CN211953689U - 一种坩埚 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是关于一种坩埚，涉及金属冶炼技术。主要采用的技术方案为：所述坩埚包括坩埚本体和测温组件；其中，坩埚本体上开设有至少一个测温孔；测温组件与测温孔的数量一致，且一一对应；其中，测温组件安装在与其对应的测温孔处，用于测量坩埚本体的内部温度；其中，所述测温组件与所述测温孔的内壁之间密封。本实用新型主要用于提供一种坩埚，该坩埚能实时测量坩埚的内部温度、且测试精度不会受到坩埚内部的熔体表面造渣剂的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种冶炼技术领域，特别是涉及一种坩埚。
背景技术
高温合金、殷钢、不锈钢、特种钢及铝合金等金属材料均是制造航空发动机、汽车、轮船的关键材料。金属材料在制备过程中存在组织遗传性，会对金属材料及金属产品的性能有较大影响。因此，制备组织均匀性性的金属材料是制备高性能金属产品的关键。
在金属材料的冶炼过程中，冶炼温度对金属材料的组织均匀性具有较大的影响。但是，工业化生产中所采用坩埚的体积大，其具有数百公斤至数十吨的容量，这样在金属材料的冶炼过程中，坩埚不同位置的温度不一致，从而使得铸锭浇注及后续的热加工过程中，由于温度分布不均匀而导致的金属凝固组织的差异会遗传到金属产品(如，金属零部件)中。
目前，主要采用外置热电偶对坩埚内的高温熔体的进行测温，具体地，在进行测温时，将外置热电偶浸入到坩埚内的熔体中进行测温。但是，本实用新型的发明人发现该方法至少存在如下技术问题：
(1)该方法虽然可以在特征时间点对坩埚内的熔体进行测温，但是，无法对坩埚内的熔体的温度进行实时测量；
(2)红外测温的测温精度会受到熔体表面造渣剂的影响。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种坩埚，主要目的在于能实时测量坩埚的内部温度。
为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：
一方面，本实用新型的实施例提供一种坩埚，其中，所述坩埚包括：
坩埚本体，所述坩埚本体上开设有至少一个测温孔；
测温组件，所述测温组件与所述测温孔的数量一致，且一一对应；其中，所述测温组件安装在与其对应的测温孔处，用于测量所述坩埚本体的内部温度；其中，所述测温组件与所述测温孔的内壁之间密封。
本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，所述坩埚还包括用于使测温组件与所述测温孔的内壁之间密封的密封圈；其中，
所述密封圈安装在所述测温孔中，且位于所述测温孔的孔壁与所述测温组件之间。
优选的，所述坩埚本体的材质为第一材质；所述密封圈的材质为第二材质；其中，所述第二材质的膨胀系数大于第一材质的膨胀系数。
优选的，所述坩埚本体的材质为陶瓷材料；和/或所述密封圈的材质为陶瓷材料。
优选的，所述测温组件包括：
套管，所述套管安装在所述测温孔中；
测温元件，所述测温元件具有相对设置的第一端和第二端；其中，所述测温元件的第一端位于所述套管中；所述测温元件的第二端从所述套管伸出，且位于所述坩埚本体之外。
优选的，当所述坩埚还包括密封圈时，所述密封圈位于所述测温孔的孔壁与所述套管的外壁之间。
优选的，所述套管的一端位于所述测温孔中，另一端从所述测温孔中伸出且位于所述坩埚本体之外；其中，所述套管的位于所述测温孔中的一端的端部为封闭端。
优选的，所述套管的材质为陶瓷材料。
优选的，所述测温元件为热电偶。
优选的，所述测温孔为盲孔或通孔。
优选的，所述测温孔为贯穿所述坩埚本体的壁的通孔；或所述测温孔为盲孔，且所述盲孔的孔口位于所述坩埚本体的外壁上。
所述坩埚本体的侧壁上开设有所述测温孔；和/或所述坩埚本体的底部上开设有所述测温孔。
与现有技术相比，本实用新型的坩埚至少具有下列有益效果：
本实用新型实施例提供的坩埚通过在坩埚本体上开设至少一个测温孔，然后在每一个测温孔处安装有测温组件(在此，测温组件与测温孔的内壁之间密封，以防止坩埚内的熔体从测温孔泄露)，这样设置，测温孔处的测温组件能实时对坩埚本体的内部进行测量。并且，测温组件无需伸入到坩埚本体的内部熔体中进行测温，因此，测温精度不会受到坩埚内部熔体表面造渣剂的影响。
进一步地，本实用新型实施例中的坩埚还包括密封圈，以实现测温组件与测温孔的内壁之间的密封；其中，密封圈安装在测温孔中，且位于测温孔的孔壁与测温组件之间，这样设置不仅能提高坩埚的密封性、且还能起到将测温组件固定于测温孔中的作用。
进一步地，本实用新型实施例提供的坩埚通过将测温组件设计成套管及套装于套管内的测温元件的结构形式，这样套管不仅可以确保坩埚的密封性，还可以保护测温元件。
综上，本实用新型实施例提供的坩埚的结构设计合理，以传统的坩埚作为坩埚本体，在坩埚本体上通过设计测温孔并与测温组件组合，得到本实用新型的坩埚。本实用新型的坩埚在冶炼金属时，能实时获得内部熔体的温度，提高金属材料的冶炼质量。并且，本实用新型的坩埚便于制备、制备成本低。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本实用新型的实施例提供的一种坩埚的结构示意图；
图2是图1所示坩埚结构的剖视图；
图3是本实用新型的实施例提供的一种坩埚本体的结构示意图；
图4是本实用新型的实施例提供的另一种坩埚本体的结构示意图；
图5是本实用新型的实施例提供的一种密封圈的结构示意图；
图6是本实用新型的实施例提供的一种套管的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
实施例1
本实施例提供一种坩埚，如图1至图6所示，本实施例中的坩埚包括坩埚本体1和测温组件2。其中，坩埚本体1上开设有至少一个测温孔11。测温组件2与测温孔11的数量一致，且一一对应；其中，测温组件2安装在与其对应的测温孔11处，用于测量坩埚本体1的内部温度。较佳地，测温组件能将测试出的温度信号传送至控制台(即，测温组件的中的测温元件，如热电偶能将测试出的温度信号传送至控制台，进而对坩埚的内部温度进行实时测量和控制)。
长久以来人们对纯净化冶炼的重视不够，大多采用经验方法，因此其存在无法对坩埚内的熔体的温度进行实时测量、以及测量精度会受到熔体表面造渣剂的影响的技术问题。为了解决上述技术问题，本实施例提供的坩埚通过在坩埚本体1上开设至少一个测温孔11(该测温孔11为预制孔)，然后在每一个测温孔11处安装有测温组件2，这样设置，测温孔处的测温组件2能实时对坩埚本体1的内部进行测量。并且，测温组件2无需伸入到坩埚本体1的内部熔体中进行测温，因此，测温精度不会受到熔体表面造渣剂的影响。在此，在坩埚本体1上开孔存在会使坩埚本体1内部的熔体泄露的技术难题，在此，本申请通过使测温组件2与测温孔11的内壁之间密封，避免熔体从测温组件和测温孔内壁之间的间隙泄露。
在此，可以在坩埚本体1上设置多个测温孔11，多个测温孔11中的测温组件12对坩埚本体1内部的多个位置处进行实时测量温度，这样反馈给控制台，在控制台的作用下，能确保坩埚本体1的内部温度一直，进而确保坩埚内部熔体的温度一致，提高金属材料组织的均匀性。
较佳地，本实施例及下述实施例中的坩埚本体1的材质为陶瓷材料，优选为氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化锆中的任一种陶瓷材料或其中几种的复合陶瓷材料。
较佳地，本实施例及下述实施例中的测温孔11为贯穿所述坩埚本体1的壁的通孔(参见图3所示，在此情形下，测温组件2的设计需能封堵通孔，以防止熔体外漏)。或者，本实施例及下述实施例中的测温孔11为盲孔，且所述盲孔的孔口位于所述坩埚本体的外壁上(参见图4所示)。
较佳地，本实施例及下述实施例中的测温孔11的设计位置如下：测温孔11可以设计在坩埚本体1的底部(坩埚放到感应线圈中，感应线圈呈螺旋状，感应线圈之间有间隙，测温组件中的测试元件(如，热电偶)可以从感应线圈之间的缝隙穿过来)，也可以设置在坩埚本体1的侧壁上(优选设置在坩埚本体侧壁高度的1/3-1/2位置处)；当然坩埚本体11的侧壁、底部可以同时开设多个测温孔11。
实施例2
较佳地，本实用新型实施例提供一种坩埚，如图1至图6所示，为了实现测温组件2与测温孔11内壁之间的密封、避免熔体从测温组件和测温孔内壁之间的间隙泄露，本实施例中的坩埚还包括密封圈3；其中，密封圈3安装在测温孔11中，且位于测温孔11的孔壁与测温组件2之间(即，密封圈3的外圈与测温孔11的内壁贴合，密封圈3的内圈套设于测温组件2上；较佳地，密封圈3的长度大于测温孔11的长度，一部分密封圈3位于测温孔11中，另一部分密封圈3伸出测温孔11位于坩埚本体1之外)。
较佳地，坩埚本体1的材质为第一材质；密封圈3的材质为第二材质；其中，第二材质的膨胀系数大于第一材质的膨胀系数；这样设置使得坩埚在冶炼过程中，通过密封圈的热膨胀实现密封。
较佳地，密封圈3的材质为陶瓷材料；优选的，密封圈3材质为氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化锆中的任一种陶瓷材料或其中几种的复合陶瓷材料。
实施例3
较佳地，本实用新型实施例提供一种坩埚，如图1至图6所示，本实施例进一步对测温组件2进行如下设计：
本实施例中的测温组件2包括套管21和测温元件22；其中，套管21安装在测温孔11中；测温组件22具有相对设置的第一端和第二端，测温元件22的第一端位于套管21中；测温元件22的第二端从套管21伸出，且位于坩埚本体1之外。其中，当坩埚1还包括密封圈3时，密封圈3位于测温孔11的孔壁与套管2的外壁之间。套管21的一端位于测温孔11中，另一端从测温孔11中伸出且位于坩埚本体1之外；其中，套管21的位于测温孔11中的一端的端部为封闭端，以避免坩埚本体的内部熔体从套管中泄露，并损坏热电偶。
较佳地，本实施例中的套管21的材质为陶瓷材料；优选的，套管21的材质为氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化锆中的任一种陶瓷材料或其中几种的复合陶瓷材料。
较佳地，测温元件22为热电偶，优选钨铼热电偶或铂铑热电偶。
本实施例提供的坩埚通过将测温组件设计成套管21及套装于套管21内的测温元件22的结构形式，这样套管21不仅可以确保坩埚的密封性，还可以保护测温元件22。
实施例4
上述实施例的所述的坩埚的制备方法如下：
1)根据坩埚的容量及尺寸，在坩埚本体上开设测温孔(即，预制孔)。
2)根据测温孔的尺寸，制备相应的金属模具，以制备出密封圈(陶瓷密封圈)。
较佳地，所述金属模具为钢或铸铁材料，优选为1Cr18Ni9Ti、4Cr13或4Cr9Si2材料。
3)选择粒度为0.1-2.0mm的莫来石粉、氧化钙、氧化锆、氧化镁粉中的一种或几种，将其和硅溶胶在混料机中混合均匀，所得混合物料中硅溶胶的重量百分含量为10-30％。将所得混合物料注入步骤2)加工好的金属模具内，在10MPa压力条件下机压成型，并在大气气氛和1000-1600℃条件下对金属模具中的混合物料进行预烧结，烧结时间为1-3小时后，制备出密封圈。
其中，所述莫来石粉中Al2O3的含量大于95wt％，所述氧化镁粉中MgO的含量大于95wt％。
较佳地，混合物料机压成型后的预烧结过程中，先以10-30℃/分钟的升温速率升温至700℃，保温0.5-1h；再以10-15℃/分钟的升温速率升温至1000-1200℃，保温1-3小时。
4)将陶瓷套管与热电偶(测温元件)进行组合。
5)将步骤3)所制得的密封圈放置于坩埚本体的测温孔内，并将带有热电偶的套管置于坩埚的测温孔内。(套管与密封圈之间采用通过扩散实现冶金结合、热电偶与套管采用紧固件(如，螺栓)等方式连接)。
6)将步骤5)得到的坩埚进行烧结，烧结温度为1200-1300℃，使得密封圈起到更好的密封作用。
其中，在烧结过程中，坩埚的烧结温度先以15-50℃/分钟的升温速率升温至1000℃，保温0.5-1h后，再继续以10-30℃/分钟的升温速率升温至1200-1300℃，保温2-4小时。
综上，本实用新型实施例提供的坩埚的结构设计合理，以传统的坩埚作为坩埚本体，在坩埚本体上通过设计测温孔并与测温组件组合，得到本实用新型的坩埚。本实用新型的坩埚在冶炼金属时，能实时获得内部熔体的温度，提高金属材料的冶炼质量。并且，本实用新型的坩埚便于制备、制备成本低。本实用新型解决了商业大容量真空冶、大气冶炼、惰性气体保护冶炼工艺中坩埚的制备问题，有利于实现我国大批量高纯、高品质金属材的生产并且可显著降低冶炼成本。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种坩埚，其特征在于，所述坩埚包括：
坩埚本体，所述坩埚本体上开设有至少一个测温孔；
测温组件，所述测温组件与所述测温孔的数量一致，且一一对应；其中，所述测温组件安装在与其对应的测温孔处，用于测量所述坩埚本体的内部温度；其中，所述测温组件与所述测温孔的内壁之间密封。
2.根据权利要求1所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚还包括用于使测温组件与所述测温孔的内壁之间密封的密封圈；其中，
所述密封圈安装在所述测温孔中，且位于所述测温孔的孔壁与所述测温组件之间。
3.根据权利要求2所述的坩埚，其特征在于，所述坩埚本体的材质为第一材质；所述密封圈的材质为第二材质；其中，所述第二材质的膨胀系数大于第一材质的膨胀系数。
4.根据权利要求2或3所述的坩埚，其特征在于，
所述坩埚本体的材质为陶瓷材料；和/或
所述密封圈的材质为陶瓷材料。
5.根据权利要求1-3任一项所述的坩埚，其特征在于，所述测温组件包括：
套管，所述套管安装在所述测温孔中；
测温元件，所述测温元件具有相对设置的第一端和第二端；其中，所述测温元件的第一端位于所述套管中；所述测温元件的第二端从所述套管伸出，且位于所述坩埚本体之外。
6.根据权利要求5所述的坩埚，其特征在于，当所述坩埚还包括密封圈时，所述密封圈位于所述测温孔的孔壁与所述套管的外壁之间。
7.根据权利要求5所述的坩埚，其特征在于，
所述套管的一端位于所述测温孔中，另一端从所述测温孔中伸出且位于所述坩埚本体之外；其中，所述套管的位于所述测温孔中的一端的端部为封闭端；和/或
所述套管的材质为陶瓷材料。
8.根据权利要求5所述的坩埚，其特征在于，所述测温元件为热电偶。
9.根据权利要求1-3、6-8任一项所述的坩埚，其特征在于，
所述测温孔为贯穿所述坩埚本体的壁的通孔；或
所述测温孔为盲孔，且所述盲孔的孔口位于所述坩埚本体的外壁上。
10.根据权利要求1-3、5-8任一项所述的坩埚，其特征在于，
所述坩埚本体的侧壁上开设有所述测温孔；和/或
所述坩埚本体的底部上开设有所述测温孔。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |