近年來，隨著我國大型民航客機、軍用飛機、航天火箭、核潛艇、海洋工程等高新技術領域的快速發展，對于優質寬幅鈦及鈦合金板材（寬度為800～1500mm、長度為2000～6000mm）、大盤重寬幅鈦及鈦合金帶材（寬度為1000～1500mm卷重5t以上）等高端鈦材產品的需求量越來越大。

電子束冷床爐熔煉（EBCHM）是20世紀80年代迅速發展起來的一種生產潔凈金屬的先進熔煉技術，其在減少高低密度夾雜能力、解決成分偏析和組織不均勻性等方面遠優于3次真空自耗熔煉，已成為當前優質鈦及鈦合金錠不可替代的先進熔煉技術，在鈦工業中得到了廣泛應用。

利用電子束熔煉爐大規格純鈦扁錠（8000mm×1050mm×210mm），采用單次冷床爐熔煉直接軋制、鈦帶連續加工等技術來制備優質寬幅純鈦板卷，減少了鑄錠鍛壓等工序，因而大大降低了鈦板卷的生產成本。但是，該工藝流程對熔煉的純鈦扁錠提出了更高的質量要求，特別是扁錠中Fe元素的偏析行為對后續軋制出的純鈦板卷質量及力學性能具有明顯的影響。由于我國引進電子束冷床熔煉爐時間較短，相關研究涉及較少。因此，科研人員針對大規格純鈦扁錠的電子束冷床熔煉過程，重點研究了結晶器中熔體表面溫差對純鈦扁錠中Fe元素偏析的影響機理及其控制方法。

大規格純鈦扁錠采用RETECH 3200型電子束冷床爐進行熔煉，各電子束槍總功率可達3200kW，結晶器的尺寸為1050mm×210mm。

負責維持結晶器中鈦液表面溫度的電子束槍掃描結晶器頂部。由于結晶器的澆注側、溢流對側及中間部位的冷卻速率不同，及其離澆注口的距離不同，熔煉時結晶器上方的電子束槍必須對各部位使用合理的掃描功率分配來維持熔體表面溫度均勻。為了研究熔體表面平均溫差對扁錠Fe元素偏析的影響，使用了9種不同的電子束槍掃描功率分配比例。每塊扁錠熔煉時，通過爐膛內的紅外熱成像測溫系統對結晶器的澆注側、中間部位及溢流對側進行實時測溫，各個扁錠的測溫位置固定。熔煉過程中保持穩定的拉錠速度（16mm/min），冷卻水溫控制在20℃左右，待熔煉結束后進行補縮，補縮完成后，采用充氬冷卻10h后進行出錠。

對熔煉的9塊扁錠毛坯取樣分析。將熔煉的9塊扁錠進行多道次熱軋后獲得厚度為6mm的鈦帶卷，然后取樣并進行室溫力學性能測試。試驗結果表明：

（1）電子束熔煉純鈦扁錠時，結晶器熔體表面平均溫差越小，扁錠中Fe含量越高且成分越均勻；隨著熔體表面平均溫差的增大，扁錠中Fe含量越低且橫向偏析越嚴重。這主要是因為結晶器中電子束槍對熔體表面掃描功率分配比不合理，會使得熔體表面產生溫度不均勻和局部過熱現象，從而導致扁錠中Fe元素出現偏析現象。

（2）當電子束槍對結晶器中熔體表面掃描功率分配比為32%、28%、40%時，熔體表面平均溫差*小，鈦扁錠Fe元素偏析程度*小，軋制成鈦帶卷后力學性能*均衡。