钛合金因其具有密度小、比强度高及优异耐高温和耐腐蚀性能,而广泛应用于航空航天、舰船、冶金、化工、电力等领域,随着经济的快速发展,其应用领域和用量也越来越广泛。随着航空航天领域尤其是航空发动机对钛合金冶金质量要求的不断提高,真空自耗电弧炉熔炼消除钛及钛合金中的高密度夹杂(HDI)和低密度夹杂(LDI)的能力限制,促进了电子束炉熔炼技术的发展。电子束熔炼过程分为熔化区、精炼区、凝固区三个部分,利用高温溶解和密度分离的原理,能够有效地在钛及钛合金熔炼过程中去除高密度夹杂(HDI)和低密度夹杂(LDI),生产出洁净优质无夹杂的钛合金铸锭。本课题研究了电子束冷床炉熔炼纯钛铸锭的工艺过程。分析对比了原料控制(海绵钛使用+返回料使用比例)、熔炼参数、电子束扫描花样、熔化速度等工艺参数对纯钛铸锭化学成分及冶金质量的影响,并最终确定出合理的工艺,生产出符合GB/T 3620.1—2007标准的铸锭。为保证铸锭化学成分均匀性,试制出优质纯钛铸锭,着重围绕原料质量的控制和提高自耗电极均匀性开展工作。为此,试验中使用的残料处理为干燥干净无污染的原料;采用U形框和捆绑方式制备电极工艺,并捆绑电极芯料和U形框中残钛与电极块在水平方向均匀摆放工艺;试验结果表明铸锭化学成分均匀性得到了改善。为提高铸锭冶金质量,根据不同种类的原料,采用了不同形状、大小、位置和延迟时间、扫描频率的扫描花样工艺;通过调整熔化功率、熔化速度和拉锭速度,采用一次电子束冷床炉熔炼方法熔炼铸锭工艺;试验结果显示,上述工艺参数能有效地保证纯钛铸锭的冶金质量。在上述铸锭生产各工序的工艺试验中,通过比较试验结果,探索了熔炼工艺参数与铸锭化学成分和冶金质量的关系,确定了工业化电子束冷床炉生产纯钛的合理工艺路线和主要参数。在此基础上,成功地生产出化学成分符合国标规定,冶金质量优异的纯钛铸锭,实现工业化生产并且提高生产效率30%以上,顺利完成了课题研制任务。