一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的结晶器制造技术

本实用新型专利技术公开一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的结晶器，属于熔炼技术领域。本实用新型专利技术通过改变结晶器内壁和冷却系统结构，将结晶器分为四个冷却区间，其内壁采用不同的锥度，并配备不同的冷却系统，一冷系统的位置对应结晶器中的金属液相区，二冷系统的位置对应金属的半固态区间，三冷系统的位置对应金属的高温固相区，四冷系统的位置对应金属的低温固相区，四个冷却系统共同构成结晶器的冷却系统。在不同温度区间采用不同冷却条件和不同锥度的内壁，缩小固液两相区间，进而减少大规格钛合金扁锭连续铸造的凝固过程中裂纹、缩孔缩松等缺陷的产生，提高组织的致密性，减少了扁锭表面铣去的材料，降低钛合金铸造成本，最终获得高品质、低成本的钛合金铸锭，使企业效益得到提高。

A mould for reducing solidification defects of titanium and titanium alloy ingots melted in EB furnace

The utility model discloses a mould for reducing solidification defects of titanium and titanium alloy flat ingots melted in an EB furnace, which belongs to the smelting technical field. The utility model divides the crystallizer into four cooling sections by changing the structure of the inner wall of the crystallizer and the cooling system. The inner wall of the crystallizer adopts different taper and is equipped with different cooling systems. The position of the first cooling system corresponds to the metal liquid phase area in the crystallizer, the position of the second cooling system corresponds to the semi-solid state area of the metal, the position of the third cooling system corresponds to the high temperature solid phase area of the metal, and the position of the fourth cooling system corresponds to the high temperature solid phase area of the metal The four cooling systems constitute the cooling system of the mold. The inner wall with different cooling conditions and taper is used in different temperature range to narrow the solid-liquid two-phase range, so as to reduce the generation of cracks, shrinkage porosity and other defects during the solidification process of continuous casting of large-scale titanium alloy flat ingot, improve the compactness of the structure, reduce the materials milled off the flat ingot surface, reduce the casting cost of titanium alloy, and finally obtain high-quality and low-cost titanium alloy Ingot casting improves the benefit of the enterprise.

【技术实现步骤摘要】
一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的结晶器
本技术公开一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的结晶器，属于熔炼

技术介绍
电子束冷床炉（EB炉）熔炼一种先进的金属熔炼技术，能够有效的去除熔炼过程中的杂质，提高冶炼质量，原料使用更加广泛，经过一次熔炼即可得到质量合格的铸锭，大幅降低生产成本。在EB炉熔炼大规格铸锭过程中，熔融的金属滴入冷床，经过精炼，缓缓流入带有拉锭装置的水冷结晶器中，并不断由下而上逐步凝固成锭，拉锭机构慢慢将锭从坩埚中拉出。图1所示为结晶器内固液界面形貌示意图，其中在完全液相区内连接所有枝晶前端的等温线为液相线(见图1中黑色显示)，在完全没有液相时的临界点的连线为固相线(见图1中白色显示)。在液相线之上，为合金液相单相区；在固相线以下，合金全部已结晶完毕，为固相单相区；在液相线和固相线之间，合金已经开始结晶，但结晶过程尚未结束，为固液两相共存区(半固态区)。而半固态区越宽，靠近固相线的小晶体越易发展成为发达的树枝晶，从而在半固态区内形成一定数量的晶体骨架以及有少量液体残留在枝晶中，随着冷却的继续进行，未凝固的液体将发生液态收缩和凝固收缩，已凝固的枝晶则发生固态收缩。由于熔池金属的液态收缩和凝固收缩之和大于其固态收缩，两者之差引起的细小空洞又得不到外部液体的补充，因而形成缩孔缩松。因此，合金的半固态区越宽，产生的缩孔缩松倾向就越大。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有结晶器凝固的拉锭存在裂纹、缩孔缩松等缺陷问题，提供一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的结晶器，通过改变结晶器冷却系统结构，在不同温度区间采用不同冷却条件，缩小固液两相区间；同时改变结晶器内壁结构，使金属在凝固过程中受到挤压从而更加致密，实现对大规格扁锭缩松缩孔等缺陷的有效调控。本技术通过以下技术方案实现：所述结晶器侧壁上的冷却系统分为四个冷却区间，并对应不同的冷却系统，从上到下依次为一冷系统、二冷系统、三冷系统、四冷系统，一冷系统的位置对应结晶器中的金属液相区，二冷系统的位置对应金属的半固态区间，三冷系统的位置对应金属的高温固相区，四冷系统的位置对应金属的低温固相区，四个冷却系统共同构成结晶器的冷却系统，结晶器四个侧壁上的冷却系统为相同设置。优选的，本技术所述一冷系统包括进水管Ⅰ1、出水管Ⅰ8、腔体Ⅰ9，腔体Ⅰ9位于结晶器的侧壁上，进水管Ⅰ1、出水管Ⅰ8均与腔体Ⅰ9连通；二冷系统包括进水管Ⅱ2、出水管Ⅱ7、腔体Ⅱ10，腔体Ⅱ10位于腔体Ⅰ9的下方，腔体Ⅰ9和腔体Ⅱ10之间通过隔板隔开，进水管Ⅱ2、出水管Ⅱ7均与腔体Ⅱ10连通；三冷系统包括进水管Ⅲ3、出水管Ⅲ6、腔体Ⅲ11，腔体Ⅲ11位于腔体Ⅱ10的下方，腔体Ⅱ10和腔体Ⅲ11之间通过隔板隔开，进水管Ⅲ3、出水管Ⅲ6均与腔体Ⅲ11连通；四冷系统包括进水管Ⅳ4、出水管Ⅳ5、腔体Ⅳ12，腔体Ⅳ12位于腔体Ⅲ11的下方，腔体Ⅲ11和腔体Ⅳ12之间通过隔板隔开，进水管Ⅳ4、出水管Ⅳ5均与腔体Ⅳ12连通，结晶器四个侧壁上对应的一冷系统、二冷系统、三冷系统、四冷系统的结构相同。优选的，本技术所述腔体Ⅰ9的深度为20～30mm，腔体Ⅰ9顶部和溢流口平齐；腔体Ⅱ10的深度为150~200mm；腔体Ⅲ11的深度为150~200mm；腔体Ⅳ12的深度为50~100mm。优选的，与一冷系统位置对应的结晶器内壁与水平方向的角度为91.5~92.5°，与二冷系统位置对应的结晶器内壁与水平方向的角度为90.5~91.5°，与三冷系统位置对应的结晶器内壁与水平方向的角度为90°，与四冷系统位置对应的结晶器内壁与水平方向的角度为80~85°。优选的，一冷系统进水和出水速率为2200L/min~2500L/min，二冷系统进水和出水速率为1900L/min~2100L/min，三冷系统进水和出水速率为1600L/min~1800L/min，四冷系统进水和出水速率为1200L/min~1600L/min。本技术的有益效果：（1）本技术所述结晶器能通过调控不同区域冷却水的流量以及流速，提供不同的冷却温度，缩小金属固液两相区间，大幅度降低缩孔缩松的产生，提高产品的组织致密性，降低铸造成本。（2）本技术所述结晶器在金属固液两相区间提供极大的温度差，使得金属液温度迅速降低，减少凝固过程中裂纹的产生，提高产品综合力学性能。（3）本技术所述结晶器通过改变其内壁结构使之与水平面成一定角度，金属在凝固过程中受到挤压从而更加致密，实现对大规格扁锭缩松缩孔等缺陷的有效调控。（4）本技术所述结晶器结构合理，操作简单方便，可实现机械化和自动化控制，减少了扁锭表面铣去的材料，节约了成本，有利于无锻直轧工艺、减少后续加工步骤，可实现钛合金连续批量生产，提高了效率。附图说明图1是结晶器固液界形貌示意图。图2是电子束冷床炉工作示意图。图3是本技术所述结晶器正视图。图4是本技术所述结晶器俯视图。图5是本技术所述结晶器侧视图图6是本技术所述结晶器A-A面的剖视图。图7是本技术所述结晶器B-B面的剖视图。图中：1-进水管Ⅰ；2-进水管Ⅱ；3-进水管Ⅲ；4-进水管Ⅳ；5-出水管Ⅳ；6-出水管Ⅲ；7-出水管Ⅱ；8-出水管Ⅰ；9-腔体Ⅰ；10-腔体Ⅱ；11-腔体Ⅲ；12-腔体Ⅳ。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明，但本技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1本实施例以在EB炉熔炼大规格TC4扁锭过程为例进行说明，本实施例所使用的电子束冷床炉为美国RETECH公司生产的大型EB炉，总功率为3200kW，共有4支电子枪，工艺流程如图2所示。所使用的结晶器为本技术设计的结晶器，所述结晶器侧壁上的冷却系统分为四个冷却区间，并对应不同的冷却系统，从上到下依次为一冷系统、二冷系统、三冷系统、四冷系统，一冷系统的位置对应结晶器中的金属液相区，二冷系统的位置对应金属的半固态区间，三冷系统的位置对应金属的高温固相区，四冷系统的位置对应金属的低温固相区，四个冷却系统共同构成结晶器的冷却系统，结晶器四个侧壁上的冷却系统为相同设置；所述一冷系统包括进水管Ⅰ1、出水管Ⅰ8、腔体Ⅰ9，腔体Ⅰ9位于结晶器的侧壁上，进水管Ⅰ1、出水管Ⅰ8均与腔体Ⅰ9连通；二冷系统包括进水管Ⅱ2、出水管Ⅱ7、腔体Ⅱ10，腔体Ⅱ10位于腔体Ⅰ9的下方，腔体Ⅰ9和腔体Ⅱ10之间通过隔板隔开，进水管Ⅱ2、出水管Ⅱ7均与腔体Ⅱ10连通；三冷系统包括进水管Ⅲ3、出水管Ⅲ6、腔体Ⅲ11，腔体Ⅲ11位于腔体Ⅱ10的下方，腔体Ⅱ10和腔体Ⅲ11之间通过隔板隔开，进水管Ⅲ3、出水管Ⅲ6均与腔体Ⅲ11连通；四冷系统包括进水管Ⅳ4、出水管Ⅳ5、腔体Ⅳ12，腔体Ⅳ12位于腔体Ⅲ11的下方，腔体Ⅲ11和腔体Ⅳ12之间通过隔板隔开，进水管Ⅳ4、出水管Ⅳ5均与腔体Ⅳ12连通，结晶器四个侧壁上对应的一冷系统、二冷系统、三冷系统、四冷系统的结构相同，如图3~7所示。本实施例中腔体Ⅰ9的深度为20mm，腔体Ⅰ9顶部和溢流口平齐；腔体Ⅱ10的深度为150mm；腔体Ⅲ11的深度为200mm；腔体Ⅳ12的深度为100mm。本实施例中，与一冷系统位置对应的结晶器内壁与水平方向的角度为91.5°，与二冷系统位置对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的结晶器，其特征在于：所述结晶器侧壁上的冷却系统分为四个冷却区间，并对应不同的冷却系统，从上到下依次为一冷系统、二冷系统、三冷系统、四冷系统，一冷系统的位置对应结晶器中的金属液相区，二冷系统的位置对应金属的半固态区间，三冷系统的位置对应金属的高温固相区，四冷系统的位置对应金属的低温固相区，四个冷却系统共同构成结晶器的冷却系统，结晶器四个侧壁上的冷却系统为相同设置。

【技术特征摘要】
1.一种减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的结晶器，其特征在于：所述结晶器侧壁上的冷却系统分为四个冷却区间，并对应不同的冷却系统，从上到下依次为一冷系统、二冷系统、三冷系统、四冷系统，一冷系统的位置对应结晶器中的金属液相区，二冷系统的位置对应金属的半固态区间，三冷系统的位置对应金属的高温固相区，四冷系统的位置对应金属的低温固相区，四个冷却系统共同构成结晶器的冷却系统，结晶器四个侧壁上的冷却系统为相同设置。2.根据权利要求1所述减少EB炉熔炼钛及钛合金扁锭凝固缺陷的结晶器，其特征在于：一冷系统包括进水管Ⅰ（1）、出水管Ⅰ（8）、腔体Ⅰ（9），腔体Ⅰ（9）位于结晶器的侧壁上，进水管Ⅰ（1）、出水管Ⅰ（8）均与腔体Ⅰ（9）连通；二冷系统包括进水管Ⅱ（2）、出水管Ⅱ（7）、腔体Ⅱ（10），腔体Ⅱ（10）位于腔体Ⅰ（9）的下方，腔体Ⅰ（9）和腔体Ⅱ（10）之间通过隔板隔开，进水管Ⅱ（2）、出水管Ⅱ（7）均与腔体Ⅱ（10）连通；三冷系统包括进水管Ⅲ（3）、出水管Ⅲ（6）、腔体Ⅲ（11），腔体Ⅲ（11）位于腔体Ⅱ（10）的下方，腔体Ⅱ（10）和腔体Ⅲ（11）之间通过隔板隔开，进水管Ⅲ（3）、出水管Ⅲ（6）均与腔体Ⅲ（11）连通；四冷系统包括进水管Ⅳ（4）、出水管Ⅳ（5）、腔体Ⅳ（12），腔体Ⅳ（12）位于腔体Ⅲ（11）...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖寒，谭聪，黄海广，周荣锋，蒋业华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南,53