[发明专利]一种电子束冷床炉水冷铜结晶器及钛合金制备方法

权利要求书

1.一种电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：包括结晶器和拉锭机构，结晶器包括结晶器主体（1）、上浇道（2）、水冷外壳（3）、固定板（6），结晶器主体（1）设置在水冷外壳（3）内，结晶器主体（1）内部竖直设置有结晶腔体，结晶器主体（1）与水冷外壳（3）之间形成的腔体为冷却腔，上浇道（2）设置在结晶器主体（1）的顶部，固定板（6）固定设置在水冷外壳（3）底部；拉锭机构从底部插入到结晶器主体（1）内部的结晶腔体中并可在结晶器主体（1）的结晶腔体中上下移动。

2.根据权利要求1所述电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：水冷外壳（3）侧壁下部设置有进水口（4）和出水口（5），进水口（4）、出水口（5）分别与冷却腔连通，进水口（4）外接进水管，出水口（5）外接出水管，进水管上设置有进水流量控制阀，出水管上设置有出水流量控制阀。

3.根据权利要求1所述电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：水冷外壳（3）底部内壁设置有与结晶器主体（1）底壁相配合的水平固定台，结晶器主体（1）包括一体成型的上封板、结晶空心柱和下封板，上封板、结晶空心柱和下封板内部连通的腔体即为结晶器主体（1）的结晶腔体，水平固定台的边缘与结晶腔体内壁叠合，下封板放置在水平固定台上，下封板与水平固定台之间还设置有密封橡胶垫圈Ⅰ，上封板与水冷外壳（3）的顶部贴合，上封板与水冷外壳（3）之间还设置有密封橡胶垫圈Ⅱ。

4.根据权利要求3所述电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：结晶腔体的长度为840~1200mm，长宽比为(4~6):1，高度为660~780mm，结晶腔体内部转角处均设置为45度的边倒角。

5.根据权利要求3所述电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：上浇道（2）包括上浇道板和浇道口（7），上浇道板固定设置在上封板顶端，上浇道板上竖直设置有浇道空腔，浇道空腔位于结晶器主体（1）的结晶腔体上部并与结晶腔体连通，浇道口（7）为V型浇道口，浇道口（7）设置在上浇道板的中部，浇道口（7）的金属液入口位于结晶器主体（1）的结晶腔体顶端中部且浇道口（7）的金属液入口与结晶腔体连通。

6.根据权利要求4所述电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：浇道口（7）斜边的倾斜角为40~45度，浇道口（7）的底部宽为16~22mm。

7.根据权利要求1所述电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：水冷外壳（3）外壁设置有网格散热层，网格散热层包括若干层水平设置的横向散热板（9）和若干列竖直设置的纵向散热板（8）；横向散热板（9）的厚度为15~25mm，相邻横向散热板的间距为60~70mm；纵向散热板（8）的厚度为15~25mm，相邻纵向散热板的间距为60~70mm。

8.根据权利要求1所述电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：包括拉锭板（10）和基座（11），拉锭板（10）固定设置在基座（11）的顶端。

9.根据权利要求8所述电子束冷床炉水冷铜结晶器，其特征在于：基座（11）包括底部圆盘和引锭固定板，引锭固定板竖直设置在底部圆盘的中部且引锭固定板与底部圆盘一体成型，引锭固定板顶端设置有水平凹槽，拉锭板（10）底端中部设置有向下延伸的凸台，凸台设置在水平凹槽内且凸台与水平凹槽配合连接，拉锭板（10）与引锭固定板配合从底部插入到结晶器主体（1）内部的结晶腔体中并可在结晶器主体（1）的结晶腔体中上下移动，拉锭板（10）上部中心设置有引锭槽；引锭槽的两端为半圆弧形结构，引锭槽的深度为20~23mm、长度为600~650mm，半圆弧形结构的半径为20~30 mm。

10.一种钛合金的制备方法，其特征在于：采用电子束冷床炉水冷铜结晶器进行制备，具体步骤如下：

（1）将电子束冷床炉水冷铜结晶器安装到电子束冷床炉的拉锭区，保证引锭机构与结晶器内壁平行，再将拉锭机构降至拉锭室500~2000mm处，关闭拉锭室外壳，对拉锭室进行抽真空至10^-4hPa以下；

（2）开启拉锭室与熔炼室之间的隔离阀，再将拉锭头机构升至于结晶器内距上浇道100~200 mm处；

（3）利用阿基米德螺旋筒内置螺旋线在给电子束冷床炉进料的时候进行搅拌，并通过振动加料器进行送料，以保障整体物料的均匀分布；依次开启真空系统的机械泵、罗茨泵和主熔炼室的扩散泵进行初抽，当熔炼室的真空度达 9.0×10^-3 hPa 以下时，开启 1#、 2#、3#、 4# 电子枪的分子旋叶泵对枪腔进行初抽，初抽过程中对电子枪上的上下扩散泵分别预热10~ 15min 和12~ 20min，预热结束后，开启扩散泵对电子枪进二次抽空，使电子枪达到高真空状态即真空度达10 ^-4 hPa 以下，确保电子枪后续正常稳定工作；从低功率（50kW）和低电压（25 kV）开始起步设定电子枪的功率及电压，并打开氩气供气开关和电子枪进气控制开关调节进气量，使电子束成形良好；当确认所有电子束扫描范围均处于安全范围内，关闭氩气总开关进行预热，预热过程中采用单枪间隙预热，只将该枪负责位置上的海绵钛或冷凝壳完全熔化即可；在建壳过程中，采用先化中间后两边的形式，以保证可以清晰看到熔炼冷床与精炼冷床的电子束是否一直居中，方便建壳以及初步判断电子束稳定性能；

（4）开启1#、2#、3# 电子枪，待电子束扫描冷凝壳的位置完全熔化直至熔炼冷床与精炼冷床连成流通道后，将振动进料器的口伸至主熔炼冷床采用小批量、多批次的进料方式，避免大堆原料在熔炼冷床的堆积；当原料加进熔炼冷床时，1#、2#电子枪功率与拉锭速度即时匹配；当钛液流经精炼冷床与结晶器中间的浇道口，并开始流入结晶器时，开启3# 电子枪的溢流图形并调整至最佳位置；当钛液流进结晶器时，开启4#电子枪的保温图形，确保铸锭头部质量，当钛液完全铺满结晶器底部时，开启4#电子枪的枪溢流图形并贴近浇道口侧；当熔铸结束时，依次关闭1#、2#、3#电子枪，保留4#电子枪进行补缩，补充金属液体在流动中所流的热量，使金属始终保持液体状态；

（5）开启进水流量控制阀使冷却腔中充满冷却水，金属液体通过结晶器顶端中部的浇道口匀速流进结晶器的结晶腔体中，冷却腔中的冷却水对金属液体进行均匀冷却，通过水温检测仪检测冷却腔出水口的水温，通过调节进水流量控制阀和出水流量控制阀以保证冷却腔进水口和出水口的水温差不高于20℃；当结晶器填满金属液体，液面开始上升时，开始进行拉锭，将液面保持在同一界面上，拉锭速度为(2~4)，在达到预计的长度后，采用4#电子枪进行金属液体补缩，经过结晶器冷却的铸锭在拉锭机构的牵引下进入熔炼室下部并在熔炼室下部进行真空冷却90~100min，然后再将铸锭放入拉锭室，关闭熔炼室隔离阀，打开拉锭室冲氩冷却阀，对铸锭进行冲氩冷却 90~100min，对拉锭室抽真空使铸锭在真空条件下处理20~ 25min，再对铸锭进行二次冲氩冷却100~140min，将铸锭拉至拉锭室底部即得钛合金铸锭。