2026年10月6日，宝钛集团发布消息：依托下属宝钛装备科技有限公司自主研制的3150 kW冷阴极电子束冷床炉（EB炉），成功熔炼产出12吨超大单重纯镍铸锭并实现稳定量产。10月9日，中国有色金属报再次对该成果进行集中报道。这项进展的价值并不只在"铸锭更大"，而在于一套国产高功率真空电子束装备完成了从钛材熔炼能力向大吨位纯镍工业化生产的延伸：面对高真空下的挥发损耗、熔池温度不均、镍液流动性差、冷隔和成分均匀性等问题，熔炼过程必须同时控制真空、电子束扫描、功率、熔炼速度和长周期稳定运行。[1][2]
一、最新进展：国产EB炉从"能熔钛"走向"大吨位纯镍稳定量产"
宝钛集团官方信息显示，这套国产冷阴极EB炉于2023年12月建成投产，并用于替代原有德国进口设备；2025年3月，企业正式启动大吨位纯镍铸锭专项攻关。到2026年，团队通过持续调整扫描图形、电子枪输出功率、熔炼速率等参数，最终实现12吨级纯镍铸锭连续化、标准化和规模化量产。[1]
从装备积累看，宝钛集团早在2021年就已公开其自主研制的大型真空电子束熔炼炉：设备总功率约3520 kW，电子束总功率约3150 kW，冷枪单枪450 kW，最大单锭截面约1560×240 mm、重量约13 t，年产能约2000 t。当前12吨级纯镍量产，可以看作高功率EB装备能力进一步向更难熔炼的镍材工艺迁移。[3]
当前新闻中的"稳定量产"也比单次试熔更重要。宝钛披露，现场已通过智能在线监测系统持续监控熔池状态、电子束斑轨迹、炉内真空度和熔炼速度，并针对温度失衡、冷隔和电子枪功率波动进行参数迭代。这说明大吨位EB熔炼的竞争重点已经从"额定功率有多大"，转向"能否长时间把热输入和熔池状态控制稳定"。[1][2]
二、EB冷床熔炼本质上是一套"高真空+高功率可扫描热源+冷床精炼"的系统
电子束熔炼利用高压电场将电子加速后轰击金属表面，把电子动能转化为热能。在真空环境中，电子束能够实现很高的局部功率密度，并通过电磁偏转改变束斑位置。与传统固定加热体相比，电子束不仅能"加热"，还可以通过扫描轨迹直接重构熔池表面的热流分布。[4]
冷床（cold hearth）是这类装备的第二个关键。原料首先在水冷铜冷床上熔化和停留，随后再流入结晶器。由于冷床与结晶过程分离，熔体获得额外的精炼停留时间；水冷铜壁附近形成凝壳，也能降低坩材料对熔体的污染风险。公开的EB冷床研究和装备专利均把"熔化—精炼—凝固分开"视为其重要工艺特征。[4][5]
因此，EB炉更准确地说是一套"受控热流加工系统"：电子枪决定能量输入，扫描策略决定能量如何分配，冷床几何决定熔池形态与停留时间，真空系统控制蒸发和气体去除条件，拖锭速度则影响凝固前沿。任何一个环节漂移，都可能反映到最终铸锭的温度场、组织和成分均匀性上。
三、为什么纯镍做到12吨级，比"把镍熔化"难得多
3.1 高真空有利于精炼，也会带来挥发损耗
电子束熔炼通常在真空条件下运行，高温和低压环境有利于气体杂质脱除以及部分高蒸气压杂质的蒸发精炼，但同样会使基体或合金元素产生挥发。对于镍及镍基合金，公开研究已经证明，熔体表面温度、真空条件和停留时间会直接影响Ni、Cr、Fe、Al等元素的蒸发速率。[6][7]
2026年一项针对工业纯镍电子束熔炼的研究进一步将元素蒸发动力学与熔池流动—传热模型结合，结果表明熔体表面平均温度能够通过蒸发行为反推，并与数值模拟吻合；研究同时指出，电子束条件下杂质去除既包含物理蒸发，也包含夹杂物浮选、团聚和高温分解等机制。[8]
这解释了为什么EB熔炼不能只靠"提高功率"解决质量问题。功率过低可能导致熔化不足或冷隔，功率过高又可能使表面过热、蒸发加剧。真正需要控制的是空间温度分布和熔池停留时间。
3.2 大吨位熔池更难保持温度均匀
当铸锭尺寸和单重增加，热量在熔池中的传导、对流和辐射尺度同时增大。电子束输入高度集中，如果扫描覆盖、局部驻留时间或多个电子枪之间的功率分配不合理，就容易出现局部过热与低温区并存。宝钛在此次攻关中把"熔池温度分布不均""温度失衡"和"冷隔缺陷"列为实际工艺难点，本质上就是高功率局部热源与大尺度熔池之间的匹配问题。[1][2]
这也是扫描策略成为电子束工艺核心变量的原因。针对EB冷床熔炼的数值研究表明，不同扫描轨迹会显著改变熔池表面的温度场，并进一步影响元素蒸发和凝固过程。[9] 因此，扫描图形不是简单的"画圈"或"往复"，而应与冷床形状、进料位置、熔炼速度和目标熔池深度共同设计。
四、从"高功率"到"可控功率"：大型EB炉真正的技术门槛
| Key Variables | 失控后可能出现的问题 | 需要监控的对象 | 工程控制思路 |
|---|---|---|---|
| 炉内真空度 | 蒸发行为变化、电子枪稳定性下降、气体夹杂风险 | 压力、漏率、抽速 | 真空系统稳定运行与异常联锁 |
| 电子束功率 | 局部过热、熔化不足、熔池波动 | 枪体输出、电压/束流 | 分枪功率分配与闭环调节 |
| 扫描轨迹 | 温度场不均、冷隔、局部挥发加剧 | 束斑轨迹、熔池热像/状态 | 扫描图形与驻留时间优化 |
| 熔炼速度 | 停留时间不足或过长、成分波动 | 进料速度、液面、拖锭速度 | 热输入与物料流量匹配 |
| 冷却系统 | 冷床/结晶器过热、凝壳和凝固前沿异常 | 水温、流量、压差 | 分区水冷与实时状态监测 |
| 连续运行 | 枪体污染、功率漂移、设备热态变化 | 关键部件温度和运行趋势 | 预维护、标准化操作与在线诊断 |
这套控制逻辑和传统工业加热有一个共同点：设备名义功率只决定"上限"，真正决定工艺质量的是热量是否以合适的空间分布、时间节奏和反馈方式进入材料。3150 kW级装备的难点，不是单纯获得兆瓦级电功率，而是把高功率电子束长期稳定地变成一个可重复的熔池温度场。
五、冷阴极电子枪为什么值得关注
此次新闻特别强调"冷阴极"电子束冷床炉。冷阴极气体放电电子枪通常利用异常辉光放电形成等离子体并轰击阴极产生电子，再经过加速和聚焦形成高功率电子束。与依赖加热灯丝发射电子的热阴极电子枪相比，工业冷枪路线在面对熔炼室压力变化、金属蒸气和溅射颗粒时，可以形成不同的设备适应性。[10]
宝钛公开报道中提到，此前进口热阴极EB炉存在灯丝消耗、真空波动等问题，而国产冷阴极EB炉投产后被用于拓展纯镍连续熔炼能力。[2] 这里应避免简单理解为"冷阴极一定优于热阴极"，更准确的说法是：不同电子枪路线对真空等级、蒸气环境、束流稳定性、维护方式和材料体系的适配性不同，而此次国产化突破的意义在于企业把装备特性与纯镍大吨位熔炼工况进行了重新匹配。
六、为什么大规格纯镍铸锭值得用EB短流程来做
传统高端镍材通常采用真空感应熔炼（VIM）、电渣重熔（ESR）或真空自耗重熔（VAR）及其组合路线。成熟工艺的优势是体系稳定、质量控制经验丰富，但当目标变成更大单重、低污染、少焊缝的纯镍坯料时，坩埚、结晶器尺寸和多次重熔/锻造拼接可能成为新的限制。
宝钛及中国有色金属报报道认为，EB冷床路线能够把异形返回料利用、高真空精炼、大规格连续成锭放在同一条工艺链上，从而探索大规格纯镍"短流程、高纯净"的制备路径。[2] 但这类路线的优势建立在熔池和蒸发控制足够稳定的前提上：如果温度场波动大，电子束的高能量密度反而可能放大挥发和凝固缺陷。
因此，这次12吨级稳定量产更值得关注的技术信号是：高功率电子束装备正在从"特种材料的小批精炼设备"向"可持续工业生产装备"推进。对于真空高温装备行业，评价标准也会越来越从额定功率、极限真空度这些静态参数，转向温度场控制、长周期稳定性、在线监测和工艺数据库。
七、行业观察：高端熔炼装备国产化，下一步拼的是"热过程控制能力"
从国内EB炉的发展轨迹看，装备国产化的第一阶段是解决"有没有"：电子枪、高压电源、真空系统、冷床和拖锭系统能否自主设计制造；第二阶段是解决"能不能稳定生产"：不同材料的挥发、流动、精炼和凝固规律能否形成可靠参数窗口；第三阶段则是解决"能不能长期复制质量"：用在线监测、模型和工艺数据库，让每一炉都接近同样的热历史和冶金状态。
12吨级纯镍铸锭量产正处在第二阶段向第三阶段过渡的典型节点。宝钛此次披露的在线监控、扫描轨迹优化、功率动态调整和熔炼速度控制，本质上都是热过程数字化的问题。
对工业加热装备行业而言，这也提供了一个很清晰的趋势判断：未来高端热工设备的竞争力，不再只是"温度更高、功率更大、真空更深"，而是能否把热输入变成可测量、可反馈、可重复的材料工艺过程。电子束熔炼如此，激光、感应、真空热处理和高温试验装备同样如此。
Reference Materials
- [1] 宝钛集团. 国产EB炉再攀高峰 大吨位镍材铸就标杆——宝钛集团国产EB炉成功熔炼出12吨超大单重纯镍铸锭. 2026-10-06.
- [2] 中国有色金属报. 自主装备破壁垒 镍材攻关结硕果——宝钛集团国产EB炉量产12吨超大单重纯镍铸锭. 2026-10-09.
- [3] 宝钛集团. 宝钛集团自主研制的首台真空电子束熔炼炉首锭出炉. 2021-09-14.
- [4] Choudhury A., Hengsberger E. Electron Beam Melting and Refining of Metals and Alloys. ISIJ International, 1992, 32(5): 673-681.
- [5] CN103952569A. 电子束冷床炉. 中国专利公开文本.
- [6] Han J., et al. Evaporation behavior of Ni, Cr and Fe in Inconel 718 superalloy during electron beam smelting. Vacuum, 2017, 135: 135-141.
- [7] Evaporation for element Al in K417 Ni-based superalloy during electron beam remelting. Vacuum, 2021, 187: 110073.
- [8] Purification of nickel by electron beam smelting and its metallurgical mechanisms. Vacuum, 2026, 254: 115661.
- [9] Numerical Simulation of the Effects of Scanning Strategies on the Aluminum Evaporation of Titanium Alloy in the Electron Beam Cold Hearth Melting Process. Materials, 2022, 15(3): 820.
- [10] Shimizu F., Fujino S., Morinaga K. Removal of impurity elements in EB-CHR melting process of metallic alloys. Journal of the Japan Institute of Metals, 1998, 62(6): 586-591.
- [11] 王军, 化涛, 俞有根, 等. 电子束熔炼中Ti–5Cu合金元素挥发预测与控制——基于热力学模型的数值计算与实验验证. 金属世界, 2026(2).