专利名称：悬浮熔炼水冷坩埚的制作方法
技术领域：
本发明属于坩埚技术领域。主要适用于熔炼或熔铸活泼金属、高纯金属材料、合金元素物性差导较大的复杂合金。
通常的水冷坩埚，其内腔(侧壁)为圆柱形，底部为平底形。坩埚的侧壁被若干条切缝分割成若干分瓣，各分瓣之间采用耐热的绝缘材料填充，每个分瓣均由冷却水冷却。另外在水冷坩埚的外围配置交变电磁场，即感应线圈。
当水冷坩埚工作时，感应线圈产生的涡流加热坩埚内被冶炼的金属。在熔炼过程中，在电磁力的作用下，熔池与坩埚侧壁并非接触状态，即被熔炼金属悬浮于坩埚之中，避免熔融金属遭受坩埚的污染，实现无污染熔炼。
早期的水冷坩埚为平底的，采用单一感应线圈，其缺点一是狭长的坩埚瓣体要求截面要小，因而不能设置大截面的冷却水通道，而且冷却水的进水和回流设置在同一空腔内，更限制了冷却水的通水面积；另一缺点是因坩埚底部无切缝，致使磁力线无法从坩埚底直接渗入，使坩埚底部的熔融金属不易悬浮。中国专利ZL92113192.5所述的水冷坩埚，将坩埚底的位置提高，解决了在坩埚底切缝的问题，但坩埚外围仍采用内径相同的感应线圈，无法使感应线圈更靠近坩埚底部，影响了坩埚底部的悬浮效果。
日本专利申请特开平8-327244公开了一种双线圈、锥形底的水冷坩埚，将下线圈更靠近坩埚的底部，坩埚底部的悬浮力有所提高。但该坩埚在制造上困难很大一方面，为了提高悬浮力，希望在坩埚底部有更多的切缝，以利于磁力线渗入坩埚内；另一方面，为了保证坩埚底部有良好的冷却，又要求坩埚底部容纳更多的冷却水通道，而坩埚锥形底的空间和面积是有限的，越靠近坩埚中心，空间越小，故“切缝”与“冷却水通道”的矛盾十分突出。所以该专利所述的坩埚只适合每个瓣体单片加工，只适合采用单向通水式结构，即由坩埚底部进水，由坩埚顶部出水的结构，装配起来很困难，结构也过于复杂，结构不紧凑，不适合于整体加工，而且安全可靠性较差。
本发明的目的在于提供一种水冷效果好的，结构紧凑，便于整体加工的，且悬浮力较强的，坩埚容量可大可小的悬浮熔炼水冷坩埚。
针对上述目的，本发明采用了如下技术方案本发明所述的悬浮熔炼水冷坩埚，采用圆筒形侧壁及锥形底部，其炉体侧壁和底部均被若干条切缝分割成若干个分瓣，且各分瓣都有冷却水通道，分瓣之间的切缝采用高温绝缘材料填充，在其坩埚底部适当的半径位置上，设置长的进水孔和出水孔，在进水孔和出水孔之间的切缝由坩埚上部直贯坩埚底部顶点，即切缝通底，坩埚底部的每个进水孔和出水孔均在坩埚的底壁上分成两个支路，分别与坩埚侧壁每个分瓣中的冷却水通道相通。坩埚底部的切缝数为坩埚侧壁中瓣体数的二分之一，坩埚侧壁切缝的数与坩埚瓣体数相等，坩埚侧壁顶部的切缝数为坩埚侧壁中瓣体数的二分之一。在坩埚侧壁顶部，两个相邻瓣体中的上行冷却水通道与相邻瓣体中的下行冷却水通道相通，在整个坩埚的外侧采用两组感应线圈，上部感应线圈位于坩埚壁顶部稍下的位置，下感应线圈位于坩埚底锥形部位的外围。
当坩埚直径扩大时，坩埚底部的进水孔和出水孔可在坩埚底的底壁上分成3个或4个支路分别与坩埚壁上每个分瓣上的冷却水通道相通，此时坩埚壁的瓣体数为进水孔数或出水孔数的3倍或4倍。
本发明水冷坩埚可由铜质棒材直接加工而成，也可由厚壁铜管加工成坩埚壁，由锥形铜材加工成坩埚底部，然后两者焊接而成。另外，本发明水冷坩埚的冷却水通道结构也适用于平底水冷坩埚和采用一种频率感应线圈的悬浮熔炼装置。
与现有技术相比，本发明具有如下优点(1)由于冷却水通道设计合理，坩埚冷却效果好，便于冶炼高熔点金属及合金。
(2)下感应线圈沿坩埚锥底外部平行地靠近锥底，使磁力线充分进入坩埚底部，大大提高了悬浮力，从而提高熔炼金属的质量。
现结合附图，对本发明悬浮熔炼水冷坩埚作进一步说明。
附
图1为本发明悬浮熔炼水冷坩埚的结构示意图。
附图2为附图1的仰视图及冷却水循环方式示意图。
附图3为本发明悬浮熔炼水冷坩埚顶部上行冷却水通道和下行冷却水通道连通方式示意图。
附图4为坩埚直径扩大后的底部进、出水孔分成3个支路以及冷却水循环方式的示意图。
由图看出，本发明悬浮熔炼水冷坩埚由圆筒形侧壁21和锥形底部22组成，其炉体侧壁和底部均被若干条切缝10和11分割成若干个分瓣，且各分瓣都有冷却水通道，分瓣之间的切缝采用高温绝缘材料填充。在其坩埚锥形底部适当的半径位置上，每个底部瓣体上设置了长的进水孔4和出水孔5，且进水孔4和出水孔5的个数相等，进水孔4出水孔5之间的切缝11由坩埚上部直贯坩埚底部顶点，即11为通底切缝，坩埚底部的每个进水孔4和出水孔5均在坩埚的底壁上分成两个支路，分别与坩埚侧壁每个分瓣中的冷却水通道14-1和14-2、13-1和13-2以及15-1和15-2相通。坩埚底部通底的切缝数为坩埚侧壁中瓣体数的二分之一，坩埚侧壁中的切缝10数为与瓣体数相等。坩埚侧壁顶部的切缝数为坩埚侧壁瓣体12数目的二分之一，即切缝11没有直通坩埚顶部，切缝10也不通底。
在坩埚侧壁顶部，两个相邻瓣体中的上行冷却水通道14-1和14-2与相邻瓣体中的下行冷却水通道13-2和15-1连通。
在整个坩埚外围采用了两组感应线圈，上感应线圈8位于坩埚侧壁顶部稍下的位置，即低于顶部；下应感线圈6位于坩埚底锥形部位的外围。上感应线圈8采用较高频率电流，如30KHz，下感应线圈6采用较低频率电流，如3KHz。
在附图1中，1为进水咀，2为出水咀，两者分别与进水孔4和出水孔5相接，相接处安放密封圈3。9为坩埚顶部进水与出水的连通时的封顶片。图中⊙表示冷却水垂直于纸面流入，⊙表示冷却水垂直于纸面流出，箭头表示水流方向。
该坩埚在瓣体内采用管腔内单向流动的冷却水通道，当冷却水由进水孔4进入坩埚底部后，立即分成两个支路，继而进入坩埚侧壁瓣体的两个上行冷却水通道14-1和14-2，当冷却水抵到坩埚侧壁上端后，如图3所示那样，各自和相邻的两个下行冷却水通道相连，冷却水沿下行冷却水通道13-2和15-1而下行，然后汇流到水槽中。上行冷却水(进水)通道与下行冷却水(出水)通道数目相等。在图3中，24为焊缝，25为铣槽。
由于坩埚侧壁的进、出冷却水通道在坩埚顶部连通，故此处顶部不能切缝，使顶部切缝数减少一半，但不影响坩埚底部的切缝数和坩埚侧壁上的切缝数。实际上，坩埚顶部切缝数的减少，对坩埚整体性能没有影响，因为出于安全，坩埚内熔融状态的金属液不能装满整个坩埚，即坩埚内上段要有一定空间，再加上上感应线圈的高度也稍低于坩埚顶部，故坩埚顶部切缝数的减少，对坩埚的功能没有影响。却使坩埚结构更加紧凑。
本发明采用锥形底坩埚，一是便于配置不同频率的两组感应线圈，使上、下感应线圈发挥自有功能；二是可改装成由底部排液的坩埚，；三是可扩大坩埚直径，当坩埚直径扩大时，必须增加瓣体数，也必须增加冷却水管路，在此情况下，本发明坩埚底结构仍可维持不变，只将进水孔和出水孔分为三个支路，分别与坩埚侧壁瓣体中的冷却水通道相连。由图4看出，坩埚直径扩大后，冷却水的循环方式可采用三条支路结为一组，在坩埚顶端连通，使进水的三个支路抵达坩埚顶端后，侧向流入已连通的出水三个支路，然后经出水管路流回水槽中。该冷却水管路可使坩埚底部结构维持不变，坩埚侧壁的切缝也不减少，只是坩埚侧壁顶部的切缝数减为侧壁瓣体数的六分之一。同时仍可使坩埚顶部不产生环形电流，不致造成大的影响。当坩埚直径进一步扩大，可在坩埚底部结构不变的情况下，使冷却水进入坩埚底部后，分出更多的支路，如分成四个支路时，采用叠加的V形孔，与坩埚侧壁瓣体内的冷却水通道相通。在冷却水抵达坩埚顶部后再将叠加在上部的V形冷却水通道连通合并，再与相邻的合并的V形冷却水通道相通，即相邻的四条冷却水通道连通为一组使冷却水循环。此时坩埚顶部的切缝数为坩埚瓣体数的四分之一。这种结构的坩埚底部冷却水路宜采用铣槽后封顶的方法，冷却水路的截面是矩形的。
上述结构也适用于平底坩埚和只采用一组一种频率感应线圈的悬浮熔炼装置。
权利要求
1.一种悬浮熔炼水冷坩埚，采用圆筒形侧壁及锥形底部，其炉体侧壁和底部被若干条切缝分割成若干个分瓣，且各分瓣都有冷却水通道，分瓣之间的切缝采用高温绝缘材料填充，在整个坩埚的外围采用两组感应线圈，上感应线圈位于坩埚侧壁顶部稍下的位置，下感应线圈位于坩埚底锥形部位的外围。其特征在于[1]、在其坩埚锥形底部适当的半径位置上，每个底部瓣体上设置长的进水孔(4)和出水孔(5)，两者数目相等，在进水孔(4)和出水孔(5)之间的切缝(11)由坩埚上部直贯坩埚底部顶点，即切缝(11)通底，坩埚底部的每个进水孔(4)和出水孔(5)均在坩埚的底壁上分成两个支路，分别与坩埚侧壁每个分瓣中的冷却水通道(14-1、14-2)、(13-1、13-2)和(15-1、15-2)相通；[2]、坩埚底部通底的切缝(11)数目为，坩埚侧壁中瓣体(12)数目的二分之一，坩埚侧壁中的切缝(10)数与瓣体数相等，坩埚侧壁顶部的切缝数为坩埚壁瓣体(12)数的二分之一；[3]、在坩埚侧壁顶部，两个相邻瓣体中的上行冷却水通道(14-1和14-2)与相邻瓣体中的下行冷却水通道(13-2和15-1)相通。
2.一种悬浮熔炼水冷坩埚，其特征在于当坩埚直径扩大后，坩埚底部的进水孔(4)和出水孔(5)可在坩埚底的底壁上分成3个或4个支路分别与坩埚壁上每个分瓣上的冷却水通道相通；当分成三个支路时，进水冷却水通道采用三条支路为一组，在坩埚顶部连通，并与连通的三条出水冷却水通道相连相通；当分成4个支路时，采用叠加的V形孔，与坩埚侧壁瓣体内的冷却水通道相通，在冷却水抵达坩埚顶部后再将叠加在上部的V形冷却水通道连通合并，再与相邻的合并的V形冷却水通道相通，即相邻的四条冷却水通道连通为一组使冷却水循环，此时坩埚顶部的切缝数为坩埚瓣体数的四分之一，这种结构的坩埚底部冷坩埚底部冷却水通道应采用铣槽后封顶的方法，其横断面是矩形的，与坩埚壁上每个瓣体中的冷却水通道相通；坩埚壁的瓣体数为进水孔(4)数或出水孔(5)数的4倍。
3.一种悬浮熔炼水冷坩埚，其特征在于该水冷坩埚可由铜质棒材直接加工而成；也可由厚壁铜管加工成坩埚壁，由锥形铜材加工成坩埚底部，然后两者焊接而成。
4.一种悬浮熔炼水冷坩埚，其特征在于该坩埚的冷却水通道结构也适用于平底水冷坩埚和采用一种频率感应线圈的悬浮熔炼装置。
全文摘要
本发明属于坩埚技术领域。所述的悬浮熔炼水冷坩埚采用圆筒形侧壁及锥形底部,侧壁和底部由若干条切缝分割成若干个分瓣,各分瓣中均有冷却水通道。在锥形底部的分瓣上设置长的进水孔和出水孔,两者之间的切缝由顶部直贯坩埚底部顶点,每个进水孔和出水孔在坩埚底部分成2—4个支路,分别与侧壁中的冷却水通道相通。坩埚外围采用上、下两组感应线圈,分别设置顶部稍下的位置和底部的锥形部位。
文档编号F27B14/06GK1267815SQ0010293
公开日2000年9月27日 申请日期2000年3月16日 优先权日2000年3月16日
发明者吴振华, 邹敦叙, 张建伟 申请人:冶金工业部钢铁研究总院, 中国科学院电工研究所