钛合金铸造设备与工艺
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4-外水套 5-坩埚固紧螺栓 6-橡胶密封圈 7-水冷铜坩埚
坩埚冷却系统的冷却强度直接影响到熔池的深度和直 径以及熔池中金属液的过热度。
凝壳炉熔炼过程形成的凝壳有两个作用： ① 防止熔池中液态金属被坩埚材料污染； ② 使液态金属不与坩埚壁直接接触，保护坩埚的工
作面，不受到液态金属的破坏作用。
(3)装载熔融金属液的坩埚，工作过程中其内壁能自动形成 一层凝壳，把熔融金属液与坩埚材料隔离，防止熔融金 属液被坩埚材料污染。
二、钛和钛合金的熔炼铸造设备
图1为铸钛工业生产中正在使用的各种熔炼铸造设备与方法
图1 铸钛工业生产中正在 使用的各种熔炼铸造设备
与方法
真空自耗电极电弧凝壳炉应用得最普遍，目前世界上生 产的绝大部分钛和钛合金铸件，都是用真空自耗电极电 弧凝壳炉浇铸的。
目前工业生产中凝壳炉使用的坩埚有两种：石墨坩埚 和水冷铜坩埚。
图12 典型的石墨坩埚系统[1] 1—石墨坩埚 2-导电板 3-不锈钢水冷套 4-水套轴颈 5-坩埚与水套固定装置
图13 可拆卸水套式铜坩埚冷却循环系统结构示意图 1-底板固紧螺栓 2-固紧中间隔水套的底板 3-带稳弧线圈的中间隔水套
式炉（见图5）
图4 真空自耗电极电弧凝壳炉及其主要构成组件的结构示意图 1-电极传动机构 2-电极导杆 3-自耗电极 4-水冷铜坩埚 5-离心盘 6-离心 装置 7-油增压泵 8-罗茨泵 9-阀门 10-机械泵 11-电磁阀 12-硅整流电源
图5 卧式真空自耗电极电弧凝壳炉的外观
Leabharlann Baidu
1）炉体
（b）立式炉 图6为德国LEYBOLD.AG公司设计制造的L300SM立式凝壳炉。 图7为L300SM立式凝壳炉的内部详细结构示意图。 图8为德国LEYBOLD.AG公司设计制造的另一种结构型式的大
大部分组成，如图20所示。
图20 电弧构造示意图 1-阴极斑点 2-正离子层 3-弧柱 4-阳极斑点
1) 电弧的结构和特性
（C）电弧的特性 1) 电弧中的电压降 真空自耗电极电弧熔炼所利用的是
弧光放电，这种放电是在低电压（十几伏到几十伏） 和大电流（几千安到几万安）条件下产生的放电；放 电过程产生强烈的白帜光和高温。弧光放电时两极间 的电压降叫电弧电压。电弧电压U由阴极压降UK、弧柱 压降UC和阳极压降UA组成：
型（750kg）立式凝壳炉
图6 德国LEYBOLD.AG公司设计制造的L300SM立式凝壳炉的外观［11］
2
清铸华造大培学训
图7 L300SM立式凝壳 炉的内部详细结构示意图
1-电极快速提升机构 2-电源电缆 3-电源 4-电极导杆 5-自耗电极 6-坩埚 7-炉门与坩埚滑车 8-离心铸造装置 9-真空系统 10-型模 11-抽气口
清铸华造大培学训 钛及钛合金的熔炼铸造设 备与工艺
一、概述
钛和钛合金的熔炼与铸造，必须在特制的专用设备上进 行，且必须满足如下要求：
(1)采用的热源能直接为熔化的钛及其合金提供高密度的热 流，保证熔融金属具有较高的温度，同时避免外界大气 或外来杂质进入设备内部，污染熔融的金属液；
(2)在熔炼原材料加热、熔化及熔融金属液浇入铸型，铸件 凝固与冷却等过程中，设备内部应始终维持在真空状态 下或处于保护气氛中；
(3)凝壳炉的熔炼浇注过程
可分为准备期、引弧期、正常熔炼期、停弧浇注、铸 件冷却等五个阶段。
1）准备期 2）引弧期 3）正常熔炼期 4）停弧浇注 5）铸件冷却
(4) 凝壳炉的熔炼浇注工艺
1)凝壳炉的熔炼工艺参数的选择
(a)真空度的选择和漏气率的控制 凝壳炉正常熔 炼的真空度应在6.7～0.67Pa范围内。凝壳炉的 漏气率应控制在0.4～0.7Pa·L/s范围内。
目前真空自耗电极电弧熔炼炉是为真空自耗电极 电弧凝壳炉提供自耗电极的主要设备。图27为自 耗熔炼炉生产钛和钛合金自耗电极的生产工艺流 程。
图27 自耗熔炼炉生产钛和钛合 金自耗电极的生产工艺流程
3 真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼浇注工艺
(1) 概述 图28为凝壳炉的熔炼浇注工艺流程。凝壳炉的主要任
图29 不够长的电极与端头残极的螺纹连接示意图 1.电极安装头 2-自耗电极 3-中间连接螺杆 4-自耗残极 5-阴螺纹
a
b
图30 回炉料制成的重熔自耗电极的方法
a. 铸造粘接成形法：1-过渡浇杯 2-液态钛 3,6-石墨锭模
4-回炉料 5-浇进的液态粘结钛
b. 焊接成形法:1-电极安装头 2-回收料块 3-焊点
图19 真空自耗电极电弧熔炼（正极性法）原理及各 区域主要物理化学反应示意图
1-钛自耗电极 2-气相区（残余气体及反应气态生成物运动区 3-弧柱区（脱气、分解、电离） 4-钛熔池（脱气、分解、偏析、夹杂物上浮及再生） 5-凝壳 6-铜坩埚
1) 电弧的结构和特性
（a）电弧的产生 电弧的产生是一个弧光放电过程。 （b）电弧的结构 电弧是由阴极区、弧柱区、阳极区三
(b)电极和坩埚的直径 凝壳炉的电极直径d与坩 埚直径D的比值d/D通常都在0.4～0.75范围内。
1)凝壳炉的熔炼工艺参数的选择
(C)熔炼电参数的选择 凝壳炉熔炼采用低电压大 电流的电制度，起弧后的熔炼电压为30～45 伏。为了获得较快的熔化速度和较高过热度的 熔池，在不短路的情况下，应尽可能降低熔炼 电压，采用短弧操作。
3
清铸华造大培学训
一般工业电弧炉的炉体都是用不锈钢板做成双层水冷 式的，这种结构的冷却效果最佳，在冷却水进口温度 处于常温的情况下，可以保证炉体各部分（尤其是连 接法兰部位和真空密封处）及炉门冷却到40℃以下。
2)坩埚系统
坩埚系统是凝壳炉的心脏。凝壳炉的坩埚与自耗炉的 坩埚相比，是短粗型且可翻转的。整个系统由坩埚、 冷却系统、翻转系统及馈电电缆等组成。
务是重熔金属，并浇注成铸件。采用的炉料是预先制 成的所需直径和长度的自耗电极。
图28 凝壳炉的熔炼浇注工艺流程
7
清铸华造大培学训 ( 2 )自耗电极的来源和技术要求（见表3）
类型 铸锭
锻棒
回炉料
表3 凝壳炉使用的自耗电极的来源和技术要求
来源
技术要求
自耗熔炼炉熔炼的 一次或二次铸锭
采用一次或二次的铸锭，应根据浇注铸件的质量要求进行选择。航空航天和其 它重要用途的铸件必须采用二次自耗熔炼的铸锭；一般民用铸件可采用一次铸 锭。铸锭的直径和长度应满足使用要求，若长度不够可采用焊接或螺纹连接加 点焊的方法接长（见图29[10]）。每批铸锭使用前必须先检查其化学成份和杂 质，合格后方可使用；铸锭表面和端面不得有氧化皮和污物，如果存在严重氧 化皮，应用机加工方法去除
6
清铸华造大培学训
图23 真空自耗电极电弧熔 炼时炉内压力分布
在真空自耗电弧熔炼炉的生产实践中，为了使电弧工 作稳定，通常在坩埚外加稳弧线圈（见图24）。
图24 稳弧线圈示意图 1.钛自耗电极 2-铜坩埚 2.3-水冷套 4-稳弧线圈 3.5-底垫（底结晶器）
2 真空自耗电极——铸锭的制备工艺
3) 离心铸造装置
生产用凝壳炉的离心铸造装置都采用立式离心铸造机 （见图4）。离心机的转速范围为0～600转／分。离 心盘直径的大小取决于炉膛的尺寸和炉子的容量，一 般为600～1600mm。
4
清铸华造大培学训 4)电极传动机构和控制系统
在熔炼和装炉过程中用以调节及传动电极杆升降的机构，电 极传动有双电动机单式差动和多电动机复式差动齿轮传动两 种方式（见图14a）（见图14b）。
真空自耗电极电弧熔炼炉（以下简称自耗炉）和真空自 耗电极电弧凝壳炉（以下简称凝壳炉），是目前铸钛工 业中使用最多最频繁的两种熔炼铸造设备，自耗炉主要 用于熔炼母合金棒料（铸造或锻造用）——自耗电极， 凝壳炉主要用于重熔浇铸各种铸件。它们的熔炼原理、 操作程序、熔炼工艺都极为相似，但在一些主要构件的 结构和组件的配置上是有区别的。
不管哪种废料都须经净化处理，其表面不得有污物和氧化皮，内部不能有夹 杂，化学成份和杂质应符合所需技术要求；使用方法有两种：第一种是把废料 制成自耗重熔电极，它又有两种办法：①把废料加工成块料装到石墨加工成的 电极锭模里，然后用凝壳熔炼部分液态金属浇入电极锭模内，把块料粘接成重 熔自耗电极（见图30a）；②直接把块料焊接成重熔电极（见图30b），这种电 极表面可能不规则，熔炼过程易产生爬弧和边弧，应尽量采用短弧熔炼以防击 穿坩埚。第二种使用方法是把清理干净符合要求的废料直接放在凝壳内，每次 的加入量不得超过要浇注金属量的5～8%，以保证被熔金属的过热度
图8 德国LEYBOLD.AG公司设 计制造的另一种结构型式的大
型（750kg）立式凝壳炉
1）炉体
（C）双室炉和多室炉 双室炉是把原有的一个
熔铸室分为熔炼室与铸 型冷却室两部分，两者 间用真空闸板阀隔开 （见图9）
图9 双室凝壳炉的的外观
多室炉是双室炉的进一步发展，如图10所示的俄罗斯的вдл-160M型凝 壳炉就属于这种炉子［1］。
6）真空系统和监测系统
(a)真空系统 是保证密闭炉体系统获
得熔炼浇铸所需的真空 度，其典型配置见图17
图17 凝壳炉配置的典型真空系统［3］ 1.炉体 2，4，6-阀门 3-罗茨泵 5-中间罗茨泵 7-前级机械泵
8-维持泵(机械泵) 9-油增压泵
6) 真空系统和监测系统
(b)监测系统和控制系统 为确保熔炼过程的安全，在操 作室内配置有一系列监测装置，包括观测装置、计量 指示记录及各种继电保护仪器等。（见图18）。
(1)采用了大尺寸的熔铸室（炉膛）和与此匹配的具有大抽速 的真空系统；
(2)设置了大容量、短粗的可翻转的坩埚（结晶器）； (3)增大了输入电功率； (4)为获得致密薄壁铸件，在炉膛内熔炼坩埚的下方增设了离
心铸造装置； (5)增加了气动快速升降电极机构。
1）炉体
（a）卧式炉 目前国产的凝壳炉大多都是卧
图10 俄罗斯的вдл160M型多室凝壳炉
1）炉体
（d）连续式炉 图11为连续式炉的结构示意图。
图11 连续式真空自耗电极电弧凝壳炉结构示意图 1-炉门 2-真空室 3-闸板阀 4-铸型预热室 5-电极导杆 6-电极升降机构 7-熔炼室 8-坩埚 9-自耗电极 10-进料室 11-铸件预冷室 12-铸件冷却室
熔炼过程中电弧长度的自动控制是通过电极升降调节 来实现的。
图14 电极传动机构传动方式示意图 a.单式差动齿轮双电机传动 b.复式差动齿轮三电机传动
图15 电压信号自动调节电极升降原理图［7］
5)电源
熔炼主电源是为真空自耗凝壳炉熔炼铸造钛和钛合金 提供能源的直流电源装置。目前工业生产上使用的真 空自耗凝壳炉都采用带有饱和电抗器的硅整流柜。
自耗炉熔炼的二次 大直径铸锭经开坯 锻造成所需直径， 然后经机加工扒皮 制成
锻棒的直径和长度应符合使用要求，表面和端部应平整，不得有污物和氧化 皮，化学成份和杂质应符合所需技术要求
铸造产生的原料： 浇冒系统、报废的 铸件、废凝壳、铸 件机加工的切屑、 炉内大块干净的飞 溅、锻件或锻棒的 切头、钛及合金板 的下脚料等
1 自耗炉
图2为真空自耗炉的结构示意图。 图3为自耗炉的外观。
1
清铸华造大培学训
图2 真空自耗炉的结构示意图 1-电极传动机构 2-熔炼炉室 3-熔炼电源 4-母排
/电缆 5-电极导杆 6-铜坩埚/冷却水套 7-真空系统 8-X-Y.调节 9-负载传感系统
图3 自耗炉的外观
2 凝壳炉
图4为真空自耗电极电弧凝壳炉及其主要构成组件的结构示 意图，由图4可见，它的基本结构和组成构件与真空自耗电 极电弧熔炼炉大致相似，但在某些重要构件和构成组件的 配置上有很大不同的。两者的区别在于，凝壳炉：
图18 目前常用的观测装置 之一1-炉体 2-磨砂玻璃屏
3-反射镜 4-棱镜 5-透镜 管
5
清铸华造大培学训 三、钛和钛合金的熔炼与铸造工艺
钛和钛合金的工业生产，大多都是通过真空自耗电极 电弧熔炼来获得的。
1 真空自耗电极电弧熔炼的基本原理及电 弧的 结构与特性
( 1 ) 真空自耗电极电弧熔炼的基本原理（见图19）
U=UK+UC+UA
图22 电弧电压分布
1)电弧的结构和特性
（C）电弧的特性 2）电弧的稳定性
在熔炼过程中要十分注意确保电弧的稳定性。实践表 明，气相压力在105～6.7×103Pa范围内电弧是稳定 的，压力在6.7×103～67Pa时，电弧在坩埚内严重漂 移，易产生边弧和散弧，这个气相压力范围称为危险 区；在真空自耗熔炼过程中，气相压力必须避开危险 区，经常保持在临界压力以下。
坩埚冷却系统的冷却强度直接影响到熔池的深度和直 径以及熔池中金属液的过热度。
凝壳炉熔炼过程形成的凝壳有两个作用： ① 防止熔池中液态金属被坩埚材料污染； ② 使液态金属不与坩埚壁直接接触，保护坩埚的工
作面，不受到液态金属的破坏作用。
(3)装载熔融金属液的坩埚，工作过程中其内壁能自动形成 一层凝壳，把熔融金属液与坩埚材料隔离，防止熔融金 属液被坩埚材料污染。
二、钛和钛合金的熔炼铸造设备
图1为铸钛工业生产中正在使用的各种熔炼铸造设备与方法
图1 铸钛工业生产中正在 使用的各种熔炼铸造设备
与方法
真空自耗电极电弧凝壳炉应用得最普遍，目前世界上生 产的绝大部分钛和钛合金铸件，都是用真空自耗电极电 弧凝壳炉浇铸的。
目前工业生产中凝壳炉使用的坩埚有两种：石墨坩埚 和水冷铜坩埚。
图12 典型的石墨坩埚系统[1] 1—石墨坩埚 2-导电板 3-不锈钢水冷套 4-水套轴颈 5-坩埚与水套固定装置
图13 可拆卸水套式铜坩埚冷却循环系统结构示意图 1-底板固紧螺栓 2-固紧中间隔水套的底板 3-带稳弧线圈的中间隔水套
式炉（见图5）
图4 真空自耗电极电弧凝壳炉及其主要构成组件的结构示意图 1-电极传动机构 2-电极导杆 3-自耗电极 4-水冷铜坩埚 5-离心盘 6-离心 装置 7-油增压泵 8-罗茨泵 9-阀门 10-机械泵 11-电磁阀 12-硅整流电源
图5 卧式真空自耗电极电弧凝壳炉的外观
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1）炉体
（b）立式炉 图6为德国LEYBOLD.AG公司设计制造的L300SM立式凝壳炉。 图7为L300SM立式凝壳炉的内部详细结构示意图。 图8为德国LEYBOLD.AG公司设计制造的另一种结构型式的大
大部分组成，如图20所示。
图20 电弧构造示意图 1-阴极斑点 2-正离子层 3-弧柱 4-阳极斑点
1) 电弧的结构和特性
（C）电弧的特性 1) 电弧中的电压降 真空自耗电极电弧熔炼所利用的是
弧光放电，这种放电是在低电压（十几伏到几十伏） 和大电流（几千安到几万安）条件下产生的放电；放 电过程产生强烈的白帜光和高温。弧光放电时两极间 的电压降叫电弧电压。电弧电压U由阴极压降UK、弧柱 压降UC和阳极压降UA组成：
型（750kg）立式凝壳炉
图6 德国LEYBOLD.AG公司设计制造的L300SM立式凝壳炉的外观［11］
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清铸华造大培学训
图7 L300SM立式凝壳 炉的内部详细结构示意图
1-电极快速提升机构 2-电源电缆 3-电源 4-电极导杆 5-自耗电极 6-坩埚 7-炉门与坩埚滑车 8-离心铸造装置 9-真空系统 10-型模 11-抽气口
清铸华造大培学训 钛及钛合金的熔炼铸造设 备与工艺
一、概述
钛和钛合金的熔炼与铸造，必须在特制的专用设备上进 行，且必须满足如下要求：
(1)采用的热源能直接为熔化的钛及其合金提供高密度的热 流，保证熔融金属具有较高的温度，同时避免外界大气 或外来杂质进入设备内部，污染熔融的金属液；
(2)在熔炼原材料加热、熔化及熔融金属液浇入铸型，铸件 凝固与冷却等过程中，设备内部应始终维持在真空状态 下或处于保护气氛中；
(3)凝壳炉的熔炼浇注过程
可分为准备期、引弧期、正常熔炼期、停弧浇注、铸 件冷却等五个阶段。
1）准备期 2）引弧期 3）正常熔炼期 4）停弧浇注 5）铸件冷却
(4) 凝壳炉的熔炼浇注工艺
1)凝壳炉的熔炼工艺参数的选择
(a)真空度的选择和漏气率的控制 凝壳炉正常熔 炼的真空度应在6.7～0.67Pa范围内。凝壳炉的 漏气率应控制在0.4～0.7Pa·L/s范围内。
目前真空自耗电极电弧熔炼炉是为真空自耗电极 电弧凝壳炉提供自耗电极的主要设备。图27为自 耗熔炼炉生产钛和钛合金自耗电极的生产工艺流 程。
图27 自耗熔炼炉生产钛和钛合 金自耗电极的生产工艺流程
3 真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼浇注工艺
(1) 概述 图28为凝壳炉的熔炼浇注工艺流程。凝壳炉的主要任
图29 不够长的电极与端头残极的螺纹连接示意图 1.电极安装头 2-自耗电极 3-中间连接螺杆 4-自耗残极 5-阴螺纹
a
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图30 回炉料制成的重熔自耗电极的方法
a. 铸造粘接成形法：1-过渡浇杯 2-液态钛 3,6-石墨锭模
4-回炉料 5-浇进的液态粘结钛
b. 焊接成形法:1-电极安装头 2-回收料块 3-焊点
图19 真空自耗电极电弧熔炼（正极性法）原理及各 区域主要物理化学反应示意图
1-钛自耗电极 2-气相区（残余气体及反应气态生成物运动区 3-弧柱区（脱气、分解、电离） 4-钛熔池（脱气、分解、偏析、夹杂物上浮及再生） 5-凝壳 6-铜坩埚
1) 电弧的结构和特性
（a）电弧的产生 电弧的产生是一个弧光放电过程。 （b）电弧的结构 电弧是由阴极区、弧柱区、阳极区三
(b)电极和坩埚的直径 凝壳炉的电极直径d与坩 埚直径D的比值d/D通常都在0.4～0.75范围内。
1)凝壳炉的熔炼工艺参数的选择
(C)熔炼电参数的选择 凝壳炉熔炼采用低电压大 电流的电制度，起弧后的熔炼电压为30～45 伏。为了获得较快的熔化速度和较高过热度的 熔池，在不短路的情况下，应尽可能降低熔炼 电压，采用短弧操作。
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清铸华造大培学训
一般工业电弧炉的炉体都是用不锈钢板做成双层水冷 式的，这种结构的冷却效果最佳，在冷却水进口温度 处于常温的情况下，可以保证炉体各部分（尤其是连 接法兰部位和真空密封处）及炉门冷却到40℃以下。
2)坩埚系统
坩埚系统是凝壳炉的心脏。凝壳炉的坩埚与自耗炉的 坩埚相比，是短粗型且可翻转的。整个系统由坩埚、 冷却系统、翻转系统及馈电电缆等组成。
务是重熔金属，并浇注成铸件。采用的炉料是预先制 成的所需直径和长度的自耗电极。
图28 凝壳炉的熔炼浇注工艺流程
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清铸华造大培学训 ( 2 )自耗电极的来源和技术要求（见表3）
类型 铸锭
锻棒
回炉料
表3 凝壳炉使用的自耗电极的来源和技术要求
来源
技术要求
自耗熔炼炉熔炼的 一次或二次铸锭
采用一次或二次的铸锭，应根据浇注铸件的质量要求进行选择。航空航天和其 它重要用途的铸件必须采用二次自耗熔炼的铸锭；一般民用铸件可采用一次铸 锭。铸锭的直径和长度应满足使用要求，若长度不够可采用焊接或螺纹连接加 点焊的方法接长（见图29[10]）。每批铸锭使用前必须先检查其化学成份和杂 质，合格后方可使用；铸锭表面和端面不得有氧化皮和污物，如果存在严重氧 化皮，应用机加工方法去除
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清铸华造大培学训
图23 真空自耗电极电弧熔 炼时炉内压力分布
在真空自耗电弧熔炼炉的生产实践中，为了使电弧工 作稳定，通常在坩埚外加稳弧线圈（见图24）。
图24 稳弧线圈示意图 1.钛自耗电极 2-铜坩埚 2.3-水冷套 4-稳弧线圈 3.5-底垫（底结晶器）
2 真空自耗电极——铸锭的制备工艺
3) 离心铸造装置
生产用凝壳炉的离心铸造装置都采用立式离心铸造机 （见图4）。离心机的转速范围为0～600转／分。离 心盘直径的大小取决于炉膛的尺寸和炉子的容量，一 般为600～1600mm。
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清铸华造大培学训 4)电极传动机构和控制系统
在熔炼和装炉过程中用以调节及传动电极杆升降的机构，电 极传动有双电动机单式差动和多电动机复式差动齿轮传动两 种方式（见图14a）（见图14b）。
真空自耗电极电弧熔炼炉（以下简称自耗炉）和真空自 耗电极电弧凝壳炉（以下简称凝壳炉），是目前铸钛工 业中使用最多最频繁的两种熔炼铸造设备，自耗炉主要 用于熔炼母合金棒料（铸造或锻造用）——自耗电极， 凝壳炉主要用于重熔浇铸各种铸件。它们的熔炼原理、 操作程序、熔炼工艺都极为相似，但在一些主要构件的 结构和组件的配置上是有区别的。
不管哪种废料都须经净化处理，其表面不得有污物和氧化皮，内部不能有夹 杂，化学成份和杂质应符合所需技术要求；使用方法有两种：第一种是把废料 制成自耗重熔电极，它又有两种办法：①把废料加工成块料装到石墨加工成的 电极锭模里，然后用凝壳熔炼部分液态金属浇入电极锭模内，把块料粘接成重 熔自耗电极（见图30a）；②直接把块料焊接成重熔电极（见图30b），这种电 极表面可能不规则，熔炼过程易产生爬弧和边弧，应尽量采用短弧熔炼以防击 穿坩埚。第二种使用方法是把清理干净符合要求的废料直接放在凝壳内，每次 的加入量不得超过要浇注金属量的5～8%，以保证被熔金属的过热度
图8 德国LEYBOLD.AG公司设 计制造的另一种结构型式的大
型（750kg）立式凝壳炉
1）炉体
（C）双室炉和多室炉 双室炉是把原有的一个
熔铸室分为熔炼室与铸 型冷却室两部分，两者 间用真空闸板阀隔开 （见图9）
图9 双室凝壳炉的的外观
多室炉是双室炉的进一步发展，如图10所示的俄罗斯的вдл-160M型凝 壳炉就属于这种炉子［1］。
6）真空系统和监测系统
(a)真空系统 是保证密闭炉体系统获
得熔炼浇铸所需的真空 度，其典型配置见图17
图17 凝壳炉配置的典型真空系统［3］ 1.炉体 2，4，6-阀门 3-罗茨泵 5-中间罗茨泵 7-前级机械泵
8-维持泵(机械泵) 9-油增压泵
6) 真空系统和监测系统
(b)监测系统和控制系统 为确保熔炼过程的安全，在操 作室内配置有一系列监测装置，包括观测装置、计量 指示记录及各种继电保护仪器等。（见图18）。
(1)采用了大尺寸的熔铸室（炉膛）和与此匹配的具有大抽速 的真空系统；
(2)设置了大容量、短粗的可翻转的坩埚（结晶器）； (3)增大了输入电功率； (4)为获得致密薄壁铸件，在炉膛内熔炼坩埚的下方增设了离
心铸造装置； (5)增加了气动快速升降电极机构。
1）炉体
（a）卧式炉 目前国产的凝壳炉大多都是卧
图10 俄罗斯的вдл160M型多室凝壳炉
1）炉体
（d）连续式炉 图11为连续式炉的结构示意图。
图11 连续式真空自耗电极电弧凝壳炉结构示意图 1-炉门 2-真空室 3-闸板阀 4-铸型预热室 5-电极导杆 6-电极升降机构 7-熔炼室 8-坩埚 9-自耗电极 10-进料室 11-铸件预冷室 12-铸件冷却室
熔炼过程中电弧长度的自动控制是通过电极升降调节 来实现的。
图14 电极传动机构传动方式示意图 a.单式差动齿轮双电机传动 b.复式差动齿轮三电机传动
图15 电压信号自动调节电极升降原理图［7］
5)电源
熔炼主电源是为真空自耗凝壳炉熔炼铸造钛和钛合金 提供能源的直流电源装置。目前工业生产上使用的真 空自耗凝壳炉都采用带有饱和电抗器的硅整流柜。
自耗炉熔炼的二次 大直径铸锭经开坯 锻造成所需直径， 然后经机加工扒皮 制成
锻棒的直径和长度应符合使用要求，表面和端部应平整，不得有污物和氧化 皮，化学成份和杂质应符合所需技术要求
铸造产生的原料： 浇冒系统、报废的 铸件、废凝壳、铸 件机加工的切屑、 炉内大块干净的飞 溅、锻件或锻棒的 切头、钛及合金板 的下脚料等
1 自耗炉
图2为真空自耗炉的结构示意图。 图3为自耗炉的外观。
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清铸华造大培学训
图2 真空自耗炉的结构示意图 1-电极传动机构 2-熔炼炉室 3-熔炼电源 4-母排
/电缆 5-电极导杆 6-铜坩埚/冷却水套 7-真空系统 8-X-Y.调节 9-负载传感系统
图3 自耗炉的外观
2 凝壳炉
图4为真空自耗电极电弧凝壳炉及其主要构成组件的结构示 意图，由图4可见，它的基本结构和组成构件与真空自耗电 极电弧熔炼炉大致相似，但在某些重要构件和构成组件的 配置上有很大不同的。两者的区别在于，凝壳炉：
图18 目前常用的观测装置 之一1-炉体 2-磨砂玻璃屏
3-反射镜 4-棱镜 5-透镜 管
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清铸华造大培学训 三、钛和钛合金的熔炼与铸造工艺
钛和钛合金的工业生产，大多都是通过真空自耗电极 电弧熔炼来获得的。
1 真空自耗电极电弧熔炼的基本原理及电 弧的 结构与特性
( 1 ) 真空自耗电极电弧熔炼的基本原理（见图19）
U=UK+UC+UA
图22 电弧电压分布
1)电弧的结构和特性
（C）电弧的特性 2）电弧的稳定性
在熔炼过程中要十分注意确保电弧的稳定性。实践表 明，气相压力在105～6.7×103Pa范围内电弧是稳定 的，压力在6.7×103～67Pa时，电弧在坩埚内严重漂 移，易产生边弧和散弧，这个气相压力范围称为危险 区；在真空自耗熔炼过程中，气相压力必须避开危险 区，经常保持在临界压力以下。