CN204438769U - 一种磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，包括坩埚体和水套，所述坩埚体包括独立的侧壁总成和底壁总成，侧壁总成沿周向均匀分为12个侧壁瓣，相邻侧壁瓣之间形成纵向的可供外部磁力线穿入的第一狭缝，每个侧壁瓣沿纵向中心线形成第二狭缝，第二狭缝的上端位于距离侧壁瓣顶端30mm处，下端结束于侧壁瓣底端，并可供外部磁力线穿入，底壁总成沿周向均匀分为6个底壁瓣，相邻底壁瓣之间形成沿径向的可供外部磁力线穿入的第三狭缝，每个第三狭缝与相应位置的第一狭缝对齐。本实用新型采用分瓣结构，能够有效地增加坩埚内底部区域的磁场强度，减少熔料与坩埚底部的接触，减少底部残留。

Description

一种磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚

技术领域

本实用新型涉及一种磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，属于高纯高温材料的磁感应熔炼技术领域。

背景技术

悬浮熔炼技术是上世纪末出现的，又被称为冷坩埚真空感应熔炼技术。它是用紫铜坩埚代替陶瓷材料坩埚，并通过电磁场使熔融的材料在熔炼过程中处于悬浮状态，从而排除坩埚对熔炼材料的污染。因此，冷坩埚磁悬浮熔炼是制备高熔、高纯、活泼或放射性材料的有效方法。

通常人们会将冷坩埚壁分瓣，以提高坩埚的磁力线穿透性，使其涡流损耗降低，如图1所示。一般来讲，分瓣越多，坩埚壁形成的狭缝越多，坩埚体的磁力线穿透性越高，其涡流损耗越低。常见的分瓣瓣数有4瓣、8瓣、16瓣、24瓣。

然而，随着坩埚壁分瓣瓣数增多，坩埚每一瓣的宽度越窄，当在每一瓣中穿设冷却水的进水管和出水管时，需要相应增加坩埚壁厚以使分瓣内有足够的容纳水管的空间。这带来了一个问题就是，坩埚壁厚增加，制作坩埚所需的材料增加，坩埚壁的磁力线穿透性减弱，同时冷却水进出水管的管径小，在工作过程中容易出现冷却水阻塞，造成坩埚壁局部过热而烧损。也有的坩埚在分瓣内仅设置一根水管，同时兼作进水管和出水管，这种方案下冷却水的冷却效率非常低，也容易造成坩埚壁局部过热而烧损。

此外，由于在坩埚中各区域的磁场强度不同，例如一般来讲坩埚底部的磁场强度较弱，容易在坩埚底部出现合金料过多的残留，这种残留不易清理而且容易造成坩埚底部的局部损伤，由于坩埚体通常底和壁一体形成，任何一个部位出现损伤就需要进行整体更换，造成维护成本的增加。

另外，由于现有的坩埚通常将水套设置在坩埚底部，所以水套会严重阻碍磁力线从坩埚底部进入坩埚，而且水套本身也会吸收大量涡流，将磁场能转变成热能而使水套中的冷却水变热，从而引起坩埚冷却不足的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，提高坩埚内部各区域的磁场强度，改善坩埚侧壁和底壁的冷却效果，降低坩埚壁厚度，降低坩埚体材料的用量，在坩埚出现局部烧损时需要更换的坩埚材料较少，降低生产设备的维护成本。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，包括坩埚体和水套，所述坩埚体包括呈圆筒形的侧壁总成和从侧壁总成底部插入的呈圆形的底壁总成，所述侧壁总成和所述底壁总成借助于冷却水铜管分别固定在所述水套上并分别与所述水套形成冷却水回路，所述侧壁总成套在所述底壁总成外侧面上且二者之间通过间隙配合共同构成容纳原料的熔炼腔，侧壁总成沿周向均匀分为12个侧壁瓣，相邻侧壁瓣之间形成纵向的可供外部磁力线穿入的第一狭缝，每个侧壁瓣沿纵向中心线形成第二狭缝，第二狭缝的上端开始于侧壁瓣的上端，下端结束于距离侧壁瓣底端一段距离处，并可供外部磁力线穿入，底壁总成沿周向均匀分为6个底壁瓣，相邻底壁瓣之间形成沿径向的可供外部磁力线穿入的第三狭缝，每个第三狭缝与相应位置的第一狭缝对齐。

优选地，所述每个侧壁瓣内部沿纵向设置两个冷却水孔，两个冷却水孔分布在第二狭缝两侧并在侧壁瓣内部第二狭缝顶端与侧壁瓣顶端之间的位置相互连通，冷却水孔底端通过冷却水铜管与水套连接。

优选地，所述每个底壁瓣具有一定厚度，内部设置水腔，每个底壁瓣的底壁开设一个出水口一个进水口，出水口和进水口中分别插入冷却水铜管，使得底壁瓣的水腔通过冷却铜管与水套连接。

优选地，所述冷却水铜管穿过一水平设置的绝缘板后与水套连接，所述绝缘板的面积略大于坩埚体的外径所形成的圆周面积。

优选地，所述坩埚侧壁总成的外表面上设置水平的绝缘定位板，所述绝缘定位板用于支撑和紧箍所述侧壁总成。

优选地，所述第二狭缝的长度为侧壁瓣总长的7/8。

优选地，所述每条狭缝内夹设绝缘片。

优选地，所述绝缘片为云母片或碳化硼。

优选地，所述底壁总成的上表面形成为适于磁悬浮熔炼的平面或为中心低周边高的锥形斜面。

优选地，所述底壁总成的上表面由位于中心区域的平面和围绕中心区域的中间低周边高的锥形斜面组成。

本实用新型采用分瓣结构，坩埚体侧壁共有24条狭缝，底壁有6条狭缝，密集分布的狭缝有利于提高坩埚内部的磁场强度，特别是在底壁也设置狭缝，能够有效地增加坩埚内底部区域的磁场强度，减少熔料与坩埚底部的接触，减少底部残留。

附图说明

下面列出了现有技术及本实用新型实施例的相关附图，其中

图1为现有技术中的坩埚体；

图2为本实用新型实施例的水冷铜坩埚整体示意图；

图3本实用新型实施例的水冷铜坩埚的纵向剖视图；

图4为本实用新型实施例的侧壁总成的水平底视图；

图5为本实用新型实施例的单个侧壁瓣的正面透视图；

图6为图5中单个侧壁瓣上部的局部剖视图；

图7为本实用新型实施例的底壁总成的水平底视图；

图8为本实用新型实施例的底壁总成的图7中A-A向的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图2-8对本实用新型的优选实施例进行详细说明。

首先描述坩埚的整体结构。

图2为本实用新型实施例的水冷铜坩埚整体示意图，包括坩埚体1和位于坩埚体下方的水套2。所述坩埚体1包括呈圆筒形的侧壁总成11和从侧壁总成底部插入的呈圆形的底壁总成12(见图7-8)，所述侧壁总成11的下部套在所述底壁总成12的外侧面上。

侧壁总成11的上部套设水平的绝缘定位板3，用于支撑和紧箍侧壁总成并保护其下方绕设在侧壁总成周围的磁感应线圈(未示出)。水套2的顶面上和底面下分别设置水平的绝缘板5和6，用于减少水套对外部磁场能量的吸收。绝缘定位板3与绝缘板5和6的面积比侧壁总成的外径所形成的圆周面积和水套的外径所形成的圆周面积略大。绝缘定位板3通过围绕坩埚体和水套均匀布置的四根铜棒4与绝缘板5和6连接固定。绝缘板和绝缘定位板可使用电工胶木制作。可以理解的是，铜棒也可以是3根或不止4根。

众所周知地，水冷铜坩埚的外部设置磁感应线圈，以产生对坩埚内合金料进行悬浮和熔炼的磁力线。本申请出于简明的考虑对此不予图示和详细描述。

接下来描述坩埚体的分瓣结构。

侧壁总成11沿周向均匀分为12个侧壁瓣111(如图4更清晰可见)，相邻侧壁瓣之间形成纵向的可供外部磁力线穿入的12条第一狭缝S1。狭缝可通过线切割形成。每条第一狭缝内夹设绝缘片，优选为云母片或碳化硼。

每个侧壁瓣111沿纵向中心线形成第二狭缝S2(如图5更清晰可见)，第二狭缝S2的上端开始于离侧壁瓣111顶端一段距离处，距离优选30mm，下端结束于侧壁瓣111的底端，并可供外部磁力线穿入。所述第二狭缝的长度大致为侧壁瓣总长的7/8。狭缝可通过线切割形成。每条第二狭缝内夹设绝缘片，优选为云母片或碳化硼。

底壁总成沿周向均匀分为6个底壁瓣121(如图7更清晰可见)，相邻底壁瓣121之间形成沿径向的可供外部磁力线穿入的6条第三狭缝S3。狭缝可通过线切割形成。每条第三狭缝内夹设绝缘片，优选为云母片或碳化硼。当底壁总成从下部插入侧壁总成时，每个第三狭缝与相应位置的第一狭缝对齐，以此来限定底壁总成与侧壁总成的周向相对位置。这样设置的好处在于，第一狭缝与第三狭缝接续贯通，有利于磁力线穿过。

借助于这样的分瓣结构，坩埚体侧壁共有24条狭缝，底壁有6条狭缝，密集分布的狭缝有利于提高坩埚内部的磁场强度，特别是在底壁也设置狭缝，能够有效地增加坩埚内底部区域的磁场强度，减少熔料与坩埚底部的接触，减少底部残留。

接下来描述本实施例中的冷却系统。

如图3所示，侧壁总成11内部包括冷却水孔A，底壁总成12内部包括冷却水腔C。多根冷却水铜管13垂直设置在坩埚体1与水套2之间，冷却水铜管13的上端通过焊接等方式固定于侧壁总成11或底壁总成12并与冷却水孔A或冷却水腔C连通，下端穿过绝缘板5后插入并通过螺栓等紧固件固定在水套2中。从而，冷却水铜管13用于将水套2中的冷却水通入冷却水孔A和冷却水腔C内，并用于将侧壁总成11和底壁总成12分别定位在水套2上方。冷却水铜管13按水流方向可分为进水铜管131和出水铜管132。

水套2大致呈圆柱形，外径略大于坩埚体1的外径。水套2分为上下两层容纳冷却水的空间，上层为上进水水套21，下层为下出水水套22。上进水水套21连接有进水总管，下出水水套22连接有排水总管。进水铜管131与上进水水套21连通，出水铜管132与下出水水套22连通。上进水水套21顶部设置盖板20。盖板20采用绝缘材料制成，从而可以减少水套对外部磁场能量的吸收。

每个侧壁瓣内部沿纵向设置冷却水进水孔A1和冷却水出水孔A2(如图4更清晰可见)，它们分别位于第二狭缝S2的两侧并在侧壁瓣内在侧壁瓣内部第二狭缝顶端与侧壁瓣顶端之间的位置相互连通。出于制作工艺的考虑，冷却水进水孔A1和冷却水出水孔A2借助于水平方向的相同孔径的盲孔A0相同连通，盲孔A0在侧壁瓣的其中一侧开口并在盲孔形成后用磷铜填塞该开口(如图6可见)。优选地，盲孔A0的中心线距侧壁瓣顶端20mm。

所述冷却水进水孔A1和冷却水出水孔A2在侧壁瓣底端开口，其开口分别与进水铜管131和出水铜管132连接，从而使得冷却水可从上进水水套21经过进水铜管131进入冷却水进水孔A1，然后流经冷却水出水孔A2，最后经出水铜管132进入下出水水套22。每个冷却水进水孔A1和冷却水出水孔A2的孔径达到12mm，而坩埚侧壁厚度仅为22mm。基于这种设置，每个侧壁瓣内实现流畅的冷却水循环，使侧壁在熔炼过程中获得充分的冷却。

图8显示了图7中底壁总成的A-A向剖视图。图中可见，每个底壁瓣121具有一定厚度，内部设置水腔C。每个底壁瓣的底壁开设一个进水口B1和一个出水口B2，进水口B1和出水口B2中分别插入进水铜管131和出水铜管132，使得冷却水可从上进水水套21经过进水铜管131进入水腔C，水腔C中的水可经出水铜管132进入下出水水套22。基于这种设置，每个底壁瓣内实现流畅的冷却水循环，使底壁在熔炼过程中获得充分的冷却。

图8还可看到，所述底壁总成12的上表面由位于中心区域的平面和围绕中心区域的中间低周边高的锥形斜面组成。这样的表面形状有利于熔炼材料在坩埚中获得良好的悬浮。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，包括坩埚体和水套，所述坩埚体包括呈圆筒形的侧壁总成和从侧壁总成底部插入的呈圆形的底壁总成，所述侧壁总成和所述底壁总成借助于冷却水铜管分别固定在所述水套上并分别与所述水套形成冷却水回路，所述侧壁总成套在所述底壁总成外侧面上且二者之间通过间隙配合共同构成容纳原料的熔炼腔，侧壁总成沿周向均匀分为12个侧壁瓣，相邻侧壁瓣之间形成纵向的可供外部磁力线穿入的第一狭缝，其特征在于，

每个侧壁瓣沿纵向中心线形成第二狭缝，第二狭缝的上端位于距离侧壁瓣顶端一段距离处，下端结束于侧壁瓣底端，并可供外部磁力线穿入，

底壁总成沿周向均匀分为6个底壁瓣，相邻底壁瓣之间形成沿径向的可供外部磁力线穿入的第三狭缝，每个第三狭缝与相应位置的第一狭缝对齐。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述每个侧壁瓣内部沿纵向设置两个冷却水孔，两个冷却水孔分布在第二狭缝两侧并在侧壁瓣内部第二狭缝顶端与侧壁瓣顶端之间的位置相互连通，冷却水孔底端通过冷却水铜管与水套连接。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述每个底壁瓣具有一定厚度，内部设置水腔，每个底壁瓣的底壁开设一个出水口和一个进水口，出水口和进水口中分别插入冷却水铜管，使得底壁瓣的水腔通过冷却水铜管与水套连接。

4.根据权利要求2或3所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述冷却水铜管穿过一水平设置的绝缘板后与水套连接，所述绝缘板的面积略大于坩埚体的外径所形成的圆周面积。

5.根据权利要求4所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述坩埚侧壁总成的外表面上设置水平的绝缘定位板，所述绝缘定位板用于支撑和紧箍所述侧壁总成。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述第二狭缝的长度为侧壁瓣总长的7/8。

7.根据权利要求1所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述每条狭缝内夹设绝缘片。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述绝缘片为云母片或碳化硼。

9.根据权利要求1所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述底壁总成的上表面形成为适于磁悬浮熔炼的平面或为中心低周边高的锥形斜面。

10.根据权利要求1所述的磁悬浮感应熔炼水冷铜坩埚，其特征在于，所述底壁总成的上表面由位于中心区域的平面和围绕中心区域的中间低周边高的锥形斜面组成。