本發(fā)明涉及機械加工領域，尤其涉及一種鑄錠的熔煉方法。

背景技術：

在工業(yè)生產(chǎn)上，熔煉技術是鑄錠制造的主要技術。熔煉技術是將金屬材料及其它輔助材料投入熔煉爐溶化并調(diào)質(zhì)，爐料在高溫熔煉爐內(nèi)發(fā)生一定的物理、化學變化，產(chǎn)出粗金屬或金屬富集物和爐渣的火法冶金過程。熔煉技術主要包括真空電弧熔煉、等離子熔煉或電子束熔煉，其中，電子束熔煉是目前被廣泛使用的一種熔煉技術。

電子束熔煉爐(electronbeamrefinefurnace，eb爐)，是利用高速運動電子的動能轉(zhuǎn)換成熱能作為熱源，將金屬熔化成鑄錠的一種真空熔煉設備。由于eb爐真空度高，提純效果好，可以同時去除金屬中的非金屬元素雜質(zhì)與低熔點金屬雜質(zhì)，因此廣泛用于生產(chǎn)潔凈金屬，對于高純難熔金屬以及難熔金屬合金生產(chǎn)領域發(fā)揮著重要作用。

電子束熔煉爐在較高真空條件下用一個或多個電子槍陰極發(fā)射的高速電子束轟擊高溫難熔金屬，由電子束動能轉(zhuǎn)化為熱能來加熱熔化金屬形成液態(tài)金屬，所述液態(tài)金屬注入水冷結晶器或鑄錠的模具內(nèi)，聚集成熔池，然后冷凝成鑄錠。

但是，現(xiàn)有技術熔煉制造的鑄錠的質(zhì)量有待提高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種鑄錠的熔煉方法，提高鑄錠的質(zhì)量。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鑄錠的熔煉方法，包括：提供熔煉設備，所述熔煉設備包括具有液態(tài)金屬的水平坩堝、位于所述水平坩堝下方的鑄錠圓坩堝、位于所述鑄錠圓坩堝上方的第一電子槍、位于所述鑄錠圓坩堝底部的拉錠機構；使所述水平坩堝中的液態(tài)金屬溢流并注入至所述鑄錠圓坩堝內(nèi)；通過第一電子槍發(fā)射的第一電子束，對所述鑄錠圓坩堝內(nèi)的液態(tài)金屬進行電子束掃描形成熔池，所述熔池位于所述鑄錠圓坩堝的頂部區(qū)域內(nèi)，所述熔池內(nèi)具有熔融金屬；采用拉錠機構對所述熔融金屬進行多次拉錠處理以形成鑄錠；其中，所述拉錠處理的步驟包括：使所述拉錠機構進行下拉操作和上頂操作，且下拉距離小于或等于所述熔池深度的一半。

可選的，所述水平坩堝中的液態(tài)金屬溢流結束后，在等待下一次溢流的期間，通過所述拉錠機構使所述熔池液面與所述鑄錠圓坩堝頂部的距離小于或等于3cm。

可選的，在等待下一次溢流的期間，所述熔池液面與所述鑄錠圓坩堝頂部的距離在1cm至2cm的范圍內(nèi)。

可選的，所述液態(tài)金屬溢流結束后，在等待下一次溢流的期間，所述熔煉方法還包括：使所述拉錠機構進行下拉操作和上頂操作，且間隔2分鐘至5分鐘進行一次下拉操作和上頂操作。

可選的，所述水平坩堝的形狀為長方體，包括平行于所述水平坩堝延伸方向的第一側(cè)壁，位于所述第一側(cè)壁之間的第二側(cè)壁，所述第二側(cè)壁上設有溢料口且所述溢料口朝向所述鑄錠圓坩堝；沿所述水平坩堝的長方向為y方向，沿所述水平坩堝的寬方向為x方向，沿所述水平坩堝的高方向為z方向；所述水平坩堝和鑄錠圓坩堝沿z方向的投影具有重疊部分；對所述鑄錠圓坩堝內(nèi)的液態(tài)金屬進行電子束掃描之前，所述熔煉方法還包括：對所述第一電子槍進行引束操作，使所述第一電子槍發(fā)射第一電子束；對所述第一電子槍進行引束操作的步驟中，將所述第一電子束聚焦于所述鑄錠圓坩堝的中心位置處；將所述第一電子束由中心位置處沿y方向向所述水平坩堝一側(cè)移動第一距離；移動第一距離后，將所述第一電子束的掃描圖案尺寸以及所述第一電子槍的功率調(diào)整至預設值。

可選的，所述水平坩堝和鑄錠圓坩堝沿z方向的投影具有重疊部分，所述重疊部分沿y方向的距離為第二距離，所述第一距離為所述第二距離的30％至35％。

可選的，所述熔煉設備還包括位于所述水平坩堝上方的第二電子槍；提供具有液態(tài)金屬的水平坩堝的步驟包括：向所述水平坩堝內(nèi)加入金屬坯料；使所述第二電子槍發(fā)射第二電子束，所述第二電子束對所述金屬坯料進行電子束掃描，使所述金屬坯料熔化形成液態(tài)金屬；使所述水平坩堝中的液態(tài)金屬溢流并注入至所述鑄錠圓坩堝內(nèi)的步驟包括：使所述第二電子束對靠近所述溢料口一側(cè)的液態(tài)金屬進行電子束掃描。

可選的，根據(jù)所形成鑄錠的直徑，調(diào)整所述第一電子槍的功率預設值。

可選的，所形成鑄錠的直徑為400mm；所述第一電子槍的功率預設值為235kw至265kw。

可選的，所述鑄錠為圓柱體，所述第一電子束的掃描圖案為圓形；所述第一電子束的預設掃描直徑為所述鑄錠直徑的60％至70％。

可選的，所述熔池的深度為2cm至4cm。

可選的，所述拉錠處理的步驟中，下拉距離在1cm至2cm的范圍內(nèi)。

可選的，所述拉錠處理的步驟中，下拉距離和上頂距離的比值在1.9至2.1的范圍內(nèi)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明采用拉錠機構對熔融金屬進行多次拉錠處理以形成鑄錠；其中，所述拉錠處理的步驟包括：使所述拉錠機構進行下拉操作和上頂操作，且下拉距離小于或等于所述熔池深度的一半；所述下拉距離設定合理，可以避免所述熔池中的熔融金屬因下拉距離過大而向下流動，從而可以避免所述鑄錠表面出現(xiàn)褶皺甚至流淚狀缺陷；因此所形成鑄錠的表面光滑度較高，可以減少或避免表面褶皺的問題；后續(xù)對所述鑄錠表皮進行車削加工時，所述車削加工的進刀深度在5mm以內(nèi)，70％至80％的進刀深度在2.5mm以內(nèi)；且相比轉(zhuǎn)錠的熔煉方式，本發(fā)明可以避免轉(zhuǎn)錠阻力過大而引起設備故障的問題，還可以降低設備故障率。

可選方案中，所述液態(tài)金屬溢流結束后，在等待下一次溢流的期間，控制所述拉錠機構，通過所述拉錠機構使所述熔池液面與所述鑄錠圓坩堝頂部的距離小于或等于3cm；所述熔池液面與所述鑄錠圓坩堝頂部的距離設定合理，可以避免所述熔池中的熔融金屬向所述鑄錠圓坩堝頂部方向揮發(fā)而粘附于所述鑄錠圓坩堝的側(cè)壁上形成凝殼的問題，從而避免所述鑄錠表面出現(xiàn)凹陷或氣孔等的問題，使所形成鑄錠的表面光滑度較高。

可選方案中，對所述第一電子槍進行引束操作的步驟中，將所述第一電子束由中心位置處沿y方向向所述水平坩堝一側(cè)移動第一距離后，將所述第一電子束的掃描圖案尺寸以及所述第一電子槍的功率調(diào)整至預設值；由于所述水平坩堝和鑄錠圓坩堝沿z方向的投影具有重疊部分，因此通過使所述第一電子束向重疊區(qū)域進行偏移，從而可以避免重疊區(qū)域液態(tài)金屬受熱不足的問題，進而提高所述熔池的熔融效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明鑄錠的熔煉方法一實施例的流程示意圖；

圖2是圖1所示實施例中各步驟的結構示意圖。

具體實施方式

目前，為了使鈦錠表面光滑無褶皺，在鈦錠的熔煉過程中采用轉(zhuǎn)錠的方式，使拉錠機構中的引錠頭持續(xù)且緩慢地旋轉(zhuǎn)。

但是，由于鈦的熱塑性較小、黏度較大，較容易引起粘坩堝的現(xiàn)象。當轉(zhuǎn)錠過程中出現(xiàn)粘坩堝現(xiàn)象時，轉(zhuǎn)錠阻力相應增加；當轉(zhuǎn)錠阻力過大時，容易引起拉錠機構中與引錠頭相連接的拉錠基座發(fā)生變形，甚至扭斷而造成設備故障。因此，為了避免轉(zhuǎn)錠阻力以及設備故障率的增加，所述轉(zhuǎn)錠的方式無法采取引錠頭上頂?shù)牟僮鳌?br />
其中，鈦錠熔煉采用的坩堝為鑄錠圓坩堝，所述鑄錠圓坩堝的橫截面為圓形，且沿所述坩堝頂部指向底部的方向上，直徑逐漸增大；相應的，由于無法采取引錠頭上頂?shù)牟僮?，當所述引錠頭的下拉幅度過大時，部分形成的鑄錠與所述鑄錠圓坩堝之間形成縫隙，鈦液沿所述縫隙向所述坩堝底部流動，從而導致所述鑄錠表面出現(xiàn)褶皺，在嚴重的情況下，所述鑄錠表面出現(xiàn)流淚狀缺陷，從而導致鑄錠的質(zhì)量下降。

為了解決所述技術問題，本發(fā)明提供一種鑄錠的熔煉方法，包括：提供熔煉設備，所述熔煉設備包括具有液態(tài)金屬的水平坩堝、位于所述水平坩堝下方的鑄錠圓坩堝、位于所述鑄錠圓坩堝上方的第一電子槍、位于所述鑄錠圓坩堝底部的拉錠機構；使所述水平坩堝中的液態(tài)金屬溢流并注入至所述鑄錠圓坩堝內(nèi)；通過第一電子槍發(fā)射的第一電子束，對所述鑄錠圓坩堝內(nèi)的液態(tài)金屬進行電子束掃描形成熔池，所述熔池位于所述鑄錠圓坩堝的頂部區(qū)域內(nèi)，所述熔池內(nèi)具有熔融金屬；采用拉錠機構對所述熔融金屬進行多次拉錠處理以形成鑄錠；其中，所述拉錠處理的步驟包括：使所述拉錠機構進行下拉操作和上頂操作，且下拉距離小于或等于所述熔池深度的一半。

本發(fā)明采用拉錠機構對熔融金屬進行多次拉錠處理以形成鑄錠；其中，所述拉錠處理的步驟包括：使所述拉錠機構進行下拉操作和上頂操作，且下拉距離小于或等于所述熔池深度的一半；所述下拉距離設定合理，可以避免所述熔池中的熔融金屬因下拉距離過大而向下流動，從而可以避免所述鑄錠表面出現(xiàn)褶皺甚至流淚狀缺陷；因此所形成鑄錠的表面光滑度較高，可以減少或避免表面褶皺的問題；后續(xù)對所述鑄錠表皮進行車削加工時，所述車削加工的進刀深度在5mm以內(nèi)，70％至80％的進刀深度在2.5mm以內(nèi)；且相比轉(zhuǎn)錠的熔煉方式，本發(fā)明可以避免轉(zhuǎn)錠阻力過大而引起設備故障的問題，還可以降低設備故障率。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。

請參考圖1，圖1是本發(fā)明鑄錠的熔煉方法一實施例的流程示意圖，本實施例鑄錠的熔煉方法包括以下基本步驟：

步驟s1：提供熔煉設備，所述熔煉設備包括具有液態(tài)金屬的水平坩堝、位于所述水平坩堝下方的鑄錠圓坩堝、位于所述鑄錠圓坩堝上方的第一電子槍、位于所述鑄錠圓坩堝底部的拉錠機構；

步驟s2：使所述水平坩堝中的液態(tài)金屬溢流并注入至所述鑄錠圓坩堝內(nèi)；

步驟s3：通過第一電子槍發(fā)射的第一電子束，對所述鑄錠圓坩堝內(nèi)的液態(tài)金屬進行電子束掃描形成熔池，所述熔池位于所述鑄錠圓坩堝的頂部區(qū)域內(nèi)，所述熔池內(nèi)具有熔融金屬；

步驟s4：采用拉錠機構對所述熔融金屬進行多次拉錠處理以形成鑄錠；其中，所述拉錠處理的步驟包括：使所述拉錠機構進行下拉操作和上頂操作，且下拉距離小于或等于所述熔池深度的一半。

為了更好地說明本發(fā)明實施例的鑄錠的熔煉方法，下面將結合參考圖2，對本發(fā)明的具體實施例做進一步的描述。

參考圖2，執(zhí)行步驟s1，提供熔煉設備，所述熔煉設備包括具有液態(tài)金屬132的水平坩堝130、位于所述水平坩堝130下方的鑄錠圓坩堝150、位于所述鑄錠圓坩堝150上方的第一電子槍120、以及位于所述鑄錠圓坩堝150底部的拉錠機構200。

本實施例中，所述熔煉設備還包括熔煉爐體100，且所述水平坩堝130、鑄錠圓坩堝150和第一電子槍120位于所述熔煉爐體100內(nèi)。后續(xù)采用電子束熔煉技術進行熔煉，所述熔煉爐體100為后續(xù)進行電子束熔煉提供平臺。

所述水平坩堝130用于聚集所述液態(tài)金屬132，且向所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)注入所述液態(tài)金屬132。本實施例中，所述水平坩堝130為水平精煉坩堝。所述水平精煉坩堝不僅用于為形成所述液態(tài)金屬132提供工藝平臺，還可以對所述液態(tài)金屬132進行精煉提純。

本實施例中，所述水平坩堝130的形狀為長方體，包括平行于所述水平坩堝130延伸方向的第一側(cè)壁133，位于所述第一側(cè)壁133之間的第二側(cè)壁134，所述第二側(cè)壁134上設有溢料口(圖未示)且所述溢料口朝向所述鑄錠圓坩堝150；沿所述水平坩堝130的長方向為y方向(如圖2中aa1方向所示)，沿所述水平坩堝130的寬方向為x方向(如圖2中bb1方向所示)，沿所述水平坩堝130的高方向為z方向(圖未示)；所述水平坩堝130和鑄錠圓坩堝150沿y方向的投影具有重疊部分。

本實施例中，所述熔煉設備還包括位于所述熔煉爐體100內(nèi)的第二電子槍110，所述第二電子槍110位于所述水平坩堝130上方，所述第二電子槍110用于發(fā)射第二電子束111，從而在所述水平坩堝130內(nèi)形成液態(tài)金屬132。

具體地，提供具有所述液態(tài)金屬132的水平坩堝130的步驟包括：向所述水平坩堝內(nèi)130加入金屬坯料140；使所述第二電子槍110發(fā)射第二電子束111，所述第二電子束111對所述金屬坯料140進行電子束掃描，使所述金屬坯料140熔化形成液態(tài)金屬132。

所述第二電子束111轟擊所述金屬坯料140，利用所述第二電子束111的高能量電子對所述金屬坯料140的沖擊所產(chǎn)生的熱量使所述金屬坯料140熔化，所述金屬坯料140中熔煉的部分形成液態(tài)金屬132。

本實施例中，所述金屬坯料140為棒狀物料；所述第二電子束111對所述金屬坯料140進行電子束掃描的過程中，采用沿水平方向橫向進料的方式，移動所述棒狀物料，以完成對所述棒狀物料的熔煉。相應的，所述棒狀物料水平放置，即所述棒狀物料與水平面平行。在另一實施例中，所述第二電子束對所述金屬坯料進行電子束掃描的過程中，采用沿垂直于水平方向的垂直進料方式。相應的，所述棒狀物料垂直放置，即所述棒狀物料與水平面垂直。

在其他實施例中，所述金屬坯料還可以為塊狀物料。相應的，提供具有所述液態(tài)金屬的水平坩堝的步驟包括：通過加料槽將所述金屬坯料倒入所述水平坩堝中，使所述金屬坯料鋪設于所述水平坩堝內(nèi)；使所述第二電子槍發(fā)射第二電子束，所述第二電子束對所述金屬坯料進行電子束掃描，使所述金屬坯料熔化形成液態(tài)金屬。

所述金屬坯料140的材料包括鈦、鎢、鋯、鉻、鉿、銅、鉬、鉭或鈮中的一種或多種。所述金屬坯料140的純度較低，因此后續(xù)會對所述金屬坯料140進行熔煉形成鑄錠，所述鑄錠的純度高于金屬坯料140的純度。

本實施例中，所述金屬坯料140的材料為鈦；相應的，所述液態(tài)金屬132為鈦液。

為了使所述金屬坯料140的熔化效果較好，本實施例中，所述第二電子槍110的功率為200kw至250kw。

本實施例中，所述水平坩堝130的形狀為長方體，相應的，所述第二電子束111的掃描圖案為長方形，包括長和寬。為了使所述水平坩堝130內(nèi)各區(qū)域的受熱效果較好，且為了避免所述第二電子束111對所述水平坩堝130或鑄錠圓坩堝150造成損壞，本實施例中，長的尺寸為200毫米至700毫米，寬的尺寸為70毫米至250毫米。

需要說明的是，使所述金屬坯料140熔化形成液態(tài)金屬132后，由于所述水平坩堝130底部受到所述第二電子束111的影響較小，因此所述水平坩堝130底部的溫度較低，位于所述水平坩堝130底部的液態(tài)金屬132會凝固成固態(tài)金屬131。

所述第一電子槍120用于對所述液態(tài)金屬132進行熔煉形成熔池151；所述鑄錠圓坩堝150不僅用于聚集所述液態(tài)金屬132，還可以作為對所述液態(tài)金屬132進行熔煉形成熔池151的平臺。

本實施例中，所述鑄錠圓坩堝150為水冷銅坩堝，避免在熔煉過程中鑄錠圓坩堝150側(cè)壁的溫度過高，通過所述鑄錠圓坩堝150，使所述熔池151中的熔融金屬成型以形成鑄錠152。

本實施例中，所述鑄錠圓坩堝150底部為中空結構，也就是說，所述鑄錠圓坩堝150具有底部鏤空的腔體(未標示)，所述腔體用于使熔融金屬成型形成鑄錠152。具體地，所述鑄錠圓坩堝150的橫截面為圓形，且沿所述鑄錠圓坩堝150頂部指向底部的方向上，直徑逐漸增大。

本實施例中，所述拉錠機構200包括：位于所述鑄錠圓坩堝150底部的引錠頭210、位于所述引錠頭210下方的拉錠桿230，以及連接所述引錠頭210和拉錠桿230的引錠基座220。通過所述拉錠桿230，實現(xiàn)所述拉錠機構200的下拉和上頂操作。

所述引錠頭210的材料與熔池151中熔融金屬的材料相同，使得熔融金屬凝固形成鑄錠152后，所述鑄錠152與所述引錠頭210鑄成一體，所述引錠頭210成為鑄錠152的一部分。當熔煉結束后，可以取出所述鑄錠152，并且將鑄錠152的一部分分離作為新的引錠頭210，用于下一次熔煉，從而使得形成的鑄錠152更容易從所述拉錠機構200上取下。

需要說明的是，由于所述鑄錠圓坩堝150用于聚集所述液態(tài)金屬132，且所述鑄錠圓坩堝150具有底部鏤空的腔體(未標示)，因此在熔煉狀態(tài)下，所述鑄錠圓坩堝150與所述引錠頭210圍成器皿區(qū)(未標示)，所述器皿區(qū)用于聚集所述液態(tài)金屬132，且使所述熔池151中的熔融金屬成型以形成鑄錠。相應的，所述引錠頭210位于所述鑄錠圓坩堝150的腔體中；并且，所述引錠頭210還能夠從所述鑄錠圓坩堝150的腔體中移動以脫離所述鑄錠圓坩堝150，使得位于所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)的熔融金屬被拉出形成鑄錠152。

執(zhí)行步驟s2，使所述水平坩堝130中的液態(tài)金屬132溢流并注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)。

具體地，使所述水平坩堝130中的液態(tài)金屬132溢流并注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)的步驟包括：使所述第二電子束111對靠近所述溢料口(圖未示)一側(cè)的液態(tài)金屬132進行電子束掃描。

當所述水平坩堝130內(nèi)的液態(tài)金屬132受熱不足時，容易重新凝固成固態(tài)。通過偏轉(zhuǎn)所述第二電子槍110，使所述第二電子束111對靠近所述溢料口(圖未示)一側(cè)的液態(tài)金屬132進行電子束掃描，從而有利于所述溢料口位置處的液態(tài)金屬132呈熔化狀態(tài)，并經(jīng)所述溢料口注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)。

執(zhí)行步驟s3：通過第一電子槍120發(fā)射的第一電子束121，對所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)的液態(tài)金屬132進行電子束掃描形成熔池151，所述熔池151位于所述鑄錠圓坩堝150的頂部區(qū)域內(nèi)，所述熔池151內(nèi)具有熔融金屬。

由于所述鑄錠圓坩堝150為水冷銅坩堝，所述水平坩堝130中的液態(tài)金屬132流入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)后，所述液態(tài)金屬132遇冷凝固成固態(tài)；所述第一電子束121用于對所述液態(tài)金屬132進行熔煉形成熔池151，所述熔池151中具有熔融金屬，而未受到所述第一電子束121影響的熔融金屬凝固成固態(tài)，以形成鑄錠152。

需要說明的是，對所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)的液態(tài)金屬132進行電子束掃描之前，所述熔煉方法還包括：對所述第一電子槍120進行引束操作，使所述第一電子槍120發(fā)射第一電子束121。

具體地，對所述第一電子槍120進行引束操作的步驟中，將所述第一電子束121聚焦于所述鑄錠圓坩堝150的中心位置處；將所述第一電子束121由中心位置處沿y方向(如圖2中aa1方向所示)向所述水平坩堝130一側(cè)移動第一距離；移動第一距離后，將所述第一電子束121的掃描圖案尺寸以及所述第一電子槍120的功率調(diào)整至預設值。

由于所述水平坩堝130位于所述鑄錠圓坩堝150上方，且所述水平坩堝130和鑄錠圓坩堝150沿z方向的投影具有重疊部分，也就是說，所述水平坩堝130遮擋了部分所述鑄錠圓坩堝150，產(chǎn)生陰影；所述液態(tài)金屬132流入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)后，所述陰影部分的液態(tài)金屬132受到所述第一電子束121的熱量較少，從而導致所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)熔池151的質(zhì)量均勻性較差，進而導致后續(xù)鑄錠152的質(zhì)量不均勻；因此通過將所述第一電子束121由所述中心位置處沿y方向向所述水平坩堝130一側(cè)移動，也就是將所述第一電子束121向陰影部分一側(cè)偏移，使得所述陰影部分的液態(tài)金屬132受到足夠熱量，從而提高所述熔池151的熔融效果，進而可以提高后續(xù)所形成鑄錠152的質(zhì)量均勻性。

需要說明的是，所述第一距離不宜過小，也不宜過大。當所述第一距離過小時，所述陰影部分的液態(tài)金屬132難以受到足夠熱量，從而導致后續(xù)所形成鑄錠152的質(zhì)量均勻性較差；當所述第一距離過大時，容易導致所述第一電子束121對所述水平坩堝130進行掃描，從而導致所述水平坩堝130受損。為此，本實施例中，所述重疊部分沿y方向的距離為第二距離，所述第一距離為所述第二距離的30％至35％。

本實施例中，后續(xù)所形成鑄錠152的形狀為圓柱體，相應的，所述第一電子束121的掃描圖案為圓形，所述掃描圖案尺寸為掃描直徑。在所述預設掃描直徑和功率預設值下，所述第一電子束121對所述液態(tài)金屬132進行熔煉形成熔池151。

需要說明的是，所述第一電子束121的預設掃描直徑不宜過小，也不宜過大。如果所述預設掃描直徑過小，容易導致所述鑄錠圓坩堝150邊緣位置處的液態(tài)金屬132受熱不足而難以形成熔池151；由于所述鑄錠圓坩堝150沿頂部指向底部的方向上，直徑逐漸增大，因此后續(xù)進行下拉操作時，所述鑄錠圓坩堝150和引錠頭210之間、所述鑄錠圓坩堝150和部分形成的鑄錠152之間具有縫隙，如果所述預設掃描直徑過大，容易導致所述鑄錠圓坩堝150邊緣位置處過熱，從而導致所述邊緣位置處的熔池151不易凝固，進而導致后續(xù)進行下拉操作時，所述熔池151中的熔融金屬通過所述縫隙發(fā)生溢流現(xiàn)象。為此，本實施例中，所述第一電子束121的預設掃描直徑為所述鑄錠152直徑的60％至70％。

所述第一電子槍120的功率影響所述第一電子束121產(chǎn)生的熱量。所述第一電子槍120的功率預設值過小時，所述第一電子束121產(chǎn)生的熱量也相應過小，從而容易導致后續(xù)熔池151的熔融效果下降；所述第一電子槍120的功率預設值過大時，導致所述第一電子束121產(chǎn)生的熱量過多，從而容易導致后續(xù)熔池151的深度過大，進而容易導致所述熔池151中的熔融金屬通過所述鑄錠圓坩堝150和引錠頭210之間、所述鑄錠圓坩堝150和部分形成的鑄錠152之間的縫隙發(fā)生溢流。

需要說明的是，所述第一電子槍120的功率預設值根據(jù)所形成鑄錠152的直徑進行調(diào)整；所述第一電子槍120的功率還根據(jù)所形成鑄錠152的材料進行調(diào)整，且進行調(diào)整時，以鈦金屬材料作為基準。具體地，所述第一電子槍120的功率預設值和鑄錠152直徑的關系式為：功率預設值＝(1/2*直徑+50)kw；所述第一電子槍120的功率預設值和鑄錠152材料的關系式為：功率預設值＝(材料熔點/鈦金屬熔點)*(1/2*直徑+50)kw。

本實施例中，所形成鑄錠152的材料為鈦，所形成鑄錠152的直徑為400mm，相應的，所述第一電子槍120的功率預設值為235kw至265kw。

所述熔池151位于所述鑄錠圓坩堝150的頂部區(qū)域內(nèi)，且所述熔池151內(nèi)具有熔融金屬。本實施例中，形成的熔池151深度為2cm至4cm。

需要說明的是，所述熔池151的深度還與后續(xù)鑄錠152的直徑有關，所述鑄錠152的直徑越小，所述熔池151的深度越大。以后續(xù)形成的鑄錠152的直徑為400mm為例，設定所述第一電子槍120的功率預設值為250kw時，相應形成的熔池151深度為2cm。

執(zhí)行步驟s4，采用拉錠機構200對所述熔融金屬進行多次拉錠處理以形成鑄錠152；其中，所述拉錠處理的步驟包括：使所述拉錠機構200進行下拉操作(如圖2中z1方向所示)和上頂操作(如圖2中z2方向所示)，且下拉距離小于或等于所述熔池151深度的一半。

本實施例中，所述液態(tài)金屬132注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)的過程中，進行所述拉錠處理。通過使所述拉錠機構200進行下拉操作，為使所述水平坩堝130內(nèi)的液態(tài)金屬132再次注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)提供空間位置，且使得位于所述熔池151下方的熔融金屬經(jīng)冷卻凝固后形成鑄錠152。也就是說，通過所述下拉操作，所述鑄錠圓坩堝150頂部區(qū)域始終為再次注入的液態(tài)金屬132提供空間位置，且隨著液態(tài)金屬132的不斷注入以及所述下拉操作，所述鑄錠152的長度逐漸增加。

本實施例中，所述鑄錠圓坩堝150沿頂部指向底部的方向上，直徑逐漸增大，因此后續(xù)使所述拉錠機構200進行下拉操作時，所述熔池151隨之下降，且所述鑄錠圓坩堝150和引錠頭210之間具有縫隙。當下拉距離較大且及時進行上頂操作時，所述縫隙也相應較小，順著所述縫隙溢流的熔融金屬冷卻凝固后堵住所述縫隙并形成褶皺；當下拉距離過大且未及時進行上頂操作時，形成的縫隙也相應過大，從而容易導致大量熔融金屬順著所述縫隙發(fā)生溢流，且冷卻凝固后在所述鑄錠152表面形成流淚狀缺陷。因此，使所述拉錠機構200進行下拉操作后還需及時進行上頂操作。

需要說明的是，所述下拉距離不宜過小，也不宜過大。如果下拉距離過小，相應的，所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部的距離過??；后續(xù)所述水平坩堝130內(nèi)的液態(tài)金屬132再次注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)時，注入的液態(tài)金屬132容易因所述鑄錠圓坩堝150頂部區(qū)域的空間不足而從所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)溢出；如果下拉距離過大，后續(xù)使所述拉錠機構200進行下拉操作時，所述鑄錠圓坩堝150和引錠頭210之間的縫隙也過大，容易導致大量熔融金屬順著所述縫隙發(fā)生溢流，且冷卻凝固后在所述鑄錠152表面形成流淚狀缺陷；其中下拉距離越大，越容易出現(xiàn)褶皺或淚流狀缺陷。

本實施例中，下拉距離在1cm至2cm的范圍內(nèi)。其中，所述下拉距離可以根據(jù)后續(xù)鑄錠152的預設直徑而定，鑄錠152的預設直徑越小，下拉量越大。且為了避免出現(xiàn)褶皺或淚流狀缺陷，下拉距離小于或等于所述熔池151深度的一半，即下拉量至多為所述熔池151深度的一半。

此外，使所述拉錠機構200進行上頂操作時，上頂距離與所述下拉距離相匹配，從而避免后續(xù)形成的鑄錠152表面出現(xiàn)褶皺甚至流淚狀缺陷，還可以避免后續(xù)所述水平坩堝130內(nèi)的液態(tài)金屬132再次注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)時，注入的液態(tài)金屬132從所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)溢出。本實施例中，下拉距離和上頂距離的比值在1.9至2.1的范圍內(nèi)。

以后續(xù)所形成鑄錠152的直徑為400mm為例，下拉距離和上頂距離的比值為2，每次下拉距離為1cm，上頂距離為0.5cm。

需要說明的是，在所述液態(tài)金屬132溢流并注入至所述鑄錠圓坩堝150的過程中，需不斷進行所述拉錠處理，直至溢流結束，從而有利于提高后續(xù)鑄錠152的表面光滑度。

本實施例中，所述液態(tài)金屬132溢流結束后，在等待下一次溢流的期間，通過所述拉錠機構200使所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部的距離小于或等于3cm。

一方面，通過使所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部預留一定距離，為所述水平坩堝130中液態(tài)金屬132的下一次溢流提供空間位置。因此所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部的距離不宜過小，否則在下一次溢流時，容易導致所述液態(tài)金屬132從所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)溢出。

另一方面，由于所述鑄錠圓坩堝150為水冷銅坩堝，因此所述鑄錠圓坩堝150的溫度較低；所述熔池151中的金屬蒸汽向上揮發(fā)后容易黏附于所述熔池151上方的鑄錠圓坩堝150側(cè)壁上，并遇冷形成凝殼；所述水平坩堝130中的液態(tài)金屬132下一次溢流時，注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)的液態(tài)金屬132黏附于所述凝殼上；在下拉操作過程中，所述熔池151隨引錠頭210一同下降，但是凝殼因黏附于所述鑄錠圓坩堝150的側(cè)壁上而難以一同下降，因此被所述凝殼占據(jù)的位置空出，即具有空缺位置，且所述空缺位置的溫度較低；當液態(tài)金屬132對所述空缺位置進行補充時，因所述空缺位置的溫度較低而迅速冷卻凝固，從而導致液態(tài)金屬132對所述空缺位置的填充效果較差，進而導致所述空缺位置處的鑄錠152表面出現(xiàn)凹陷甚至氣孔。因此，所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部的距離也不宜過大，距離越大，越容易形成凝殼。

綜合以上兩個方面，本實施例中，所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部的距離在1cm至2cm的范圍內(nèi)。

需要說明的是，所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部的距離可以根據(jù)所形成鑄錠152的預設直徑而定。鑄錠152的預設直徑越小，所述距離越大。但為了改善凹陷或氣孔的問題，所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部的距離小于或等于3cm，即距離最大不能超過3cm。以后續(xù)形成的鑄錠152的直徑為400mm為例，所述熔池151液面與所述鑄錠圓坩堝150頂部的距離為1cm。

還需要說明的是，為了避免在等待下一次溢流的期間，所述熔池151的邊緣部分與所述鑄錠圓坩堝150側(cè)壁相粘連產(chǎn)生粘鍋現(xiàn)象，還可以繼續(xù)使所述拉錠機構200進行下拉操作和上頂操作。本實施例中，間隔2分鐘至5分鐘進行一次下拉操作和上頂操作；其中，下拉距離和上頂距離的比值可以在0.9至1.1的范圍內(nèi)。

本實施例中，隨著液態(tài)金屬132的不斷注入以及所述下拉操作，所述鑄錠152的長度逐漸增加，為了形成滿足工藝長度要求的鑄錠152，所述水平坩堝130中的液態(tài)金屬132多次溢流并注入至所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)，因此在每一次溢流過程和等待過程中，均采用上述下拉操作和上頂操作，從而使所形成鑄錠152的表面光滑度較高。

具體地，隨著所述拉錠機構200的下拉和上頂操作，同時不斷向所述鑄錠圓坩堝150內(nèi)注入液態(tài)金屬132，所述第一電子束121對所述液態(tài)金屬132進行熔煉形成熔池151，所述熔池151下方的熔融金屬冷卻凝固形成鑄錠152，所述鑄錠152的長度逐漸增加；且通過所述拉錠機構200，使所述鑄錠152從所述鑄錠圓坩堝150中被拉出，脫離所述鑄錠圓坩堝150后形成滿足工藝長度要求的鑄錠152。

所述鑄錠152的材料包括鈦、鎢、鋯、鉻、鉿、銅、鉬、鉭或鈮中的一種或多種。本實施例中，所述金屬坯料140的材料為鈦，相應的，形成的鑄錠152的材料為鈦。

需要說明的是，為了進一步提高所述鑄錠152的表面光滑度，后續(xù)工藝還需對所述鑄錠152表皮進行車削加工，由于熔煉所述形成鑄錠152的表面光滑度較高，所述車削加工的進刀深度在5mm以內(nèi)，70％至80％的進刀深度在2.5mm以內(nèi)。

本實施例中，采用拉錠機構200對熔融金屬進行多次拉錠處理以形成鑄錠152；其中，所述拉錠處理的步驟包括：使所述拉錠機構200進行下拉操作(如圖2中z1方向所示)和上頂操作(如圖2中z2方向所示)，且下拉距離小于或等于所述熔池深度的一半；所述下拉距離設定合理，可以避免所述熔池151中的熔融金屬因下拉距離過大而向下流動，從而可以避免所述鑄錠152表面出現(xiàn)褶皺甚至流淚狀缺陷；因此所形成鑄錠152的表面光滑度較高，可以減少或避免表面褶皺、凹陷或氣孔等問題；此外，相比轉(zhuǎn)錠的熔煉方式，本發(fā)明可以避免轉(zhuǎn)錠阻力過大而引起設備故障的問題，還可以降低設備故障率。

雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。

技術特征：

技術總結

一種鑄錠的熔煉方法，包括：提供具有液態(tài)金屬的水平坩堝、鑄錠圓坩堝、第一電子槍、位于鑄錠圓坩堝底部的拉錠機構；使水平坩堝中的液態(tài)金屬注入至鑄錠圓坩堝內(nèi)；通過第一電子槍發(fā)射的第一電子束，對鑄錠圓坩堝內(nèi)的液態(tài)金屬進行電子束掃描形成熔池，熔池內(nèi)具有熔融金屬；采用拉錠機構對熔融金屬進行多次拉錠處理以形成鑄錠；其中，拉錠處理的步驟包括：使拉錠機構進行下拉操作和上頂操作，且下拉距離小于或等于熔池深度的一半。本發(fā)明通過進行多次拉錠處理，且下拉距離設定合理，避免熔池中的熔融金屬因下拉距離過大而向下流動，從而避免鑄錠表面出現(xiàn)褶皺甚至流淚狀缺陷，因此鑄錠表面光滑度較高。

技術研發(fā)人員：吳景暉;姚力軍;鐘翔

受保護的技術使用者：寧波創(chuàng)潤新材料有限公司

技術研發(fā)日：2016.08.18

技術公布日：2018.03.06