阅读说明：本技术 一种电子束冷床熔炼中空钛锭的水冷坩埚及其应用 (Water-cooled crucible for smelting hollow titanium ingot by electron beam cold bed and application thereof ) 是由 肖强 刘振军 吴东辉 李新宇 王嘉阳 于航 李东芳 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电子束冷床熔炼中空钛锭的水冷坩埚及其应用,属于冶金金属技术领域。本发明结合钛合金先进熔炼技术,对水冷坩埚进行改进,提供一种可将金属锭坯通过加热后熔铸成内部中空的金属铸锭,避免机加钻孔等工序,实现短流程管坯制造的方法。本发明所提供的水冷坩埚包括外壁、内芯和底托,其中外壁和内芯带有水冷循环系统,底托通过拉锭机构对已凝固中空钛锭进行托拉动作。本发明提供的水冷坩埚制备中空钛锭轴向尺寸可达4米,且由于水冷坩埚的外壁和内芯均具有水冷系统,使得熔铸出的中空锭坯微观组织细小,为后续产品处理提供了有利保障。(The invention discloses a water-cooled crucible for smelting a hollow titanium ingot by an electron beam cold bed and application thereof, belonging to the technical field of metallurgical metal. The invention combines the advanced smelting technology of titanium alloy, improves the water-cooled crucible, and provides a method which can heat and cast a metal ingot blank into a metal ingot with a hollow inner part, avoids the working procedures of machining, drilling and the like and realizes the manufacture of a short-flow tube blank. The water-cooled crucible provided by the invention comprises an outer wall, an inner core and a bottom support, wherein the outer wall and the inner core are provided with water-cooled circulating systems, and the bottom support is used for supporting and pulling a solidified hollow titanium ingot through an ingot pulling mechanism. The axial size of the hollow titanium ingot prepared by the water-cooled crucible provided by the invention can reach 4 meters, and the water-cooled crucible has the water-cooled system on the outer wall and the inner core, so that the microstructure of the hollow ingot blank which is subjected to melt casting is fine, and the water-cooled crucible provides a favorable guarantee for subsequent product treatment.)

一种电子束冷床熔炼中空钛锭的水冷坩埚及其应用

技术领域

本发明涉及一种电子束冷床熔炼中空钛锭的水冷坩埚及其应用，属于金属冶金技术领域。

背景技术

近年航空航天等领域对无缝钛管材需求迫切，国内在无缝钛管材生产方面存在工艺流程复杂、材料利用率低等不足；且受电子束熔炼合金成分均匀性及连续润滑等技术限制，采用空心铸锭作为管坯进行挤压和旋轧制管技术也未能用于批产。

因此，提供一种可将金属锭坯通过加热后熔铸成内部中空的金属铸锭，避免机加钻孔等工序，实现短流程管坯制造的电子束冷床熔炼中空钛锭的水冷坩埚及其应用是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种适用电子束冷床熔炼大尺寸中空铸锭的成型的水冷坩埚及其应用方法。

一种电子束冷床熔炼中空钛锭的水冷坩埚，坩埚包括外壁1、内芯2和底托3，外壁1为空心壁且为圆筒状，内芯2为具有锥度的柱状结构，内芯2同轴串装在外壁1内，且圆环状的底托3为位于外壁1和内芯2之间，且套装在内芯2外，内芯2的下方和底托3的下方分别与拉锭机构连接。

进一步地，外壁1是包括钢外侧壁1-3和铜内侧壁1-4，钢外侧壁1-3和铜内侧壁1-4通过螺栓紧固连接为空心结构，所述的钢外侧壁1-3的上端连通有循环冷却水出水管1-2，钢外侧壁1-3的下端连通有循环冷却水进水管1-1。

进一步地，内芯2包括桶状的铜外侧壁2-1、冷却水管道2-2和底板2-3，所述的底板2-3开有进水口2-4和出水口2-5。

进一步地，内芯2的上端为小径端，内芯2的下端为大径端。

进一步地，底托3包括底座3-1、托顶3-2和倒锥槽3-3，底座3-1、托顶3-2和倒锥槽3-3由下岛上依次堆叠后通过螺栓紧固为具有倒锥槽结构的环状底托3。

更进一步地，底座3-1和托顶3-2为圆环状结构，且底座3-1顶端面和托顶3-2的底端面开有环状槽，底座3-1和托顶3-2上下相对布置形成冷却水通道空腔，该冷却水通道的进水口和出水口位于底座3-1的底部，且底座3-1和托顶3-2衔接处为密封槽结构。

应用上述水冷坩埚熔炼中空钛锭的方法，该方法采用电子束冷床熔炼炉进行，首先采用三枪电子束加热钛料，然后将熔化的钛液倾注到水冷坩埚中，通过拉锭机构将底托3拉至规定高度后停止电子束扫描，然后通过拉锭机构将底托3和内芯2下拉至熔炼炉的上部炉体以下，随炉冷至300℃后，炉体上下部分离，通过液压传送装置将下部炉体、中空铸锭及内芯推出炉体外，然后将铸锭上部的内芯2卸除，随后将卸下底托3，获得中空钛锭。

进一步地，该方法熔铸过程中工艺参数设定为：电极截面规格为370mm×370mm，电极进料速度为10mm/min～15mm/min；1#电子枪用于熔化金属原料，熔炼功率240KW～270KW；2#电子枪用于加热结晶器内中空铸锭，精炼功率120KW～150KW；3#电子枪用于给冷床中熔融钛液提供热源，结晶区加热功率60KW～90KW；拉锭速度范围：20mm/min～50mm/min。

本发明具有以下有益效果：本发明结合钛合金先进熔炼技术，对水冷坩埚进行改进，解决钛合金管材制造领域的相关难题，提供了一种大尺寸中空铸锭的成型方法，该方法能够高效、高质量地完成中空铸锭的制备，避免了机加钻孔等工序，使得原材料利用率提高，同时具备了制造流程短的明显优势可使制造成本大幅度降低。本申请提供的水冷坩埚制备中空钛锭轴向尺寸可达4米，且由于水冷坩埚的外壁和内芯均具有水冷系统，使得熔铸出的中空锭坯微观组织细小，为后续产品处理提供了有利保障。

附图说明

图1为水冷铜坩埚的轴向剖面结构示意图；

图2为水冷铜坩埚的仰视图；

图3为实施例1电子束冷床炉中电子枪工作区域示意图；

图4为实施例1电子束冷床炉结构示意图；

图中1-外壁，1-1-循环冷却水进水管，1-2-循环冷却水出水管，1-3-钢外侧壁，1-4-铜内侧壁，2-内芯，2-1-铜外侧壁，2-2-冷却水管道，2-3-底板，2-4-进水口，2-5-出水口，3-底托，3-1-底座，3-2-托顶，3-3-倒锥槽。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

实施例1：

由图1和图2可知，坩埚包括外壁1、内芯2和底托3，外壁1为空心壁且为圆筒状，内芯2为具有锥度的柱状结构，内芯2同轴串装在外壁1内，且圆环状的底托3为位于外壁1和内芯2之间，且套装在内芯2外，内芯2的下方和底托3的下方分别与拉锭机构连接。

外壁1是包括钢外侧壁1-3和铜内侧壁1-4，钢外侧壁1-3和铜内侧壁1-4通过螺栓紧固连接为空心结构，所述的钢外侧壁1-3的上端连通有循环冷却水出水管1-2，钢外侧壁1-3的下端连通有循环冷却水进水管1-1，循环冷却水管通过法兰及密封圈对接、密封。

内芯2包括桶状的铜外侧壁2-1、冷却水管道2-2和底板2-3，所述的底板2-3开有进水口2-4和出水口2-5。内芯2的上端为小径端，内芯2的下端为大径端。

底托3包括底座3-1、托顶3-2和倒锥槽3-3，底座3-1、托顶3-2和倒锥槽3-3由下到上依次堆叠后通过螺栓紧固为具有倒锥槽结构的环状底托3，底座3-1和托顶3-2为圆环状结构，且底座3-1顶端面和托顶3-2的底端面开有环状槽，底座3-1和托顶3-2上下相对布置形成冷却水通道空腔，该冷却水通道的进水口和出水口位于底座3-1的底部，且底座3-1和托顶3-2衔接处为密封槽结构。

应用上述水冷坩埚熔炼中空钛锭的方法，如图3所示，熔炼过程采用三枪电子束加热，其中1#电子枪用于熔化金属原料，熔炼功率240KW～270KW；2#电子枪用于加热结晶器内中空铸锭，精炼功率120KW～150KW；3#电子枪用于给冷床中熔融钛液提供热源，结晶区加热功率60KW～90KW。如图4所示，熔化的钛液倾注到水冷坩埚中，通过拉锭机构将底托3拉至规定高度后停止电子束扫描，然后通过拉锭机构将底托3和内芯2下拉至熔炼炉的上部炉体以下，随炉冷至300℃后，炉体上下部分离，通过液压传送装置将下部炉体、中空铸锭及内芯推出炉体外，然后将铸锭上部的内芯2卸除，随后将卸下底托3，获得中空钛锭。其中，电极截面规格为370mm×370mm，电极进料速度为10mm/min～15mm/min。

本申请熔炼过程采用三枪电子束加热，熔化的钛液倾注到铜坩埚中，经周期性下拉底托，实现中空锭坯的熔铸过程。且水冷坩埚的外壁1和内芯2均具有水冷系统，使得熔铸出的中空锭坯微观组织细小，为后续产品短流程处理提供了有利保障。