铸锭的熔炼方法
阅读：387发布：2020-05-13
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1.一种铸锭的熔炼方法，其特征在于，包括：
提供熔炼设备，所述熔炼设备包括铸锭圆坩埚、位于所述铸锭圆坩埚上方且用于发射电子束的电子枪、位于所述铸锭圆坩埚底部的引锭头；
设置所述电子束的扫描范围和电子枪功率达到预设值，采用所述电子束对所述引锭头进行电子束扫描以形成第一熔池，且以使朝向所述铸锭圆坩埚侧壁的引锭头表面呈熔融状态；在电子枪功率达到预设值后至少一次地增加所述电子枪的功率直至达到目标功率；
在电子枪功率达到预设值以及每次增加功率后，对所述引锭头进行至少一次第一拉锭处理，所述第一拉锭处理包括：使所述引锭头进行第一上顶操作、第一下拉操作、第二下拉操作和第二上顶操作，且每一次操作的步骤中使所述引锭头移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头保持静止至预设时间。
2.如权利要求1所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，设置所述电子束的扫描范围和电子枪功率达到预设值的步骤包括：设定所述电子枪的功率至初始功率，且使所述电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处；
使所述电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处后，增加所述电子枪的功率和电子束扫描范围，将所述电子枪的功率由初始功率增加至预设功率，且使所述电子束的扫描范围达到第一预设尺寸；
其中，增加所述电子枪功率和电子束扫描范围的过程中，采用所述电子束对所述引锭头进行电子束扫描。
3.如权利要求2所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，所述电子枪的初始功率为9.5kW至10.5kW。
4.如权利要求2所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，将所述电子枪的功率由初始功率增加至预设功率的步骤中，所述预设功率为目标功率的30％至35％。
5.如权利要求2所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，所述铸锭为圆柱体，所述电子束的扫描图案为圆形，所述第一预设尺寸为第一预设扫描直径；
使所述电子束的扫描范围达到第一预设尺寸的步骤中，所述电子束的第一预设扫描直径为所述铸锭直径的75％至85％。
6.如权利要求5所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，所述电子枪的功率达到目标功率后，所述熔炼方法还包括：调整所述电子束的扫描范围至第二预设尺寸，所述第二预设尺寸为第二预设扫描直径；
所述电子束的第二预设扫描直径为所述铸锭直径的60％至70％。
7.如权利要求2所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，提供熔炼设备的步骤中，所述熔炼设备还包括具有液态金属的水平坩埚；所述水平坩埚的形状为长方体，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；
使所述电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处的步骤包括：使所述电子束聚焦形成光点；将所述光点沿X方向和Y方向进行移动，直至使所述电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处。
8.如权利要求7所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，所述电子枪的功率达到目标功率后，所述熔炼方法还包括：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；
使所述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第二熔池，所述第二熔池位于所述铸锭圆坩埚的顶部区域内，所述第二熔池内具有熔融金属；
采用所述引锭头对所述熔融金属进行多次第二拉锭处理以形成铸锭。
9.如权利要求2所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，增加所述电子枪功率和电子束扫描范围的过程中，所述第一熔池的深度为0.3cm至0.5cm。
10.如权利要求1所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，对所述引锭头进行第一拉锭处理的步骤中，所述预设距离为0.2cm至0.4cm。
11.如权利要求1所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，在每一次操作后使所述引锭头保持静止至预设时间的步骤中，所述预设时间为30秒至60秒。
12.如权利要求1所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，对所述引锭头进行至少一次第一拉锭处理的步骤中，所述第一拉锭处理的次数为2次至3次。
13.如权利要求1所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，根据所形成铸锭的直径，调整所述电子枪的目标功率值。
14.如权利要求1或13所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，所形成铸锭的直径为
400mm；所述电子枪的目标功率为235kW至265kW。
15.如权利要求1所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，在电子枪功率达到预设值后至少一次地增加所述电子枪的功率直至达到目标功率的步骤中，按预设比例增加所述电子枪的功率直至达到目标功率，所述预设比例为15％至25％。
16.如权利要求15所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，按预设比例增加所述电子枪功率的步骤中，所述第一熔池深度的增加比例为15％至25％。
17.如权利要求15所述的铸锭的熔炼方法，其特征在于，每次增加功率后对所述引锭头进行至少一次第一拉锭处理的步骤中，所述预设距离的增加比例为15％至25％。
铸锭的熔炼方法
技术领域
背景技术
[0002] 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熔化并调质，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。
[0003] 电子束熔炼炉(Electron Beam Refine Furnace，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。
[0004] 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。
发明内容
[0006] 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。
[0007] 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，所述熔炼设备包括铸锭圆坩埚、位于所述铸锭圆坩埚上方且用于发射电子束的电子枪、位于所述铸锭圆坩埚底部的引锭头；设置所述电子束的扫描范围和电子枪功率达到预设值，采用所述电子束对所述引锭头进行电子束扫描以形成第一熔池，且以使朝向所述铸锭圆坩埚侧壁的引锭头表面呈熔融状态；在电子枪功率达到预设值后至少一次地增加所述电子枪的功率直至达到目标功率；在电子枪功率达到预设值以及每次增加功率后，对所述引锭头进行至少一次第一拉锭处理，所述第一拉锭处理包括：使所述引锭头进行第一上顶操作、第一下拉操作、第二下拉操作和第二上顶操作，且每一次操作的步骤中使所述引锭头移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头保持静止至预设时间。
[0008] 可选的，设置所述电子束的扫描范围和电子枪功率达到预设值的步骤包括：设定所述电子枪的功率至初始功率，且使所述电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处；使所述电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处后，增加所述电子枪的功率和电子束扫描范围，将所述电子枪的功率由初始功率增加至预设功率，且使所述电子束的扫描范围达到第一预设尺寸；其中，增加所述电子枪功率和电子束扫描范围的过程中，采用所述电子束对所述引锭头进行电子束扫描。
[0009] 可选的，所述电子枪的初始功率为9.5kW至10.5kW。
[0010] 可选的，将所述电子枪的功率由初始功率增加至预设功率的步骤中，所述预设功率为目标功率的30％至35％。
[0011] 可选的，所述铸锭为圆柱体，所述电子束的扫描图案为圆形，所述第一预设尺寸为第一预设扫描直径；使所述电子束的扫描范围达到第一预设尺寸的步骤中，所述电子束的第一预设扫描直径为所述铸锭直径的75％至85％。
[0012] 可选的，所述电子枪的功率达到目标功率后，所述熔炼方法还包括：调整所述电子束的扫描范围至第二预设尺寸，所述第二预设尺寸为第二预设扫描直径；所述电子束的第二预设扫描直径为所述铸锭直径的60％至70％。
[0013] 可选的，提供熔炼设备的步骤中，所述熔炼设备还包括具有液态金属的水平坩埚；所述水平坩埚的形状为长方体，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；使所述电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处的步骤包括：使所述电子束聚焦形成光点；将所述光点沿X方向和Y方向进行移动，直至使所述电子束聚焦于所述铸锭圆坩埚的中心位置处。
[0014] 可选的，所述电子枪的功率达到目标功率后，所述熔炼方法还包括：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；使所述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第二熔池，所述第二熔池位于所述铸锭圆坩埚的顶部区域内，所述第二熔池内具有熔融金属；采用所述引锭头对所述熔融金属进行多次第二拉锭处理以形成铸锭。
[0015] 可选的，增加所述电子枪功率和电子束扫描范围的过程中，所述第一熔池的深度为0.3cm至0.5cm。
[0016] 可选的，对所述引锭头进行第一拉锭处理的步骤中，所述预设距离为0.2cm至0.4cm。
[0017] 可选的，在每一次操作后使所述引锭头保持静止至预设时间的步骤中，所述预设时间为30秒至60秒。
[0018] 可选的，对所述引锭头进行至少一次第一拉锭处理的步骤中，所述第一拉锭处理的次数为2次至3次。
[0019] 可选的，根据所形成铸锭的直径，调整所述电子枪的目标功率值。
[0020] 可选的，所形成铸锭的直径为400mm；所述电子枪的目标功率为235kW至265kW。
[0021] 可选的，在电子枪功率达到预设值后至少一次地增加所述电子枪的功率直至达到目标功率的步骤中，按预设比例增加所述电子枪的功率直至达到目标功率，所述预设比例为15％至25％。
[0022] 可选的，按预设比例增加所述电子枪功率的步骤中，所述第一熔池深度的增加比例为15％至25％。
[0023] 可选的，每次增加功率后对所述引锭头进行至少一次第一拉锭处理的步骤中，所述预设距离的增加比例为15％至25％。
[0024] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0025] 本发明在电子枪功率达到预设值以及每次增加功率后，对引锭头进行至少一次第一拉锭处理，所述第一拉锭处理包括：使所述引锭头进行第一上顶操作、第一下拉操作、第二下拉操作和第二上顶操作，且每一次操作的步骤中使所述引锭头移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头保持静止至预设时间；由于进行所述第一拉锭处理的过程中，所述引锭头与所述铸锭圆坩埚之间具有缝隙，因此通过使所述预设距离和预设时间设定合理，所述缝隙位置处熔融状态的引锭头材料可以较好地冷却凝固，从而避免在所述第一拉锭处理的过程中，所述熔融状态的引锭头材料从所述缝隙中发生溢流，进而可以避免后续形成铸锭所进行的上顶操作和下拉操作受阻的问题，使所形成的铸锭表面光滑度较高，相应提高了所述铸锭的质量。附图说明
[0026] 图1是本发明铸锭的熔炼方法一实施例的流程示意图；
[0027] 图2和图3是图1所示实施例中各步骤的结构示意图。
具体实施方式
[0028] 目前，铸锭的熔炼步骤主要包括：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且用于发射电子束的电子枪、位于所述铸锭圆坩埚底部的引锭头；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；通过所述电子束对所述铸锭圆坩埚内的液态金属进行电子束扫描以形成熔池，所述熔池内具有熔融金属；采用引锭头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：使所述引锭头进行第一下拉操作和第一上顶操作。
[0029] 其中，在使所述电子束对所述铸锭圆坩埚内的液态金属进行电子束扫描之前，需对电子枪进行引束，引束成功后才可以调节电子枪功率以实现电子束扫描。在引束过程中，采用所述电子束对所述引锭头进行电子束扫描，以形成熔融状态的引锭头材料；随后对所述引锭头进行多次拉锭处理，其中，所述拉锭处理包括：使所述引锭头进行第二下拉操作和第二上顶操作。
[0030] 但是，所述铸锭圆坩埚的横截面为圆形，且沿所述铸锭圆坩埚顶部指向底部的方向上，直径逐渐增大；为了避免将所述引锭头安装至所述铸锭圆坩埚内时刮蹭所述铸锭圆坩埚，所述引锭头的外径小于所述铸锭圆坩埚的内径，因此将所述引锭头安装至所述铸锭圆坩埚内后，所述引锭头与所述铸锭圆坩埚之间具有缝隙；且使所述引锭头进行第二下拉操作时，缝隙尺寸相应增大。因此在引束过程中，所述熔融状态的引锭头材料容易通过所述缝隙发生溢流。
[0031] 如果引束时发生溢流，会对后续形成铸锭的熔炼工艺造成不良影响，导致后续形成铸锭的拉锭处理过程中的第一上顶操作和第一下拉操作受阻，从而导致所形成铸锭的表面光滑度较差，成材率较低；甚至在溢流严重的情况下，会对与所述引锭头相连的拉锭机构造成损坏，导致设备故障，相应也会造成所形成铸锭的质量下降，引起铸锭报废。
[0032] 目前，还未设有系统性的引束工艺流程，需人工根据经验调整所述引锭头第二下拉操作和第二上顶操作的移动距离，所述引束工艺流程中的工艺参数设定不固定，因此所述引束工艺难度较大，且引束工艺的稳定性较差；相应的，在引束过程中发生溢流的风险也较大。
[0033] 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，所述熔炼设备包括铸锭圆坩埚、位于所述铸锭圆坩埚上方且用于发射电子束的电子枪、位于所述铸锭圆坩埚底部的引锭头；设置所述电子束的扫描范围和电子枪功率达到预设值，采用所述电子束对所述引锭头进行电子束扫描以形成第一熔池，且以使朝向所述铸锭圆坩埚侧壁的引锭头表面呈熔融状态；在电子枪功率达到预设值后至少一次地增加所述电子枪的功率直至达到目标功率；在电子枪功率达到预设值以及每次增加功率后，对所述引锭头进行至少一次第一拉锭处理，所述第一拉锭处理包括：使所述引锭头进行第一上顶操作、第一下拉操作、第二下拉操作和第二上顶操作，且每一次操作的步骤中使所述引锭头移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头保持静止至预设时间。
[0034] 本发明在电子枪功率达到预设值以及每次增加功率后，对引锭头进行至少一次第一拉锭处理，所述第一拉锭处理包括：使所述引锭头进行第一上顶操作、第一下拉操作、第二下拉操作和第二上顶操作，且每一次操作的步骤中使所述引锭头移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头保持静止至预设时间；由于进行所述第一拉锭处理的过程中，所述引锭头与所述铸锭圆坩埚之间具有缝隙，因此通过使所述预设距离和预设时间设定合理，所述缝隙位置处熔融状态的引锭头材料可以较好地冷却凝固，从而避免在所述第一拉锭处理的过程中，所述熔融状态的引锭头材料从所述缝隙中发生溢流，进而可以避免后续形成铸锭所进行的上顶操作和下拉操作受阻的问题，使所形成的铸锭表面光滑度较高，相应提高了所述铸锭的质量。
[0035] 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。
[0036] 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：
[0037] 步骤S1：提供熔炼设备，所述熔炼设备包括铸锭圆坩埚、位于所述铸锭圆坩埚上方且用于发射电子束的电子枪、位于所述铸锭圆坩埚底部的引锭头；
[0038] 步骤S2：设置所述电子束的扫描范围和电子枪功率达到预设值，采用所述电子束对所述引锭头进行电子束扫描以形成第一熔池，且以使朝向所述铸锭圆坩埚侧壁的引锭头表面呈熔融状态；在电子枪功率达到预设值后至少一次地增加所述电子枪的功率直至达到目标功率；
[0039] 步骤S3：在电子枪功率达到预设值以及每次增加功率后，对所述引锭头进行至少一次第一拉锭处理，所述第一拉锭处理包括：使所述引锭头进行第一上顶操作、第一下拉操作、第二下拉操作和第二上顶操作，且每一次操作的步骤中使所述引锭头移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头保持静止至预设时间。
[0040] 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。
[0041] 参考图2，执行步骤S1，提供熔炼设备，所述熔炼设备包括铸锭圆坩埚150、位于所述铸锭圆坩埚150上方且用于发射电子束121的电子枪120、位于所述铸锭圆坩埚150底部的引锭头210。
[0042] 本实施例中，所述熔炼设备还包括熔炼炉体100，且所述铸锭圆坩埚150和电子枪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。
[0043] 所述电子枪120用于后续发射所述电子束121以进行熔炼，从而形成熔池，所述熔池中具有熔融金属；所述铸锭圆坩埚150用于作为进行熔炼的平台，通过所述铸锭圆坩埚150，使所述熔池中的熔融金属成型以形成铸锭。
[0045] 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)，所述腔体用于后续使熔融金属成型形成铸锭。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。
[0046] 所述熔炼设备还包括位于所述熔炼炉体100内的水平坩埚130，所述水平坩埚130内具有液态金属132。所述水平坩埚130的形状为长方体，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)。
[0047] 所述水平坩埚130用于聚集所述液态金属132，且用于向所述铸锭圆坩埚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。
[0048] 由于所述铸锭圆坩埚150为水冷铜坩埚，后续所述水平坩埚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；所述电子束121对所述液态金属132进行熔炼形成熔池，所述熔池中具有熔融金属，而未受到所述电子束121影响的熔融金属凝固成固态，以形成铸锭。
[0049] 本实施例中，所述熔炼设备还包括位于所述引锭头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，所述引锭头210、引锭基座220和拉锭杆230构成拉锭机构200。通过所述拉锭杆230，实现所述引锭头210的下拉和上顶操作。
[0050] 所述引锭头210的材料与后续所形成熔池中熔融金属的材料相同，后续使熔融金属凝固形成铸锭后，所述铸锭与所述引锭头210铸成一体，所述引锭头210成为铸锭的一部分。当熔炼结束后，可以取出所述铸锭，并且将铸锭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更容易从所述拉锭机构200上取下。
[0051] 所述引锭头210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，后续形成的铸锭材料为钛，相应的，所述引锭头210的材料为钛。
[0052] 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，且使后续熔池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。
[0053] 执行步骤S2，设置所述电子束121的扫描范围和电子枪120功率达到预设值，采用所述电子束121对所述引锭头210进行电子束扫描以形成第一熔池211，且以使朝向所述铸锭圆坩埚150侧壁的引锭头210表面呈熔融状态；在电子枪120功率达到预设值后至少一次地增加所述电子枪120的功率直至达到目标功率。
[0054] 通过对所述引锭头210进行电子束扫描以形成第一熔池211，为后续进行电子枪120引束操作的拉锭处理提供工艺基础；当所述电子枪120的功率达到目标功率后，完成所述电子枪120的引束操作。
[0055] 本实施例中，设置所述电子束121的扫描范围和电子枪120功率达到预设值的步骤包括：设定所述电子枪120的功率至初始功率，且使所述电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150的中心位置处；使所述电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150的中心位置处后，增加所述电子枪120的功率和电子束扫描范围，将所述电子枪120的功率由初始功率增加至预设功率，且使所述电子束121的扫描范围达到第一预设尺寸；其中，增加所述电子枪120功率和电子束121扫描范围的过程中，采用所述电子束121对所述引锭头210进行电子束扫描。
[0056] 当引束开始时，如果出现电子枪120线圈故障或者偏转扫描聚焦等参数设置不对等情况，容易造成电子束121初始位置不在所述铸锭圆坩埚150内，从而容易导致所述铸锭圆坩埚150边缘区域受到损伤，更有甚者可能在熔炼炉体100的炉壁上造成炉体损伤；而整个熔炼炉体100都有水冷系统，在炉内高真空状态下容易瞬间造成炉内漏水漏气。因此在引束前，需确保所述电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150的中心位置处。
[0057] 但是在引束之前，所述熔炼炉体100内无光线，看不清所述熔炼炉体100内的状况，难以确保所述电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150的中心位置处。因此本实施例中，先设定较小的初始功率，从而可以降低所述铸锭圆坩埚150或熔炼炉体100受损的风险。本实施例中，所述电子枪120的初始功率为9.5kW至10.5kW。
[0058] 需要说明的是，根据后续所形成铸锭的直径，可以相应调节所述电子枪120的初始功率。
[0059] 后续还需增大所述电子束121的扫描范围。因此本实施例中，通过先将所述电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150的中心位置处，后续增大扫描范围时，使得所述扫描范围的中心始终为所述铸锭圆坩埚150的中心，因此所述电子束121扫描范围的对称性较好，避免所述扫描范围发生偏移而导致后续所述引锭头210受热不均的问题。
[0060] 具体地，使所述电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150中心位置处的步骤包括：调节所述电子枪120的功率至初始功率，且使所述电子束121聚焦形成光点(图未示)；将所述光点沿Y方向(如图2中AA1方向所示)和X方向(如图2中BB1方向所示)进行移动，直至使所述电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150的中心位置处。
[0061] 本实施例中，通过调节所述电子枪120的灯丝电流、副高压、主高压，使所述电子枪120的功率达到初始功率。所述电子枪120的初始功率为9.5kW至10.5kW，相应的，所述灯丝电流为35A至42A，副高压为1.7kV至2.3kV，主高压为30kV至50kV。
[0062] 本实施例中，使所述电子束121聚焦于所述铸锭圆坩埚150的中心位置处后，所述熔炼方法还包括：将所述电子枪120的功率由初始功率增加至预设功率，且使所述电子束121的扫描范围达到第一预设尺寸；其中，增加所述电子枪120功率和电子束121扫描范围尺寸的过程中，所述电子束121对所述引锭头210进行电子束扫描。
[0063] 在所述预设功率下，使所述引锭头210熔化形成第一熔池211，所述第一熔池211位于所述铸锭圆坩埚150的顶部区域内，所述第一熔池211中具有熔融状态的引锭头材料；此外，由于所述铸锭圆坩埚150为水冷铜坩埚，所述铸锭圆坩埚150侧壁的温度较低，因此采用所述电子束121对所述引锭头210进行电子束扫描时，还需使朝向所述铸锭圆坩埚150侧壁的引锭头210表面呈熔融状态，以提高所述第一熔池211的熔融效果，避免朝向所述铸锭圆坩埚150侧壁的引锭头210表面因受热不足而难以熔化的问题，从而为后续对所述引锭头210进行上顶操作和下拉操作的拉锭处理提供工艺基础。
[0064] 需要说明的是，所述第一熔池211的深度不宜过小，也不宜过大。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，因此后续对所述引锭头210进行下拉操作时，所述铸锭圆坩埚150和引锭头210之间具有缝隙；如果所述第一熔池211的深度过大，即所述电子束121产生的热量过大，对所述引锭头210进行下拉操作时，所述第一熔池211中熔融状态的引锭头材料来不及凝固，所述熔融状态的引锭头材料容易通过所述缝隙发生溢流；另一方面，在所述电子枪120功率达到预设值后，后续还需至少一次地增加所述电子枪120的功率直至达到目标功率，如果所述第一熔池211的深度过小，说明所述电子枪120的功率较小，后续增加功率的次数也相应较多，从而导致所需时间较长，进而导致熔炼效率的下降。为此，本实施例中，在所述预设功率下，所形成第一熔池211的深度为0.3cm至0.5cm，且在增加所述电子枪120功率和扫描范围的过程中，保持所述第一熔池211的深度为0.3cm至
0.5cm。
0.5cm。
[0065] 所述电子枪120的功率影响所述电子束121产生的热量，而所述电子束121产生的热量影响所述引锭头210的熔融效果，即影响所述第一熔池211的深度；此外，所述电子枪120的预设功率还影响完成引束操作所需的工艺时间。为了保持所述第一熔池211的深度在
0.3cm至0.5cm的范围内，且为了提高引束效率，所述预设功率也需控制在合理范围内。本实施例中，设定所述预设功率为目标功率的30％至35％。
0.3cm至0.5cm的范围内，且为了提高引束效率，所述预设功率也需控制在合理范围内。本实施例中，设定所述预设功率为目标功率的30％至35％。
[0066] 以后续形成铸锭的直径为400mm为例，设定所述预设功率为85kW，相应形成的第一熔池211深度为0.4cm至0.5cm。
[0067] 本实施例中，后续所形成的铸锭的形状为圆柱体，相应的，所述电子束121的扫描图案为圆形；使所述电子束121的扫描范围达到第一预设尺寸的步骤中，所述第一预设尺寸为所述电子束121的预设扫描直径。
[0068] 所述电子束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，容易导致所述引锭头210过多区域受热不足，从而导致所述引锭头210的熔融效果下降；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，因此后续对所述引锭头
210进行下拉操作时，所述铸锭圆坩埚150和引锭头210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第一熔池211不易凝固，进而导致后续对所述引锭头210进行下拉操作时，所述第一熔池211中熔融状态的引锭头材料通过所述缝隙发生溢流。为此，本实施例中，所述电子束121的第一预设扫描直径为后续所形成铸锭直径的75％至85％。
210进行下拉操作时，所述铸锭圆坩埚150和引锭头210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第一熔池211不易凝固，进而导致后续对所述引锭头210进行下拉操作时，所述第一熔池211中熔融状态的引锭头材料通过所述缝隙发生溢流。为此，本实施例中，所述电子束121的第一预设扫描直径为后续所形成铸锭直径的75％至85％。
[0069] 需要说明的是，将所述电子枪120的功率由初始功率增加至预设功率，且使所述电子束121的扫描范围达到第一预设尺寸的过程中，功率和扫描范围的增加速率不宜过快，否则容易导致所述引锭头210各区域的受热均匀性较差。其中，通过设定合理的功率增加速率和扫描范围的增加速率，使所述电子枪120的功率和所述电子束121的扫描范围可以几乎在同一时间内，各自达到预设功率和第一预设尺寸。本实施例中，将所述电子枪120的功率由初始功率增加至预设功率，且使所述电子束121的扫描范围达到第一预设尺寸，所需工艺时间为10分钟至15分钟。
[0070] 本实施例中，在电子枪120功率达到预设功率后至少一次地增加所述电子枪120的功率直至达到目标功率。
[0071] 所述电子枪120的功率影响所述电子束121产生的热量，而所述电子束121产生的热量影响所述第一熔池211的深度。通过不断增加所述电子枪120的功率，相应也不断增加所述第一熔池211的深度，从而可以增加所述第一熔池211底部下方与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在的引锭头210长度。
[0072] 所述目标功率为后续形成铸锭时进行电子束扫描的电子枪120功率。需要说明的是，所述电子枪120的目标功率根据后续所形成铸锭的直径进行调整，且进行调整时，以钛金属材料作为基准。具体地，目标功率＝(1/2*直径+50)kW；所述电子枪120的目标功率和后续所形成铸锭材料的关系式为：目标功率＝(材料熔点/钛金属熔点)*(1/2*直径+50)kW。
[0073] 本实施例中，以后续所形成铸锭的材料为钛，直径为400mm为例，相应的，所述电子枪120的目标功率为235kW至265kW。
[0074] 本实施例中，在电子枪120功率达到预设值后至少一次地增加所述电子枪120的功率直至达到目标功率的步骤中，按预设比例增加所述电子枪120的功率，且所述预设比例为15％至25％。其中，当所述电子枪120功率达到目标功率时，所述电子枪120的引束操作也相应完成。
[0075] 执行步骤S3，在电子枪120功率达到预设值以及每次增加功率后，对所述引锭头210进行至少一次第一拉锭处理，所述第一拉锭处理包括：使所述引锭头210进行第一上顶操作(如图2中Z1方向所示)、第一下拉操作(如图2中Z2方向所示)、第二下拉操作(如图2中Z3方向所示)和第二上顶操作(如图2中Z4方向所示)，且每一次操作的步骤中使所述引锭头
210移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池211深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头210保持静止至预设时间。
210移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池211深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头210保持静止至预设时间。
[0076] 通过所述第一拉锭处理，使所述第一熔池211底部下方部分长度的引锭头210与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在。其中，所述部分长度等于所述第一熔池211深度。也就是说，完成所述第一拉锭处理后，所述部分长度引锭头210的直径大于剩余引锭头210的直径，从而使部分长度的引锭头210与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在。
[0077] 需要说明的是，所述预设距离不宜过小，也不宜过大。如果所述预设距离过小，为了使所述第一熔池211深度下部分长度的引锭头210与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在，相应所述第一拉锭处理的次数过多，容易造成拉锭效率下降；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，因此后续对所述引锭头210进行下拉操作时，所述铸锭圆坩埚150和引锭头210之间具有缝隙，如果所述预设距离过大，进行所述第一下拉操作或第二下拉操作时，所述第一熔池211中熔融状态的引锭头材料容易通过所述缝隙发生溢流。为此，本实施例中，所述预设距离小于或等于所述第一熔池211深度，所述预设距离为0.2cm至0.4cm。
[0078] 由于所述铸锭圆坩埚150为水冷铜坩埚，朝向所述铸锭圆坩埚150侧壁的熔融状态的引锭头材料，容易遇冷凝固成固态；移动预设距离后静止预设时间，有利于提高凝固效果。
[0079] 需要说明的是，所述预设时间不宜不短，也不宜过长。如果所述预设时间过短，提高凝固效果的作用较差；如果所述预设时间过长，反而容易造成工艺时间的浪费。为此，本实施例中，所述预设时间为30秒至60秒。
[0080] 为了确保所述第一熔池211底部下方部分长度的引锭头210与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在，需进行多次第一拉锭处理；例如，进行所述第一上顶操作、第一下拉操作、第二下拉操作和第二上顶操作后，再次进行所述第一上顶操作、第一下拉操作、第二下拉操作和第二上顶操作，直至达到设定的次数。本实施例中，对所述引锭头210进行至少一次第一拉锭处理的步骤中，所述第一拉锭处理的次数为2次至3次。
[0081] 以后续所形成铸锭的直径为400mm为例，所述预设距离为0.4cm，所述预设时间为45秒；进行2次至3次的第一拉锭处理后，所述第一熔池211底部下方0.4cm至0.5cm长度范围内的引锭头210与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在。
[0082] 本实施例中，为了避免所述第一熔池211中熔融状态的引锭头材料通过所述铸锭圆坩埚150和引锭头210之间的缝隙发生溢流，因此使朝向所述铸锭圆坩埚150侧壁的引锭头210表面呈熔融状态后，需在30s至60s的时间范围内，对所述引锭头210进行所述所述第一拉锭处理。
[0083] 本实施例中，在电子枪120功率达到预设值后，至少一次地按预设比例增加所述电子枪120的功率直至达到目标功率，所述预设比例为15％至25％，且每次增加功率后，对所述引锭头210进行至少一次第一拉锭处理，因此所述电子枪120功率每增加15％至25％后，对所述引锭头210进行至少一次第一拉锭处理，直至所述电子枪120的功率达到目标功率。也就是说，增加所述电子枪120功率的步骤和对所述引锭头210进行至少一次第一拉锭处理的步骤，为间隔进行的。
[0084] 其中，所述电子枪120的功率影响所述第一熔池211的深度，所述第一熔池211深度影响所述第一熔池211底部下方与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在的引锭头210长度。相应的，按预设比例增加所述电子枪120功率的步骤中，所述第一熔池211深度的增加比例为15％至25％；所述预设距离的增加比例为15％至25％；所述第一熔池211底部下方与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在的引锭头210长度增加比例也为15％至25％。
[0085] 以后续所形成铸锭的直径为400mm为例，将电子枪120功率增加至105kW后，所述第一熔池211深度为0.5cm至0.6cm，经2次至3次的第一拉锭处理后，所述第一熔池211底部下方0.5cm至0.6cm长度范围内的引锭头210与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在；将电子枪120功率增加至250kW后，所述第一熔池211深度为1.9cm至2.1cm，经2次至3次的第一拉锭处理后，所述第一熔池211下方1.9cm至2.1cm长度范围内的引锭头210与所述铸锭圆坩埚150之间无缝隙存在。
[0086] 本实施例中，所述电子枪120的功率达到目标功率后，所述电子枪120的引束操作得以完成。
[0087] 结合参考图3，需要说明的是，增加所述电子枪120的功率直至达到目标功率后，后续步骤还包括：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；使所述电子束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第二熔池
151，所述第二熔池151位于所述铸锭圆坩埚150的顶部区域内，所述第二熔池151内具有熔融金属；采用所述引锭头210对所述熔融金属进行多次第二拉锭处理以形成铸锭152。
151，所述第二熔池151位于所述铸锭圆坩埚150的顶部区域内，所述第二熔池151内具有熔融金属；采用所述引锭头210对所述熔融金属进行多次第二拉锭处理以形成铸锭152。
[0088] 具体地，所述第二拉锭处理的步骤包括：使所述引锭头21进行第三下拉操作(如图3中Z5方向所示)和第三上顶操作(如图3中Z6方向所示)。
[0089] 需要说明的是，为了使所形成铸锭152的表面光滑，且为了减少或避免所述铸锭152表面的褶皱、凹陷或气孔等问题，所述电子枪120的功率达到目标功率后，采用所述电子束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第二熔池151之前，所述熔炼方法还包括：调整所述电子束121的扫描范围至第二预设尺寸值，即调整所述电子束
121的扫描直径至第二预设扫描直径，所述第二预设扫描直径为形成所述铸锭152时采用的电子束121扫描直径。
121的扫描直径至第二预设扫描直径，所述第二预设扫描直径为形成所述铸锭152时采用的电子束121扫描直径。
[0090] 本实施例中，所述第二预设扫描直径至所述铸锭152直径的60％至70％。
[0091] 本发明在电子枪120(如图2所示)功率达到预设值以及每次增加功率后，对所述引锭头210(如图2所示)进行至少一次第一拉锭处理，所述第一拉锭处理包括：使所述引锭头210进行第一上顶操作(如图2中Z1方向所示)、第一下拉操作(如图2中Z2方向所示)、第二下拉操作(如图2中Z3方向所示)和第二上顶操作(如图2中Z4方向所示)，且每一次操作的步骤中使所述引锭头210移动预设距离，所述预设距离小于或等于所述第一熔池211(如图2所示)深度；所述第一拉锭处理还包括在每一次操作后使所述引锭头210保持静止至预设时间；由于进行所述第一拉锭处理的过程中，所述引锭头210与所述铸锭圆坩埚150(如图2所示)之间具有缝隙，因此通过使所述预设距离和预设时间设定合理，所述缝隙位置处熔融状态的引锭头210材料可以冷却凝固，从而避免在所述第一拉锭处理的过程中，所述熔融状态的引锭头210材料从所述缝隙中发生溢流，进而可以避免后续形成铸锭152(如图3所示)所进行的第三下拉操作(如图3中Z5方向所示)和第三上顶操作(如图3中Z6方向所示)受阻的问题，使所形成铸锭152表面光滑度较高，相应提高了所述铸锭152的质量。
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