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電子束冷床爐熔煉技術,是20世紀七八十年代發展起來的新型熔煉方法。EBCHM技術是一種把電子束和冷爐床結合,在高真空下進行熔煉的冶金技術。與真空自耗重熔不同,其主要特征是用一個可以進行精煉的冷爐床把原料或電極的熔化和鑄錠澆鑄分開。以電子槍的強流電子束作為熔煉熱源,使金屬熔化,熔融的金屬液在特殊設計的冷爐床(即一種比較淺的狹長水冷銅質坩堝)里流動,進行精煉、凈化后流入鑄模(即配置拉錠機構的水冷結晶器)順序凝固結晶形成鑄錠。
電子束真空冷床爐熔煉技術經過近四十年的發展,已經超出了傳統的冶金操作技術的范疇,成為當代戰略金屬鈦冶金科學技術的一個重要發展前沿,是活性金屬以及高熔點金屬的提純和凈化能以經濟的方式進行工業化大規模生產的主要技術手段,是國民經濟和國防建設中一種新興的,具有重要戰略意義的高科技材料產業。該項技術在鈦冶金領域所蘊含的獨特的技術經濟優勢主要有:
(1)能夠單獨調控鈦合金處于熔融狀態的時間,而不影響鑄錠中凝固的那一部分金屬液,從而創造更好的精煉條件,使富N、富O的夾雜物通過分解的方式得以去除使得合金凈化,又不致造成像真空自耗重熔鑄錠那樣深的熔池,有效避免熔質元素偏析。
(2)能夠很方便地利用重力分離的機制,使采用返回料可能夾帶的WC刀具碎塊和電極焊接W夾雜等高比重夾雜物下沉,落入冷爐床凝殼的糊狀區而得以去除,不致流入鑄錠。
(3)可以直接澆鑄成如扁錠、棒條等非軸對稱鑄錠,比大型圓錠更適合軋制成平面產品(如厚板、薄板和條帶),使產品更具競爭力。
(4)能夠很有效地利用各種形式的返回料,有利于資源的保護和可持續利用。
(5)便于使用各種在線傳感器,對熔化精煉過程進行實時的監測和控制,使這種復雜的高技術裝置運行的穩定性與重復性有了可靠保證,并有利于工藝的優化。
電子束真空冷床爐熔煉設備的關鍵器件是電子槍,電子束具有很高的能量密度(103~106W/cm2),可以達到很高的溫度,能夠熔化一切金屬,并且在真空條件下(<10-3Pa)運行,能夠充分地去除各種有害雜質和氣體,特別適合于熔煉活性金屬(Ti,Zr,V,Hf)和難熔的高熔點金屬(W,Mo,Ta,Nb)及合金。目前標準電子槍的典型參數為:功率在200~250KW,加速電壓30~40KV,束斑直徑10mm,電子槍的工作距離1000mm,偏轉掃描頻率1000Hz。冷床爐*重要的改進是采用雙室結構,擴大冷爐床,把熔化和精煉部分適當拉開,從而進一步延長金屬在液態停留的時間,使精煉、凈化的過程進行更充分。