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真空熔炼的温度要超过基体金属熔点150~300℃,所以纯钛的熔炼温度一般在1800~2000℃,而钛合金熔炼温度需要略高一些。钛真空熔炼的方法有多种，具体介绍如下：
（1)真空自耗电弧熔炼法（简称VAR).它是在真空自耗电弧炉（见图1-1)中熔炼的，是将压制的钛材作为电极，钛电极边熔化边自身消耗熔铸成锭的一种炉型。它的特点是可以制取结构上符合要求的锭，具有良好的结构组织和均匀的化学成分；而且功率消耗低，熔化速度快，具有良好的质量重现性，经济上竞争力很强。它的缺点是必须预制电极，工艺长，因而给生产带来麻烦。
（2)真空非自耗电弧熔炼法（简称NC).它是在真空非自耗电弧炉（见图1-2)中熔炼的。炉内有电极（早期用钨、钨钍合金或石墨做成），利用电弧的热量使坩埚内的金属熔化，随之熔炼。目前，水冷铜电极（见图1-3)已经取代了原有的电极，解决了产品被污染的问题。
水冷铜电极有两种，一种是自旋转的；另一种是旋转磁场的。其目的是防止电弧对电极的烧损。真空非自耗电弧炉也有两种，一种是在水冷铜坩埚内熔炼，随后在水冷铜模中浇铸成锭；另一种是在水冷铜坩埚内连续加料熔炼，随后凝固成锭。

真空非自耗电弧熔炼法可直接使用各种散料，也可熔炼更多的残钛料，避免了需要制备电极的麻烦。该法是钛，特别是残钛回收熔炼的一种工艺，几吨级的真空非自耗电弧炉已在欧美运转，成为某些厂家采用的方法。
（3)电渣熔炼法（简称ESR).该法用于钛熔炼时，又称真空－充氩电渣熔炼，因为熔炼钛时必须采用真空－充氩气氛。该法是利用电流通过熔渣时将电能转化为热能，即以熔渣电阻产生

的热能将金属熔化和精炼。电渣炉炉体结构如图1-4所示。熔炼钛时，常用的电渣为非极性材料（CaF),因它可直接使用交流电，所以设备投资费用低，所铸的锭表面质量好，产品塑性低，并且可获得矩形、方形等各种形状的锭，无需扒皮可直接开坯。该法缺点是脱氢效果差，提纯能力低，所以尚未实现工业化生产。
（4)真空感应熔炼法（简称冷埚熔炼，CCM).它是一种无渣水冷铜坩埚感应熔炼工艺，它将整体铜坩埚换成4块弧形瓣铜块组合成的铜坩埚，块间用陶瓷绝缘，然后将铜坩埚与感应线圈一起浸入水套中，以此装置感应熔炼钛。它改变了感应电源集肤效应和坩埚内的磁场强度。它是靠电磁感应产生热能将钛熔炼的过程。因为水冷铜坩埚属于冷埚，所以可避免钛与铜作用而造成产

品污染。这种4块弧形瓣铜块组合的坩埚优点在于每两个铜块间的间隙都是一个增强磁场，磁场产生的强烈搅拌使化学成分和温度一致，从而提高产品质量。
该法不需要制作电极即可一次获得成分均匀而无坩埚污染的高质量铸锭，具有设备成本低、操作简便等优点。所以有些国家已经达到工业试生产规模，已生产出φ1mx2m的圆形钛锭。但该法生产技术尚不成熟，需要进一步完善。
（5)电子束熔炼法（简称EB).它是利用高速电子流的动能转变为热能作热源进行熔炼铸锭的工艺。它在熔炼时获得很高的热能，精炼效果最好，但金属挥发损失也最大。特别是由于金属钛熔点较低，在电子束熔炼的过热温度下损失大，所以该法极少用于钛的熔炼。但它最适宜用于制取高纯钽、铌、钨、钼及铪等难熔金

属铸锭。
（6)等离子熔炼法。它有两种工艺，一种为等离子弧熔炼（简称PA),另一种为等离子束熔炼。它们都是利用高能等离子体作为热源熔炼金属的。它的精炼效果比自耗电弧熔炼好，而挥发损失又比电子束熔炼小，所以是要进一步研发的工艺。目前仅有少量应用。
现在钛的熔炼虽未使用电子束熔炼和等离子熔炼工艺，但是这两种工艺产生热源的手段被移植到新工艺－冷炉床中，即冷炉床中使用了电子枪或等离子枪。
（7)冷炉床熔炼法（简称CHM).冷炉床熔炼是以电子束或等离子体作为热源，熔化的金属随后在冷炉床上依次熔化、精炼和凝固的工艺。该设备主要由电子枪或等离子枪、冷炉床和结晶器3部分组成。所以它有3个工作区，即熔化区、精炼区和结晶区。
冷炉床熔炼包括电子束冷炉床熔炼（简称EBCHM)和等离子冷炉床熔炼（简称PACHM)两种工艺。
冷炉床熔炼法最大的优点就是将熔化、精炼和凝固分离。即炉料先进入熔化区熔化，然后在冷炉床（精炼区）精炼，最后在结晶区结晶。因此，熔化的钛熔体在炉床上可停留较长时间，可保证合金元素充分熔化均匀、避免偏析。由于熔体稍长时间在真空下可有效地去除易挥发杂质，因此使H、C1、Ca、Mg、K等达到很低的水平。在炉床中，低密度杂质（LDI),如TiN可以溶解或上浮；而高密度杂质（HDI),如WC则可以下沉，黏结至底部凝壳上。所以它在铸锭时减少低密度夹杂以及减少偏析的能力远远超过了3次真空自耗熔炼获得的钛锭，用该法生产的钛锭成为当前航空发动机钛合金转动部件首选的原材料。通过控制功率，还可使结晶器出口的熔体过热度很小，熔池浅，有利于获得均质细晶钛锭。该法还可以回收残钛料，从而降低成本。
从经济的观点出发，真空自耗电弧熔炼法已成为主要的生产方法。冷炉床熔炼法是以特有的优势为航空航天等领域提供质量更高的钛合金铸锭，并占据市场一定份额的新方法。其他工艺尚需要进一步的改进和完善。不同熔炼方法的特征和比较见表1-1.

真空电弧熔炼已有一百多年的历史，1839年开始熔炼钼和钽，1903年首次用自耗电弧炉熔炼钽。随着钛冶金的发展，1949年以后，大型真空泵的出现使大型工业真空自耗电弧炉迅速发展。
它目前不仅用来熔炼钛、锆、钨、钼、钽、铌和高温合金，而且是优质钢二次重熔的重要方法。
真空自耗电弧熔炼技术一直是制备钛锭的主要方法，并可能在今后较长一段时间仍占据熔炼工艺的主导地位。因此，本书为了突出重点，以该工艺为重点加以介绍，并在第2章用大篇幅介绍冷炉床熔炼技术。

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