真空自耗电弧炉是生产钛及钛合金铸锭的主要设备。坩埚是真空自耗电弧炉必不可少的部件，是真空自耗电弧炉重要的组成部分。坩埚筒体材料的性能和坩埚结构不仅影响到坩埚的寿命，亦对生产效率和生产成本产生巨大影响。本文就8 t 真空自耗电弧炉用Φ720 mm×3000 mm 坩埚的失效原因做了分析，提出了优化方案及改进方法。

1、坩埚在真空自耗电弧炉中的功能

　　坩埚保存在高压气自跳焊弧炉的受热网站，自跳电极作为一个一个负极，坩埚作为一个一个正极。凝固点为1685℃身边的钛及钛金属在坩埚内被室内温度为4700℃身边的焊弧受热，在重能力能功效下，熔滴落到熔池内，在壁上通有10 m/s~25 m/s 的流体密度、5 mm~10 mm厚的冷却后水层的坩埚内冷凝剂晶粒被选为铸锭。受热站的成分如图甲已知1 已知。 　　由超过可以知道，钛铸锭生产加工对坩埚有下类的追求: 　　(1) 坩埚锅筒不与中高温下的液太钛及铝合金双方粘连怎么办还是出现有机化学复分解反应; 　　(2) 坩埚整体上须要还有一个定的抗弯强度、弯曲刚度，考虑载容量铸锭容量并与熔解站关联机械部件一致的作用; 　　(3) 坩埚压力容器封头必要有正常的传热性性和导电性，需要满足坩埚为你的熱量对换器的技能和当做自用电弧炉正极所兼有的导电技能; 　　(4) 坩埚筒身涂料有着优良率的抗温度高热膨胀耐磨性和较高热膨胀挠度，热膨胀小，也容易制做和制做; 　　(5) 便于于装料和脱锭，拆御售后维修便于。随着红铜具备上面的前等三项的特性，坩埚锅筒建筑材料一样选择红铜T2。

1.炉室; 2.坩埚; 3.溶化站; 4.稳弧水套; 5.隔水套; 6.漏电管;7.沉淀铸锭; 8.熔池; 9.弧光; 10.出排污管 图1 机械泵自耗电量弧炉溶化站提示

2、典型的坩埚结构

　　为了便于钛合金铸锭的生产，坩埚筒体和底垫的连接为可拆卸式。典型的坩埚结构由法兰、筒体和铜底垫、托架组件和密封件组成，法兰和筒体焊为一体，法兰材料选用硅青铜或紫铜。结构如图2 所示。

1.活套法兰片;2.筒节;3.卡扣;4.内六角螺母;5.铜合金螺母;6.坩埚底;7.固定支架配件;8.底垫用热熔胶圈; 9.活套法兰片用热熔胶圈 图2 其最典型的坩埚构成图

3、坩埚筒体的制造工艺和方法

　　坩埚筒身制作业制作制作加工过程有五种。某种运用铜钱卷焊法，制作繁琐流程为：家具板材超音波波探伤→卷板→电弧焊→校圆→管道焊X 放射线探伤→设备性制作制作→卡箍焊→精制作制作→密封性实验→退库流程，它的构造类型如下图图甲是3图甲是。另某种筒身运用熔炼法，制作繁琐流程为：毛培房熔炼→设备性制作制作→超音波波探伤→卡箍焊→精制作制作→密封性实验→退库流程，它的构造类型如下图图甲是4 图甲是。卷焊法的特色是：料工费低，管道焊的品质追求高，修理数量小,筒身易膨胀，施用时间短;熔炼筒身坩埚的特色是：筒身进行平均性好，修理数量大，管道焊的品质追求不太高，制作料工费高，筒身难于膨胀，施用时间长。五种制作制作加工过程制作业的坩埚，分别各的使用行业市场。

图3 卷焊筒身坩埚　图4 锻打筒身坩埚 　　不在哪几种新工艺生产销售的坩埚，在用到上它们之间的一同优势是：空气放置冷却塔水从支撑架咨询中心走进，先空气放置冷却塔铜底垫，再沿坩埚壁从下面高流到坩埚蝶阀法兰根处，再流出来融化站，铸锭干固所排出的热能按照坩埚壁和底垫由空气放置冷却塔水秒杀。

4、坩埚的失效

　　坩埚的失效包含坩埚筒体的失效和底垫失效两种形式。如图5 所示，坩埚内的真空度一般为1.3 Pa~0.13 Pa，坩埚筒体内装有边熔化、边凝固的金属，坩埚外壁通有入口压力和入口温度为一定值，出口温度有要求的冷却水。自耗电极在Φ720 mm 坩埚内熔化时，从起弧熔炼开始到铸锭从坩埚内脱出，大约需要12.5 h。坩埚筒体承受5 t 的铸锭重量，累计通过坩埚筒体和底垫与冷却水交换的热量约为9×10E9 焦耳。在温度场、水压、重力的共同作用下，坩埚筒体缓慢收缩，内径减小长度增加，使用500~700炉后，内径收缩量可达10 mm~12 mm;坩埚长度最

　　大能成长15 mm，即呈现高溫脆性断裂。钛铸锭疑固后孔径约一定的膨胀量，公称孔径为Φ720 mm 的坩埚，铸锭从坩埚滑脱后，孔径约约为709 mm。当坩埚封头部分的膨胀量相似11 mm，脱锭时，铸锭就和坩埚壁之間都存在显现滚动摩擦，坩埚内外壁就显现刮痕，血翼的铸锭和坩埚之間的显现滚动摩擦，带来坩埚部分封头管厚度外形尺寸减掉。当坩埚部分的膨胀量不低于11 豪米时，铸锭就无发从坩埚内滑脱。坩埚封头下处分加热的时间长，与间接置换的发热量多，下处分膨胀量不低于中心、上端膨胀量，膨胀坩埚的封头呈倒嗽叭状，在使用约500~700炉后的坩埚形壮下图6 中虚线已知。

图5 坩埚承受简图　图6 坩埚变行表示图 　　与坩埚相互配套的安装的铜底垫，上端因遇热而温度，上方因冷却后而与上端所有温度差异，转化成垂线向左的热弯曲载荷，铜底垫所有垂线向左的塑性出现扭曲。热弯曲载荷依据卡扣传接到坩埚接下凸台和铜锰钢螺母上，使坩埚接下回缩出现扭曲日益突出;底垫一文心部分到园周边角部分都会存在温度差异，中和接下范围内都会存在温度差异，这五种温度差异所有的热弯曲载荷使底垫尺寸回缩，位置增强，底垫的径向回缩出现扭曲使底垫与坩埚的协调空隙不断地，单侧空隙加权平均值高于2 mm~3 mm之间时，液态氨的钛锰钢供应量坩埚封头与底垫间的空隙中，初凝后将铜底垫邮包，铸锭不了和底垫破坏，这个时候底垫已齐全生效。

图7 健康铜底垫　图8 不起作用的铜底垫

5、坩埚筒体材料的优化

　　之前面的数据分析得知，坩埚无效的重要问题是耐高温环境应力松弛。耐高温环境应力松弛与封头的材质的耐磨性涉及到，要削减坩埚的磨损，应当要调整坩埚封头的材质，的使用抗应力松弛的耐磨性高品质的材质是延缓其的使用使用期限的第一错施。上边两图区别是含银量对铜导电、泡软的温度的会影响直线和纯铜、银铜的泡软直线。

1.导电比率; 2.软化剂气温降温1H，冷精加工率60% 图9 银对铜的导电弹性系数和膨松水温的影向　图10 Cu—0.15Ag 的膨松曲线拟合 　　纯铜内加入银后，铜的自动化功效、电磁学功效都进行了该变，银强势的提升铜的再心得温暖和应力松弛力度。纯铜的膨松温暖为230℃以內，而银铜的膨松温暖达到到350℃。现，各位已改为银铜做为筒节用料,获得了尽量的的使用的疗效。据材质 介绍书的国内坩埚用用料，主要用CuAg 碳素钢材料、CuZr 碳素钢材料、CuZrCr碳素钢材料，其之间点是利于以下铜碳素钢材料的高导电性、高导热性性和较高的抗应力松弛性，来提升坩埚的的使用的蓄电量。

6、坩埚制造工艺和结构的优化

　　(1) 分为打造流程 　　考虑到裸紫铜样板工程的导电耐腐蚀性和液态氨下非常好的流失性、吸气性和空气氧化性，相对比较大的的线膨涨公式，熔接中易展现磨痕、进气口，加剧了卷焊坩埚纵管道不锈钢点焊的熔接麻烦;运用流程中，筒节的段造机构和管道不锈钢点焊的铸态机构耐腐蚀性性别差异相对比较大的，铸态机构第一步会产生缩水断裂;坩埚底端凸台的部分的熔接节构，因必须铸锭体重和底垫热断裂的拉热应力，会产生缩水断裂。在底端隔绝面刮痕、断裂等破损的事情下，因为有管道不锈钢点焊，修复手机最简单的方法具体方法受到上限制。而段造坩埚因两条线环管道不锈钢点焊在上半部法兰部部盘处，法兰部部盘都可不可以筒节底端全套，应用筒节处的止口紧固法兰部部盘，必须铸锭体重，于是，管道不锈钢点焊仅起隔绝功能，而不必须铸锭、筒节体重，管道不锈钢点焊安全性能规范不太高。段造坩埚筒节机构紧密，断裂不规则，因为，选择段造工序，可不可以增进坩埚的运用期限。 　　(2) 加大坩埚的焊接钢管厚度规格，改善坩埚筒节的程度承担5 t 铸锭的坩埚焊接钢管厚度一样为20 mm~25 mm。现将坩埚的焊接钢管厚度加大到为30 mm，实行发现，坩埚壁加厚，加大了筒节的抗出现变形意识，而对铸锭的加热印象是可见一斑的;二、，在坩埚筒节膨胀印象到出锭的状态下，可用到车上孔的措施，找回里孔的如何规格和圆形度，使筒节上、中、下规格一样，而不印象到坩埚的安会性。加大坩埚焊接钢管厚度，可加大坩埚修复系统多次。

图11 底垫和坩埚未改进什么建议前的协助面积　图12 底垫和坩埚改进什么建议后的协助面积 　　(3) 优化坩埚和底垫彼此的配备长宽原设计的坩埚顶端与底垫的直徑差为4 mm，单侧为2 mm，在底垫直徑收拢加权平均值4 mm 后，液态氨重金属就也可以涌入双方的气隙中诱发底垫的就没用。现变成双方直徑差为16 mm 单侧8 mm，则须要底垫单侧收拢到8 mm 后，底垫就能就没用。一套Φ720 mm的坩埚，去年按生产方式400 个铸锭计算，提高工作效率后可浪费5-5个底垫。 　　(4) 减轻坩埚压力容器封头顶端和底垫连结地脚地脚地脚螺栓螺母原则的相互之间预紧力，减小坩埚压力容器封头顶端的发生形变坩埚压力容器封头和底垫是实现12 个M16 的冷库保温隔热板的表层地脚地脚地脚螺栓螺母原则和铝黄铜螺母等零配件连结了起来的。按亚太原则，M16 的地脚地脚地脚螺栓螺母原则与螺母间的预紧载荷为198 NM，坩埚是放到在熔融站卡箍上的，坩埚卡箍拥有铸锭载重量体积和坩埚压力容器封头、底垫、固定支架零部件的载重量体积，减轻地脚地脚地脚螺栓螺母原则的预紧力，可将底垫发生的热刚度流量转化为地脚地脚地脚螺栓螺母原则、铝黄铜螺母的发生形变，可以减小坩埚顶端的发生形变，一般在装炉步骤中，两位运营人士，用三把载荷搬手，将载荷变动到100 NM可以。暗改、减轻底垫的刚性基础，也是减小底垫发生形变和坩埚发生形变的某种的方法。 　　(5) 坩埚空洞方案锥度，顶部和底边直徑差5 mm~10 mm，缓解坩埚在便用致使底边做做收缩量不小于中部地区做做收缩量而使铸锭是没办法膨出的现象。钛铸锭归属于毛胚件，另一个生产设备铸锭，需要经过做次、多次、和四次炼制，铸锭寸尺大小公差通常情况会达±5 mm，坩埚带锥度，顶部小，底端寸尺大小大，有助铸锭从坩埚内膨出，也缩短了坩埚的便用期限。

7、结论

　　用到上文控制措施后，坩埚运行炉次提供了近1/3，符合1000 炉差不多，每一年为集团省了十几万的合金模具回收价格，阐述提高工作效率、SEO的措施是很好、准许的。