大功率电子束冷床(EB)炉国产化及钛合金熔炼技术研发.pdf

2014年 11月 27日大型电子束冷床（ EB)炉国产化及钛合金熔炼技术研究一、云南钛业股份公司及工艺装备简况二、电子束冷床（ EB)炉及熔炼技术状况三、云南钛业（ EB)炉国产化熔炼技术研究项目1、基础条件， 2、技术支撑，3、国产化创新， 4、项目目标中国第一卷冷轧钛卷 2008年 4月 30日一、云南钛业简况公司成立于 2009年 8月 13日， 股份制公司 ，昆明钢铁控股有限公司为第一大股东持有 83.35%股份钛及钛合金大型锭坯熔炼、钛板卷钛线材、钛棒材、钛设备及制品技术研发与产业化的 — 国有企业一、云南钛业股份有限公司一、云南钛业简况云南钛业股份有限公司是一个跨地区发展的公司：公司本部 — 云南省楚雄州禄丰县： 4000吨 钛及钛合金锭、20000吨 钛材 /年，生产能力全资子公司 （攀枝花云钛实业有限公司） — 四川省攀枝花市盐边县： 4000吨 钛及钛合金锭的生产能力合资公司 （云宏钛科技有限公司） — 云南省楚雄州禄丰县：2000吨 钛及钛合金锭的生产能力一、云南钛业简况云南钛业股份有限公司位置云南钛业股份有限公司 —— 本部子公司 —— 攀枝花云钛实业有限公司钢 -钛结合的钛材生产工艺美国 — RETECH电子束冷床 EB炉俄罗斯 — KV-TITAN电子束冷床 EB炉云钛的电子束 EB熔炼美国 — TIPPINS双机架炉卷轧机Twin Steckel Hot Rolling View双机架炉卷轧机热轧钛带Titanium Hot Rolling in Operating美国 — TIPPINS带卷冷轧机Reversion Cold Rolling MillSR1400 双机架带卷冷轧机钛带卷的冷轧机轧制Titanium Cold Rolling in Operating德国 — SMS高速线材轧机意大利 — DANIELI棒材轧机棒材的轧制钛带卷抛丸修磨线Shot Blasting & Grinding Line钛带卷酸洗线Picking Line钛带卷脱脂机组Degreasing Line钛带卷修磨白化机组Grinding & Picking Line钛带卷拉矫机组Straightening Line钛带卷纵剪机组Slitting & Cut to Length Line氩气保护钛带卷退火炉Argon Protection Annealing Furnace云南钛业产品云南钛业产品云南钛业产品云钛产品：钛及钛合金锭、热轧卷板、冷轧卷板、棒材、线材、锻件、钛制品及镍锭、镍材二、大型电子束冷床（ EB)炉及熔炼技术在钛材加工领域 ， 将海绵钛“ 熔炼 -浇铸 ”成大规格钛及钛合金铸锭是一切后续钛材加工的重要基础 。

钛及钛合金铸锭是一切后续钛材加工的重要基础化学成分无偏析和组织均匀 ， 高 、 低密度夹杂少的大规格优质钛及钛合金锭 ， 是 后续加工制作成优质的 、 批次性能稳定的各种钛及其合金材的重要基础 钛及钛合金铸锭是一切后续钛材加工的重要基础☆ VAR熔炼消除钛锭中的高密度夹杂物 （ HDI） 和低密度夹杂物 （ LDI） 的能力有限 ， 往往成为钛构件过早断裂的诱因 ，降低了零部件的使用寿命 ， 影响了钛材产品的应用 VAR法熔炼大规格钛锭过程及存在问题VAR法仍然是中国熔炼钛及钛合金铸锭的主要方法电子束冷床炉熔炼大规格钛锭基本原理及优点EBCHR法主要用于大规格工业纯钛及部分钛合金铸锭的熔炼 EB炉熔炼钛及钛合金铸锭具有诸多 VAR法无可比拟的优点电子束冷床炉熔炼大规格钛锭特点（ 1） 熔炼温度和真空度高；（ 2） 能够有效解决成分偏析和组织不均匀性；（ 3） 对高 、 低密度夹杂物去除效果好；（ 4） 工序少 、 成品率高 ， 可重熔且 质量一致性好 ，可以实现铸锭规格多样化 （ 不同规格圆锭 、 扁锭 ）和大规格化 （ 最大熔炼单件钛锭可达 26t） ；（ 5） 原料适应性强 ， 能大量回收残料 ， 降低生产成本；（ 6） 铸件表面和内部质量好 。

EB炉熔炼钛及钛合金铸锭具有诸多 VAR法无可比拟的优点国内外利用电子束冷床熔炼的钛锭典型尺寸电子束冷床熔炼 是当前 优质钛及钛合金锭不可替代的先进熔炼技术 ， 美国航空标准已将冷床炉熔炼纳入航空旋转件 、 结构件用钛合金材料必须采用的熔炼技术 EB炉熔炼是优质钛及钛合金锭不可替代的先进熔炼技术三、云南钛业（ EB)炉国产化的基础及项目1、基础条件2、技术支撑3、国产化创新4、国产化项目目标☆ 目前 ， 只有美国 、 德国 、 （ 俄罗斯 、 乌克兰 ） 能够生产大功率电子束冷床熔炼炉；☆ 中国大功率 EB炉依赖进口 （ 商务部做无核声明 ， 国外的出口许可 ） 受到很大制约；☆ 国外主要钛生产企业已经大量采用 EB炉熔炼大规格钛锭 ， 占总体产能的比例已经接近 40%， 并呈逐年增长趋势 ☆ 中 国 从 2005年开始从德国引进大功率 EB炉 ， 目前已引进了 8台 （ 云南钛业 2台 、 青海聚能 2台 、 宝钛集团 1台 、 宝钢特钢 1台 、 洛阳双瑞 1台 、 中铝沈加 1台 ） 中国目前不掌握大功率 EB炉的制造技术，依赖从国外进口突破和掌握大型电子束冷床炉制造关键技术及实现国内 自主 设计 、 制造具 有重要意义 。

为高性能钛材产品的后续加工奠定坚实的基础 ， 全面提升钛材产品的质量和深加工水平 ， 打破国外技术 封 锁 满足国家在航空航天 、 大型海洋工程 、海水淡化 、 能源 、 汽车 、 生物医用 、国防等技术领域对关键性基础材料的战略需求 大功率电子束冷床炉制造及熔炼技术研究掌握大 功率 电子束冷床炉的 设计 、 制造 、 解决大规格优质钛及钛合金铸锭冶金质量控制问题 聚集国内 外 钛材加工研究开发领域的优秀人才 ， 培养钛材领域工程的专业技术人员 大功率 EB炉制造与熔炼技术具有重要战略意义国内合作单位国外关键技术支持1、基础条件 -云钛分别拥有美国和俄罗斯差异化明显的 EB炉☆ 云南钛业股份有限公司从 2008年成功研发生产出了中国第一卷冷轧工业纯钛带卷以来 ， 创建了 “ 钢 -钛 ” 结合生产钛材的生产模式 ， 形成了完整 、 先进的钛锭 、 钛材生产体系 ， 凭借低成本 、 高质量的技术生产优势 ，取得了较好的经济 、 社会效益 ☆ 云南钛业股份有限公司 拥有从 美国 RETECH公司和俄罗斯 KV-TITAN公司引进的 2台大型电子束冷床熔炼炉 ,并建成投入使用 3200EBCHF电子束冷床炉 BMO3000电子束冷床炉1、基础条件 -云钛 2台大型 EB炉目前在国内生产运行良好☆ 2013年 云钛 利用 美国 RETECH公司大型 EB炉已生产大规格纯钛扁锭 4100吨 、 俄罗斯 KV-TITAN公司大型EB炉已生产大规格纯钛扁锭 1300吨 ， 积累了丰富的熔炼和操作经验 。

1、基础条件 -云钛 2台大型 EB炉目前在国内生产运行良好1、基础条件 -云钛 2台大功率 EB炉部件 已实现了国产化设计、制造☆ 云钛现两台 EB炉的引进建设中已有部分设备是由昆钢自行设计制造的 ， 积累了一定的设计 、 制造 、 安装 、 调试经验；☆ 云钛 EB炉设备的安装 、 调试技术人员是现在的技术 、 操作人员 ， 积累了较好多经验 ，将来也是国产化 EB炉的主要技术骨干；1、基础条件 -云钛 2台大功率 EB炉部件 已实现了国产化设计、制造☆ 近三年两台 EB炉运行过程中部分零部件已国产化 （ 拉锭装置 、 真空泵 、 冷却系统等 ）1、基础条件 -云钛大功率 EB炉已有供辅等基础条件☆ 云钛已建设完成了第三 、 四台 EB炉设备基础及供电 、 供水 、 供气等系统 ， 具有快速国产化制造完成的先天条件 1、基础条件 -云钛已不断消化再创新 2台 EB炉装备及熔炼技术☆ 云钛对引进 2台 EB进行了 𣎴 断消化再创新 ， 在原外方设计基础上不断改进现有 EB炉 ， 目前己申报受理专利 30余件 ， 发明专利 13件；获得授权实用新型专利 9件 2、技术支撑 -国际合作（俄罗斯、乌克兰）☆ 独联体钛协会；☆ 俄罗斯电机械股份公司；☆ 乌克兰红浪股份有限公司；—— 将保障高功率电子束枪和高压电源及电气控制；—— 将保障全系统的功能和热负荷调试；—— 参与后续国产化 EB炉的多品种合金开发 。

2、技术支撑 -云南昆钢重型装备公司☆ 云南昆钢重型装备公司与德国海瑞克合作 ， 掌握了盾构式隧道掘进机钢结构件的制作以及整机集成制造技术 ， 具有大型装备设计 、 制造能力和经验 ☆ 参与了云钛大型 EB炉的分交设备制造 、 供辅设备建设 、 调试与运行过程中的零部件国产化再创新 2、技术支撑 -云南昆钢电子信息公司☆ 云南昆钢电子信息公司从德国 SAP公司引进了 ERP系统 、 数据仓库系统 、 商务智能系统 、 电子商务系统等 ， 消化吸收并进行技术创新 ， 积累了丰富的国际科技合作经验 ☆ 参与了云钛大型 EB炉的分交设备制造 、 供辅设备建设 、 调试与运行过程中的零部件国产化再创新 2、技术支撑 -昆明理工大学☆ 昆明理工大学是云钛重要的产学研合作伙伴 ， 全程参与了云钛大型 EB炉建设中与国外的技术交流谈判 ， 并并在云钛两台 EB炉生产实践中进行了大规格钛及钛合金锭的电子束冷床熔炼技术研究 主要进行的研究工作：（ 1） 分析大规格钛扁锭存在的实际冶金质量缺陷 ， 建立钛扁锭与热轧钛卷带之间的缺陷对应关系 2） 利用 PROCAST凝固软件 ， 通过建立数学模型和进行数值计算 ， 分析拉锭速度和浇注温度以及结晶器尺寸对固液界面和结晶器中固相率的影响规律 。

电子束冷床熔炼钛锭的凝固原理☆ 结晶器中存在热量传输 、 熔质传输 、 动量传输耦合的凝固过程 钛锭 (长 5000mm, 宽 1050mm 厚 210mm)外表面温度分布图：拉锭速度为V=0.0002m/s,浇注温度为 1700℃ ， 结晶器水冷温度为 15℃ 3、国产化创新1、实现国产化 EB炉二次或多次锭的重熔；包括： VAR+EB,EB+VAR,EB+EB;扁锭 +扁锭，圆锭 +扁锭，扁锭 +圆锭2、实现多种钛合金的熔炼；3、实现多种难熔金属的熔炼；4、可以实现废残钛的回收熔炼、综合利用；5、实现棒材、线材轧制坯料的多流方坯或园坯熔炼 ;6、自动控制实现二级计算机控制3、国产化创新4、国产化项目目标一 、 国产化项目内容：大型电子束冷床炉的集成设计与优化研究 合作各方就大型电子束冷床炉的进行设计研究 ， 获得其设计图纸并进行优化 大型电子束冷床炉熔炼室 、 侧面进料室 、 拉锭室 、 结晶器 、 真空系统 、 电气控制系统 、 冷却及辅助系统等关键部件的研发 、 设计 、 制造 大型电子束冷床炉的集成制造研究 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研究 。

项目各合作方内容（ 1） 云南钛业股份有限公司为项目总负责单位 ， 主要负责大型电子冷床炉的集成制造技术研究；（ 2） 云南昆钢重型装备制造有限公司主要负责电子束冷床炉熔炼室 、拉锭室 、 结晶器 、 真空 、 冷却及液压系统等关键部件的研发与制造；（ 3） 云南昆钢集团电子信息工程有限公司主要负责电子束冷床炉电气控制系统的开发；。