大型钛锭补缩工艺的研究

目前，钛及钛合金铸锭主要采用真空自耗熔炼方法制备，其熔炼过程分为三个阶段：起弧期、熔炼期、补缩期。补缩质量的好坏将直接影响到铸锭头部的组织及切头量的多少，进而影响成材率的高低。为了提高钛锭成品率必须减小缩孔深度，这在大型钛锭的工业生产中特别重要。

影响补缩质量的关键因素是电流、电压、补缩时间，但制定合理的补缩工艺与补缩起始电极质量、每一阶段的电流、电压及保持时间都有很大的关系。由于补缩过程中熔速在不停地变化，每一阶段的补缩时间比较难固定。所以，经过多次试验和研究，科技人员采取以电极剩余量为参考对象成功地解决了这一难点。所制定的补缩工艺满足12tALD真空自耗炉8～10t级钛及钛合金铸锭的补缩，缩孔深度都能控制在100mm左右，补缩工艺稳定。铸锭头部质量较好，可以减少车屑量，提高成材率，同时能提高加工效率。

试验设定补缩起始电极质量为300kg，第一步以5min从熔化电流降到15kA，其它阶段电流都以阶梯式直接下降。总补缩时间控制在180～240min，补缩结束时的电极剩余量为10～20kg。

在钛及钛合金熔炼过程中，补缩时间通常占整个熔炼时间的1/3～1/4。补缩时间过长会增加能耗，从而增加成本；时间过短，气体和杂质排除不充分。整个补缩过程不仅要保证总的补缩时间足够，还要保证每一阶段有足够的时间来使熔池缩小以使气泡上浮。

由于每个铸锭在重量上有一定的差别，及称重系统的误差和炉内焊接时损失的量不同，导致每个铸锭补缩工艺的时间与电流不能完全一致并固定。经试验与研究总结出以电极剩余量为参考对象的补缩工艺：①在第三步工序结束时，电极质量大约剩余100kg；②在第四步工序结束时，电极质量大约剩余70kg；③在第五步工序结束时，电极质量大约剩余40kg；④在第六步工序结束时，电极质量大约剩余25kg。每一步的时间根据所剩余电极量和当时的熔速可以计算出。在第六步结束时，所剩电极量已非常少，电极已很薄，下端面积也很小，这时电流不应急速下降，急速下降会导致短路或爬弧，可以以一个时间段缓慢地下降，时间长短不影响铸锭缩孔深度，关键是要保证电弧稳定，在工艺设定中一般以5min的时间降下来。

这一套控制方法有效可行并且稳定可靠，操作人员容易掌握。能保证最后断电时补缩时间足够，电极能基本熔化完，最后的缩孔深度还比较小。