一种不易开裂的坩埚及其快速装配方法与流程

本发明涉及到一种熔炼稀贵金属材料的设备及其快速装配方法，具体涉及一种不易开裂的坩埚以及该坩埚的快速装配方法。

背景技术：

坩埚是熔化和精炼金属液体以及固液加热、反应的容器，是保证化学反应顺利进行的基础。坩埚广泛应用于化工、冶金、材料及实验室等有熔化和精炼金属或其合金需求的地方，目前常用的坩埚主要有铸铁坩埚、石墨坩埚、金属坩埚及各种陶瓷坩埚。

在贵金属材料制备领域，对金、银及其合金的熔通常采用石墨坩埚，而对铂族贵金属及其合金的熔铸则采用氧化铝、氧化锆、氧化镁或氧化钙坩埚。在感应熔炼过程中，金属或合金熔体与坩埚相接触，坩埚直接被强烈的电磁搅拌的高温熔体冲刷、侵蚀，而且间歇冶炼或多次使用坩埚产生的频繁的升温降温过程，使坩埚极易出现裂纹、脱落、穿透等现象，使得坩埚的使用寿命非常有限。

目前，铂族等贵金属行业熔炼用的坩埚存在以下弊端：

(1)、若贵金属熔炼量大，坩埚多次频繁使用，极易报废；且坩埚报废后拆除在其上浇注的感应线圈时极易损坏线圈，对感应线圈造成了极大的浪费；

(2)、坩埚与线圈之间主要靠填筑浇注料的方式连接，在浇筑线圈、浇筑完毕的烘烤、以及坩埚寿命到期后线圈的拆除等都需耗费大量的人力物力，浪费时间和人力资源；

(3)、由于浇注料需拌水玻璃一同填筑在感应线圈与坩埚壁之间，待烘干后此层浇筑料与坩埚外壁粘结非常致密，在线圈升降温过程中，不利于坩埚形变的释放，导致其坩埚易开裂，降低坩埚使用寿命。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种节约感应加热线圈数量且不易开裂的坩埚及该坩埚的快速装配方法，提高坩埚的使用寿命，节省装配时间。

本发明通过以下技术方案实现：

一种不易开裂的坩埚，包括外层辅助坩埚、嵌套于所述外层辅助坩埚内部的内层熔炼坩埚、填充于所述内层熔炼坩埚和所述外层辅助坩埚之间的颗粒状的填充料，和包裹在所述外层辅助坩埚外部的感应线圈；所述内层熔炼坩埚和所述外层辅助坩埚均包括侧壁和底部；所述不易开裂的坩埚还包括用于托起所述外层辅助坩埚的底部的耐高温的石棉托板，所述外层辅助坩埚的底部为与所述石棉托板均匀接触的平底；所述内层熔炼坩埚、所述外层辅助坩埚和所述感应线圈的中心线相重合；所述内层熔炼坩埚、所述外层辅助坩埚及所述填充料为同种材质。

作为优选，所述内层熔炼坩埚的底部为带锥度的圆弧底，所述圆弧底的最低点与所述外层辅助坩埚的平底之间的距离为10mm-15mm。

作为优选，所述感应线圈为与所述外层辅助坩埚尺寸相匹配的水冷式通水铜管线圈，所述感应线圈通过螺钉固定在玻璃钢架上；所述玻璃钢架由至少3根绕所述感应线圈的中心线中心对称排列的l型玻璃钢条围合而成；所述l型玻璃钢条的拐角处在外，一端平行于所述感应线圈的中心线、另一端垂直并朝向所述感应线圈的中心线布置；所述石棉托板置于所述l型玻璃钢条围成的玻璃钢架的内部的底面上。

作为优选，所述内层熔炼坩埚的外侧壁的半径比所述外层辅助坩埚的内侧壁的半径小5mm-10mm。

作为优选，所述内层熔炼坩埚侧壁的顶部比所述外层辅助坩埚侧壁的顶部高4-8mm。

作为优选，所述填充料的颗粒粒度为8-100目。

作为优选，所述填充料顶部距离所述内层熔炼坩埚的侧壁的顶部30mm-50mm。

作为优选，在所述填充料上方的所述内层熔炼坩埚的外侧壁和所述外层辅助坩埚的内侧壁之间的空隙，均匀铺设有耐高温的压实辅料；且所述压实辅料填充至所述内层熔炼坩埚的侧壁的顶部与所述外层辅助坩埚的侧壁的顶部之间的最小连接面。

作为优选，所述压实辅料为耐高温的石棉毛料或耐高温的石棉绳索。

作为优选，所述内层熔炼坩埚和所述外层辅助坩埚为添加有稳定剂的氧化锆坩埚、或氧化铝坩埚、或氧化镁坩埚、或氧化钙坩埚。

作为优选，所述稳定剂为氧化镁或氧化钙或其他稀土氧化物。

作为优选，所述内层熔炼坩埚和所述外层辅助坩埚为添加有氧化钙稳定剂的氧化锆坩埚。

作为优选，所述l型玻璃钢条的顶部设有快速拆装卡扣，所述外层辅助坩埚侧壁的顶部设有卡扣槽。

一种快速装配权利要求上述的不易开裂的坩埚的方法，包括以下步骤：

步骤一，安装前的准备阶段；首先检查感应线圈是否有破损等，并对任何松动、稀薄或缺失的灌浆处进行修补；根据所熔炼的稀贵金属的种类、熔化温度、熔炼量等因素选择相应材质和大小的内层熔炼坩埚、外层辅助坩埚及感应线圈，选择与所述内层熔炼坩埚、外层辅助坩埚同种材质且粒度符合要求的填充料；

步骤二，将所述外层辅助坩埚放置于石棉托板上，在所述外层辅助坩埚的底部放置足够的填充料，将所述内层熔炼坩埚放置于所述外层辅助坩埚内，所述内层熔炼坩埚的中心线与所述外层辅助坩埚的中心线无限重合；旋钮所述内层熔炼坩埚并沿其中心线向下施加压力使其稳固至指定位置处；

步骤三，继续向所述内层熔炼坩埚与所述外层辅助坩埚之间的空隙添加填充料，并同时使用气动压实工具或手持振动器辅助压紧填充料至指定位置处；

步骤四，压紧填充料后，使用耐高温的压实辅料压满所述内层熔炼坩埚与所述外层辅助坩埚之间的剩余空隙，使所述压实辅料的顶部连接至所述内层熔炼坩埚侧壁的顶部于所述外层辅助坩埚侧壁的顶部之间的最小连接面；并使用压缩空气清理所述内层熔炼坩埚的内部和所述压实辅料及其附近的区域；

步骤五，将石棉托板连同置于其上的外层辅助坩埚等放置于固定有感应线圈的玻璃钢架的内部，并固定。

本发明相对于现有技术优势在于：

1、本发明所述的不易开裂的坩埚，其内层熔炼坩埚、外层辅助坩埚及填充料为同种材质，以保证不易开裂的坩埚在升降温过程中，外层辅助坩埚、内层熔炼坩埚和填充料的膨胀和收缩一致；而且由于不同材质坩埚在升降温曲线不一致，同种材质也能保证外层辅助坩埚、内层熔炼坩埚和填充料的升降温速率的一致性，从而延长坩埚的使用寿命，节省感应加热线圈数量。

2、本发明所述的不易开裂的坩埚，可有效避免金属在熔炼过程中，由于过热或操作不当造成“穿埚”现象导致的熔体渗入感应加热炉内，造成设备损坏和贵金属材料污染、损失等问题。

3、本发明所述的不易开裂的坩埚，无需浇注线圈，故而无需通风晾干，装配简单，要用时可直接快速安装在感应加热炉上，能实现快速装配及拆卸，提高生产效率，方便更换为感应线圈更换坩埚，也方便更换易变薄或穿透的内层熔炼坩埚。

4、本发明所述的不易开裂的坩埚，内层熔炼坩埚底部为圆弧底型，以便能快速倾倒浇铸熔体，且能将坩埚底部的熔体彻底倾倒，减少金属残留在坩埚底部，提高熔体利用率。

5、本发明所述的一种快速装配不易开裂的坩埚的方法，使用户在方便的时间和地点对坩埚进行预先安装，消除宝贵的熔炉停机时间；且由于无需浇筑线圈等，不需要额外的通风保存时间；与单层坩埚相比，节约感应加热线圈数量，节省时间，坩埚的使用寿命也大大增加。

附图说明

图1是本发明的一种不易开裂的坩埚一种实施例的俯视图；

图2是本发明一种不易开裂的坩埚一种实施例的a-a剖视图；

图3是本发明一种不易开裂的坩埚一种实施例的b-b剖视图。

图中各标号列示如下：

1—外层辅助坩埚；2—内层熔炼坩埚；3—填充料；4—感应线圈；5—石棉托板；6—玻璃钢架，61-l型玻璃钢条；7—压实辅料；8—快速拆装卡扣。

具体实施方式

实施例1

一种不易开裂的坩埚，包括外层辅助坩埚1、嵌套于所述外层辅助坩埚1内部的内层熔炼坩埚2、填充于所述内层熔炼坩埚2和所述外层辅助坩埚1之间的颗粒状的填充料3，和包裹在所述外层辅助坩埚1外部的感应线圈4；这里说的包裹包括感应线圈4紧密贴合所述外层辅助坩埚1的外侧壁或间隔有一定距离包覆所述外层辅助坩埚1的外侧壁，所述内层熔炼坩埚2和所述外层辅助坩埚1均包括侧壁和底部；所述内层熔炼坩埚2的中心线、所述外层辅助坩埚1的中心线与所述感应线圈4的中心线相互重合；；所述不易开裂的坩埚还包括用于托起所述外层辅助坩埚1的底部的耐高温的石棉托板5，所述外层辅助坩埚1的底部为与石棉托板5均匀接触的平底，以增加所述外层辅助坩埚1的底部与石棉托板5的接触面积，保证所述外层辅助坩埚1的底部受力均匀；所述内层熔炼坩埚2和所述外层辅助坩埚1之间设有颗粒状的填充料3，所述内层熔炼坩埚2、外层辅助坩埚1及填充料3为同种材质，以保证不易开裂的坩埚在升降温过程中，外层辅助坩埚1、内层熔炼坩埚2和填充料3的膨胀和收缩一致；而且由于同种材质的坩埚其升降温曲线一致，进而保证外层辅助坩埚1、内层熔炼坩埚2和填充料3的升降温速率的一致性，从而延长坩埚的使用寿命。

作为优选的方案，所述内层熔炼坩埚2的底部为带锥度的圆弧底，以便能快速倾倒所浇铸的熔体，且能将所述内层熔炼坩埚2底部的熔体彻底倾倒，减少金属或其合金残留在所述内层熔炼坩埚2底部，提高熔融金属的利用率；且圆弧底能够增强结构预应力，更适宜承受热膨胀时的侧壁外扩与溶液向下的静压力联合作用的“撕裂作用”。优选地，所述圆弧底的最低点与所述外层辅助坩埚1的平底的内侧之间的距离为10mm。

作为优选的方案，所述感应线圈4为与所述外层辅助坩埚1尺寸相匹配的水冷式通水铜管线圈，所述感应线圈4通过螺钉固定在玻璃钢架6上；所述玻璃钢架6由至少3根绕所述感应线圈的中心线中心对称排列的l型玻璃钢条61围合而成；所述l型玻璃钢条61的拐角处在外，一端平行于所述感应线圈4的中心线、另一端垂直并朝向所述感应线圈4的中心线；所述石棉托板5置于所述l型玻璃钢条61围成的玻璃钢架6的内部的底面上。

优选地，所述内层熔炼坩埚2的外侧壁半径比所述外层辅助坩埚1的内侧壁的半径小5mm。

优选地，所述内层熔炼坩埚2侧壁的顶部比所述外层辅助坩埚1侧壁的顶部高4mm。内层熔炼坩埚高2、而外层辅助坩埚1低，以便内层熔炼坩埚2内的熔体顺畅的浇铸。

优选地，所述填充料3顶部距离所述内层熔炼坩埚2侧壁的顶部30mm。此时，在所述填充料3上方的所述内层熔炼坩埚2和所述外层辅助坩埚1之间存在一定的空隙，通过利用耐高温的压实辅料7将该空隙塞满，且所述压实辅料7填充至所述内层熔炼坩埚2的侧壁的顶部与所述外层辅助坩埚1的侧壁的顶部之间的最小连接面；所述连接面的形状以便于倾倒为准。

作为优选，所述填充料3的颗粒粒度为8-100目。

作为优选，所述压实辅料7为耐高温石棉毛料或耐高温石棉绳索。

作为优选，所述感应线圈4为方形或圆形的水冷式通水铜管线圈。

作为优选，当需要熔炼的金属为铂族金属或铂族金属及合金时，所述内层熔炼坩埚2为氧化铝坩埚或氧化锆坩埚或氧化镁坩埚或氧化钙坩埚，相应的外层辅助坩埚1及填充料3选择与之对应的材质。

作为优选，当要熔炼的金属为铂族金属或铂族金属及合金时，若选择氧化锆坩埚作为其内层熔炼坩埚2及外层辅助坩埚1，则需要在所述氧化锆坩埚中添加氧化钙稳定剂。以使所述氧化锆坩埚在升温降温过程中，产生稳定晶型转变，防止所述不易开裂的坩埚产生裂纹。

作为优选，所述感应线圈4的外部通过螺钉固定在玻璃钢架6上，所述玻璃钢架6包括3根互成120度排列的l型玻璃钢条61，所述l型玻璃钢条61为玻璃纤维增强塑料。

作为优选，所述l型玻璃钢条61的顶部设有快速拆装卡扣8，在所述外层辅助坩埚1侧壁的顶部的相应位置设有卡扣槽，所述玻璃钢架6通过快速拆装卡扣8扣合在所述外层辅助坩埚1的侧壁的顶部，形成一个整体。

实施例2

一种快速装配上述的不易开裂的坩埚的方法，包括以下步骤：

步骤一，安装前的准备阶段；首先检查感应线圈4是否有破损等，并对任何松动、稀薄或缺失的灌浆处进行修补；根据所熔炼的稀贵金属的种类、熔化温度、熔炼量等因素选择相应材质和大小的内层熔炼坩埚2、外层辅助坩埚1及感应线圈4，选择与所述内层熔炼坩埚2、外层辅助坩埚1同种材质且粒度符合要求的填充料3；

步骤二，将所述外层辅助坩埚1放置于石棉托板5上，在所述外层辅助坩埚2的底部放置足够的填充料3，将所述内层熔炼坩埚2放置于所述外层辅助坩埚1内，所述内层熔炼坩埚2的中心线与所述外层辅助坩埚1的中心线无限重合；旋钮所述内层熔炼坩埚2并沿其中心线向下施加压力使其稳固至指定位置处；

步骤三，继续向所述内层熔炼坩埚2与所述外层辅助坩埚1之间的空隙添加填充料3，并同时使用气动压实工具或手持振动器辅助压紧填充料3至指定位置处；

步骤四，压紧填充料3后，使用耐高温的压实辅料7压满所述内层熔炼坩埚2与所述外层辅助坩埚1之间的剩余空隙，使所述压实辅料7的顶部连接至所述内层熔炼坩埚2侧壁的顶部与所述外层辅助坩埚1侧壁的顶部之间的最小连接面；并使用压缩空气清理所述内层熔炼坩埚2的内部和所述压实辅料7及其附近的区域；

步骤五，将石棉托板5连同置于其上的外层辅助坩埚1等放置于固定有感应线圈4的玻璃钢架6的内部，并固定。

本发明所述的一种快速装配不易开裂的坩埚的方法，使用户在方便的时间和地点对所述不易开裂的坩埚进行预先安装，消除宝贵的熔炉停机时间；且由于无需浇筑线圈等，不需要额外的通风保存时间，只是预装好的所述不易开裂的坩埚不要放置在潮湿的地方即可；与单层坩埚相比，节约感应加热线圈数量，节省时间，所述不易开裂的坩埚的使用寿命也大大增加。

实施例3

一种快速装配上述的不易开裂的坩埚的方法，包括以下步骤：

步骤一，根据所熔炼的铂族金属或铂族金属及合金的种类、熔化温度、熔炼量等因素选择相应材质(氧化铝、氧化锆、氧化镁或氧化钙坩埚)和大小的内层熔炼坩埚2、外层辅助坩埚1及感应线圈3，选择与所述内层熔炼坩埚2、外层辅助坩埚1同种材质的颗粒状填充料3；所选填充料3的粒度为8-100目；所选内层熔炼坩埚2的底部为圆弧底型，以便能快速倾倒浇铸熔体，且能将内层熔炼坩埚2底部的熔体彻底倾倒，减少金属残留内层熔炼坩埚2底部，提高其利用率；所选择的外层辅助坩埚1底部为平底型，以增加外层辅助坩埚1底部与石棉托板5的接触面积，保证外层辅助坩埚1底部受力均匀；所选感应线圈4为中空的方形或圆形铜管，感应加热时通以冷却循环水，也就是水冷式通水铜管线圈；检查感应线圈4是否有破损等，并对任何松动、稀薄或缺失的灌浆处进行修补；

步骤二，将所述外层辅助坩埚1放置于石棉托板5上，在所述外层辅助坩埚1的底部放置足够的填充料，一般放置20mm～40mm，将所述内层熔炼坩埚2放置于所述外层辅助坩埚1内，所述内层熔炼坩埚2的中心线与所述外层辅助坩埚1的中心线无限重合；旋钮所述内层熔炼坩埚2并沿其中心线向下施加压力使其稳固至指定位置处；此时的内层熔炼坩埚2的底部外侧的圆弧最低点处与外层辅助坩埚1的内壁之间的距离保持在10mm，所述内层熔炼坩埚2的外侧壁与所述外层辅助坩埚1的内侧壁之间的距离为5mm；此时，所述内层熔炼坩埚2侧壁的顶部比所述外层辅助坩埚1侧壁的顶部高4mm；内层熔炼坩埚2高、而外层辅助坩埚1低，以便内层熔炼坩埚2内的熔体顺畅浇铸；

步骤三，继续向所述内层熔炼坩埚2与所述外层辅助坩埚1之间的空隙添加填充料3，并同时使用气动压实工具或手持振动器辅助压紧填充料3至指定位置处；此时，所述内层熔炼坩埚2的顶端往下需30mm的距离没有填充料3；

步骤四，压紧填充料3后，使用耐高温的压实辅料7压满所述内层熔炼坩埚2与所述外层辅助坩埚1之间的剩余空隙使所述压实辅料7的顶部连接至所述内层熔炼坩埚2侧壁的顶部与所述外层辅助坩埚1侧壁的顶部之间的最小连接面；并使用压缩空气清理所述内层熔炼坩埚2的内部和所述压实辅料7及其附近的区域；

步骤五，将感应线圈4固定于玻璃钢架6，将石棉托板5连同置于其上的外层辅助坩埚1等放置于固定有感应线圈4的玻璃钢架6内。

作为优选的方案，上述步骤五可以替换为，将与所述外层辅助坩埚1相匹配的感应线圈4固定在3根互成120度排列的l型玻璃钢条61组成的玻璃钢架6上，所述l型玻璃钢条61的拐角处在外，一端平行于所述感应线圈4的中心线、另一端垂直并朝向所述感应线圈4的中心线布置；所述石棉托板5置于所述l型玻璃钢条61围成的玻璃钢架6的内部的底面上，并用设于所述l型玻璃钢条61顶部的快速拆装卡扣8将所述l型玻璃钢条61卡扣在位于所述外层辅助坩埚1的顶部的卡扣槽内。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。