[01281856]新型电子束冷床炉研制及其在钛及钛合金制备中的研究与应用

本项目属多学科交叉研究，研究涵盖新型电子束冷床熔炼制备钛及钛合金过程中基础理论、关键技术、装备研发与创新等问题，以及电子束冷床炉集成技术和大规格冶炼工艺在钛及钛合金熔炼中的应用。

主要成果包括：

一、完成首台新型电子束冷床炉装备国产化研制

1)设计并开发完成了国内外首台套新型冷/热电子枪兼容型高压电源。打破了过去冷阴级电子枪高压电源和热阴极电子枪高压电源的独立不兼容的限制。

2)基于以上新型兼容型高压电源，设计并开发完成了国内外首台套冷/热电子枪可更换的新型电子束冷床炉。

3)设计并开发完成了国内外首台套模块化C型床和I型床可根据需要变形冷床。

4)进料系统采取侧部水平推杆式进料及螺旋抖动进料2种方式。水平推杆式加料器，破真空后加料仓满足标称容量为1200kg。螺旋抖动进料器，破真空后加料仓满足一次性加料1000kg。

5)综控系统：实现了电子束扫描控制系统的国产化工作。通过改变扫描图形形状及组合，可以得到合理的熔化量，该技术配合电子束冷热枪使用可有效的改善金属液流的流动性。该技术及对应国产化装置在国内未见报道。

6)实现了新型电子束冷床熔炼炉的国产化工作。

同时该冷床炉具备如下创新性：①两种不同枪型电子枪在同一台电子束冷床熔炼炉上的应用，在国内未见报道②根据实验工艺可以实现C型和I型冷床模块化变形。③炉室真空度可达0.0001Pa，拉锭速度可达300mm/min，以熔炼0.5t重铸锭计，单炉生产周期≤12h/炉、以1级海绵钛计算，能耗≤3800kWh/t。综上，项目完成了新型全国产化电子束装备。

二、基于首台全国产化新型电子束冷床炉装备完成工程应用 该系统安装运行后，用于纯钛和钛合金的热试车和熔铸实验并在企业进行放大性应用，结论如下： 1)在开发的系统冷热试车基础上，结合原料特点与结晶器特征，控制电子枪运行状态和炉体气氛环境，相应工艺方案所得钛锭达到了国家标准。2)通过在大型熔炼炉上模拟中型炉中开发的钛金属真空冶炼工艺，并在此基础上设计了大型电子束冷床炉钛金属真空熔炼生产工艺。基于此工艺获得了大规格钛及钛合金铸锭的电子束冷床熔炼及冶金质量控制技术，实现了钛及钛合金扁锭、圆锭、方锭等不同规格、牌号、形状的铸锭的熔铸，产品性能达到国家标准。

3)首创性开发了一炉三流结晶拉锭技术，能实现三流道同时拉出三锭，降低单锭尺寸，提高拉锭效率，保证铸锭品质的前提下降低成本。

4)利用自制电子束冷床炉生产的钛及钛合金铸锭化学成分、质量、牌号满足GB/T-3620.1-2007标准。

三、成果、效益

1)项目组申请国家专利项15项，其中正式授权11项，其中发明专利6项，实用新型5项，项目组发表科研论文2篇。

2)该装备技术有效降低了进口多台设备的成本，替代进口，节约外汇约6千万美元。从2016年起在攀枝花和宝鸡进行了应用，截止2019年8月累积新增销售额156831万元，新增利税4857万元。