CN203857806U - 钛及钛合金的熔炼复合坩埚 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种钛及钛合金的熔炼复合坩埚，至少由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有能装盛钛熔体和钛合金熔体的敞口型结构，坩埚外壳具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构，坩埚内衬至少由一层烧结砖堆砌而成，位于同一杯型结构层内部的任意相邻的烧结砖之间皆通过其凹部和凸部的组合安装连接，组成烧结砖之间凹凸配合的定位结构，使同一杯型结构层内的烧结砖连成一体。本实用新型坩埚能进行分层组装，其工作层和非工作层由不同材质组成，工作层的材质与钛不发生反应，不粘埚，能够满足工业化、大容积、低成本、易维修、寿命长的要求，结构合理，并且制备工艺成熟、维修方便。所熔合金浇注后成分均匀，合金性能稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种金属熔化专用器皿，特别是涉及一种熔炼金属的坩埚，应用于金属熔炼装置技术领域。
背景技术
钛合金具有比强度高、密度小、耐腐蚀等一系列优良特性，广泛应用于现代工业中，例如生物科学、医学工程、航空航天工业、能源、海洋、军事工业等领域。但由于钛的熔点和化学性质非常活泼，熔炼时，液态钛几乎能与所有坩埚用的耐火材料如氧化锆、氧化镁、氧化硅和氧化铝均发生反应，因此，导致其熔炼不能采取常规的耐火材料制造的坩埚进行真空感应熔炼。目前工业上钛及钛合金熔炼常采用真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼和水冷铜坩埚冷却。真空电弧凝壳炉熔炼时先在铜壁上凝固一薄层“凝壳”，起到保护钛液不被坩埚材料污染和隔热作用，以便在坩埚内形成一个熔池。由于水冷铜坩埚冷却很快和形成凝壳使钛液温度场不均匀，加上钛合金在液态保持时间短，使得浇注后钛合金铸件成分不均匀。且水冷铜坩埚带走大量的热。真空电弧凝壳炉熔炼与真空感应炉熔炼相比能耗大，熔炼钛合金耗电为40~60kw/kg。在中国专利201110350464.1中发明人公开了一种钛及钛合金熔炼坩埚材料及由该材料制成坩埚的制造方法，采用氧化钡和氧化锆及适量的助熔剂为原料，通过冷等静压压制成坩埚毛坯，在一定的烧结工序熔炼坩埚成品，并在实验室规模应用上取得了良好的效果，具有高温下与钛不发生反应，不与合金粘黏；能耗低、熔炼浇注后的合金成分均匀，性能稳定的优点。但上述专利公开的技术，由于采用上述材料经冷等静压制坯后烧结成形的制造整体坩埚的技术方案，无法满足工业化生产的要求，因为工业化的生产所需的坩埚体积大，采用专利201110350464.1的技术难以生产制造。其原因在于：1. 工业化生产使用坩埚体积大，一般以吨位单位，该坩埚整体制造时所需的冷等静压、烧结设备要求价格贵，设备要特别制造；2. 整体制造的该坩埚价格太贵，一旦损坏无法修复，必须整体更换，经济成本不合算；3. 整体制造的该坩埚制造和使用过程中易产生裂纹。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服了现有技术的不足，提供一种钛及钛合金的熔炼复合坩埚能进行分层组装，其工作层和非工作层由不同的材质组成，工作层的材质与钛不发生反应，不粘埚，能够满足工业化、大容积、低成本、易维修、寿命长的要求，结构合理，并且制备工艺成熟、维修方便。所熔合金浇注后成分均匀，合金性能稳定。
为达到上述发明创造目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种钛及钛合金的熔炼复合坩埚，至少由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有能装盛钛熔体和钛合金熔体的敞口型结构，坩埚外壳具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构。
作为一种本实用新型优选的技术方案，钛及钛合金的熔炼坩埚由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有与坩埚外壳形状相匹配的结构，使坩埚外壳的内表面贴合坩埚内衬外表面，并使坩埚外壳直接接触支撑坩埚内衬。
作为另一种本实用新型优选的技术方案，钛及钛合金的熔炼坩埚由坩埚外壳、保温层和坩埚内衬组合而成，保温层设置于坩埚外壳和坩埚内衬之间，保温层由耐火材料制成，保温夹层的外表面形状与坩埚外壳的内表面形状相匹配，保温夹层的内表面形状与坩埚内衬的外表面形状相匹配。
上述坩埚内衬优选整体烧结而成。
上述坩埚内衬优选制成杯型结构衬套，杯型结构衬套至少由一层杯型结构层组成，一层杯型结构层由一层烧结砖堆砌而成，位于同一杯型结构层内部的任意相邻的烧结砖之间皆通过其凹部和凸部的组合安装连接，组成烧结砖之间凹凸配合的定位结构，使组成杯型结构衬套的同一杯型结构层内的烧结砖连成一体。
上述杯型结构衬套优选由两层以上杯型结构层构成。
进一步优选相邻杯型结构层之间的烧结砖之间也通过其凹部和凸部的组合安装连接，相邻杯型结构层的烧结砖之间凹凸配合的定位结构，从而使杯型结构衬套的相邻杯型结构层间实现连接形成完整的坩埚内衬。
进一步优选相邻杯型结构层之间的对应的烧结砖之间为平滑面接触，组成杯型结构衬套中相邻杯型结构层表面之间实现力学承载支撑，在杯型结构衬套的任意一层杯型结构层内，通过各烧结砖之间通过凹凸配合进行安装定位和挤压定型，形成杯型结构衬套的单层小套。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：
1．本实用新型复合坩埚容积大、成本低、寿命长，并且制备工艺成熟、维修方便；
2. 采用本实用新型复合坩埚安装于真空感应熔炼炉中熔炼钛合金，坩埚内衬在高温下不与钛发生反应，不与金属粘黏，熔池流动性好，熔炼浇注后的合金成分均匀，性能稳定，有效提高了钛合金的品质；
3．本实用新型复合坩埚采用烧结砖堆砌组合安装连接，易于更换维护，抗热振动性能好，不存在整体制造坩埚在使用过程中易长生裂纹的缺陷。
附图说明
图1是本实用新型实施例一钛及钛合金的熔炼复合坩埚的结构示意图。
图2是本实用新型实施例二钛及钛合金的熔炼复合坩埚的结构示意图。
图3是沿图2中A-A线的剖面图。
图4是本实用新型实施例二的烧结砖的结构示意图。
图5是本实用新型实施例二的烧结砖的堆砌方法原理图。
图6是本实用新型实施例三钛及钛合金的熔炼复合坩埚的结构示意图。
图7是本实用新型实施例四钛及钛合金的熔炼复合坩埚的结构示意图。
图8是本实用新型实施例五钛及钛合金的熔炼复合坩埚的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种钛及钛合金的熔炼复合坩埚，由坩埚外壳1和坩埚内衬2组合而成，坩埚内衬2整体烧结而成，坩埚内衬2具有能装盛钛熔体和钛合金熔体的敞口型结构，坩埚内衬2的形状与坩埚外壳1形状相匹配，坩埚外壳1具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构，使坩埚外壳1的内表面贴合坩埚内衬2外表面，并使坩埚外壳1直接接触支撑坩埚内衬2。本实施例钛及钛合金的熔炼复合坩埚采用整体烧结方法制造坩埚内衬2，坩埚内衬2可更换维护，不需要更换整个坩埚。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图2～图5，坩埚内衬为杯型结构衬套，杯型结构衬套由单层杯型结构层组成，单层杯型结构层由一层烧结砖堆砌而成，位于同一杯型结构层内部的任意相邻的烧结砖之间皆通过其凹部和凸部的组合安装连接，组成烧结砖之间凹凸配合的定位结构，使组成杯型结构衬套的同一杯型结构层内的烧结砖连成一体。本实施例的烧结砖之间卡紧连接，使坩埚内衬2形成单层衬套，能阻隔金属熔体从烧结砖之间的缝隙浸入。本实施例复合坩埚能进行分层组装，结构合理，维护方便。
实施例三：
本实施例与实施例二基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图6，杯型结构衬套由双层杯型结构层组成，即由双层烧结砖堆砌而成。两个杯型结构层之间的烧结砖之间也通过其凹部和凸部的组合安装连接，两个杯型结构层的烧结砖之间凹凸配合的定位结构，从而使杯型结构衬套的两个杯型结构层间实现连接形成完整的坩埚内衬2。本实施例坩埚内衬2用双层烧结砖堆砌而成，烧结砖之间卡紧连接，使坩埚内衬2形成两层衬套组合体，可以更有效吸收金属熔体的热振动，并有效地阻隔金属熔体从烧结砖之间的缝隙浸入。
实施例四：
本实施例与实施例三基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图7，杯型结构衬套由三层杯型结构层组成，即由三层烧结砖堆砌而成。本实施例坩埚内衬2用三层烧结砖堆砌而成，烧结砖之间卡紧连接，使坩埚内衬2形成三层衬套组合体，可以更有效吸收金属熔体的热振动，并更有效地阻隔金属熔体从烧结砖之间的缝隙浸入。
实施例五：
本实施例与实施例二基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，参见图8，钛及钛合金的熔炼复合坩埚由坩埚外壳1、保温层3和坩埚内衬2组合而成，保温层3设置于坩埚外壳1和坩埚内衬2之间，保温层3由耐火材料制成，保温夹层3的外表面形状与坩埚外壳1的内表面形状相匹配，保温夹层3的内表面形状与坩埚内衬2的外表面形状相匹配。本实施例复合坩埚附带有保温层3，能显著提高坩埚的隔热作用，以便在坩埚内形成熔池，使钛液温度场更加均匀，并使得浇注后钛合金铸件成分均匀性显著提高。
实施例六：
本实施例与实施例三基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，两个杯型结构层之间的对应的烧结砖之间为平滑面接触，组成杯型结构衬套中的两个杯型结构层表面之间实现力学承载支撑，在杯型结构衬套的单层杯型结构层内，通过各烧结砖之间通过凹凸配合进行安装定位和挤压定型，形成杯型结构衬套的单层小套。本实施例两个杯型结构层之间为弱性连接，更加易于拆装堆砌和维护。
上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合用于本实用新型钛及钛合金的熔炼复合坩埚的结构和构造原理，都属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1. 一种钛及钛合金的熔炼复合坩埚，其特征在于：至少由坩埚外壳（1）和坩埚内衬（2）组合而成，所述坩埚内衬（2）具有能装盛钛熔体和钛合金熔体的敞口型结构，所述坩埚外壳（1）具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构。
2.根据权利要求1所述钛及钛合金的熔炼复合坩埚，其特征在于：由坩埚外壳（1）和坩埚内衬（2）组合而成，所述坩埚内衬（2）具有与所述坩埚外壳（1）形状相匹配的结构，使所述坩埚外壳（1）的内表面贴合所述坩埚内衬（2）外表面，并使所述坩埚外壳（1）直接接触支撑所述坩埚内衬（2）。
3.根据权利要求1所述钛及钛合金的熔炼复合坩埚，其特征在于：熔炼坩埚由坩埚外壳（1）、保温层（3）和坩埚内衬（2）组合而成，所述保温层（3）设置于所述坩埚外壳（1）和所述坩埚内衬（2）之间，所述保温层（3）由耐火材料制成，所述保温夹层（3）的外表面形状与所述坩埚外壳（1）的内表面形状相匹配，所述保温夹层（3）的内表面形状与所述坩埚内衬（2）的外表面形状相匹配。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述钛及钛合金的熔炼复合坩埚，其特征在于：所述坩埚内衬（2）整体烧结而成。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述钛及钛合金的熔炼复合坩埚，其特征在于：所述坩埚内衬（2）为杯型结构衬套，所述杯型结构衬套至少由一层杯型结构层组成，一层杯型结构层由一层烧结砖堆砌而成，位于同一杯型结构层内部的任意相邻的烧结砖之间皆通过其凹部和凸部的组合安装连接，组成烧结砖之间凹凸配合的定位结构，使组成杯型结构衬套的同一杯型结构层内的烧结砖连成一体。
6.根据权利要求5所述钛及钛合金的熔炼复合坩埚，其特征在于：所述杯型结构衬套由两层以上杯型结构层构成。
7.根据权利要求6所述钛及钛合金的熔炼复合坩埚，其特征在于：相邻杯型结构层之间的烧结砖之间也通过其凹部和凸部的组合安装连接，相邻杯型结构层的烧结砖之间凹凸配合的定位结构，从而使杯型结构衬套的相邻杯型结构层间实现连接形成完整的所述坩埚内衬（2）。
8.根据权利要求6所述钛及钛合金的熔炼复合坩埚，其特征在于：相邻杯型结构层之间的对应的烧结砖之间为平滑面接触，组成杯型结构衬套中相邻杯型结构层表面之间实现力学承载支撑，在杯型结构衬套的任意一层杯型结构层内，通过各烧结砖之间通过凹凸配合进行安装定位和挤压定型，形成杯型结构衬套的单层小套。
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