结束；关闭电源，冷却至少4.0h，然后出炉。

实施例3

本实施例采用本发明的方法对φ720mm钛合金铸锭建立熔池：

S1：准备一支直径为φ640mm规格的TC4钛合金自耗电极；

S2：将步骤S1的自耗电极，装入至φ720mm的坩埚中，用于熔炼φ720mm铸锭，保证坩埚间隙≥30mm；

S3：抽空至真空度≤5Pa，漏率≤3.0Pa/min；

S4：在真空自耗电弧炉中进行炉内焊接，焊接电流13kA，焊接电压34V，焊接时长7min；

S5：开炉检查，清理焊接过程产生的浮灰和喷溅；

S6：重新抽空至真空度≤0.8Pa，漏率≤1.0Pa/min；

S7：将冷却水压力设定为0.5MPa，实际压力需达到0.5±0.05MPa；

S8：将进水温度设置为27℃，实际温度在23℃～27℃；

S9：将水流量设定为700L/min，实际水流量在300L/min～700L/min；

S10：按照下表输入起弧工艺：

S11：打开设备电源，在1min内调节电极杆行程，保证弧距在35mm左右，进行起弧熔炼，直至熔炼结束；关闭电源，冷却至少6.0h，然后出炉。

实施例4

本实施例采用本发明的方法对φ920mm钛合金铸锭建立熔池：

S1：准备一支直径为φ850mm规格的TC4钛合金自耗电极；

S2：将步骤S1的自耗电极，装入至φ920mm的坩埚中，用于熔炼φ920mm铸锭，保证坩埚间隙≥30mm；

S3：抽空至真空度≤5Pa，漏率≤3.0Pa/min；

S4：在真空自耗电弧炉中进行炉内焊接，焊接电流7kA，焊接电压27V，焊接时长9min；

S5：开炉检查，清理焊接过程产生的浮灰和喷溅；

S6：重新抽空至真空度≤0.8Pa，漏率≤1.0Pa/min；

S7：将冷却水压力设定为0.5MPa，实际压力需达到0.5±0.05MPa；

S8：将进水温度设置为23℃，实际温度在23℃～27℃；

S9：将水流量设定为300L/min，实际水流量在300L/min～700L/min；

S10：按照下表输入起弧工艺：

S11：打开设备电源，在1min内调节电极杆行程，保证弧距在30mm左右，进行起弧熔炼，直至熔炼结束；关闭电源，冷却至少6.0h，然后出炉。

如图1所示，是实施例1也就是采用了常规方法对φ720mm钛合金熔炼后的铸锭图，图2为实施例2采用了本发明的方法对φ720mm钛合金熔炼后的铸锭图，由此可见，常规起弧方法(实施例1)获得的成品锭底部往往存在明显的冷隔，甚至有底部裂纹。本发明在起弧期通过控制电流、电压、稳弧、时间、水流量、进水温度、弧距等参数，实现了稳定弧光、铸锭预热、健全熔池的功能，降低了熔池健全重量，改善了铸锭底部质量，更加利于合金化和均匀化。

图3是熔池健全重量的曲线图，可见，采用本发明的熔池的重量更轻，减少了物料损失降低了成本。

如表1所示，是实施例2采用了本发明的方法对φ720mm钛合金熔炼后铸锭底部化学成分均匀性的检测，下表显示了在该铸锭中9个位置的化学成分测试结果，而最后一栏是极差值，是每个成分最大值和最小值的差值，是评价均匀性的指标，Al元素和V元素的极差值均是0.05，由此可见在采用本发明的方法之后的铸锭底部化学成分是均匀的，这样提高了冶金质量。

表1本发明的铸锭底部化学成分均匀性/wt.％