专利名称：单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，属于冶金中的坩埚技术领域。
背景技术：
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真空悬浮熔炼技术——它用分瓣的金属坩埚代替陶瓷材料坩埚，并用电磁场产生热效应和悬浮力，使炉料在熔炼过程呈悬浮状态， 从而完全排除了坩埚材料的污染作用。真空悬浮熔炼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。坩埚结构复杂，加工技术难度大，制造费用高是产生这种情况的一个原因。结构方面的困难之一来源于复杂的冷却管路——金属坩埚在高温下工作时必须用冷却剂冷却，以往的冷坩埚采用双层管冷却通道每一坩埚瓣中有一个很细、很长的孔， 每孔中还要有一支更细、更长的管，它们分别是坩埚瓣的进水管和回水管。以内径60mm高度120mm的分18瓣的紫铜冷坩埚为例，在每一个坩埚瓣内的冷却通道，包括由作为进水管的在坩埚瓣IOmm的截面内精确地钻出的Φ6Χ IlOmm的细孔和在孔端焊接的Φ8Χ IOOmm 的紫铜管，包括作为回水管的一端装入孔中的Φ4Χ200πιπι的毛细管。坩埚的几十支进水管和回水管还必须精确、严密地焊接到直径60mm的冷却水套上，管道的间隙小于2mm。可见， 制造这样的冷却管道系统有很大的技术难度，这导致工期长，废品多，材料消耗大。此外，这种结构的坩埚还有容易发生故障，损坏后难以修复等缺点双层管的冷却通道狭窄，容易发生水垢或杂物堵塞事故；坩埚的焊点多，焊接困难，容易出现焊口泄漏事故；这种结构的冷坩埚在制造完成之后几乎无法拆解，所以，在使用之后很难进行彻底清理，发生故障进行修复时需要把坩埚的所有的焊口烧开，把坩埚分解成小元件后才能进行处理，而且，把拆解的元件再装配成坩埚的过程往往要比制作一个新坩埚的难度还要大。
发明内容本实用新型的目的是为了解决真空悬浮熔炼技术中制作冷坩埚的技术困难，提供一种使坩埚结构简化，制作难度减小，可靠性提高，而且容易清理和修复的单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚。本实用新型的目的是由以下方式实现的本实用新型包括分瓣的金属坩埚体，其特征是在每一坩埚瓣上制作单层的冷却通道；相邻坩埚瓣的冷却通道首尾相接，形成弯曲的蛇形通道，使冷却液能从一个坩埚瓣通入下一个坩埚瓣；以一个或一个以上的坩埚瓣组成包含一个独立通道循环的坩埚瓣组， 在一组坩埚瓣组的第一瓣的通道的端头安装进水管，在其最后一瓣的通道的端头安装回水管。[0009]所述单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，在每一坩埚瓣中钻冷却通道孔，相邻坩埚瓣的冷却通道孔的结合采用在孔端安装孔端连接管的方式连接，或采用在通孔的端部加工横孔，用横孔连接管连接，或用在冷却通道孔的端部加工沟槽，用盖板封闭的方式连接；所述单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，沿坩埚瓣的长度方向焊接金属管作冷却通道；所述单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，把薄金属板焊接或密封安装在坩埚瓣的外表面形成水套，然后再用水套连接管结合相邻坩埚瓣的水套。构成一个坩埚瓣组的坩埚瓣的数量最少可以是一个，最多可等于坩埚体的全部坩埚瓣的数目；各组坩埚瓣组的进水管和回水管分别连接到进水总水套和回水总水套上，这样就为整个坩埚体制作了冷却通道。确定坩埚瓣组包含的坩埚瓣的片数是以冷却液能充分冷却一组中所有的坩埚瓣为原则，以选2片、4片或6片为一组为多。坩埚体的尺寸较小时，一组中包含的坩埚瓣可以多些，而坩埚体的尺寸较大时，则应适当减少一组中所包含的坩埚瓣的数量。当坩埚体很大时，特别是坩埚瓣的长度很大时，可以以一片坩埚瓣作为一个坩埚瓣组。当坩埚瓣组所包含的坩埚瓣的片数为偶数时，进水水套和回水水套一般装在坩埚体的一端；而当片数为奇数时，一般将两个水套分别装在坩埚体的两端。水套不应该成为闭合的导电通道，为此，最好不采用环形和盘形水套；当使用环形和盘形水套时，则应该在水套中制作一个或数个封闭的割断口。在坩埚瓣上制作的冷却通道是以下三类在坩埚瓣上制作的第一类单层冷却通道是内孔型通道在每一坩埚瓣中钻冷却通道孔，相邻坩埚瓣的冷却通道孔的结合可以采用在孔端安装孔端连接管的方式连接，也可以采用在通孔的端部加工横孔，用横孔连接管连接，还可以用在冷却通道孔的端部加工沟槽，用盖板封闭的方式连接。相邻坩埚瓣的冷却通道之间用连接管或沟槽的结合，以及进水管、回水管与坩埚瓣的结合，进水管、回水管与水套的结合，可以用焊接的方法，也可以用密封螺帽、密封圈、 螺钉等元件进行机械密封。当坩埚体的尺寸比较大时，机械密封的方法比较容易。为了简化内孔型冷却通道的制作工艺，可以直接用金属管制作坩埚瓣。但是，为了适合坩埚内截面和外截面的形状，金属管需要有合适的截面。例如，用方管制作矩形截面的坩埚体，用截尾扇形截面管制作圆截面坩埚体等等。在坩埚瓣上制作的第二类单层冷却通道是焊管型通道沿坩埚瓣的长度方向焊接金属管作冷却通道，被焊接的金属管在第一个坩埚瓣到达端部后弯曲伸向相邻的坩埚瓣的端部，然后沿着第二个坩埚瓣(一瓣以上)的长度方向反向铺设和焊接。按照同样的方式， 管道再焊接到第三、第四坩埚瓣上，等等。制作这种结构还可以采用另外一种方法沿每片坩埚瓣的长度方向焊接金属管， 用连接管结合相邻坩埚瓣上被焊接金属管的端头。连接管用金属管时，可以用焊接的方法或机械密封安装的方法进行结合，也可以使用非金属的连接管，例如橡胶管、塑料管等，采用管连接的方式进行结合。当坩埚瓣比较宽时，可以在同一个坩埚瓣上沿长度方向平行地焊接二支或多支金
4属管，这些金属管的端头的连接方法与本前面提出的方法相同。在坩埚瓣上制作的第三类单层冷却通道是水套型通道把薄金属板焊接或密封安装在坩埚瓣的外表面形成水套，然后再用水套连接管结合相邻坩埚瓣的水套。这种水套也可以用用非金属材料制作，例如用塑料制作。连接水套的连接管用金属管时，也可以使用非金属的连接管，例如橡胶管、塑料管等，用管连接的方式进行结合。在同一坩埚瓣的水套上安装的连接管，可以是1支、2支或更多支。例如，为了在坩埚瓣的同一侧连接相临坩埚瓣的水套，可在水套的一侧安装一支开口短金属管，在水套的同一侧再插入一支开口长金属管，使其伸到接近水套另一侧的位置。该水套的短管同前一坩埚瓣水套的长管连接，长管与下一坩埚瓣水套的短管连接，并使短管接进水，长管接回水。它们同坩埚瓣水套的结合，可以用焊接的方法，也可以用机械密封安装的方法。一般地说，当坩埚体直径较小时以钻孔型通道比较相宜——在这种情况下，坩埚瓣的长度不太大，钻孔比较容易；当坩埚直径较大时采用焊管型通道比较合适——这时，坩埚瓣的宽度较大，被焊金属管在坩埚瓣的端部能比较容易地弯到相邻坩埚瓣的端部。可以用坩埚体内径100 120mm作为这两种类型的分界。当坩埚的尺寸更大时，例如坩埚内径大于200mm时，采用水套型通道更加适宜——这时，金属管的冷却面积不能满足要求。但是， 这些区分不是绝对的，即便是小尺寸坩埚也不是不能采用焊管型冷却通道。对坩埚体底部的冷却，可以借助在坩埚体壁上的冷却通道所产生的冷却效果，也可以制作单独的冷却通道。在坩埚体底部制作冷却通道的方法与在坩埚体壁制作的方法相似，但是最好采用焊管型通道。被焊金属管可以按照螺旋管的方式依次经过坩埚体底部的坩埚瓣，也可以按照弯曲的蛇形方式依次经过坩埚体底部的坩埚瓣。本实用新型的有益效果是1)简化了坩埚结构单管冷却通道比双层管结构简单得多，由于冷坩埚中包含了大量冷却通道，所以，这种简化有特别显著的效果。2)降低了制作难度由于结构简单，接口数减少，接口处的空隙增大，所以，在接口处进行结合的难度大大降低，而且可以用机械密封连接代替焊接。在坩埚瓣中钻细长孔是制作冷坩埚冷却通道传统方法中难度最大的环节之一，本实用新型提出的用在坩埚外壁焊接金属管的技术避免了这个难题。3)提高了坩埚运行的安全性冷坩埚在高温下工作，所以冷却问题至关重要。本实用新型的单管通道为冷却液提供了通畅的通道，而且结合接口的难度小，接口的可靠性高，所以不容易发生故障。4)减小了坩埚的维护和修复难度本实用新型中的冷坩埚，其一般的清理和修复只要把坩埚拆解成几个坩埚瓣组即可。对于采用机械密封连接的坩埚，当需要彻底清理或发生严重故障时，坩埚可以被完全拆解成坩埚瓣，然后进行清理或修复。
图1，传统双层管冷却通道的冷坩埚的结构的示意图；图2，图1的剖面视图；图3，图1中在相邻坩埚瓣中冷却通道的示意图；图4，实施例1的冷坩埚——内孔型单层冷却通道的冷坩埚的结构示意图；[0036]图5，图4中在相邻坩埚瓣中冷却通道的示意图；图6，图4中的冷坩埚底面仰视图；图7，实施例2的冷坩埚——用铜管制作坩埚瓣，内孔型，坩埚瓣组由1片坩埚瓣组成的冷坩埚结构示意图；图8，制作实施例2的冷坩埚的坩埚瓣的紫铜管的示意图；图9，图7的冷坩埚底面仰视图；图10，内孔型冷却通道的冷坩埚，相邻坩埚瓣的冷却通道间采用孔端连接管，焊接的结合方式示意图；图11，内孔型冷却通道的冷坩埚，相邻坩埚瓣的冷却通道间采用横向连接管，焊接的结合方式示意图；图12，内孔型冷却通道的冷坩埚，相邻坩埚瓣的冷却通道间采用端部沟槽和盖板， 焊接的结合方式示意图；图13，内孔型冷却通道的冷坩埚，相邻坩埚瓣的冷却通道间采用采用孔端连接管， 机械密封结合的结合方式示意图；图14，内孔型冷却通道的冷坩埚，相邻坩埚瓣的冷却通道间采用横向连接管，机械密封结合的结合方式示意图；图15，内孔型冷却通道的冷坩埚，相邻坩埚瓣的冷却通道间采用端部沟槽和盖板， 机械密封结合的结合方式示意图；图16，实施例3的冷坩埚——辉管型单层冷却通道的冷坩埚的每个坩埚瓣上焊1 支金属管，坩埚壁与坩埚底为分体结构的示意图；图17，实施例3的冷坩埚——辉管型单层冷却通道的冷坩埚的每个坩埚瓣上焊2 支金属管，坩埚壁与坩埚底为一体结构示意图；图18，实施例4的冷坩埚——水套型单层冷却通道的矩形截面冷坩埚，坩埚底可移动的结构示意图；图19，图18中坩埚瓣的示意图；图20，图18中水套连接管区放大图。注在以上各图中，小箭头表示冷却液的运行方向，大箭头表示坩埚底的移动方向；在以上各图中，01.坩埚壁，02.坩埚底，03.坩埚瓣，04.瓣内冷却通道，05.内层冷却管，06.从坩埚瓣到水套的导水管(进水管和回水管)，07.水套，08.总水管，09.冷却通道的孔端，10.孔端连接管，11.冷却通道端部的横孔，12.横孔连接管，13.孔端封口片， 14.坩埚瓣端头的沟槽，15.沟槽盖板，16.密封螺帽，17.密封圈，18.密封螺钉，19.焊接在坩埚瓣外壁的金属冷却管，20.组装坩埚瓣的装配元件，21.焊接在坩埚底的金属冷却管， 22.坩埚瓣表面的冷却水套，23.水套连接管，24.坩埚底拉杆，25.坩埚的底注口，26.环行水套的切断口。
具体实施方式
实施例一的冷坩埚的结构见图4、5、6。坩埚用紫铜制作，它由坩埚壁(01)和坩埚底(02)组装而成。坩埚壁为圆筒形，内径60mm，外径80mm，高度80mm，共16瓣，分4组，每组包含4片坩埚瓣。坩埚壁(01)的冷却通道为单层管路，属于内孔型每片坩埚瓣沿长度方向钻通孔 (04)，用焊接紫铜连接管(01)的方法结合第1片与第2片和第3片与第4片坩埚瓣上端的孔端(09)，结合第2片与第3片坩埚瓣下端的孔端，在第1片和第4片坩埚瓣的下端分别焊接紫铜进水管和回水管(06)，最后，将这两个紫铜管分别焊接到进水水套和回水水套(07) 上，这样，就制作了一组坩埚瓣组的冷却通道。另外三组坩埚瓣组的冷却通道用同样的方法制作。坩埚底(02)为圆锥筒，高度40mm，下端开口 Q5)用于料液的底注。坩埚底分8 瓣，切缝呈辐射状，冷却通道用焊接紫铜螺旋管的办法完成。实施例二的冷坩埚的结构见图7、8、9。坩埚瓣(03)用紫铜圆管制作，利用专门设计的热加工技术将它们加工成截面形状为截尾扇形的管子，再将它们拼装成圆截面的坩埚壁(01)。坩埚壁内径120mm，外径 160mm,分20瓣；该坩埚用于区熔提纯，所以高度很大，达800mm，为了获得满意的冷却效果， 坩埚瓣组只包含1片坩埚瓣(03)。用管子制作的坩埚瓣自然就形成了内孔型的单层通道(04)，在其上、下两端分别焊接回水管和进水管(06)，再分别焊接到位于坩埚上方和下方的水套(07)上。这样，就制成了坩埚壁和它的冷却水路。坩埚底(0 为上表面呈“V形”的圆板，厚度30mm。它平行地分成6瓣，焊接在坩埚底的下表面的紫铜冷却管呈蛇行走向。实施例三的冷坩埚系统的结构见图16、17。圆截面的坩埚壁(01)用16片厚度IOmm的紫铜板组装形成，以4片坩埚瓣(03) 为一组。坩埚壁的内径为150mm，高度为180mm。冷却通道为焊管型将蛇行紫铜管(19)的4个曲折分别焊接到1组坩埚瓣的4片坩埚瓣(03)上，两端伸出坩埚壁的紫铜管分别焊接到进水水套和回水水套(07)上。用同样的方法制作4组坩埚瓣组和它们的冷却通道，再把它们组装成整体坩埚壁(01)。坩埚底(0 也用16片厚度IOmm的紫铜板组装形成，大体呈圆锥形，高度80mm，螺旋状紫铜管焊接在坩埚底的外表面作为冷却通道。实施例四的冷坩埚的结构见图18、19、20。方截面的坩埚壁(01)为由16片厚度IOmm的矩形紫铜板装配形成，以4片坩埚瓣 (03)为一组。坩埚壁内部的截面尺寸是200X200mm，高度300mm。冷却通道为水套型用厚度Imm的紫铜板在每一片坩埚瓣的外表面焊接出一个水套(22)，用密封螺母(16)和密封圈(17)将不锈钢连接管安装到水套的端部，连接相邻坩埚瓣的水套，在4片坩埚瓣中形成蛇行冷却通道。在第一和第四片坩埚瓣的下端分别密封地安装进水管和回水管(06)，再分别接入进水水套和回水水套(07)。用同样方法制作另外3组坩埚瓣组，最后，将4组坩埚瓣组组装成坩埚壁(01)。坩埚底(02)是不分瓣的方截面紫铜腔体，它位于坩埚壁内的下部，装在其下方的拉杆04)可以驱动坩埚底向上或向下移动。拉杆中有循环水通入坩埚底，对坩埚底产生冷却作用。
权利要求1.一种单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，包括分瓣的金属坩埚体，其特征是 在每一坩埚瓣上制作单层的冷却通道；相邻坩埚瓣的冷却通道首尾相接，形成弯曲的蛇形通道，使冷却液能从一个坩埚瓣通入下一个坩埚瓣；以一个或一个以上的坩埚瓣组成包含一个独立通道循环的坩埚瓣组，在一组坩埚瓣组的第一瓣的通道的端头安装进水管，在其最后一瓣的通道的端头安装回水管。
2.根据权利要求1所述的单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，其特征是在每一坩埚瓣中钻冷却通道孔，相邻坩埚瓣的冷却通道孔的结合采用在孔端安装孔端连接管的方式连接，或采用在通孔的端部加工横孔，用横孔连接管连接，或用在冷却通道孔的端部加工沟槽，用盖板封闭的方式连接。
3.根据权利要求1所述的单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，其特征是沿坩埚瓣的长度方向焊接金属管作冷却通道。
4.根据权利要求1所述的单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，其特征是把薄金属板焊接或密封安装在坩埚瓣的外表面形成水套，然后再用水套连接管结合相邻坩埚瓣的水套。
专利摘要本实用新型涉及一种单层冷却管路的真空悬浮熔炼用冷坩埚，包括分瓣的金属坩埚体，其特征是在每一坩埚瓣上制作单层的冷却通道；相邻坩埚瓣的冷却通道首尾相接，形成弯曲的蛇形通道，使冷却液能从一个坩埚瓣通入下一个坩埚瓣；以一个或一个以上的坩埚瓣组成包含一个独立通道循环的坩埚瓣组，在一组坩埚瓣组的第一瓣的通道的端头安装进水管，在其最后一瓣的通道的端头安装回水管。其优点是简化了坩埚结构，降低了坩埚的制作难度，使坩埚的可靠性提高，而且容易清理和修复。
文档编号F27B14/10GK202048784SQ20102069660
公开日2011年11月23日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者李碚 申请人:李碚