电子束冷床炉回收纯锆返回炉料的工艺研究
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2 实验 2.1 原料
本次实验原料是纯锆块状、屑状返回炉料、海绵锆。 纯锆返回炉料全部来自宝钛集团内部产生的工艺余料， 其中块状返回炉料经手持式鉴别仪逐块鉴别牌号后进行了 进一步分类收集和处理，对超大尺寸的块料进行了锯切，并 根据表面的氧化程度进行了碱酸洗、清洗、烘干、包装等处 理，对合格的块状返回炉料进行了称重、组批，本实验选用 的块料为经鉴别仪鉴别的“低 Fe 含量”块料，将近年来电弧 炉生产的锆铸锭按照用途、产量、化学成分进行了统计分析， 结合返回炉料的收集时间信息，确定了块状返回炉料 Fe、O 含量的取值范围 ；铸锭在机加过程中产生的屑状料单独收 集后经粗破碎、清洗去油、烘干、人工挑选、取样化学检测 等处理，本次实验选取的屑料的化学成分分析结果见表 1。 选择等级为 1 级以上的 3mm~25mm 粒度的海绵锆。
取 样 带 的 氧 化 层、缺 陷 层，用 化 学 分 析 法 检 测 铸 锭 侧 表 面
Fe、Cr、Hf、O、C、N、H 等杂质元素的化学成分，结果见
表 3、4、5。
表 3 实验（一）添加 50% 块状返回炉料铸锭化学成分
锭
化学成分，wt%
号 部位 Fe Cr Hf
C
O
N
H
头 0.04 0.004 2.1 0.01 0.1 0.009 0.001
表 4 实验（二）添加 40% 块状返回炉料铸锭化学成分
化学成分，wt%
锭号
部位 Fe Cr Hf
C
O
N
H
头 0.04 0.003 1.5 0.01 0.08 0.01 0.001
d 中 0.04 0.003 1.4 0.01 0.08 0.006 0.001
底 0.03 0.003 1.5 0.01 0.08 0.008 0.001
1 引言 锆是一种银白色金属，熔点 1852±2℃，密度 6.49g·cm-3，
热导率约是钛的 1.5 倍 [1]，它具有熔点高、密度适中、良好的 强度和塑性匹配，而且热中子吸收截面小，是核工业重要的 结构材料 ；锆和钛一样在诸多酸、碱介质中表现出优良的耐 腐蚀性能，因此锆又是优良的化工耐腐蚀材料 [2]。
头 0.05 0.003 1.3 0.01 0.08 0.01 0.001
e 中 0.05 0.003 1.2 0.01 0.08 0.01 0.001
底 0.05 0.003 1.1 0.01 0.08 0.01 0.001
头 0.04 0.003 1.6 0.01 0.09 0.006 ＜ 0.001
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
电子束冷床炉回收纯锆返回炉料的工艺研究
尹春春，周兵兵，史莹莹，郑亚波，刘 钊
（ 宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 ７２１０１４）
摘 要 ：开展了电子束冷床炉回收纯锆块状、屑状返回炉料的工艺试验，研究了块状返回炉料添加比例对 Ｆｅ、Ｏ 含量控 制的影响、电子束熔炼过程中杂质的去除机理以及熔炼工艺参数对铸锭质量的影响，对试验铸锭的表面多点取样进行 了化学成分分析，铸锭表面质量良好，杂质含量、化学成分均匀性均满足相关标准要求，可为进一步研究提供参考。 关键词 ：工艺研究 ；电子束冷床炉 ；纯锆返回炉料 ；杂质 ；去除机理 ；工艺参数 中图分类号 ：Ｏ６１４．４１＋２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００２－５０６５（２０２３）１６－０００４－４
a 中 0.04 0.003 2.1 0.01 0.1 0.008 ＜ 0.001
底 0.04 0.003 2.1 0.01 0.09 0.010 ＜ 0.001
头 0.04 0.002 2.1 0.01 0.1 0.006 0.001
b 中 0.04 0.003 2.1 0.01 0.1 0.006 ＜ 0.001
中 0.05 0.003 2.0 0.02 0.16 0.008
底 0.04 0.003 2.1 0.01 0.15 0.011
头 0.04 0.003 2.1 0.02 0.16 <0.01
中 0.06 0.004 2.1 0.02 0.13 <0.01
底 0.05 0.005 2.1 0.01 0.15 0.01
4# 0.06 0.008 0.02 <0.01 0.13 0.01 0.002 2.1 <0.005
5# 0.05 0.008 0.02 <0.01 0.16 0.01 0.002 2.1 <0.005
6# 0.04 0.008 0.02 <0.01 0.12 0.01 0.002 2.1 <0.005
头 0.05 0.003 2.2 0.02 0.15 0.009
中 0.04 0.003 2.2 0.02 0.16 0.01
底 0.05 0.005 2.2 0.01 0.16 0.01
H 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Technology Research on Zirconium Recycling Materials Recovering of EBCHM
YIN Chun-chun, ZHOU Bing-bing, SHI Ying-Ying, ZHENG Ya-bo, LIU Zhao
（ Ｂａｏｊｉ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａａｎｘｉ Ｂａｏｊｉ ７２１０１４） Abstract: Ｔｈｅ ＥＢ ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｂｌｏｃｋｓ ａｎｄ ｃｈｉｐｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌｏｃｋ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅ ａｎｄ Ｏ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ｉｎ ＥＢ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｉｎｇｏｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎｇｏｔｓ． Ｔｈｅ ｉｎｇｏｔｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｗａｓ ｇｏｏｄ． Ｔｈｅ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｓｔａｎｄａｒｄｓ， ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Keywords: Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ；ＥＢＣＨＭ ；Ｚｉｒｃｏｎｉｕｎｍ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ；Ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ；Ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ； Ｒｅｍｏｖａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ；Ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ
收稿日期 ：２０２３－０６ 作者简介 ：尹春春，男，生于 １９８３ 年，学士，工程师，研究方向 ：钛及钛 合金铸锭熔炼。
纯锆返回炉料 EB 炉回收的难点首先是铸锭 Fe、O 等杂 质元素含量的控制，由于不同加工材对杂质含量的控制要求 不同，返回炉料存在成分波动性较大的问题，导致铸锭某些 元素含量超出标准要求或者因均匀性差而无法使用，因此返 回炉料的收集、使用、添加比例对铸锭成分控制而言非常关 键 ；其次熔化过程中工艺参数的选择不合理，铸锭精炼效果 差或者容易产生冷隔、气孔、裂纹等缺陷 ；最后屑状返回炉 料因杂质含量高，回收难度更大，还需要考虑进料、熔炼过 程真空波动的问题。本文通过开展电子束冷床炉回收纯锆块 状、屑状返回炉料的试验，研究了不同添加比例的块状返回 炉料对铸锭化学成分控制的影响，摸索出了杂质元素含量的 精准控制方法 ；研究了电子束熔炼过程中杂质的去除机理。 本研究对企业节约成本具有很大意义，为推进纯锆返回炉料 的回收利用积累了经验和数据。
2。
表 2 电子束冷床炉熔炼过程工艺参数
各电子枪功率 熔炼室真空度
进料速度
拉锭速度
350 ～ 450kW 0.06 ～ 0.1Pa 30 ～ 50mm/min 5 ～ 7mm/min
3 实验结果与讨论 3.1 铸锭 Fe、Cr、Hf、O、C、N、H 含量分析
沿铸锭纵向对其头、中、底三点取样，取样前机加扒去
底 0.05 0.004 2.1 0.01 0.1 0.007 ＜ 0.001
头 0.04 0.003 2.1 0.01 0.12 0.007 ＜ 0.001
c 中 0.04 0.003 2.1 0.01 0.13 0.009 0.001
底 0.04 0.004 2.1 0.01 0.11 0.008 ＜ 0.001
4 世界有色金属 2023年 8月下
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
2.2 实验方式及过程
海绵锆经人工挑选去除缺陷料后在 3000t 油压机压制
成 电 极 块，与 块 状 返 回 炉 料 搭 配 制 备 装 框 或 捆 绑 电 极，这
取决于块状返回炉料的形状。制备了返回炉料添加比例分
别为 50% 和 40% 的电极，电极中 Fe、O 元素的含量约为 ：
0.06%Fe-0.09%O%，屑饼整齐、逐层码放在 U 形框中。
实验熔炼设备为熔铸厂 2400kW 4 枪电子束冷床炉，其
中 1#、2# 枪负责熔炼电极和维持熔炼区扫描，4# 枪用
表 1 纯锆屑料化学成分分析结果，wt%
屑样
元素，化学成分
编号 Fe Cr C
Ti O N H Hf
Si
1# 0.06 0.009 0.02 <0.01 0.14 0.010 0.002 2.2 <0.005
2# 0.06 0.010 0.01 <0.01 0.14 0.01 0.002 2.2 <0.005
3# 0.06 0.010 0.01 <0.01 0.14 0.01 0.002 2.2 <0.005
真空自耗熔炼法（VAR）是锆锭生产最普遍的方法，优 点是技术成熟、自动化程度高，但缺点也很多，首先需要昂 贵的油压机制备电极，生产流程长 ；其次，海绵锆中原有的 杂质元素去除效果有限，产品质量不稳定 ；最后，返回炉料 的回收利用难度较大。然而随着冷床炉熔炼技术的发展，其 在减少夹杂，提高铸锭冶金质量和降低成本方面的作用愈见 明显。电子束冷床炉熔炼（EBCHM）与真空自耗电弧熔炼 相比，主要特点是将熔化、精炼和铸造分开进行，原料熔化 后在冷床内精炼，最后在水冷铜坩埚凝固成铸锭，因此冷床 炉熔炼在回收返回炉料方面有以下主要优点 ：①可有效去 除高、低密度夹杂，防止偏析等冶金缺陷，有利于材料纯净 化和匀质化，提高材料的冶金质量 [3]。②对原料适应性强， 可大量回收返回炉料，降低成本。③采用冷床炉制备技术， 可熔铸方形、圆形锭坯，直接用于板材、管材生产，减少工 序，缩短流程，提高材料利用率和生产效率，降低成本等。 ④电子束的能量密度高和可操控性，熔炼区的温度条件可在 大范围调节，从而影响熔炼过程中的精炼反应动力学及扩散 和脱气过程。
f 中 0.04 0.003 1.6 0.01 0.09 0.006 0.001
底 0.05 0.003 1.4 0.01 0.08 0.008 0.001
锭号 g h i
表 5 实验（三）屑饼回收铸锭化学成分
化学成分，wt%
部位 Fe Cr Hf
C
O
N
头 0.05 0.003 2.0 0.02 0.14 0.007
于精炼区扫描，3# 枪负责坩埚内扫描。采用水平进料
进 行 工 业 级 Zr-3 圆 锭 熔 炼，铸 锭 直 径 为 φ736mm。实验
（一）：开展了 50% 的块料添加比例的试验 ；实验（二）：在
实验一基础上开展了 40% 添加比例的试验 ；实验（三）：采
用 100% 屑料装框生产了 3 个铸锭。EB 熔炼工艺参数见表
本次实验原料是纯锆块状、屑状返回炉料、海绵锆。 纯锆返回炉料全部来自宝钛集团内部产生的工艺余料， 其中块状返回炉料经手持式鉴别仪逐块鉴别牌号后进行了 进一步分类收集和处理，对超大尺寸的块料进行了锯切，并 根据表面的氧化程度进行了碱酸洗、清洗、烘干、包装等处 理，对合格的块状返回炉料进行了称重、组批，本实验选用 的块料为经鉴别仪鉴别的“低 Fe 含量”块料，将近年来电弧 炉生产的锆铸锭按照用途、产量、化学成分进行了统计分析， 结合返回炉料的收集时间信息，确定了块状返回炉料 Fe、O 含量的取值范围 ；铸锭在机加过程中产生的屑状料单独收 集后经粗破碎、清洗去油、烘干、人工挑选、取样化学检测 等处理，本次实验选取的屑料的化学成分分析结果见表 1。 选择等级为 1 级以上的 3mm~25mm 粒度的海绵锆。
取 样 带 的 氧 化 层、缺 陷 层，用 化 学 分 析 法 检 测 铸 锭 侧 表 面
Fe、Cr、Hf、O、C、N、H 等杂质元素的化学成分，结果见
表 3、4、5。
表 3 实验（一）添加 50% 块状返回炉料铸锭化学成分
锭
化学成分，wt%
号 部位 Fe Cr Hf
C
O
N
H
头 0.04 0.004 2.1 0.01 0.1 0.009 0.001
表 4 实验（二）添加 40% 块状返回炉料铸锭化学成分
化学成分，wt%
锭号
部位 Fe Cr Hf
C
O
N
H
头 0.04 0.003 1.5 0.01 0.08 0.01 0.001
d 中 0.04 0.003 1.4 0.01 0.08 0.006 0.001
底 0.03 0.003 1.5 0.01 0.08 0.008 0.001
1 引言 锆是一种银白色金属，熔点 1852±2℃，密度 6.49g·cm-3，
热导率约是钛的 1.5 倍 [1]，它具有熔点高、密度适中、良好的 强度和塑性匹配，而且热中子吸收截面小，是核工业重要的 结构材料 ；锆和钛一样在诸多酸、碱介质中表现出优良的耐 腐蚀性能，因此锆又是优良的化工耐腐蚀材料 [2]。
头 0.05 0.003 1.3 0.01 0.08 0.01 0.001
e 中 0.05 0.003 1.2 0.01 0.08 0.01 0.001
底 0.05 0.003 1.1 0.01 0.08 0.01 0.001
头 0.04 0.003 1.6 0.01 0.09 0.006 ＜ 0.001
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
电子束冷床炉回收纯锆返回炉料的工艺研究
尹春春，周兵兵，史莹莹，郑亚波，刘 钊
（ 宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 ７２１０１４）
摘 要 ：开展了电子束冷床炉回收纯锆块状、屑状返回炉料的工艺试验，研究了块状返回炉料添加比例对 Ｆｅ、Ｏ 含量控 制的影响、电子束熔炼过程中杂质的去除机理以及熔炼工艺参数对铸锭质量的影响，对试验铸锭的表面多点取样进行 了化学成分分析，铸锭表面质量良好，杂质含量、化学成分均匀性均满足相关标准要求，可为进一步研究提供参考。 关键词 ：工艺研究 ；电子束冷床炉 ；纯锆返回炉料 ；杂质 ；去除机理 ；工艺参数 中图分类号 ：Ｏ６１４．４１＋２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００２－５０６５（２０２３）１６－０００４－４
a 中 0.04 0.003 2.1 0.01 0.1 0.008 ＜ 0.001
底 0.04 0.003 2.1 0.01 0.09 0.010 ＜ 0.001
头 0.04 0.002 2.1 0.01 0.1 0.006 0.001
b 中 0.04 0.003 2.1 0.01 0.1 0.006 ＜ 0.001
中 0.05 0.003 2.0 0.02 0.16 0.008
底 0.04 0.003 2.1 0.01 0.15 0.011
头 0.04 0.003 2.1 0.02 0.16 <0.01
中 0.06 0.004 2.1 0.02 0.13 <0.01
底 0.05 0.005 2.1 0.01 0.15 0.01
4# 0.06 0.008 0.02 <0.01 0.13 0.01 0.002 2.1 <0.005
5# 0.05 0.008 0.02 <0.01 0.16 0.01 0.002 2.1 <0.005
6# 0.04 0.008 0.02 <0.01 0.12 0.01 0.002 2.1 <0.005
头 0.05 0.003 2.2 0.02 0.15 0.009
中 0.04 0.003 2.2 0.02 0.16 0.01
底 0.05 0.005 2.2 0.01 0.16 0.01
H 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Technology Research on Zirconium Recycling Materials Recovering of EBCHM
YIN Chun-chun, ZHOU Bing-bing, SHI Ying-Ying, ZHENG Ya-bo, LIU Zhao
（ Ｂａｏｊｉ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａａｎｘｉ Ｂａｏｊｉ ７２１０１４） Abstract: Ｔｈｅ ＥＢ ｒｅｃｏｖｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｂｌｏｃｋｓ ａｎｄ ｃｈｉｐｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌｏｃｋ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅ ａｎｄ Ｏ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ｉｎ ＥＢ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ ｉｎｇｏｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎｇｏｔｓ． Ｔｈｅ ｉｎｇｏｔｓ ｓｕｒｆａｃｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｗａｓ ｇｏｏｄ． Ｔｈｅ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｓｔａｎｄａｒｄｓ， ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ． Keywords: Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ；ＥＢＣＨＭ ；Ｚｉｒｃｏｎｉｕｎｍ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ；Ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ；Ｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ； Ｒｅｍｏｖａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ；Ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ
收稿日期 ：２０２３－０６ 作者简介 ：尹春春，男，生于 １９８３ 年，学士，工程师，研究方向 ：钛及钛 合金铸锭熔炼。
纯锆返回炉料 EB 炉回收的难点首先是铸锭 Fe、O 等杂 质元素含量的控制，由于不同加工材对杂质含量的控制要求 不同，返回炉料存在成分波动性较大的问题，导致铸锭某些 元素含量超出标准要求或者因均匀性差而无法使用，因此返 回炉料的收集、使用、添加比例对铸锭成分控制而言非常关 键 ；其次熔化过程中工艺参数的选择不合理，铸锭精炼效果 差或者容易产生冷隔、气孔、裂纹等缺陷 ；最后屑状返回炉 料因杂质含量高，回收难度更大，还需要考虑进料、熔炼过 程真空波动的问题。本文通过开展电子束冷床炉回收纯锆块 状、屑状返回炉料的试验，研究了不同添加比例的块状返回 炉料对铸锭化学成分控制的影响，摸索出了杂质元素含量的 精准控制方法 ；研究了电子束熔炼过程中杂质的去除机理。 本研究对企业节约成本具有很大意义，为推进纯锆返回炉料 的回收利用积累了经验和数据。
2。
表 2 电子束冷床炉熔炼过程工艺参数
各电子枪功率 熔炼室真空度
进料速度
拉锭速度
350 ～ 450kW 0.06 ～ 0.1Pa 30 ～ 50mm/min 5 ～ 7mm/min
3 实验结果与讨论 3.1 铸锭 Fe、Cr、Hf、O、C、N、H 含量分析
沿铸锭纵向对其头、中、底三点取样，取样前机加扒去
底 0.05 0.004 2.1 0.01 0.1 0.007 ＜ 0.001
头 0.04 0.003 2.1 0.01 0.12 0.007 ＜ 0.001
c 中 0.04 0.003 2.1 0.01 0.13 0.009 0.001
底 0.04 0.004 2.1 0.01 0.11 0.008 ＜ 0.001
4 世界有色金属 2023年 8月下
M 冶金冶炼 etallurgical smelting
2.2 实验方式及过程
海绵锆经人工挑选去除缺陷料后在 3000t 油压机压制
成 电 极 块，与 块 状 返 回 炉 料 搭 配 制 备 装 框 或 捆 绑 电 极，这
取决于块状返回炉料的形状。制备了返回炉料添加比例分
别为 50% 和 40% 的电极，电极中 Fe、O 元素的含量约为 ：
0.06%Fe-0.09%O%，屑饼整齐、逐层码放在 U 形框中。
实验熔炼设备为熔铸厂 2400kW 4 枪电子束冷床炉，其
中 1#、2# 枪负责熔炼电极和维持熔炼区扫描，4# 枪用
表 1 纯锆屑料化学成分分析结果，wt%
屑样
元素，化学成分
编号 Fe Cr C
Ti O N H Hf
Si
1# 0.06 0.009 0.02 <0.01 0.14 0.010 0.002 2.2 <0.005
2# 0.06 0.010 0.01 <0.01 0.14 0.01 0.002 2.2 <0.005
3# 0.06 0.010 0.01 <0.01 0.14 0.01 0.002 2.2 <0.005
真空自耗熔炼法（VAR）是锆锭生产最普遍的方法，优 点是技术成熟、自动化程度高，但缺点也很多，首先需要昂 贵的油压机制备电极，生产流程长 ；其次，海绵锆中原有的 杂质元素去除效果有限，产品质量不稳定 ；最后，返回炉料 的回收利用难度较大。然而随着冷床炉熔炼技术的发展，其 在减少夹杂，提高铸锭冶金质量和降低成本方面的作用愈见 明显。电子束冷床炉熔炼（EBCHM）与真空自耗电弧熔炼 相比，主要特点是将熔化、精炼和铸造分开进行，原料熔化 后在冷床内精炼，最后在水冷铜坩埚凝固成铸锭，因此冷床 炉熔炼在回收返回炉料方面有以下主要优点 ：①可有效去 除高、低密度夹杂，防止偏析等冶金缺陷，有利于材料纯净 化和匀质化，提高材料的冶金质量 [3]。②对原料适应性强， 可大量回收返回炉料，降低成本。③采用冷床炉制备技术， 可熔铸方形、圆形锭坯，直接用于板材、管材生产，减少工 序，缩短流程，提高材料利用率和生产效率，降低成本等。 ④电子束的能量密度高和可操控性，熔炼区的温度条件可在 大范围调节，从而影响熔炼过程中的精炼反应动力学及扩散 和脱气过程。
f 中 0.04 0.003 1.6 0.01 0.09 0.006 0.001
底 0.05 0.003 1.4 0.01 0.08 0.008 0.001
锭号 g h i
表 5 实验（三）屑饼回收铸锭化学成分
化学成分，wt%
部位 Fe Cr Hf
C
O
N
头 0.05 0.003 2.0 0.02 0.14 0.007
于精炼区扫描，3# 枪负责坩埚内扫描。采用水平进料
进 行 工 业 级 Zr-3 圆 锭 熔 炼，铸 锭 直 径 为 φ736mm。实验
（一）：开展了 50% 的块料添加比例的试验 ；实验（二）：在
实验一基础上开展了 40% 添加比例的试验 ；实验（三）：采
用 100% 屑料装框生产了 3 个铸锭。EB 熔炼工艺参数见表