CN105890359B - 高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统 - Google Patents

Abstract

本发明属冷坩埚熔炼设备领域，尤其涉及一种高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，包括水冷坩埚瓣（1）、冷坩埚底（2）、铜手指（4）、分水器（5）、基座法兰（6）、回水座（7）及感应器（8）；在水冷坩埚瓣（1）外侧设有感应器（8）；基座法兰（6）内横向设有环状冷却介质腔（601）；在基座法兰（6）中部区域纵向设有回水通道（602）；回水座（7）置于基座法兰（6）下部；分水器（5）包括通水管（501）、回水帽（502）及法兰（503）；通水管（501）纵向插入水冷坩埚瓣（1）的内腔；水冷坩埚瓣（1）的底部经铜手指（4）与分水器（5）固定相接。本发明能量损耗小，可有效防止加热源对炉料污染。

Description

高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统

技术领域

本发明属冷坩埚熔炼设备领域，尤其涉及一种高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统。该系统用于30Kg以下的设备。

背景技术

感应熔炼技术是一种先进的熔炼手段，它去除了熔炼过程中气氛和加热源对炉料的污染。但一般的真空感应熔炼技术不能防止炉料与坩埚之间的反应，尤其在熔炼活泼金属或高纯度金属时，这种影响非常严重。上世纪末出现了一种更为先进的冷坩埚真空感应熔炼技术。它是一种利用水冷坩埚（主要为纯铜，也有用其它合金）来进行真空感应熔炼的方法。此种方法可以完全排除坩埚对炉料的污染。由于炉料温度较高，而冷坩埚内部必须由水冷来维持，所以在坩埚与炉料间形成一层金属凝壳（由炉料金属形成），故此种方法也称感应凝壳熔炼（国外称Induction Skull Melting）。

感应凝壳熔炼虽然可以使高纯活泼金属在真空中熔炼，但其本身由于结构复杂、制造成本高一直没有大面积普及。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种结构简单，生产成本低廉，能量损耗小，可有效防止加热源对炉料污染的高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，它包括水冷坩埚瓣、冷坩埚底、铜手指、分水器、基座法兰、回水座及感应器；所述分水器底部之上设有冷坩埚底；在所述水冷坩埚瓣外侧设有感应器。

所述基座法兰内横向设有环状冷却介质腔；在所述基座法兰中部区域纵向设有回水通道；在所述基座法兰外设有进水口；所述进水口与环状冷却介质腔相通。

所述回水座置于基座法兰下部；在所述回水座外设有回水口；所述回水口与回水座的内腔相通。

所述分水器包括通水管、回水帽及法兰；所述回水帽的端部与分水器的底部固定相接；所述回水帽的顶部设有回水孔；所述回水帽内腔经回水通道与回水座的内腔相通。

所述通水管纵向插入水冷坩埚瓣的内腔；在所述通水管外壁与水冷坩埚瓣的内腔壁之间形成第一冷却介质回流腔；在所述冷坩埚底与回水帽外壁之间形成第二冷却介质回流腔；所述第一冷却介质回流腔与第二冷却介质回流腔相通；所述水冷坩埚瓣的底部经铜手指与分水器固定相接。

作为一种优选方案，本发明在所述感应器下部设有电磁屏蔽环。

进一步地，本发明在所述电磁屏蔽环处设有冷却机构。

进一步地，本发明所述冷却机构包括冷却管、进水管及出水管；所述进水管通过第一密封接头与基座法兰的环状冷却介质腔相通；所述出水管通过第二密封接头与回水座的内腔相通。

进一步地，本发明所述水冷坩埚瓣与冷坩埚底可采用整体锻造结构。

进一步地，本发明所述铜手指的下面设有绝缘垫I。

本发明主要针对30kg(含30kg)以下的小型真空感应凝壳熔炼设备，即有效容积在0.8至8L的小型真空感应凝壳熔炼设备。此类设备主要应用于小型铸件生产或工艺实验用。本发明在保证功能效率的前提下，可大幅度简化系统结构，有效降低生产成本与维护成本。

本发明中的冷坩埚瓣与冷坩埚底均采用无氧铜整体锻件，最大限度保证关键部件的材料性能。

本发明中的水冷结构采用整体式串联方式。冷却水进入熔炼系统后先对冷坩埚进行冷却，再通过冷坩埚瓣内的引水管把水引入冷坩埚底部进行冷却，最后再从熔炼系统中流出。采用这种方式主要有两点优势。

1、根据实验数据，在整体熔炼过程中冷坩埚瓣所吸收的热量最多，远大于冷坩埚底部吸收的热量。这一方面是由于熔体高温时的辐射传热及电磁环境下高驼峰所至；另一方面也是因为冷坩埚底在金属熔化后会形成一层凝壳，此凝壳的传热系数往往比铜要小很多，即形成了一层阻热层。所以本发明采用此种设计。

2、串联水冷可以最大限度地利用高压冷却水的潜在冷却能力，并可有效减少进回水管道的数量，对于与之相关的设备、部件及相关机构的简化大有好处，甚至冷却水路上的高精度流量计均可以相应减少数量。

3、本发明采用电磁屏蔽环机构，可减少能量损耗，增加整体电效率。此机构采用一定厚度的铜环及圆形铜管组成。铜环的厚度要根据感应器工作频率来考虑。至少保证大于1.5倍的透入深度，以保证对上方感应器所产生的发散磁场能够有效吸收，以及机械结构强度要求。但也不可以过于宽厚，因为过于宽厚就会增加电磁屏蔽环机构的发热，反而增加了电能的损耗。铜环外周是通水铜管，主要用于冷却铜环。铜管的冷却水从整体熔炼系统中分流。

附图说明

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明系统的整体结构示意图。

图2为本发明分水器结构示意图。

图3为本发明铜手指部分局部结构示意图。

图4为本发明电磁屏蔽环导引冷却水的一种设计方案示意图。

图中：1、水冷坩埚瓣；2、冷坩埚底；3、绝缘垫I；4、铜手指；5、分水器；501、通水管；502、回水帽；503、法兰；504、第一冷却介质回流腔；505、第二冷却介质回流腔；506、回水孔；6、基座法兰；601、环状冷却介质腔；602、回水通道；603、进水口；7、回水座；701、回水口；8、感应器；9、电磁屏蔽环；901、进水管；902、出水管；903、第一密封接头；904、冷却管；905、第二密封接头。

具体实施方式

如图所示，高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，它包括水冷坩埚瓣1、冷坩埚底2、铜手指4、分水器5、基座法兰6、回水座7及感应器8；所述分水器5底部之上设有冷坩埚底2；在所述水冷坩埚瓣1外侧设有感应器8。

所述基座法兰6内横向设有环状冷却介质腔601；在所述基座法兰6中部区域纵向设有回水通道602；在所述基座法兰6外设有进水口603；所述进水口603与环状冷却介质腔601相通。

所述回水座7置于基座法兰6下部；在所述回水座7外设有回水口701；所述回水口701与回水座7的内腔相通。

所述分水器5包括通水管501、回水帽502及法兰503；所述回水帽502的端部与分水器5的底部固定相接；所述回水帽502的顶部设有回水孔506；所述回水帽502内腔经回水通道602与回水座7的内腔相通。

所述通水管501纵向插入水冷坩埚瓣1的内腔；在所述通水管501外壁与水冷坩埚瓣1的内腔壁之间形成第一冷却介质回流腔504；在所述冷坩埚底2与回水帽502外壁之间形成第二冷却介质回流腔505；所述第一冷却介质回流腔504与第二冷却介质回流腔505相通；所述水冷坩埚瓣1的底部经铜手指4与分水器5固定相接。

本发明在所述感应器8下部设有电磁屏蔽环9。本发明在所述电磁屏蔽环9处设有冷却机构。本发明所述冷却机构包括冷却管904、进水管901及出水管902；所述进水管901通过第一密封接头903与基座法兰6的环状冷却介质腔601相通；所述出水管902通过第二密封接头905与回水座7的内腔相通。本发明所述水冷坩埚瓣1与冷坩埚底2采用整体锻造结构。本发明所述铜手指4的下面设有绝缘垫I3。

本发明冷坩埚瓣与冷坩埚底均采用整体锻件加工，不使用铜焊的方法，可以避免焊接带来的零件内部缺陷。另外，感应凝壳熔炼用冷坩埚系统采用“串联”水冷结构，冷却水进入冷坩埚熔炼系统后，同时对冷坩埚瓣进行整体冷却，再通过内部流道进入冷坩埚底进行冷却。感应凝壳熔炼用冷坩埚系统采用电磁屏蔽环机构，可减少能量损耗，增加整体电效率。

参见图1及图2所示，本发明包括水冷坩埚瓣1、冷坩埚底2、绝缘垫I3、铜手指4、分水器5、基座法兰6、回水座7、感应器8及电磁屏蔽环9。

冷却水从进水口603进入基座法兰6的环状冷却介质腔601，接续通过分水器5中的通水管501进入冷坩埚瓣1，再通过第一冷却介质回流腔504回流至第二冷却介质回流腔505，冷却水再经回水孔506及回水通道602，最后由回水座7将其引导至回水口701，从而完成一次冷却循环。

参见图2所示，本发明分水器由通水管501、回水帽502及法兰503组成，采用焊接结构。通水管501采用优质无磁奥氏体不锈钢管加工而成。

参见图3所示，本发明铜手指4下面有绝缘垫I3，同时在螺钉与铜手指4之间还有另一个绝缘垫II31并且要在铜手指4内孔处（穿螺钉处）进行绝缘处理，保证铜手指3与螺钉以及下面的分水器5之间相互绝缘。

作为电磁屏蔽环导引冷却水的一种设计方案，如图4所示，电磁屏蔽环9处的冷却水可以从冷坩埚熔炼系统的冷却水中分流，这种思路有多种方法可以实现。图4中展示了其中一种方法，其中进水管901通过第一密封接头903将基座法兰6中的冷却水分流一小部分供电磁屏蔽环9冷却使用，经电磁屏蔽环9处的冷却管904循环后的冷却水通过第二密封接头904流回回水座7，并入总回水管。

本发明除应用30Kg以下的设备外，还可应用在小型冷坩埚底铸设备、小型冷坩埚定向凝固等衍生设备上。

本发明中的冷坩埚熔炼系统采用电磁屏蔽环机构，对感应器发散的交变电磁场进行有效收磁处理，既可以防止高频电磁场对其它零部件产生感应涡流发热，又可以减少电磁场损耗带来的能量损失，该屏蔽环机构亦采用水冷结构。

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，其特征在于，包括水冷坩埚瓣（1）、冷坩埚底（2）、铜手指（4）、分水器（5）、基座法兰（6）、回水座（7）及感应器（8）；所述分水器（5）底部之上设有冷坩埚底（2）；在所述水冷坩埚瓣（1）外侧设有感应器（8）；

所述基座法兰（6）内横向设有环状冷却介质腔（601）；在所述基座法兰（6）中部区域纵向设有回水通道（602）；在所述基座法兰（6）外设有进水口（603）；所述进水口（603）与环状冷却介质腔（601）相通；

所述回水座（7）置于基座法兰（6）下部；在所述回水座（7）外设有回水口（701）；所述回水口（701）与回水座（7）的内腔相通；

所述分水器（5）包括通水管（501）、回水帽（502）及法兰（503）；所述回水帽（502）的端部与分水器（5）的底部固定相接；所述回水帽（502）的顶部设有回水孔（506）；所述回水帽（502）内腔经回水通道（602）与回水座（7）的内腔相通；

所述通水管（501）纵向插入水冷坩埚瓣（1）的内腔；在所述通水管（501）外壁与水冷坩埚瓣（1）的内腔壁之间形成第一冷却介质回流腔（504）；在所述冷坩埚底（2）与回水帽（502）外壁之间形成第二冷却介质回流腔（505）；所述第一冷却介质回流腔（504）与第二冷却介质回流腔（505）相通；所述水冷坩埚瓣（1）的底部经铜手指（4）与分水器（5）固定相接。

2.根据权利要求1所述的高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，其特征在于：在所述感应器（8）下部设有电磁屏蔽环（9）。

3.根据权利要求2所述的高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，其特征在于：在所述电磁屏蔽环（9）处设有冷却机构。

4.根据权利要求3所述的高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，其特征在于：所述冷却机构包括冷却管（904）、进水管（901）及出水管（902）；所述进水管（901）通过第一密封接头（903）与基座法兰（6）的环状冷却介质腔（601）相通；所述出水管（902）通过第二密封接头（905）与回水座（7）的内腔相通。

5.根据权利要求4所述的高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，其特征在于：所述水冷坩埚瓣（1）与冷坩埚底（2）采用整体锻造结构。

6.根据权利要求5所述的高熔点活性金属粉末制备用感应熔炼冷坩埚系统，其特征在于：所述铜手指（4）的下面设有绝缘垫I（3）。