CN201397039Y - 带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空感应熔炼用的冷坩埚，尤其是带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚的结构设计。为了简化感应冷坩埚技术中冷坩埚的结构和制作方法，本实用新型的冷坩埚由由坩埚壁、坩埚底、冷却液通道组成，冷坩埚的坩埚壁和坩埚底由无内孔的金属片材制成的坩埚片拼装组成，坩埚底同坩埚壁可以为分体结构，也可以采用一体化整体结构，冷却通道用焊接在坩埚表面的金属通道构成，冷却液通道通过冷却单元的冷却导管(06)接入冷却总管(08)，冷却液向坩埚供应和从坩埚回流可以不使用水套。

Description

带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚

所属技术领域

本实用新型涉及一种真空感应熔炼用的冷坩埚，尤其是带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚的结构设计。

技术背景

真空感应悬浮熔炼技术是当代最先进的熔炼技术，它不仅排除了熔炼过程中气氛和加热源对炉料的污染，而且完全排除了坩埚材料的污染，所以它可以熔炼对纯度要求特别高的产品，可以熔炼特别活泼材料。悬浮熔炼技术用金属(大多为紫铜)坩埚代替陶瓷材料坩埚，为防止金属坩埚本身被熔化，坩埚必须用水或其它冷却剂冷却，所以，这种技术又称为冷坩埚真空感应熔炼技术(以下简称为“感应冷坩埚技术”)。

感应冷坩埚技术虽然有许多优点，但是它至今还没有得到普遍推广，其原因之一是坩埚的结构复杂，技术难度大，制造费用高。

冷坩埚主要包括坩埚壁(01)和坩埚底(02)两部分，其结构复杂是指坩埚必须分瓣成许多坩埚片(03)，而每一瓣坩埚片又必须接受充分的冷却。以往的冷坩埚，其冷却通道制作在坩埚片的内部，在每一片坩埚片中有一个冷却腔，它由内孔(04)和内管(05)组成，结合进水管和回水管(以下统称“冷却导管”)(04)形成一个独立的冷却通道(图1)。每一片坩埚片的冷却导管都要同水套(07)连接，然后才能通过冷却总管(08)引到炉外。这样，在由10～20片，甚至更多片坩埚片组成的坩埚中，冷却通道就形成了密集、复杂的结构，所以，制造的难度非常大。

困难还来源于坩埚要留出一部分位置不分瓣，如坩埚底或坩埚底的一部分厚度，其目的是为了保持坩埚的整体性。因此，制作坩埚不得不使用大块坯料，坩埚的内腔要从整体坯料中挖出，它造成的材料浪费超过了50％(尚未计入切缝、钻孔等造成的消耗)。此外，在整体坯料上加工大量坩埚瓣和密集焊接，技术难度大，容易出差错，而且一旦在某一局部发生差错就整体报废。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供一种带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，以便简化感应冷坩埚技术中冷坩埚的结构和制作方法，本实用新型所述的冷坩埚由若干无内孔的金属片材组成，冷坩埚由坩埚壁、坩埚底、冷却液通道组成，冷坩埚的坩埚壁和坩埚底由无内孔的金属片材制成的坩埚片拼装组成，坩埚壁上的坩埚片之间的缝隙平行于坩埚的轴线，坩埚底同坩埚壁可以为分体结构，也可以采用一体化整体结构。冷却液通道用焊接在坩埚表面的金属通道构成，可以是焊接在坩埚壁和坩埚底的金属管(16)，也可以是用金属的冷却连接管(20)连通坩埚片上由金属板焊接出的冷却腔(19)而构成。冷却液通道可以分成几个冷却单元，每一单元包括独立的冷却液进口、冷却液出口和冷却管路。冷却液通道所设的冷却单元个数为2～10个。冷却液通道经过每一片坩埚片，然后通过冷却单元的冷却导管(06)接入冷却总管(08)。

本实用新型所述的冷坩埚，坩埚壁具有分瓣结构，它一般由10～20瓣，甚至更多瓣的坩埚片组成，坩埚片由无内孔的金属片(03)制成，形状和结构相同，例如，长边平行于柱面母线的，相同的圆柱面小片、棱柱面小片或矩形板。分瓣的缝隙平行于坩埚的轴线或柱面的母线。

坩埚底也由无内孔的坩埚片(02)组成。坩埚底的坩埚片的片数可以与坩埚壁的坩埚片的片数相等或相近，但是一般都要少于后者。

坩埚底的坩埚片之间的缝隙可以是以坩埚的轴线为中心辐射状走向，可以是相互平行，可以是蛇行走向，也可以按照其它的分布方式。无论采用哪种走向，坩埚片之间的缝隙都要平行于坩埚的轴线。

本实用新型最重要的特点是把坩埚的冷却液通道焊接到坩埚的外壁。它可以是焊接在坩埚壁和坩埚底的金属管(16)，小型坩埚大多采用这种办法；也可以是用金属板在坩埚片上焊接出冷却腔(19)，然后用金属的冷却连接管(20)把这些冷却腔连通起来，这更加适合于大型的坩埚。采用后一种办法时，金属管同冷却腔的连通办法可以是焊接，但是最好是采用机械密封(22、23)。因为在采用机械密封的情况下，坩埚可以被完全拆卸，这有利于对坩埚进行维护、清理和修复。

冷却液通道的走向应能够经过每一片坩埚片，可以是沿着坩埚片长度方向的蛇行走向，可以是与坩埚片的缝隙交叉的蛇行走向，可以是沿着坩埚的外壁围绕坩埚轴线的螺旋走向，还可以是其它走向。本实用新型推荐冷却液通道的走向是：坩埚壁沿着坩埚片长度方向的蛇行走向，坩埚底螺旋走向和蛇行走向。

为了保证坩埚得到充分的冷却，其冷却液通道可以分成几个冷却单元。每一单元包括独立的冷却液进口、冷却液出口和冷却管路。一个坩埚的冷却单元数可以是一个、两个、或者更多。包括坩埚底的冷却单元，本实用新型推荐的冷却总单元数是2～10个，最好是4～6个。

在一般情况下，冷坩埚的冷却液通道的进口和出口要分别连接到进水水套和回水水套(07)上，水套再通过总管(08)接到熔炼炉的外面。也可以不使用水套，直接将冷却单元的冷却导管接入到炉体的冷却总管中。这样设计一方面排除了水套对电磁场的阻挡，排除了水套引起的涡流损失，另一方面使坩埚系统的结构简化、小巧、轻便、容易操作。本实用新型采用不使用水套，直接将冷却单元的冷却导管(06)接入到炉体的冷却总管(08)中的方式。

冷却坩埚的冷却液大多使用水。

本实用新型的有益效果包括：

1)简化坩埚结构，降低制作难度

冷却通道焊接在坩埚外壁，坩埚没有内孔。与冷却通道做在内孔的坩埚相比，结构明显简化。坩埚的制作成为拼接结构简单的相同的金属片和在拼接好的坩埚表面焊接金属管，制作难度非常小。

这种结构的坩埚可以取消水套，这进一步简化了结构，降低了制作难度。

2)减低制造成本

以往制作冷坩埚时，超过50％的材料被浪费了，而按照本实用新型的设计制作坩埚，材料的利用率可以超过90％，甚至接近100％。由于紫铜比较昂贵，所以提高成材率非常重要。加上制作费用的节省，总的制作成本就大幅度降低。

例如，以往制作一个内径150mm的冷坩埚的制作成本约3万元，而按照本实用新型的方法制作坩埚，制作成本可以降低到约3千元。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1，传统冷坩埚的结构示意图；

图2，传统冷坩埚的水路结构示意图；

图3，坩埚的冷却液通道为金属管式的结构示意图；

图4a，坩埚的冷却液通道为金属板式的结构示意图；

图4b，图4a的局部放大图；

图5，坩埚壁(01)同坩埚底(02)呈分体结构的示意图；

图6，坩埚壁(01)同坩埚底(02)呈整体结构的坩埚壁(01)示意图；

图7，坩埚壁(01)同坩埚底(02)呈整体结构的底座示意图；

图8，坩埚壁(01)同坩埚底(02)呈整体结构的冷却通道示意图；

图9，坩埚底内壁为圆锥面的结构示意图；

图10，坩埚底的切缝是按照蛇行走向的结构示意图。

在以上各图中，01.坩埚壁，02.坩埚底，03.坩埚片，04.片内冷却通道，05.内层冷却管，06.导水管(进水管和回水管)，07.水套，08.总水管，09.制作坩埚片的坯料，10.金属装配件，11.坯料上未切缝的环带——片基，12.组装法兰，13.组装罗纹，14.螺钉，15.绝缘垫，16.坩埚片上的冷却管，17.下注口，18.环氧树脂装配件，19.冷却腔，20.冷却连接管，21.拉杆，22.密封座，23.密封螺帽，24.组装套筒，25.档圈。M是片基、装配座和装配件的切断口。

具体实施方式

实施例1：

实施例1的冷坩埚系统的结构见图3和图5。

坩埚圆截面，分12瓣，坩埚壁(01)同坩埚底(02)呈分体结构，坩埚底呈半球形。

在此例中，用紫铜管(09)制作坩埚壁：在铜管的两端焊接法兰，然后把铜管沿母线切12条缝，把管壁切穿，但是保留法兰不切，作为片基(11)。

用厚紫铜板(09)作为制作坩埚底的坯料：利用冲压的办法把铜板冲成坩埚底的形状——中间为半球的球壳，边缘为环状的法兰，然后对半球部分按照以轴线为中心辐射方向切12条缝，把球壳的壁厚切穿，但是保留法兰不切作为片基(11)。

将坩埚壁和坩埚底的法兰(12)各切4条缝M，切缝与管壁和半球的切缝对齐，然后再用金属装配件小片(10)把切缝两侧固定。为了增加坩埚的强度，在坩埚壁的中部也用金属装配件小片(10)结合坩埚片(03)。装配件与法兰之间，与坩埚壁之间都衬有绝缘垫(15)。在坩埚壁与坩埚底准备结合的法兰做出了几个对齐的豁口，为冷却管预备通路。

将坩埚壁(01)扣在坩埚底(02)的上面，用螺钉(14)把它们结合部位的法兰(12)固定。最后，在坩埚壁表面焊接三个沿坩埚片长度方向蛇行走向的紫铜管冷却单元(16)，每个单元经过四片坩埚片；再在坩埚底表面焊接以坩埚轴为轴心螺旋走向的紫铜冷却管(16)。这样，整体坩埚就制作完成了。

实施例2：

实施例2的冷坩埚系统的结构见图6、7和8。

该实施例的冷坩埚的结构基本同实施例1，差别仅在于以下几点：

1)坩埚底(02)同坩埚壁(01)是一体结构，所以制作坩埚片时是包括坩埚壁和坩埚底的整体坩埚的坩埚片(03)；

2)坩埚片是用小片金属板(09)制作的，不是从紫铜管切割的，所以，没有片基；

3)没有中部的组装法兰，坩埚壁的上法兰用环氧树脂环(18)拼接，坩埚底的下注口用金属环(11)拼接。

冷却通道的结构也与实施例相同，由于只有4个冷却单元(包括坩埚底的一个单元)，相应的只有4支进水管和4支回水管，所以没有使用水套，而是把这些冷却导管(06)直接接入冷却总管(08)了。

实施例3：

实施例3的冷坩埚系统的结构见图9。

坩埚圆截面，分16瓣，坩埚壁(01)同坩埚底(02)呈分体结构，坩埚底内壁为圆锥面，下端面是平面。

在此例中，仍然用紫铜管制作坩埚壁：在铜管的上端车出档圈，下端车出台阶，并在台阶的内壁制作出罗纹。然后，把铜管沿母线切16条缝，把管壁切穿，但是保留下端的台阶不切，作为片基。在档圈处用环状的金属装配件拼接坩埚片的自由端，在片基处切出四个切口M，切口与管壁的切缝对齐，用金属装配件小片把切缝两侧固定。在装配件的下面都衬有绝缘垫。

用厚紫铜短棒和短管作为制作坩埚底的坯料：把铜棒的上端面车成圆锥面，下端车成平面。将铜棒插入铜管少许后焊接，在铜管外壁车出罗纹。然后，从上端面向下切出6条平行缝，其中第2、3、4条缝切透，其余的缝不切透。在坩埚底的下端面用金属装配件片把坩埚片拼接成坩埚底，在装配件与坩埚底之间也衬有绝缘垫。

将坩埚底通过罗纹旋入坩埚壁的下端，在坩埚壁表面焊接四个沿坩埚片长度方向蛇行走向的紫铜管冷却单元(16)，每个单元经过四片坩埚片；再在坩埚底表面焊接以蛇行走向的紫铜冷却管(16)。这样，整体坩埚就制作完成了。

实施例4：

实施例4的冷坩埚系统的结构见图10。

该实施例的冷坩埚的结构基本同实施例3，差别仅在于以下几点：

1)在制作坩埚壁的紫铜管下端的台阶的内壁不车罗纹，形成一个套筒结构。制作坩埚壁的坯料只用紫铜棒，不焊接铜管，也不车罗纹。二者切缝、拼接之后，将作为坩埚底的铜棒插入坩埚壁下端作为套筒的台阶中，用螺钉固定；

2)对坩埚底的切缝是按照蛇行走向。

实施例5：

实施例5的冷坩埚系统的结构见图4。

坩埚方截面，坩埚壁分16瓣。坩埚底为分体结构，不分瓣，上、下端面均为平面，由拉锭机构的拉杆支撑，可以移动。

用矩形铜板制作坩埚片(03)，用薄铜板在每片坩埚片的外壁，沿着长度方向焊接出冷却腔(19)。用金属装配件小片(10)固定相邻的坩埚片，以每4片坩埚片为一组，围成正方形截面的坩埚壁。装配件的下面都衬有绝缘垫(15)。

在冷却腔(19)的上、下端面制作密封座(22)，利用密封螺帽(23)把冷却连接管(20)接入冷却腔，从而把各冷却腔串联成蛇行走向的冷却通道。每4片坩埚片的通道具有一组独立的进水管和回水管(06)，成为一个冷却单元。坩埚壁共有四个冷却单元。

坩埚底(02)用正方形的铜板制作，下方是焊接的水套，导水管(06)连接在水套下端面的正中，兼作拉锭机构的拉杆(21)。

Claims (8)

1、带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，由坩埚壁、坩埚底、冷却液通道组成，其特征在于：冷坩埚的坩埚壁和坩埚底由无内孔的金属片材制成的坩埚片拼装组成，坩埚底同坩埚壁可以为分体结构，冷却通道用焊接在坩埚表面的金属通道构成，冷却液通道通过冷却单元的冷却导管(06)接入冷却总管(08)。

2、根据权利要求1所述的带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，其特征在于：坩埚底同坩埚壁也可以采用一体化整体结构。

3、根据权利要求1所述的带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，其特征在于：所述坩埚壁上的坩埚片之间的缝隙平行于坩埚的轴线。

4、根据权利要求1所述的带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，其特征在于：所述坩埚的冷却液通道可以是焊接在坩埚壁和坩埚底的金属管(16)。

5、根据权利要求1所述的带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，其特征在于：所述坩埚的冷却液通道也可以是用金属的冷却连接管(20)连通坩埚片上由金属板焊接出的冷却腔(19)而构成。

6、根据权利要求1所述的带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，其特征在于：冷却液通道可以分成几个冷却单元，每一单元包括独立的冷却液进口、冷却液出口和冷却管路。

7、根据权利要求1或6所述的带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，其特征在于：冷却液通道所设的冷却单元个数为2～10个。

8、根据权利要求1所述的带有焊接冷却管路的真空感应熔炼用冷坩埚，其特征在于：冷却液通道经过每一片坩埚片。

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