近年来，随着我国大型民航客机、军用飞机、航天火箭、核潜艇、海洋工程等高新技术领域的快速发展，对于优质宽幅钛及钛合金板材（宽度为800～1500mm、长度为2000～6000mm）、大盘重宽幅钛及钛合金带材（宽度为1000～1500mm卷重5t以上）等高端钛材产品的需求量越来越大。

电子束冷床炉熔炼（EBCHM）是20世纪80年代迅速发展起来的一种生产洁净金属的先进熔炼技术，其在减少高低密度夹杂能力、解决成分偏析和组织不均匀性等方面远优于3次真空自耗熔炼，已成为当前优质钛及钛合金锭不可替代的先进熔炼技术，在钛工业中得到了广泛应用。

利用电子束熔炼炉大规格纯钛扁锭（8000mm×1050mm×210mm），采用单次冷床炉熔炼直接轧制、钛带连续加工等技术来制备优质宽幅纯钛板卷，减少了铸锭锻压等工序，因而大大降低了钛板卷的生产成本。但是，该工艺流程对熔炼的纯钛扁锭提出了更高的质量要求，特别是扁锭中Fe元素的偏析行为对后续轧制出的纯钛板卷质量及力学性能具有明显的影响。由于我国引进电子束冷床熔炼炉时间较短，相关研究涉及较少。因此，科研人员针对大规格纯钛扁锭的电子束冷床熔炼过程，重点研究了结晶器中熔体表面温差对纯钛扁锭中Fe元素偏析的影响机理及其控制方法。

大规格纯钛扁锭采用RETECH 3200型电子束冷床炉进行熔炼，各电子束枪总功率可达3200kW，结晶器的尺寸为1050mm×210mm。

负责维持结晶器中钛液表面温度的电子束枪扫描结晶器顶部。由于结晶器的浇注侧、溢流对侧及中间部位的冷却速率不同，及其离浇注口的距离不同，熔炼时结晶器上方的电子束枪必须对各部位使用合理的扫描功率分配来维持熔体表面温度均匀。为了研究熔体表面平均温差对扁锭Fe元素偏析的影响，使用了9种不同的电子束枪扫描功率分配比例。每块扁锭熔炼时，通过炉膛内的红外热成像测温系统对结晶器的浇注侧、中间部位及溢流对侧进行实时测温，各个扁锭的测温位置固定。熔炼过程中保持稳定的拉锭速度（16mm/min），冷却水温控制在20℃左右，待熔炼结束后进行补缩，补缩完成后，采用充氩冷却10h后进行出锭。

对熔炼的9块扁锭毛坯取样分析。将熔炼的9块扁锭进行多道次热轧后获得厚度为6mm的钛带卷，然后取样并进行室温力学性能测试。试验结果表明：

（1）电子束熔炼纯钛扁锭时，结晶器熔体表面平均温差越小，扁锭中Fe含量越高且成分越均匀；随着熔体表面平均温差的增大，扁锭中Fe含量越低且横向偏析越严重。这主要是因为结晶器中电子束枪对熔体表面扫描功率分配比不合理，会使得熔体表面产生温度不均匀和局部过热现象，从而导致扁锭中Fe元素出现偏析现象。

（2）当电子束枪对结晶器中熔体表面扫描功率分配比为32%、28%、40%时，熔体表面平均温差*小，钛扁锭Fe元素偏析程度*小，轧制成钛带卷后力学性能*均衡。