[实用新型]感应熔炼用单水路拼装式冷坩埚

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种真空感应熔炼用的冷坩埚，尤其是具有单层管冷却通道的由简单元件拼装的冷坩埚。

技术背景

真空感应熔炼技术属于先进的熔炼技术，它排除了熔炼过程中气氛和加热源对炉料的污染。但是，这种技术不能排除坩埚材料同炉料的反应。为了制备对纯度要求特别高的产品和熔炼活泼材料，上世纪末出现了更加先进的冷坩埚真空感应熔炼技术(以下简称为“感应冷坩埚技术”)——它用金属(大多为紫铜)坩埚代替陶瓷材料坩埚，并通过电磁场产生一定的悬浮熔炼效果，从而完全排除了坩埚材料的污染作用。为防止金属坩埚本身被熔化，这种坩埚必须用水或其它冷却剂冷却。

感应冷坩埚技术虽然有许多卓越的优点，但是这种技术至今还没有得到普遍推广，其原因之一是坩埚的结构相当复杂，技术难度大，制造费用高。这些结构方面的困难主要来源于三方面：

1)双层管水路(见图1和2)：冷坩埚用金属(主要是紫铜)制作，它主要由坩埚壁(01)和坩埚底(02)组成，坩埚又分瓣成许多坩埚片(03)。坩埚在高温下工作，所以它必须用冷却剂冷却。以往的冷坩埚采用双层管冷却通道：每一坩埚片中有一个很细、很长的孔(04)，每孔中还要有一根更细、更长的管(05)，它们分别作为进水管、回水管(06)。坩埚一般分10～20片，甚至更多。坩埚片的截面尺寸往往只有10～20毫米，甚至更小。在这样小的范围内要制作出这样的双层通道，其难度相当大。

2)单坩埚片循环(见图2)：每一片坩埚片(03)是一个独立的冷却通道系统——有独立的进水管、回水管。它们分别连接到进水水套和回水水套(07)，再由水套的总管路(08)接出炉体的外面。坩埚、水套管路密布，接口处空隙非常狭窄，在这样狭小的位置焊接大量接口，其难度非常大。

3)坩埚留出一部分位置不分瓣，如坩埚底(02)或坩埚底的一部分厚度，其目的是为了保持坩埚的整体性。这一方面不利于电磁场进入坩埚，另一方面使得制作坩埚不得不使用大块坯料，坩埚的内腔要从整体坯料中挖出，材料浪费极大。在大块坯料上加工大量坩埚瓣和进行密集焊接，加工难度大，容易出差错，而且一旦在某一局部发生差错就整体报废。

发明内容

针对以上问题，本实用新型提供一种改进的感应熔炼用单水路拼装式冷坩埚，其特征在于：坩埚壁由坩埚片拼装组成，坩埚底与坩埚壁为分体结构，冷却通道采用蛇行单层管模式、整体冷却通道分解成若干蛇行单元，一个蛇行单元由单独的进口、出口和若干通道段组成，坩埚壁和坩埚底的冷却通道通过冷却导管(06)接入炉体的总管(13)中，坩埚片带有垂直于端面的内孔(12)。

为了简化感应冷坩埚技术中冷坩埚的结构和制作方法，本实用新型采用了一些新的设计原则。它们包括：坩埚底与坩埚壁为分体结构，坩埚壁用结构简单的相同的坩埚片拼装组成，冷却通道采用蛇行单层管模式、整体冷却通道分解成若干蛇行单元。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案包括以下几项措施：

1、坩埚的冷却通道按照单层管蛇行通道的形式设计(见图3)——通道(04)为单层管，冷却液由通道的一端进入，它顺着蛇行走向的通道依次经过各坩埚片(03)，再从另一端输出。

由于冷却通道经过各坩埚片(03)，所以坩埚片(03)带有垂直于端面的内孔(12)(见图4)，内孔是否贯通到端面，取决于型材的类型和拼接坩埚片的方法，对于内孔贯通到端面的坩埚片，采用小弯管(14)或小横管连接相邻坩埚片的端头(15)，从而将各内孔连通(见图5a)；而对于内孔未贯通到端面的坩埚片，则要在坩埚片上、下适当位置再各加工一横孔(16)，利用该横孔连通各内孔(见图5b)。

坩埚的全部冷却通道由若干蛇行单元组成。一个蛇行单元由单独的进口、出口和若干通道段组成。单元中，第一通道段经过一片坩埚片之后，弯转360度后进入第二通道段，然后从反方向经过下一坩埚片，依次推类，每一段的走向都沿着坩埚片的长度方向。一个蛇行单元包含的通道段的段数可以是1段、2段、3段等任意段数，最多等于坩埚片的总片数。为了保证冷却效果的均匀性，推荐以2～6段作为一个单元。

2、为了节省制作坩埚的材料，将坩埚底设计成与坩埚壁分体的结构。对于坩埚底(02)与坩埚壁(01)设计成分体结构的冷坩埚，当要求坩埚内底部炉料有良好熔化效果和悬浮效果时，其坩埚底应该有带斜度的内壁，而且坩埚底要分瓣。

对于坩埚底(02)与坩埚壁(01)设计成分体结构的冷坩埚，当对坩埚内底部炉料的熔化效果无严格要求时(例如，进行连铸、定向凝固等操作的冷坩埚)，坩埚底也可以不分瓣。这样的坩埚底可以直接用金属的型材(板、棒或其它型材)加工制作。