本申请涉及冶金设备，并且更具体地涉及一种用于超高纯铜熔铸的真空电阻炉及熔铸方法。

背景技术：

1、高纯金属（如纯度5n及以上的超高纯铜）是半导体溅射靶材、高保真音频线缆、高强高导铜合金等高端领域的关键基础材料。

2、目前高纯金属的熔铸主要采用中频感应真空炉，但在实际生产中普遍存在以下突出问题：1.耐火材料污染：传统中频感应炉的坩埚通常采用含硅的耐火材料（如石英砂、氧化铝等）打结或砌筑。在高真空与1300℃以上的高温条件下，这些氧化物耐火材料会发生分解或蒸发，释放出的氧、硅、铝等杂质元素直接污染金属液，成为限制金属纯度进一步提升的主要瓶颈；2.趋肤效应导致杂质富集：中频感应加热存在固有的趋肤效应，即电流主要集中在导体的表层。这种不均匀的加热方式会将石墨模具或金属锭表层的杂质元素向心部富集，形成深度可达30-50mm的严重杂质偏析层，导致铸锭在后续加工中必须大量切除表皮，材料利用率大幅降低，且铸锭心部的纯净度也难以得到根本保障；3.温度均匀性差：感应加热的趋肤效应还导致坩埚内金属液的温度场分布不均，不利于稳定的定向凝固组织控制，影响铸锭的结晶质量和成分均匀性。

技术实现思路

1、本申请提供了一种用于超高纯铜熔铸的真空电阻炉及熔铸方法，通过构建全石墨热场，并配合定向凝固机构建立轴向温度梯度，实现减少熔铸过程中的二次杂质污染、控制铜液定向凝固及提高超高纯铜铸锭纯度和结晶质量的目的。

2、第一方面，本申请提供了一种用于超高纯铜熔铸的真空电阻炉，包括：炉体；加热机构，设置于所述炉体内，用于通过构建全石墨热场以对铜料进行熔化和精炼；定向凝固机构，设置于所述炉体的下方，用于在所述铜料熔化后建立轴向温度梯度，以使铜液形成轴向定向凝固；真空机构，用于维持所述炉体内部的真空环境。

3、在第一方面的一种可选方案中，所述加热机构包括：高纯石墨容器，用于容纳铜料；石墨电阻加热组件，环绕设置于所述高纯石墨容器的外围，并通过热辐射方式对所述高纯石墨容器进行加热，所述高纯石墨容器和石墨电阻加热组件构成全石墨热场。

4、在第一方面的一种可选方案中，所述石墨电阻加热组件包括多个石墨电阻棒，所述多个石墨电阻棒沿所述高纯石墨容器周向均匀布置。

5、在第一方面的一种可选方案中，所述石墨电阻棒为弧形分段式结构，多个弧形分段式的石墨电阻棒围绕石墨容器拼接形成环形加热结构，使坩埚周向受热均匀。

6、在第一方面的一种可选方案中，所述石墨电阻棒和高纯石墨容器的纯度均不低于99.999%，所述石墨电阻棒和高纯石墨容器的灰分含量均低于5ppm。

7、在第一方面的一种可选方案中，所述定向凝固机构包括：冷却室，设置于所述炉体的下方；隔离阀，设置于所述炉体和冷却室之间，被配置为在高纯石墨容器完成熔炼和精炼后开启，并在定向凝固完成后关闭，以实现炉体与冷却室之间的选择性连通；下拉组件，用于驱动所述高纯石墨容器沿竖直方向穿过所述隔离阀进入所述冷却室，以使所述高纯石墨容器进入所述冷却室内形成的冷却区域。

8、在第一方面的一种可选方案中，所述冷却室内设置有冷却环，所述冷却环沿所述冷却室内壁周向设置，所述冷却环与外部冷却系统连通，所述冷却环用于对进入所述冷却室的高纯石墨容器进行冷却，以形成轴向温度梯度。

9、在第一方面的一种可选方案中，所述下拉组件包括：托盘，用于支撑所述高纯石墨容器；伺服电机；滚珠丝杠传动单元，其一端与所述伺服电机传动连接，另一端与所述托盘连接，在所述伺服电机驱动下带动所述托盘沿竖直方向移动，以驱动所述高纯石墨容器在所述炉体和冷却室内升降。

10、在第一方面的一种可选方案中，所述托盘为水冷托盘，其内设置有冷却流道，所述冷却流道与所述外部冷却系统连通，以对所述高纯石墨容器的底部进行冷却。

11、第二方面，本申请提供了一种使用根据第一方面任一项所述的真空电阻炉制备超高纯铜铸锭的熔铸方法，包括：将铜料装入高纯石墨容器内，将炉体密封，并使用真空机构对所述炉体进行抽真空处理，使所述炉体内部达到预设真空度；使用加热机构对所述铜料进行加热至完全熔化，并进行保温精炼处理，以在高真空环境下脱除铜液中的气体和挥发性杂质；开启隔离阀，使用下拉组件驱动高纯石墨容器以预设速度沿竖直方向移动，使所述高纯石墨容器逐步进入冷却室，通过所述冷却室内形成沿高纯石墨容器轴向分布的温度梯度，使铜液自底部向顶部依次凝固；待定向凝固完成且充分冷却后，从冷却室中取出铸锭，切除铸锭顶部区域，获得高纯铜铸锭。

12、应理解，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

1.一种用于超高纯铜熔铸的真空电阻炉，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的真空电阻炉，其特征在于，所述加热机构包括：

3.根据权利要求2所述的真空电阻炉，其特征在于，所述石墨电阻加热组件包括多个石墨电阻棒，所述多个石墨电阻棒沿所述高纯石墨容器周向均匀布置。

4.根据权利要求3所述的真空电阻炉，其特征在于，所述石墨电阻棒为弧形分段式结构，多个弧形分段式的石墨电阻棒围绕石墨容器拼接形成环形加热结构，使坩埚周向受热均匀。

5.根据权利要求3所述的真空电阻炉，其特征在于，所述石墨电阻棒和高纯石墨容器的纯度均不低于99.999%，所述石墨电阻棒和高纯石墨容器的灰分含量均低于5ppm。

6.根据权利要求1或2所述的真空电阻炉，其特征在于，所述定向凝固机构包括：

7.根据权利要求6所述的真空电阻炉，其特征在于，所述冷却室内设置有冷却环，所述冷却环沿所述冷却室内壁周向设置，所述冷却环与外部冷却系统连通，所述冷却环用于对进入所述冷却室的高纯石墨容器进行冷却，以形成轴向温度梯度。

8.根据权利要求7所述的真空电阻炉，其特征在于，所述下拉组件包括：

9.根据根据权利要求8所述的真空电阻炉，其特征在于，所述托盘为水冷托盘，其内设置有冷却流道，所述冷却流道与所述外部冷却系统连通，以对所述高纯石墨容器的底部进行冷却。

10.一种使用权利要求1-9任一项所述的真空电阻炉制备超高纯铜铸锭的熔铸方法，其特征在于，包括：