隨著電子束冷床熔煉爐（EB爐）在世界范圍內(nèi)鈦行業(yè)的普遍應(yīng)用，其作為一種先進(jìn)的鈦及鈦合金熔煉設(shè)備，具有真空自耗電弧爐VAR爐不可比擬的優(yōu)勢。由于EB爐在＜0.1Pa的真空度下工作，可以有效避免熔煉過程中的增氧增氮，并具有良好的脫氫能力，氧氮含量基本和原材料保持一致，氫含量均≤0.001%。同時冷床結(jié)構(gòu)能夠有效去除原材料中的高、低密度夾雜，從而生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的成分均勻的高純鈦鑄錠。
某公司EB爐功率3600kW，德國制造，一爐雙錠，可以直接生產(chǎn)200mm×1290mm×Lmm和200mm×1065mm×Lmm規(guī)格的扁錠，表面質(zhì)量優(yōu)于鍛坯質(zhì)量，可以不經(jīng)鍛造直接進(jìn)行軋制。但是冷床結(jié)構(gòu)注定原料熔化和鑄錠成型是分離的，鈦液在冷床凝殼表面流動過程中，凝殼表面化學(xué)成分不可避免會影響到鑄錠的化學(xué)成分，特別是鑄錠尾部。如果不進(jìn)行控制的話鑄錠尾端化學(xué)成分會出現(xiàn)一定的波動，進(jìn)而造成熱軋及冷軋產(chǎn)品力學(xué)性能的波動。
影響凝殼成分的主要原因有：①清爐后第一爐熔煉；②放氣維修重抽真空后第一爐熔煉；③凝殼邊部冷凝物電子束熔化清理后熔煉；④牌號更換后第一爐熔煉。這些原因均會造成鑄錠尾部300～400mm以內(nèi)，氧、氮含量的輕微增加，△O%約為0.03，△N%約為0.002。雖然能夠滿足國標(biāo)要求，但是應(yīng)盡量避免。
為此，科研人員通過在熔煉開始階段對冷床凝殼熔池深度和液位高度的控制技術(shù)的研究，制定了2種試驗(yàn)方法，優(yōu)化電子槍工藝，將成分波動的范圍控制在鑄錠熔煉起始200mm之內(nèi)。試驗(yàn)均要求在熔煉開始前進(jìn)行凝殼邊部冷凝物熔化清理及凝殼內(nèi)鈦液徹底排空。
試驗(yàn)方法1：增加熔深→凝殼鈦液排空降低液位→關(guān)閉電子槍5分鐘凝殼凝固→降低熔深正常熔煉。
試驗(yàn)方法2：增加熔深→凝殼鈦液排空降低液位→關(guān)閉電子槍5分鐘凝殼凝固→減小冷床凝殼熔池深度并抬高液位正常熔煉。
這2種試驗(yàn)的主要目的是通過冷床凝殼熔池深度及液位高低的控制來隔離凝殼對鑄錠成分污染的持續(xù)性。試驗(yàn)結(jié)果表明：
?。?）試驗(yàn)方法2能夠有效地凝固并隔絕凝殼表面的污染鈦液，杜絕了鑄錠污染。經(jīng)過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，證明該方法可以有效地控制純鈦鑄錠化學(xué)成分的均勻性。
?。?）此研究不僅對純鈦有效，對合金熔煉也有參考意義。并且對其他類型的冷床熔煉爐（如等離子冷床熔煉爐）同樣具有參考意義。