CN101603776A - 一种感应熔化冷坩埚 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应熔化冷坩埚，该感应熔化冷坩埚包括有冷却水管中管(1)、底座(5)、进水管道(2)、出水管道(3)和感应线圈(4)，冷却水管中管(1)的下部安装在底座(5)上，进水管道(2)、出水管道(3)分别安装在冷却水管中管(1)的上部，感应线圈(4)缠绕在冷却水管中管(1)的外部。本发明采用分立零件设计思想与底座定位相组合构造出的感应熔化冷坩埚，具有零件加工简单、生产成本低廉，从而降低了对某些稀有金属及合金的熔炼成本，扩大了冷坩埚的应用范围。

Description

一种感应熔化冷坩埚

技术领域

本发明涉及一种真空熔炼设备。更特别地说，是指一种适用于电子束或离子束进行真空熔炼用的感应熔化冷坩埚。

背景技术

冷坩埚是一种被广泛用于熔炼活泼金属、难熔金属、难熔合金或者特种材料的熔炼设备。

申请号200710072714.3中公开了一种连续熔铸与定向结晶的方形冷坩埚。该方形冷坩埚中的冷却水循环系统设计在坩埚体上。

申请号200510010297.0中公开了一种适于连续熔铸定向凝固的矩形冷坩埚系统。

上述公开文献中的冷坩埚仅适用于实验室条件下对物料的熔炼，并且使熔后的物料成为与冷坩埚炉内形状相同的结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于电子束或离子束进行真空熔炼用的感应熔化冷坩埚，该冷坩埚采用分立零件设计思想与基座定位相组合的外形设计，使得冷坩埚的生产成本得以降低。

本发明的一种感应熔化冷坩埚，该感应熔化冷坩埚至少包括有感应线圈、冷却水管中管、底座、进水管道、出水管道；

冷却水管中管包括有外管、内管、外支管和连接盘；外管是一两端有开口的管道，外管的A端安装有连接盘，外管的B端置于底座上的圆形凹腔内；外管的管体上设有通孔，该通孔上安装有外支管；内管是一两端有开口的管道，连接盘安装在内管的管体上，内管的A端与进水管道连接，内管的B端插入外管内后，且通过连接盘实现内管安装在外管的A端上；外支管是用于实现冷却水回流的连通通道；外支管的一端连接在外管上，外支管的另一端连接在出水管道上；

底座的上盘面上沿着定位线设有多个结构相同的圆形凹腔，且定位线过圆心和A切点、B切点，定位线与上盘面的边线是以盘心为圆心的为同心圆；

进水管道上设有一个A接头和多个结构相同的通孔；该通孔用于与冷却水管中管中的多个内管的一端连通，用于实现将进水管道中的冷却水分流至各个内管中；A接头用于通过管道与冷水汇集箱上的C接口连通，实现将冷水汇集箱中的冷却水流入冷坩埚中；

出水管道上设有一个B接头和多个结构相同的通孔，该通孔用于与冷却水管中管中的多个外支管的另一端连通，用于实现将中多个内管中的冷却水收集至出水管道中，进而回流至冷水汇集箱中实现冷却水的循环使用；B接头用于通过管道与冷水汇集箱上的B接头连通，实现将冷坩埚内循环的冷却水回流至冷水汇集箱中。

所述的感应熔化冷坩埚，其外管的A中心通孔的孔径R₁₁₃是内管的B中心通孔的孔径R₁₂₃的1.5～3倍。

所述的感应熔化冷坩埚，其内管的B端端面距外管的B端端面的距离为d＝5mm～30mm。

本发明的感应熔化冷坩埚具有如下优点：

(1)采用分立零件设计思想(模块化、多零件)与基座定位相组合构造出的感应熔化冷坩埚，具有零件加工简单、生产成本低廉，从而降低了对某些稀有金属及合金的熔炼成本，扩大了冷坩埚的应用范围。

(2)在底座5上设计出定位用的圆形凹腔52，该圆形凹腔52一方面起到定位冷却水管中管1的作用(冷却水管中管1中的外管11的外径与圆形凹腔52的内径相配合)，另一方面起到限定本发明冷坩埚的整体尺寸。当本发明冷坩埚的尺寸大时，所需冷却源就大，则圆形凹腔52的尺寸和外管的尺寸也大。

(3)圆形凹腔52的圆心521，以及相邻两个圆形凹腔52的切点同时设计在定位线51上，能够保证冷却水管中管1的外部构形。

(4)冷却水管中管1采用一定比例孔径限制的管中管结构，能够实现大容量材料的熔炼。

(5)在同一冷却水管中管1上同时连接进水管道2和出水管道3，以及在各自的环形管道中进行循环水的汇集，提高了对冷坩埚进行冷却的速度，减少了材料熔炼时间。

(6)本发明的感应熔化冷坩埚能够适用于电子束或离子束进行真空熔炼用。

附图说明

图1是本发明冷坩埚的结构图。

图1A是本发明冷坩埚的另一视角结构图。

图2是本发明冷坩埚中底座的结构图。

图3是本发明冷坩埚中冷却水管中管的结构图。

图3A是本发明冷坩埚中冷却水管中管的另一视角结构图。

图3B是本发明冷坩埚中冷却水管中管的分解图。

图3C是冷却水在本发明冷却水管中管中的流动简示图。

图4是冷却水汇集箱6上多个接口的简示图。

图中：             1.冷却水管中管     11.外管        111.A端       112.B端

113.A中心通孔      114.通孔           12.内管        121.A端       122.B端

123.B中心通孔      13.外支管          14.连接盘      141.C中心通孔

2.进水管道         21.A接头           3.出水管道     31.B接头

4.感应线圈         5.底座             51.定位线      52.圆形凹腔   521.圆心

522.A切点          523.B切点          53.上盘面      531.盘心

6.冷却水汇集箱     61.A接口           62.B接口       63.C接口

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1、图1A所示，本发明的一种适用于电子束或离子束进行真空熔炼用的感应熔化冷坩埚，该冷坩埚包括有多个冷却水管中管1、一个底座5、一个进水管道2、一个出水管道3和感应线圈4。多个冷却水管中管1的下端分别安装在底座5的圆形凹腔中，即多个冷却水管中管1的排布依据了设在底座5上圆形凹腔的布局。

(一)冷却水管中管1

参见图1、图1A、图3、图3A、图3B、图3C所示，冷却水管中管1包括有外管11、内管12、外支管13和连接盘14。在本发明中，采用单个零件组合构成冷却水的循环设计，克服了目前将冷却水循环系统进行整体设计在冷坩埚本体上存在的冷却效果不佳缺陷。同时也使得加工冷却水循环系统的成本得到大幅度的降低。

外管11是一两端有开口的管道，外管11的A端111安装有连接盘14，外管11的B端112置于底座5上的圆形凹腔52内，且通过焊接方式实现外管11与底座5的密封连接。外管11的管体上设有通孔114，该通孔114上安装有外支管13。外管11的A中心通孔113的孔径记为R₁₁₃。

内管12是一两端有开口的管道，连接盘14安装在内管12的管体上(即内管12的B端122穿过连接盘14的C中心通孔141)，内管12的A端121与进水管道2连接，内管12的B端122插入外管11内后，且通过连接盘14实现内管12安装在外管11的A端111上。内管12的B中心通孔123的孔径记为R₁₂₃，则有外管11的A中心通孔113的孔径R₁₁₃是内管12的B中心通孔123的孔径R₁₂₃的1.5～3倍(即R₁₁₃＞R₁₂₃)。在本发明中，通过对R₁₁₃和R₁₂₃的尺寸限定来确定冷却水在冷却水管中管1中的制冷效果，采用小管进水大管出水，保证循环冷却水在外管11内的停留时间。内管12的B端122是插入在外管11的A中心通孔113内的，因此，内管12的B端122的端面与外管11的B端112的端面相距的距离记为d，d＝5mm～30mm，这个距离d能够使经内管12入的循环冷却水在此处形成湍流区。在本发明中，通过对内管12与外管11装配距离的限定，有利于在冷却水汇集箱6中流入的冷却水(该冷却水是有一定压力的，压力大小是根据冷坩埚能够熔炼物料多少来确定的，一般小于一个大气压)在湍流区形成冷却水的加速向上，使冷却水迅速通过内管12和外管11各自的B端，以提高冷却水的流动速度。

外支管13是用于实现冷却水回流的连通通道。外支管13的一端连接在外管11上，外支管13的另一端连接在出水管道3上。外支管13也起到支撑起出水管道3的作用。

(二)底座5

参见图1、图1A、图2所示，底座5可以设计成为一个圆形结构，底座5的上盘面53上沿着定位线51设有多个结构相同(圆形凹腔52的直径)的圆形凹腔52，且定位线51过圆心521和切点，定位线51与上盘面53的边线54是以盘心531为圆心的为同心圆。

冷却水管中管1的外管11的B端112置于圆形凹腔52内，并采用焊接方式使外管11的B端112连接在底座5上。

圆心521是指圆形凹腔52的圆心521。

切点是指相邻两个圆形凹腔52的圆边线相切分别形成的A切点522和B切点523。

在本发明中，A切点522、B切点523和圆心521均设在定位线51上。

在本发明中，圆形凹腔52的设计一方面是为了方便安装冷却水管中管1，另一方面能够根据底座5的形状来设计出整个冷坩埚的外部构形来(如圆形、椭圆形)。因此，本发明采用了简单的机加工技术获得底座5，使得整个冷坩埚的装配与折卸变得更加方便，以至于降低了加工冷坩埚的生产成本。

底座5也可以设计成为一椭圆形结构。

(三)进水管道2

参见图1、图1A、图4所示，进水管道2上设有一个A接头21和多个结构相同的通孔。该通孔用于与冷却水管中管1中的多个内管的一端(A端)连通，用于实现将进水管道2中的冷却水分流至各个内管中。A接头21用于通过管道与冷水汇集箱6上的C接口63连通，实现将冷水汇集箱6中的冷却水流入冷坩埚中。

(四)出水管道3

参见图1、图1A、图4所示，出水管道3上设有一个B接头31和多个结构相同的通孔，该通孔用于与冷却水管中管1中的多个外支管的另一端连通，用于实现将中多个内管中的冷却水收集至出水管道3中，进而回流至冷水汇集箱6中实现冷却水的循环使用。B接头31用于通过管道与冷水汇集箱6上的B接头62连通，实现将冷坩埚内循环的冷却水回流至冷水汇集箱6中。

为了说明冷水汇集箱6与本发明设计的冷坩埚的连接，仅简单示出了冷水汇集箱6上的三个接头，即A接口61、B接口62和C接口63。A接口61用于向冷水汇集箱6中注入(补给)循环水。B接口62用于将经冷坩埚后的水再次回到冷水汇集箱6中。C接口63用于将冷水汇集箱6中的水流入冷坩埚中进行制冷用。B接口62与出水管道3上的B接头31连通。C接口63与进水管道2的A接头21连通。

(五)感应线圈4

参见图1、图1A所示，感应线圈4是为熔炼材料时提供能源的。在冷坩埚熔铸技术领域中，是依靠电磁感应加热熔化材料的，在本发明中，感应线圈4为公知技术不作详细说明。

本发明各零件采用铜材料进行加工，故是一种适用于电子束或离子束进行真空熔炼用的冷坩埚。

Claims (5)

1、一种感应熔化冷坩埚，该感应熔化冷坩埚至少包括有感应线圈(4)，其特征在于：还包括有冷却水管中管(1)、底座(5)、进水管道(2)、出水管道(3)；

冷却水管中管(1)包括有外管(11)、内管(12)、外支管(13)和连接盘(14)；外管(11)是一两端有开口的管道，外管(11)的A端(111)安装有连接盘(14)，外管(11)的B端(112)置于底座(5)上的圆形凹腔(52)内；外管(11)的管体上设有通孔(114)，该通孔(114)上安装有外支管(13)；内管(12)是一两端有开口的管道，连接盘(14)安装在内管(12)的管体上，内管(12)的A端(121)与进水管道(2)连接，内管(12)的B端(122)插入外管(11)内后，且通过连接盘(14)实现内管(12)安装在外管(11)的A端(111)上；外支管(13)是用于实现冷却水回流的连通通道；外支管(13)的一端连接在外管(11)上，外支管(13)的另一端连接在出水管道(3)上；

底座(5)的上盘面(53)上沿着定位线(51)设有多个结构相同的圆形凹腔(52)，且定位线(51)过圆心(521)和A切点(522)、B切点(523)，定位线(51)与上盘面(53)的边线(54)是以盘心(531)为圆心的为同心圆；

进水管道(2)上设有一个A接头(21)和多个结构相同的通孔；该通孔用于与冷却水管中管(1)中的多个内管的一端连通，用于实现将进水管道(2)中的冷却水分流至各个内管中；A接头(21)用于通过管道与冷水汇集箱(6)上的C接口(63)连通，实现将冷水汇集箱(6)中的冷却水流入冷坩埚中；

出水管道(3)上设有一个B接头(31)和多个结构相同的通孔，该通孔用于与冷却水管中管(1)中的多个外支管的另一端连通，用于实现将中多个内管中的冷却水收集至出水管道(3)中，进而回流至冷水汇集箱(6)中实现冷却水的循环使用；B接头(31)用于通过管道与冷水汇集箱(6)上的B接头(62)连通，实现将冷坩埚内循环的冷却水回流至冷水汇集箱(6)中。

2、根据权利要求1所述的感应熔化冷坩埚，其特征在于：外管(11)的A中心通孔(113)的孔径R₁₁₃是内管(12)的B中心通孔(123)的孔径R₁₂₃的1.5～3倍。

3、根据权利要求1所述的感应熔化冷坩埚，其特征在于：内管(12)的B端(122)端面距外管(11)的B端(112)端面的距离为d＝5mm～30mm。

4、根据权利要求1所述的感应熔化冷坩埚，其特征在于：底座(5)为圆形结构。

5、根据权利要求1所述的感应熔化冷坩埚，其特征在于：底座(5)为椭圆形结构。

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