如何才能把“海绵钛”变成钛。这里就不得不提“真空自耗电极熔炼”技术也叫VAR技术。在真空条件下,利用电弧加热熔炼金属的一种方法。
VAR 炉由真空系统、电极驱动机械系统、铜坩埚及冷却循环系统、直流电源、自动和手动控制系统、稳弧搅拌系统、监测和自动记录系统等部分组成。
VAR 熔炼工艺的基本流程为:混料→压制电极→焊接成自耗电极→一次熔炼→成品熔炼→钛锭车光→检验。
大家可能注意到“自耗电极”这个词了。什么是自耗?什么是电极?现在在这里必须介绍一下。在VAR真空熔炼之前,需要将海绵钛颗粒,中间合金及辅料均匀混合并压块压制成块,通常叫“电极”。
压制“电极块”完成后,需要利用等离子焊接的方式,将多个压块焊接连接成条状电极块。
现在在脑子构建一个模型:一只点燃的蜡烛,将火苗向上的蜡烛颠倒过来。火苗向下。VAR真空自耗熔炼方式的大致造型如一个颠倒的蜡烛,将滴蜡收集在一起,装在固定造型(铜坩埚),等坩埚冷却完成,将铸锭和坩埚分离。
熔炼时,在真空下,利用电极和坩埚两极间电弧放电产生的高温做热源,将电极熔化。电极由被熔炼金属材料制成,在熔炼中自耗电极不断地熔化,同时,铸锭自下而上地在结晶器中连续凝固增高。
完成至少两次熔炼才可获得质量较好的钛锭,对于医疗钛材以及高标准的宇航钛材则需要至少三次熔炼。坩埚一般选用铜或铜合金材料,坩埚外有循环冷却水。且坩埚周围布置的通电线圈,使用电磁感应原理,对钛熔炼状态下钛锭内部液心和糊状区进行搅拌,改善钛合金凝固过程中的成分偏析,起到细化晶粒的作用.
熔炼过程中炉内的真空度高达 1.3*10-1帕。熔点1668℃高温下钛很容易和氧、氮、碳等元素发生反应,因此真空环境对保证钛锭的纯净度至关重要。VAR熔炼设备较为复杂,维护和操作成本较高基本上一套设备投资基需要近亿(参考6吨设备)。
生产工艺长:电极制备繁琐,需要昂贵的压力机和相应的设施。熔炼周期长,二次锭大概至少需要8天生产周期。三次锭至少需要12天。
VAR熔炼全制程的良率比较低大概90%。一次重熔后要对一次钛锭进行锭头锭尾的切除,以及钛锭表面铣削2.5mm以内氧化层。并以相同的方式进行二次重熔。钛合金的成分样品一般在二次锭的头,中,尾三个位置取样槽取屑样和块样,并通过ICP光谱仪测定。
真空熔炼炉的设备成本高昂。真空熔炼炉的操作较为复杂。它需要专业的操作人员来监控和调整各项参数,以确保熔炼过程的稳定和产品质量。另外,真空熔炼炉生产周期长,以及配套设备以及配套耗材昂贵。能耗高,VAR熔炼过程中需要大量的电力来维持真空环境和电弧放电。综上所述,钛锭熔炼费用过高,导致钛及钛合金价格高。