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钛及钛合金熔炼技术的发展趋势

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  金属熔炼最早是从地坑炉和坩埚炉开始的,其后出现火焰反射炉及电阻炉,然后是电弧炉和感应电炉。从20世纪40年代以来,由于真空技术和制造技术的发展,出现了真空感应炉和真空电弧炉,它促进了高温合金的发展。20世纪50年代以来,真空电子束炉、等离子炉及电渣炉也相继开发应用,这些为发展各种精密合金及难熔金属提供了条件。

  钛与其它工业大批量生产的金属相比,它的熔炼多少有些特殊。其根本原因是钛及其合金是一种高化学活性金属,在熔融状态下,几乎要与所有已知的耐火材料发生化学反应, 如氧化铝、氧化镁等,生成脆性化合物,这制约了其工程应用,此外,钛与氧、氮的亲和力强,且熔点高达约1670℃,作为熔炼钛锭的筑炉材料不能使用普通的耐火材料,并且不能在大气中进行熔炼。因此,必须在水冷或Na-K冷却的铜坩埚中真空或氩气、氦气等惰性气氛下熔炼。因此,目前工业化生产钛及钛合金方法中最多的是采用强制水冷铜坩埚进行真空电弧炉熔炼,但是,此方法能耗高,且由于熔池小,过热度小,导致钛合金的成分偏析严重,严重影响了钛合金质量的提高;为了得到高性能的钛合金,通常要进行反复熔炼,才能改善成分偏析问题,这又进一步增加了过程的能耗。

  随着科学技术和生产发展,金属的熔炼方法、设备和工艺都是在实践中不断开发和完善的。金属材料不仅品种繁多,而且对其成分、组织、性能、规格、尺寸公差、能耗、成本及使用寿命等都有严格的标准和需求,这为研究和开发新的熔炼技术提出了依据和动力 。近年来,新的熔炼方法、设备及工艺不断涌现,材料的质量和产量也有长足的发展,但还存在耗损大、能耗高、经济技术指标较低、成本高等问题。经过十余年对真空冷床技术的实践,认为采用真空冷床熔炼技术对消除硬α和高密度夹杂物效果显著,并逐步在工业标准中实践。