冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用

冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用

郑亚波

郑亚波

宝鸡钛业股份有限公司陕西宝鸡721014

摘要：随着现代科技的不断发展，我国冷床炉熔炼钛及钛合金技术也得到了很好的发展，该技术是一项高端的技术，将其运用到实际生产中，能大大提高生产力，从而生产出质量更高的产品，不断促进企业的经济效益的发展。本文通过对该技术的原理，现状，发展趋势以及具体的应用做了一定阐述，希望对它未来的发展有一定的帮助，同时也希望这项技术能为我国钛行业的发展带来曙光。

关键词：冷床炉；熔炼；钛合金

钛合金作为新时代的一种新型的金属，在社会的发展中被广泛运用到社会各界中，其中在航天航空业，化工冶炼业以及船舶制造业中都有着非常广泛的前景。近几年来，工业化的飞速发展也带动着金属钛行业的不断进步。运用金属钛最多的还是欧洲的一些发达国家，当然，我国的钛工业近几年来也发展得非常快，其中在冷床炉熔炼钛的工业上发展尤为突出。冷床炉熔炼钛和钛合金技术的应用具有较为广阔的发展前景，相关企业将其和现代社会科学技术结合起来会使它发展的更加迅速。相关企业也应该加强对该技术的使用，为社会创造出更多的财富。

1.冷床炉熔炼钛工作的原理

冷床炉在工作的时候可以根据使用热源的不同分为电子束冷床炉和等离子束冷床炉两种。这两种类型的冷床炉的工作原理几乎是一样的，两者都主要是在真空的环境中进行熔炼。相对小一些的冷床炉只配备2～3个电子枪或等离子枪。而在大型的冷床炉里则配有更多的电子枪或等离子枪。随着科技的不断进步以及经验的不断积累，该项技术在冶炼优质钛及钛合金的过程中得到的广泛的应用。在冷床炉中主要包含三个工作区域：熔化区、精炼区和结晶区。炉料首先被运送到熔化区进行熔化，在进入熔化区之前，设备中的真空系统对炉体内进行抽真空处理。在熔化区，电子束或等离子束的高能量将金属材料变为液体，而后流入精炼区，在这里，设备将对液态的金属进行精炼，去除里面原有的杂质，最后再流入结晶区的坩埚里形成一个完整的钛及钛合金铸锭。这种新型的设备，在操作时只要工作人员清楚其原理，然后按照规定使用该设备，就能在钛冶炼的时候冶炼出质量更好的钛材料。

2.国内外冷床炉熔炼钛的发展现状

在国外，尤其是美国，钛制造业中所用的钛熔炼设备主要是大型的冷床熔炼设备，这些设备拥有非常大的功率，并且都配有先进的等离子枪或电子枪，利用该种设备提炼的钛其纯度非常高，质量也非常好。随着科技的进步，一些国外的国家发明了能够批量生产钛的冷床熔炼设备，而且它还能在更低的真空中进行工作，其工作效率和工作质量也得到了大大提高。相比之下，我国的冷床炉熔炼技术比较落后，因为我国的这项技术起步较晚，所以我目前用于工业化生产的冷床炉熔炼设备也不是很多，大多数厂家也只是应用于纯钛铸锭的生产，对于钛合金熔炼方面，只有宝钛等少数企业掌握了钛合金冷床炉熔炼的关键技术，实现了部分钛合金牌号的工业化生产。

3.冷床炉熔炼钛及钛合金技术的应用

3.1航空领域的应用

目前钛合金主要的应用领域就是航空航天，在一些发达国家的航天事业对钛材料的需求更是大。在国外，有一些企业在冶炼钛合金的时候采用冷床炉技术，这使得钛合金的冶金问题得到了很好的解决，同时也大大提高了钛合金的密度。在美国更是规定在进行钛冶炼的时候必须采用冷床炉熔炼技术以保证材料的质量。因此，钛在国际航空领域有一个非常广阔的前景。在我国的航空领域，也对钛的质量和数量提出了一定的要求，同时也带动了冷床炉熔炼技术的发展。随着经济的不断发展，航空公司的发展规模也越来越大，在亚太地区，以中国为首的航空市场越来越大，根据研究显示，在未来的几十年中，世界上的飞机的数量将会进一步增多。由于飞机的产量增多，钛合金材料的需求也就越来越多，世界上对钛合金的需求也会越来多。国外先进的钛合金冶炼技术主要是使用冷床炉设备进行钛合金熔炼。利用这项技术进行钛合金的冶炼可以减少该种材料的损坏，从而减少安全事故的发生。利用冷床炉熔炼技术使得钛合金达到完美效果是一个非常有效的途径。此外，美国对航空中所用的钛合金材料要求更高，在这个领域使用的钛合金必须是由冷床炉熔炼技术冶炼的。在世界航空航天的稳定发展的条件下，我国对钛的需求量也逐渐增多，同时也对其质量提出了更高的要求，从而促进了我国冷床炉熔炼技术的发展。

3.2高性能钛带生产中的应用

在当今社会中，我国的钛带生产的水平还不是很成熟，处于一种供不应求的状态，这就导致我国每年还要进口大量钛带才能满足市场的需求。我国对钛带的质量要求也是非常高的，而目前我国生产钛带的程序非常复杂，对原材料的使用也非常多，生产出的合格的产品也偏少。在进行钛合金熔炼的时候，如果只是单纯地应用冷床炉技术直接生产，不掺杂任何复杂的程序，那么会大大降低生产成本。

3.3钛产业发展中的应用

随着科技的不断进步，我国的经济也在不断地发展，我国钛工业的发展也随之进入了高速发展的时期。据调查显示，我国的钛合金生产的成材率非常低，这就会导致生产出大量的残次品。所以，要加强对钛合金残料的回收利用，这样才能减少损失，降低成本。钛行业的发展带动了我国冷床炉熔炼技术的发展。同时，由于在传统技术下生产出来的钛残次品较多，为了解决这种情况，相关企业一定要引进冷床炉熔炼设备与钛合金冶炼技术。

3.4技术封锁提供对应保障

在钛产业的应用方面，一些发达国家虽然有先进的技术，但是他们对外保持封锁状态，我国的相关企业很难学到冷床炉熔炼钛技术。随着我国综合实力不断加强，近些年来，国外的一些企业也开始向我国提供设备以及技术。再加上我国科学家的不断研究，我国的冷床炉熔炼技术有了很大的提高。相关企业也对这项技术有了一定的掌控，通过努力和研究也培养了一批专业化的人才。在这种情况下，我国冶炼钛合金的技术也能够不断地发展，我国钛这种材料的质量也会大大提高，从而促进我国经济的发展。

3.5成本太高是其扩大发展的最大阻力

虽然利用冷床炉熔炼技术冶炼的钛合金质量非常好，但是，如果要生产相同大小的钛合金产品，利用冷床炉熔炼技术冶炼钛合金所花费的财力是传统真空自耗电弧炉冶炼设备的两倍左右。并且冷床炉熔炼所消耗的能量也是非常大的，从而造成熔炼成本较高。在利用等离子冷床炉设备的时候会使用到价格非常贵的氦气，从而加大了成本。因此，从节约成本的角度来看，对钛合金纯度以及密度要求不高的产品，就使用传统的冶炼技术对其进行冶炼。那些对钛合金要求高的产品再使用冷床炉设备对其进行冶炼，这样就能在技术不太发达的情况下，既运用了冷床炉熔炼技术来冶炼钛合金，又大大地节约了成本。

结束语：利用不同的热源对钛合金进行冶炼是获得高质量钛材料的一种新技术，也是航空零件所必须的一种材料。在进行冶炼的过程中，相关工作人员要对冶炼的数据进行严格控制，这样才能提高冶炼的成功率。利用这项技术可以生产出优质的钛产品，从而降低成本。这项冶炼技术是一项新型的技术，目前，相关工作人员也是在平时的工作中不断地进行摸索和探究，这项技术也在不断地发展中。相信在不久的将来，该种设备在使用的时候冶炼出来的钛合金质量更好，其成本也会越来越低，能够成为一项被普遍应用的技术，为我国经济的发展创造更多的条件。

参考文献：

[1]段军伟.冷床炉熔炼钛及钛合金技术及其应用（续）[J].有色金属加工，2011，40（02）：51-53+50.

[2].中航工业北京航空材料研究院铸钛技术中心[J].航空材料学报，2014，34（04）：155.

[3]南海.钛合金精密铸造技术及其应用发展[A].中国机械工程学会.2008中国铸造活动周论文集[C].中国机械工程学会：中国机械工程学会铸造分会，2008：7.