铸锭的熔炼方法与流程

本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种铸锭的熔炼方法。

背景技术：

在工业生产上，熔炼技术是铸锭制造的主要技术。熔炼技术是将金属材料及其它辅助材料投入熔炼炉溶化并调质，炉料在高温熔炼炉内发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。熔炼技术主要包括真空电弧熔炼、等离子熔炼或电子束熔炼，其中，电子束熔炼是目前被广泛使用的一种熔炼技术。

电子束熔炼炉(electronbeamrefinefurnace，eb炉)，是利用高速运动电子的动能转换成热能作为热源，将金属熔化成铸锭的一种真空熔炼设备。由于eb炉真空度高，提纯效果好，可以同时去除金属中的非金属元素杂质与低熔点金属杂质，因此广泛用于生产洁净金属，对于高纯难熔金属以及难熔金属合金生产领域发挥着重要作用。

电子束熔炼炉在较高真空条件下用一个或多个电子枪阴极发射的高速电子束轰击高温难熔金属，由电子束动能转化为热能来加热熔化金属形成液态金属，所述液态金属注入水冷结晶器或铸锭的模具内，聚集成熔池，然后冷凝成铸锭。

但是，现有技术熔炼制造的铸锭的质量有待提高。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种铸锭的熔炼方法，提高铸锭的质量。

为解决上述问题，本发明提供一种铸锭的熔炼方法，包括：提供熔炼设备，所述熔炼设备包括具有液态金属的水平坩埚、位于所述水平坩埚下方的铸锭圆坩埚、位于所述铸锭圆坩埚上方的第一电子枪、位于所述铸锭圆坩埚底部的拉锭机构；使所述水平坩埚中的液态金属溢流并注入至所述铸锭圆坩埚内；通过第一电子枪发射的第一电子束，对所述铸锭圆坩埚内的液态金属进行电子束扫描形成熔池，所述熔池位于所述铸锭圆坩埚的顶部区域内，所述熔池内具有熔融金属；采用拉锭机构对所述熔融金属进行多次拉锭处理以形成铸锭；其中，所述拉锭处理的步骤包括：使所述拉锭机构进行下拉操作和上顶操作，且下拉距离小于或等于所述熔池深度的一半。

可选的，所述水平坩埚中的液态金属溢流结束后，在等待下一次溢流的期间，通过所述拉锭机构使所述熔池液面与所述铸锭圆坩埚顶部的距离小于或等于3cm。

可选的，在等待下一次溢流的期间，所述熔池液面与所述铸锭圆坩埚顶部的距离在1cm至2cm的范围内。

可选的，所述液态金属溢流结束后，在等待下一次溢流的期间，所述熔炼方法还包括：使所述拉锭机构进行下拉操作和上顶操作，且间隔2分钟至5分钟进行一次下拉操作和上顶操作。

可选的，所述水平坩埚的形状为长方体，包括平行于所述水平坩埚延伸方向的第一侧壁，位于所述第一侧壁之间的第二侧壁，所述第二侧壁上设有溢料口且所述溢料口朝向所述铸锭圆坩埚；沿所述水平坩埚的长方向为y方向，沿所述水平坩埚的宽方向为x方向，沿所述水平坩埚的高方向为z方向；所述水平坩埚和铸锭圆坩埚沿z方向的投影具有重叠部分；对所述铸锭圆坩埚内的液态金属进行电子束扫描之前，所述熔炼方法还包括：对所述第一电子枪进行引束操作，使所述第一电子枪发射第一电子束；对所述第一电子枪进行引束操作的步骤中，将所述第一电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处；将所述第一电子束由中心位置处沿y方向向所述水平坩埚一侧移动第一距离；移动第一距离后，将所述第一电子束的扫描图案尺寸以及所述第一电子枪的功率调整至预设值。

可选的，所述水平坩埚和铸锭圆坩埚沿z方向的投影具有重叠部分，所述重叠部分沿y方向的距离为第二距离，所述第一距离为所述第二距离的30％至35％。

可选的，所述熔炼设备还包括位于所述水平坩埚上方的第二电子枪；提供具有液态金属的水平坩埚的步骤包括：向所述水平坩埚内加入金属坯料；使所述第二电子枪发射第二电子束，所述第二电子束对所述金属坯料进行电子束扫描，使所述金属坯料熔化形成液态金属；使所述水平坩埚中的液态金属溢流并注入至所述铸锭圆坩埚内的步骤包括：使所述第二电子束对靠近所述溢料口一侧的液态金属进行电子束扫描。

可选的，根据所形成铸锭的直径，调整所述第一电子枪的功率预设值。

可选的，所形成铸锭的直径为400mm；所述第一电子枪的功率预设值为235kw至265kw。

可选的，所述铸锭为圆柱体，所述第一电子束的扫描图案为圆形；所述第一电子束的预设扫描直径为所述铸锭直径的60％至70％。

可选的，所述熔池的深度为2cm至4cm。

可选的，所述拉锭处理的步骤中，下拉距离在1cm至2cm的范围内。

可选的，所述拉锭处理的步骤中，下拉距离和上顶距离的比值在1.9至2.1的范围内。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明采用拉锭机构对熔融金属进行多次拉锭处理以形成铸锭；其中，所述拉锭处理的步骤包括：使所述拉锭机构进行下拉操作和上顶操作，且下拉距离小于或等于所述熔池深度的一半；所述下拉距离设定合理，可以避免所述熔池中的熔融金属因下拉距离过大而向下流动，从而可以避免所述铸锭表面出现褶皱甚至流泪状缺陷；因此所形成铸锭的表面光滑度较高，可以减少或避免表面褶皱的问题；后续对所述铸锭表皮进行车削加工时，所述车削加工的进刀深度在5mm以内，70％至80％的进刀深度在2.5mm以内；且相比转锭的熔炼方式，本发明可以避免转锭阻力过大而引起设备故障的问题，还可以降低设备故障率。

可选方案中，所述液态金属溢流结束后，在等待下一次溢流的期间，控制所述拉锭机构，通过所述拉锭机构使所述熔池液面与所述铸锭圆坩埚顶部的距离小于或等于3cm；所述熔池液面与所述铸锭圆坩埚顶部的距离设定合理，可以避免所述熔池中的熔融金属向所述铸锭圆坩埚顶部方向挥发而粘附于所述铸锭圆坩埚的侧壁上形成凝壳的问题，从而避免所述铸锭表面出现凹陷或气孔等的问题，使所形成铸锭的表面光滑度较高。

可选方案中，对所述第一电子枪进行引束操作的步骤中，将所述第一电子束由中心位置处沿y方向向所述水平坩埚一侧移动第一距离后，将所述第一电子束的扫描图案尺寸以及所述第一电子枪的功率调整至预设值；由于所述水平坩埚和铸锭圆坩埚沿z方向的投影具有重叠部分，因此通过使所述第一电子束向重叠区域进行偏移，从而可以避免重叠区域液态金属受热不足的问题，进而提高所述熔池的熔融效果。

附图说明

图1是本发明铸锭的熔炼方法一实施例的流程示意图；

图2是图1所示实施例中各步骤的结构示意图。

具体实施方式

目前，为了使钛锭表面光滑无褶皱，在钛锭的熔炼过程中采用转锭的方式，使拉锭机构中的引锭头持续且缓慢地旋转。

但是，由于钛的热塑性较小、黏度较大，较容易引起粘坩埚的现象。当转锭过程中出现粘坩埚现象时，转锭阻力相应增加；当转锭阻力过大时，容易引起拉锭机构中与引锭头相连接的拉锭基座发生变形，甚至扭断而造成设备故障。因此，为了避免转锭阻力以及设备故障率的增加，所述转锭的方式无法采取引锭头上顶的操作。

其中，钛锭熔炼采用的坩埚为铸锭圆坩埚，所述铸锭圆坩埚的横截面为圆形，且沿所述坩埚顶部指向底部的方向上，直径逐渐增大；相应的，由于无法采取引锭头上顶的操作，当所述引锭头的下拉幅度过大时，部分形成的铸锭与所述铸锭圆坩埚之间形成缝隙，钛液沿所述缝隙向所述坩埚底部流动，从而导致所述铸锭表面出现褶皱，在严重的情况下，所述铸锭表面出现流泪状缺陷，从而导致铸锭的质量下降。

为了解决所述技术问题，本发明提供一种铸锭的熔炼方法，包括：提供熔炼设备，所述熔炼设备包括具有液态金属的水平坩埚、位于所述水平坩埚下方的铸锭圆坩埚、位于所述铸锭圆坩埚上方的第一电子枪、位于所述铸锭圆坩埚底部的拉锭机构；使所述水平坩埚中的液态金属溢流并注入至所述铸锭圆坩埚内；通过第一电子枪发射的第一电子束，对所述铸锭圆坩埚内的液态金属进行电子束扫描形成熔池，所述熔池位于所述铸锭圆坩埚的顶部区域内，所述熔池内具有熔融金属；采用拉锭机构对所述熔融金属进行多次拉锭处理以形成铸锭；其中，所述拉锭处理的步骤包括：使所述拉锭机构进行下拉操作和上顶操作，且下拉距离小于或等于所述熔池深度的一半。

本发明采用拉锭机构对熔融金属进行多次拉锭处理以形成铸锭；其中，所述拉锭处理的步骤包括：使所述拉锭机构进行下拉操作和上顶操作，且下拉距离小于或等于所述熔池深度的一半；所述下拉距离设定合理，可以避免所述熔池中的熔融金属因下拉距离过大而向下流动，从而可以避免所述铸锭表面出现褶皱甚至流泪状缺陷；因此所形成铸锭的表面光滑度较高，可以减少或避免表面褶皱的问题；后续对所述铸锭表皮进行车削加工时，所述车削加工的进刀深度在5mm以内，70％至80％的进刀深度在2.5mm以内；且相比转锭的熔炼方式，本发明可以避免转锭阻力过大而引起设备故障的问题，还可以降低设备故障率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请参考图1，图1是本发明铸锭的熔炼方法一实施例的流程示意图，本实施例铸锭的熔炼方法包括以下基本步骤：

步骤s1：提供熔炼设备，所述熔炼设备包括具有液态金属的水平坩埚、位于所述水平坩埚下方的铸锭圆坩埚、位于所述铸锭圆坩埚上方的第一电子枪、位于所述铸锭圆坩埚底部的拉锭机构；

步骤s2：使所述水平坩埚中的液态金属溢流并注入至所述铸锭圆坩埚内；

步骤s3：通过第一电子枪发射的第一电子束，对所述铸锭圆坩埚内的液态金属进行电子束扫描形成熔池，所述熔池位于所述铸锭圆坩埚的顶部区域内，所述熔池内具有熔融金属；

步骤s4：采用拉锭机构对所述熔融金属进行多次拉锭处理以形成铸锭；其中，所述拉锭处理的步骤包括：使所述拉锭机构进行下拉操作和上顶操作，且下拉距离小于或等于所述熔池深度的一半。

为了更好地说明本发明实施例的铸锭的熔炼方法，下面将结合参考图2，对本发明的具体实施例做进一步的描述。

参考图2，执行步骤s1，提供熔炼设备，所述熔炼设备包括具有液态金属132的水平坩埚130、位于所述水平坩埚130下方的铸锭圆坩埚150、位于所述铸锭圆坩埚150上方的第一电子枪120、以及位于所述铸锭圆坩埚150底部的拉锭机构200。

本实施例中，所述熔炼设备还包括熔炼炉体100，且所述水平坩埚130、铸锭圆坩埚150和第一电子枪120位于所述熔炼炉体100内。后续采用电子束熔炼技术进行熔炼，所述熔炼炉体100为后续进行电子束熔炼提供平台。

所述水平坩埚130用于聚集所述液态金属132，且向所述铸锭圆坩埚150内注入所述液态金属132。本实施例中，所述水平坩埚130为水平精炼坩埚。所述水平精炼坩埚不仅用于为形成所述液态金属132提供工艺平台，还可以对所述液态金属132进行精炼提纯。

本实施例中，所述水平坩埚130的形状为长方体，包括平行于所述水平坩埚130延伸方向的第一侧壁133，位于所述第一侧壁133之间的第二侧壁134，所述第二侧壁134上设有溢料口(图未示)且所述溢料口朝向所述铸锭圆坩埚150；沿所述水平坩埚130的长方向为y方向(如图2中aa1方向所示)，沿所述水平坩埚130的宽方向为x方向(如图2中bb1方向所示)，沿所述水平坩埚130的高方向为z方向(图未示)；所述水平坩埚130和铸锭圆坩埚150沿y方向的投影具有重叠部分。

本实施例中，所述熔炼设备还包括位于所述熔炼炉体100内的第二电子枪110，所述第二电子枪110位于所述水平坩埚130上方，所述第二电子枪110用于发射第二电子束111，从而在所述水平坩埚130内形成液态金属132。

具体地，提供具有所述液态金属132的水平坩埚130的步骤包括：向所述水平坩埚内130加入金属坯料140；使所述第二电子枪110发射第二电子束111，所述第二电子束111对所述金属坯料140进行电子束扫描，使所述金属坯料140熔化形成液态金属132。

所述第二电子束111轰击所述金属坯料140，利用所述第二电子束111的高能量电子对所述金属坯料140的冲击所产生的热量使所述金属坯料140熔化，所述金属坯料140中熔炼的部分形成液态金属132。

本实施例中，所述金属坯料140为棒状物料；所述第二电子束111对所述金属坯料140进行电子束扫描的过程中，采用沿水平方向横向进料的方式，移动所述棒状物料，以完成对所述棒状物料的熔炼。相应的，所述棒状物料水平放置，即所述棒状物料与水平面平行。在另一实施例中，所述第二电子束对所述金属坯料进行电子束扫描的过程中，采用沿垂直于水平方向的垂直进料方式。相应的，所述棒状物料垂直放置，即所述棒状物料与水平面垂直。

在其他实施例中，所述金属坯料还可以为块状物料。相应的，提供具有所述液态金属的水平坩埚的步骤包括：通过加料槽将所述金属坯料倒入所述水平坩埚中，使所述金属坯料铺设于所述水平坩埚内；使所述第二电子枪发射第二电子束，所述第二电子束对所述金属坯料进行电子束扫描，使所述金属坯料熔化形成液态金属。

所述金属坯料140的材料包括钛、钨、锆、铬、铪、铜、钼、钽或铌中的一种或多种。所述金属坯料140的纯度较低，因此后续会对所述金属坯料140进行熔炼形成铸锭，所述铸锭的纯度高于金属坯料140的纯度。

本实施例中，所述金属坯料140的材料为钛；相应的，所述液态金属132为钛液。

为了使所述金属坯料140的熔化效果较好，本实施例中，所述第二电子枪110的功率为200kw至250kw。

本实施例中，所述水平坩埚130的形状为长方体，相应的，所述第二电子束111的扫描图案为长方形，包括长和宽。为了使所述水平坩埚130内各区域的受热效果较好，且为了避免所述第二电子束111对所述水平坩埚130或铸锭圆坩埚150造成损坏，本实施例中，长的尺寸为200毫米至700毫米，宽的尺寸为70毫米至250毫米。

需要说明的是，使所述金属坯料140熔化形成液态金属132后，由于所述水平坩埚130底部受到所述第二电子束111的影响较小，因此所述水平坩埚130底部的温度较低，位于所述水平坩埚130底部的液态金属132会凝固成固态金属131。

所述第一电子枪120用于对所述液态金属132进行熔炼形成熔池151；所述铸锭圆坩埚150不仅用于聚集所述液态金属132，还可以作为对所述液态金属132进行熔炼形成熔池151的平台。

本实施例中，所述铸锭圆坩埚150为水冷铜坩埚，避免在熔炼过程中铸锭圆坩埚150侧壁的温度过高，通过所述铸锭圆坩埚150，使所述熔池151中的熔融金属成型以形成铸锭152。

本实施例中，所述铸锭圆坩埚150底部为中空结构，也就是说，所述铸锭圆坩埚150具有底部镂空的腔体(未标示)，所述腔体用于使熔融金属成型形成铸锭152。具体地，所述铸锭圆坩埚150的横截面为圆形，且沿所述铸锭圆坩埚150顶部指向底部的方向上，直径逐渐增大。

本实施例中，所述拉锭机构200包括：位于所述铸锭圆坩埚150底部的引锭头210、位于所述引锭头210下方的拉锭杆230，以及连接所述引锭头210和拉锭杆230的引锭基座220。通过所述拉锭杆230，实现所述拉锭机构200的下拉和上顶操作。

所述引锭头210的材料与熔池151中熔融金属的材料相同，使得熔融金属凝固形成铸锭152后，所述铸锭152与所述引锭头210铸成一体，所述引锭头210成为铸锭152的一部分。当熔炼结束后，可以取出所述铸锭152，并且将铸锭152的一部分分离作为新的引锭头210，用于下一次熔炼，从而使得形成的铸锭152更容易从所述拉锭机构200上取下。

需要说明的是，由于所述铸锭圆坩埚150用于聚集所述液态金属132，且所述铸锭圆坩埚150具有底部镂空的腔体(未标示)，因此在熔炼状态下，所述铸锭圆坩埚150与所述引锭头210围成器皿区(未标示)，所述器皿区用于聚集所述液态金属132，且使所述熔池151中的熔融金属成型以形成铸锭。相应的，所述引锭头210位于所述铸锭圆坩埚150的腔体中；并且，所述引锭头210还能够从所述铸锭圆坩埚150的腔体中移动以脱离所述铸锭圆坩埚150，使得位于所述铸锭圆坩埚150内的熔融金属被拉出形成铸锭152。

执行步骤s2，使所述水平坩埚130中的液态金属132溢流并注入至所述铸锭圆坩埚150内。

具体地，使所述水平坩埚130中的液态金属132溢流并注入至所述铸锭圆坩埚150内的步骤包括：使所述第二电子束111对靠近所述溢料口(图未示)一侧的液态金属132进行电子束扫描。

当所述水平坩埚130内的液态金属132受热不足时，容易重新凝固成固态。通过偏转所述第二电子枪110，使所述第二电子束111对靠近所述溢料口(图未示)一侧的液态金属132进行电子束扫描，从而有利于所述溢料口位置处的液态金属132呈熔化状态，并经所述溢料口注入至所述铸锭圆坩埚150内。

执行步骤s3：通过第一电子枪120发射的第一电子束121，对所述铸锭圆坩埚150内的液态金属132进行电子束扫描形成熔池151，所述熔池151位于所述铸锭圆坩埚150的顶部区域内，所述熔池151内具有熔融金属。

由于所述铸锭圆坩埚150为水冷铜坩埚，所述水平坩埚130中的液态金属132流入至所述铸锭圆坩埚150内后，所述液态金属132遇冷凝固成固态；所述第一电子束121用于对所述液态金属132进行熔炼形成熔池151，所述熔池151中具有熔融金属，而未受到所述第一电子束121影响的熔融金属凝固成固态，以形成铸锭152。

需要说明的是，对所述铸锭圆坩埚150内的液态金属132进行电子束扫描之前，所述熔炼方法还包括：对所述第一电子枪120进行引束操作，使所述第一电子枪120发射第一电子束121。

具体地，对所述第一电子枪120进行引束操作的步骤中，将所述第一电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150的中心位置处；将所述第一电子束121由中心位置处沿y方向(如图2中aa1方向所示)向所述水平坩埚130一侧移动第一距离；移动第一距离后，将所述第一电子束121的扫描图案尺寸以及所述第一电子枪120的功率调整至预设值。

由于所述水平坩埚130位于所述铸锭圆坩埚150上方，且所述水平坩埚130和铸锭圆坩埚150沿z方向的投影具有重叠部分，也就是说，所述水平坩埚130遮挡了部分所述铸锭圆坩埚150，产生阴影；所述液态金属132流入至所述铸锭圆坩埚150内后，所述阴影部分的液态金属132受到所述第一电子束121的热量较少，从而导致所述铸锭圆坩埚150内熔池151的质量均匀性较差，进而导致后续铸锭152的质量不均匀；因此通过将所述第一电子束121由所述中心位置处沿y方向向所述水平坩埚130一侧移动，也就是将所述第一电子束121向阴影部分一侧偏移，使得所述阴影部分的液态金属132受到足够热量，从而提高所述熔池151的熔融效果，进而可以提高后续所形成铸锭152的质量均匀性。

需要说明的是，所述第一距离不宜过小，也不宜过大。当所述第一距离过小时，所述阴影部分的液态金属132难以受到足够热量，从而导致后续所形成铸锭152的质量均匀性较差；当所述第一距离过大时，容易导致所述第一电子束121对所述水平坩埚130进行扫描，从而导致所述水平坩埚130受损。为此，本实施例中，所述重叠部分沿y方向的距离为第二距离，所述第一距离为所述第二距离的30％至35％。

本实施例中，后续所形成铸锭152的形状为圆柱体，相应的，所述第一电子束121的扫描图案为圆形，所述扫描图案尺寸为扫描直径。在所述预设扫描直径和功率预设值下，所述第一电子束121对所述液态金属132进行熔炼形成熔池151。

需要说明的是，所述第一电子束121的预设扫描直径不宜过小，也不宜过大。如果所述预设扫描直径过小，容易导致所述铸锭圆坩埚150边缘位置处的液态金属132受热不足而难以形成熔池151；由于所述铸锭圆坩埚150沿顶部指向底部的方向上，直径逐渐增大，因此后续进行下拉操作时，所述铸锭圆坩埚150和引锭头210之间、所述铸锭圆坩埚150和部分形成的铸锭152之间具有缝隙，如果所述预设扫描直径过大，容易导致所述铸锭圆坩埚150边缘位置处过热，从而导致所述边缘位置处的熔池151不易凝固，进而导致后续进行下拉操作时，所述熔池151中的熔融金属通过所述缝隙发生溢流现象。为此，本实施例中，所述第一电子束121的预设扫描直径为所述铸锭152直径的60％至70％。

所述第一电子枪120的功率影响所述第一电子束121产生的热量。所述第一电子枪120的功率预设值过小时，所述第一电子束121产生的热量也相应过小，从而容易导致后续熔池151的熔融效果下降；所述第一电子枪120的功率预设值过大时，导致所述第一电子束121产生的热量过多，从而容易导致后续熔池151的深度过大，进而容易导致所述熔池151中的熔融金属通过所述铸锭圆坩埚150和引锭头210之间、所述铸锭圆坩埚150和部分形成的铸锭152之间的缝隙发生溢流。

需要说明的是，所述第一电子枪120的功率预设值根据所形成铸锭152的直径进行调整；所述第一电子枪120的功率还根据所形成铸锭152的材料进行调整，且进行调整时，以钛金属材料作为基准。具体地，所述第一电子枪120的功率预设值和铸锭152直径的关系式为：功率预设值＝(1/2*直径+50)kw；所述第一电子枪120的功率预设值和铸锭152材料的关系式为：功率预设值＝(材料熔点/钛金属熔点)*(1/2*直径+50)kw。

本实施例中，所形成铸锭152的材料为钛，所形成铸锭152的直径为400mm，相应的，所述第一电子枪120的功率预设值为235kw至265kw。

所述熔池151位于所述铸锭圆坩埚150的顶部区域内，且所述熔池151内具有熔融金属。本实施例中，形成的熔池151深度为2cm至4cm。

需要说明的是，所述熔池151的深度还与后续铸锭152的直径有关，所述铸锭152的直径越小，所述熔池151的深度越大。以后续形成的铸锭152的直径为400mm为例，设定所述第一电子枪120的功率预设值为250kw时，相应形成的熔池151深度为2cm。

执行步骤s4，采用拉锭机构200对所述熔融金属进行多次拉锭处理以形成铸锭152；其中，所述拉锭处理的步骤包括：使所述拉锭机构200进行下拉操作(如图2中z1方向所示)和上顶操作(如图2中z2方向所示)，且下拉距离小于或等于所述熔池151深度的一半。

本实施例中，所述液态金属132注入至所述铸锭圆坩埚150内的过程中，进行所述拉锭处理。通过使所述拉锭机构200进行下拉操作，为使所述水平坩埚130内的液态金属132再次注入至所述铸锭圆坩埚150内提供空间位置，且使得位于所述熔池151下方的熔融金属经冷却凝固后形成铸锭152。也就是说，通过所述下拉操作，所述铸锭圆坩埚150顶部区域始终为再次注入的液态金属132提供空间位置，且随着液态金属132的不断注入以及所述下拉操作，所述铸锭152的长度逐渐增加。

本实施例中，所述铸锭圆坩埚150沿顶部指向底部的方向上，直径逐渐增大，因此后续使所述拉锭机构200进行下拉操作时，所述熔池151随之下降，且所述铸锭圆坩埚150和引锭头210之间具有缝隙。当下拉距离较大且及时进行上顶操作时，所述缝隙也相应较小，顺着所述缝隙溢流的熔融金属冷却凝固后堵住所述缝隙并形成褶皱；当下拉距离过大且未及时进行上顶操作时，形成的缝隙也相应过大，从而容易导致大量熔融金属顺着所述缝隙发生溢流，且冷却凝固后在所述铸锭152表面形成流泪状缺陷。因此，使所述拉锭机构200进行下拉操作后还需及时进行上顶操作。

需要说明的是，所述下拉距离不宜过小，也不宜过大。如果下拉距离过小，相应的，所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部的距离过小；后续所述水平坩埚130内的液态金属132再次注入至所述铸锭圆坩埚150内时，注入的液态金属132容易因所述铸锭圆坩埚150顶部区域的空间不足而从所述铸锭圆坩埚150内溢出；如果下拉距离过大，后续使所述拉锭机构200进行下拉操作时，所述铸锭圆坩埚150和引锭头210之间的缝隙也过大，容易导致大量熔融金属顺着所述缝隙发生溢流，且冷却凝固后在所述铸锭152表面形成流泪状缺陷；其中下拉距离越大，越容易出现褶皱或泪流状缺陷。

本实施例中，下拉距离在1cm至2cm的范围内。其中，所述下拉距离可以根据后续铸锭152的预设直径而定，铸锭152的预设直径越小，下拉量越大。且为了避免出现褶皱或泪流状缺陷，下拉距离小于或等于所述熔池151深度的一半，即下拉量至多为所述熔池151深度的一半。

此外，使所述拉锭机构200进行上顶操作时，上顶距离与所述下拉距离相匹配，从而避免后续形成的铸锭152表面出现褶皱甚至流泪状缺陷，还可以避免后续所述水平坩埚130内的液态金属132再次注入至所述铸锭圆坩埚150内时，注入的液态金属132从所述铸锭圆坩埚150内溢出。本实施例中，下拉距离和上顶距离的比值在1.9至2.1的范围内。

以后续所形成铸锭152的直径为400mm为例，下拉距离和上顶距离的比值为2，每次下拉距离为1cm，上顶距离为0.5cm。

需要说明的是，在所述液态金属132溢流并注入至所述铸锭圆坩埚150的过程中，需不断进行所述拉锭处理，直至溢流结束，从而有利于提高后续铸锭152的表面光滑度。

本实施例中，所述液态金属132溢流结束后，在等待下一次溢流的期间，通过所述拉锭机构200使所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部的距离小于或等于3cm。

一方面，通过使所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部预留一定距离，为所述水平坩埚130中液态金属132的下一次溢流提供空间位置。因此所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部的距离不宜过小，否则在下一次溢流时，容易导致所述液态金属132从所述铸锭圆坩埚150内溢出。

另一方面，由于所述铸锭圆坩埚150为水冷铜坩埚，因此所述铸锭圆坩埚150的温度较低；所述熔池151中的金属蒸汽向上挥发后容易黏附于所述熔池151上方的铸锭圆坩埚150侧壁上，并遇冷形成凝壳；所述水平坩埚130中的液态金属132下一次溢流时，注入至所述铸锭圆坩埚150内的液态金属132黏附于所述凝壳上；在下拉操作过程中，所述熔池151随引锭头210一同下降，但是凝壳因黏附于所述铸锭圆坩埚150的侧壁上而难以一同下降，因此被所述凝壳占据的位置空出，即具有空缺位置，且所述空缺位置的温度较低；当液态金属132对所述空缺位置进行补充时，因所述空缺位置的温度较低而迅速冷却凝固，从而导致液态金属132对所述空缺位置的填充效果较差，进而导致所述空缺位置处的铸锭152表面出现凹陷甚至气孔。因此，所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部的距离也不宜过大，距离越大，越容易形成凝壳。

综合以上两个方面，本实施例中，所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部的距离在1cm至2cm的范围内。

需要说明的是，所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部的距离可以根据所形成铸锭152的预设直径而定。铸锭152的预设直径越小，所述距离越大。但为了改善凹陷或气孔的问题，所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部的距离小于或等于3cm，即距离最大不能超过3cm。以后续形成的铸锭152的直径为400mm为例，所述熔池151液面与所述铸锭圆坩埚150顶部的距离为1cm。

还需要说明的是，为了避免在等待下一次溢流的期间，所述熔池151的边缘部分与所述铸锭圆坩埚150侧壁相粘连产生粘锅现象，还可以继续使所述拉锭机构200进行下拉操作和上顶操作。本实施例中，间隔2分钟至5分钟进行一次下拉操作和上顶操作；其中，下拉距离和上顶距离的比值可以在0.9至1.1的范围内。

本实施例中，随着液态金属132的不断注入以及所述下拉操作，所述铸锭152的长度逐渐增加，为了形成满足工艺长度要求的铸锭152，所述水平坩埚130中的液态金属132多次溢流并注入至所述铸锭圆坩埚150内，因此在每一次溢流过程和等待过程中，均采用上述下拉操作和上顶操作，从而使所形成铸锭152的表面光滑度较高。

具体地，随着所述拉锭机构200的下拉和上顶操作，同时不断向所述铸锭圆坩埚150内注入液态金属132，所述第一电子束121对所述液态金属132进行熔炼形成熔池151，所述熔池151下方的熔融金属冷却凝固形成铸锭152，所述铸锭152的长度逐渐增加；且通过所述拉锭机构200，使所述铸锭152从所述铸锭圆坩埚150中被拉出，脱离所述铸锭圆坩埚150后形成满足工艺长度要求的铸锭152。

所述铸锭152的材料包括钛、钨、锆、铬、铪、铜、钼、钽或铌中的一种或多种。本实施例中，所述金属坯料140的材料为钛，相应的，形成的铸锭152的材料为钛。

需要说明的是，为了进一步提高所述铸锭152的表面光滑度，后续工艺还需对所述铸锭152表皮进行车削加工，由于熔炼所述形成铸锭152的表面光滑度较高，所述车削加工的进刀深度在5mm以内，70％至80％的进刀深度在2.5mm以内。

本实施例中，采用拉锭机构200对熔融金属进行多次拉锭处理以形成铸锭152；其中，所述拉锭处理的步骤包括：使所述拉锭机构200进行下拉操作(如图2中z1方向所示)和上顶操作(如图2中z2方向所示)，且下拉距离小于或等于所述熔池深度的一半；所述下拉距离设定合理，可以避免所述熔池151中的熔融金属因下拉距离过大而向下流动，从而可以避免所述铸锭152表面出现褶皱甚至流泪状缺陷；因此所形成铸锭152的表面光滑度较高，可以减少或避免表面褶皱、凹陷或气孔等问题；此外，相比转锭的熔炼方式，本发明可以避免转锭阻力过大而引起设备故障的问题，还可以降低设备故障率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

技术特征：

技术总结

一种铸锭的熔炼方法，包括：提供具有液态金属的水平坩埚、铸锭圆坩埚、第一电子枪、位于铸锭圆坩埚底部的拉锭机构；使水平坩埚中的液态金属注入至铸锭圆坩埚内；通过第一电子枪发射的第一电子束，对铸锭圆坩埚内的液态金属进行电子束扫描形成熔池，熔池内具有熔融金属；采用拉锭机构对熔融金属进行多次拉锭处理以形成铸锭；其中，拉锭处理的步骤包括：使拉锭机构进行下拉操作和上顶操作，且下拉距离小于或等于熔池深度的一半。本发明通过进行多次拉锭处理，且下拉距离设定合理，避免熔池中的熔融金属因下拉距离过大而向下流动，从而避免铸锭表面出现褶皱甚至流泪状缺陷，因此铸锭表面光滑度较高。

技术研发人员：吴景晖;姚力军;钟翔

受保护的技术使用者：宁波创润新材料有限公司

技术研发日：2016.08.18

技术公布日：2018.03.06