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真空自耗電弧熔煉質量分析

  1、真空自耗爐熔煉


     真空自耗爐的熔煉,是在真空或保護性氣氛條件下,依靠電弧的熱能把金屬電極熔化,在坩埚内重熔成錠。電極熔化過程中,金屬液經過電弧區被加熱到高溫,在真空條件下,金屬中的氣體和雜質得到進一步去除,使金屬的質量得到提高。


     真空自耗熔煉時,熔煉工藝對钛錠表面質量有直接的影響。钛錠表面缺陷越嚴重,車屑和切頭量越大,所以表面質量的好壞對钛錠的成材率有很大的影響。


     2、表面缺陷分析讨論


     2.1皮下氣孔


     在钛錠表面,皮下氣孔形狀表現為圓滑孔,成圈分布于鑄錠表皮層裡。産生原因及分析為:首先是熔煉電流過小,熔池淺。造成熔池不到邊,熔池溫度低,氣休揮發不好,導緻鑄錠表面氣孔産生。其次原料含氣量或揮發性雜質多,熔煉時這些氣态雜質得不到有利的去除,熔煉時停留在熔池的邊緣,冷卻會形成氣孔。第三由于冷卻過于強烈,也使氣态雜質得不到有利去除,冷卻後停留在鑄錠表面。


     2.2底郎冷隔和夾生


     底部冷隔和夾生在鑄錠底部表現為鑄錠底面凸凹不平,有未溶化的起弧料。産生原因為:首先起弧料過多,粒度過大,熔時不能充分熔化完,冷卻後形成冷隔和夾生。其次起弧後電流小,熔池建立太慢,下結晶器冷卻強度大造成該缺陷。同時電極不對中則會導緻部分起弧料未熔化到或充分熔化。


     2.3錠冠過高、過厚


     錠冠是鑄錠補縮端冒出來的部分,不經平頭處理的一次錠焊接困難,二次錠切頭量大。産生原因及分析如下:


     首先是坩埚比小,坩埚比對真空自耗電弧熔煉的進行情況、産品質量、單位電耗及操作安全等都有十分重要的現實意義。坩埚比小,則電極與坩埚壁之間的縫隙比較大,到補縮後期,熔池周邊冷卻比較快從而形成過高過厚的錠冠。其次電流大,電壓小,則熔煉電弧過短,易産生周期性短路,使熔池溫度忽高忽低,變化頻繁。除了由于金屬噴濺嚴重而惡化鑄錠表面質量,造成錠冠過高過厚外,還影響鑄錠結晶組織的均勻性。原料含氣量大造成揮發物去除不徹底,同時造成熔池波動大形成該缺陷。第三穩弧電流過大,磁場攪拌強烈産生噴濺從而在熔煉末期形成錠冠,同時電弧被壓縮的厲害而易導緻熄滅。


     2.4表面夾層


     表面夾層表現為鑄錠表面覆蓋一層金屬或揮發物。如圖4中钛錠表面的黑色覆蓋物為氯元素雜質。


     産生原因分析:首先電弧過長,熔煉電弧熱量不集中,表現為金屬熔池呆滞,表面有漂浮的雜質花膜,使金屬污染程度增加。其次坩埚比小,熔池外圍揮發物來不及揮發就被冷卻而在鑄錠表面形成夾層。再次熔煉電流過小也導緻熔池外圍冷卻的較快。


     2.5表面氧化


     鑄錠表面氧化現象是二次錠冷卻出爐後,表面呈藍黃色。産生的原因是熔煉完畢後在爐内冷卻的時間不夠,鑄錠表面溫度高,出爐後遇空氣而氧化。


     3、熔煉工藝的制定


     3.1自耗電極的質量要求及直徑


     在生産過程當中,自耗電極要求粗細均勻,幹燥,含氣量或揮發性雜質少,表面光潔無油污,同時要嚴格控制原料的品級。


     經過多次試驗,生産中引弧料采用适量的幹淨钛屑。


     3.2熔煉電流


     熔煉電流是真空熔煉所有參數中對熔煉過程和産品質量的影響最大的一個參數。為避免影響鑄錠質量,必須選擇合理的熔煉電流。首先起弧後需迅速建立熔池,在金屬熔池形成以後,提高熔化速率将電流提到正常熔煉電流的110%-120%,并保持一定時間後,再降到正常熔化電流熔煉。正常熔化電流以熔池到邊的最小電流為準。其次熔煉過程中電流不能過大,因為電流越大熔池越深,過深的熔池不利于非金屬夾雜物的升浮去除。


     3.3熔煉電壓


    熔煉電壓是真空自耗電弧熔煉中另一個主要參數,通過調節電壓來控制弧長。電弧也不能過長,否則電弧熱量不集中,熔池熱損失大且易産生邊弧而損壞結晶器。在生産中采取的是短弧操作,即通過手動旋鈕将電壓控制在一定範圍内。


     3.4坩埚比


     一般情況下,坩埚比取(0.65~0.85)之間。在實際生産中,總的趨勢是盡可能采用粗的電極,最小電極直徑不小于鑄錠直徑的1/3,熔煉钛及其合金時,最佳間隙尺寸為30~50mm。


     3.5穩弧電流


    穩弧電流的作用是穩定電弧,細化均勻成分。熔煉時要選擇合适的穩弧電流。


     3.6其他影響參數


     熔煉過程中,冷卻水流量要控制在一定範圍内。其次在爐内充氩情況下,鑄錠在爐内冷卻到溫度為400℃以下出爐,即可避免表面氧化。裝爐時電極必須與坩埚底座對中。