專利名稱：懸浮熔煉水冷坩堝的制作方法
技術領域：
本發明屬于坩堝技術領域。主要適用于熔煉或熔鑄活潑金屬、高純金屬材料、合金元素物性差導較大的復雜合金。
通常的水冷坩堝，其內腔(側壁)為圓柱形，底部為平底形。坩堝的側壁被若干條切縫分割成若干分瓣，各分瓣之間采用耐熱的絕緣材料填充，每個分瓣均由冷卻水冷卻。另外在水冷坩堝的外圍配置交變電磁場，即感應線圈。
當水冷坩堝工作時，感應線圈產生的渦流加熱坩堝內被冶煉的金屬。在熔煉過程中，在電磁力的作用下，熔池與坩堝側壁并非接觸狀態，即被熔煉金屬懸浮于坩堝之中，避免熔融金屬遭受坩堝的污染，實現無污染熔煉。
早期的水冷坩堝為平底的，采用單一感應線圈，其缺點一是狹長的坩堝瓣體要求截面要小，因而不能設置大截面的冷卻水通道，而且冷卻水的進水和回流設置在同一空腔內，更限制了冷卻水的通水面積；另一缺點是因坩堝底部無切縫，致使磁力線無法從坩堝底直接滲入，使坩堝底部的熔融金屬不易懸浮。中國專利ZL92113192.5所述的水冷坩堝，將坩堝底的位置提高，解決了在坩堝底切縫的問題，但坩堝外圍仍采用內徑相同的感應線圈，無法使感應線圈更靠近坩堝底部，影響了坩堝底部的懸浮效果。
日本專利申請特開平8-327244公開了一種雙線圈、錐形底的水冷坩堝，將下線圈更靠近坩堝的底部，坩堝底部的懸浮力有所提高。但該坩堝在制造上困難很大一方面，為了提高懸浮力，希望在坩堝底部有更多的切縫，以利于磁力線滲入坩堝內；另一方面，為了保證坩堝底部有良好的冷卻，又要求坩堝底部容納更多的冷卻水通道，而坩堝錐形底的空間和面積是有限的，越靠近坩堝中心，空間越小，故“切縫”與“冷卻水通道”的矛盾十分突出。所以該專利所述的坩堝只適合每個瓣體單片加工，只適合采用單向通水式結構，即由坩堝底部進水，由坩堝頂部出水的結構，裝配起來很困難，結構也過于復雜，結構不緊湊，不適合于整體加工，而且安全可靠性較差。
本發明的目的在于提供一種水冷效果好的，結構緊湊，便于整體加工的，且懸浮力較強的，坩堝容量可大可小的懸浮熔煉水冷坩堝。
針對上述目的，本發明采用了如下技術方案本發明所述的懸浮熔煉水冷坩堝，采用圓筒形側壁及錐形底部，其爐體側壁和底部均被若干條切縫分割成若干個分瓣，且各分瓣都有冷卻水通道，分瓣之間的切縫采用高溫絕緣材料填充，在其坩堝底部適當的半徑位置上，設置長的進水孔和出水孔，在進水孔和出水孔之間的切縫由坩堝上部直貫坩堝底部頂點，即切縫通底，坩堝底部的每個進水孔和出水孔均在坩堝的底壁上分成兩個支路，分別與坩堝側壁每個分瓣中的冷卻水通道相通。坩堝底部的切縫數為坩堝側壁中瓣體數的二分之一，坩堝側壁切縫的數與坩堝瓣體數相等，坩堝側壁頂部的切縫數為坩堝側壁中瓣體數的二分之一。在坩堝側壁頂部，兩個相鄰瓣體中的上行冷卻水通道與相鄰瓣體中的下行冷卻水通道相通，在整個坩堝的外側采用兩組感應線圈，上部感應線圈位于坩堝壁頂部稍下的位置，下感應線圈位于坩堝底錐形部位的外圍。
當坩堝直徑擴大時，坩堝底部的進水孔和出水孔可在坩堝底的底壁上分成3個或4個支路分別與坩堝壁上每個分瓣上的冷卻水通道相通，此時坩堝壁的瓣體數為進水孔數或出水孔數的3倍或4倍。
本發明水冷坩堝可由銅質棒材直接加工而成，也可由厚壁銅管加工成坩堝壁，由錐形銅材加工成坩堝底部，然后兩者焊接而成。另外，本發明水冷坩堝的冷卻水通道結構也適用于平底水冷坩堝和采用一種頻率感應線圈的懸浮熔煉裝置。
與現有技術相比，本發明具有如下優點(1)由于冷卻水通道設計合理，坩堝冷卻效果好，便于冶煉高熔點金屬及合金。
(2)下感應線圈沿坩堝錐底外部平行地靠近錐底，使磁力線充分進入坩堝底部，大大提高了懸浮力，從而提高熔煉金屬的質量。
現結合附圖，對本發明懸浮熔煉水冷坩堝作進一步說明。
附
圖1為本發明懸浮熔煉水冷坩堝的結構示意圖。
附圖2為附圖1的仰視圖及冷卻水循環方式示意圖。
附圖3為本發明懸浮熔煉水冷坩堝頂部上行冷卻水通道和下行冷卻水通道連通方式示意圖。
附圖4為坩堝直徑擴大后的底部進、出水孔分成3個支路以及冷卻水循環方式的示意圖。
由圖看出，本發明懸浮熔煉水冷坩堝由圓筒形側壁21和錐形底部22組成，其爐體側壁和底部均被若干條切縫10和11分割成若干個分瓣，且各分瓣都有冷卻水通道，分瓣之間的切縫采用高溫絕緣材料填充。在其坩堝錐形底部適當的半徑位置上，每個底部瓣體上設置了長的進水孔4和出水孔5，且進水孔4和出水孔5的個數相等，進水孔4出水孔5之間的切縫11由坩堝上部直貫坩堝底部頂點，即11為通底切縫，坩堝底部的每個進水孔4和出水孔5均在坩堝的底壁上分成兩個支路，分別與坩堝側壁每個分瓣中的冷卻水通道14-1和14-2、13-1和13-2以及15-1和15-2相通。坩堝底部通底的切縫數為坩堝側壁中瓣體數的二分之一，坩堝側壁中的切縫10數為與瓣體數相等。坩堝側壁頂部的切縫數為坩堝側壁瓣體12數目的二分之一，即切縫11沒有直通坩堝頂部，切縫10也不通底。
在坩堝側壁頂部，兩個相鄰瓣體中的上行冷卻水通道14-1和14-2與相鄰瓣體中的下行冷卻水通道13-2和15-1連通。
在整個坩堝外圍采用了兩組感應線圈，上感應線圈8位于坩堝側壁頂部稍下的位置，即低于頂部；下應感線圈6位于坩堝底錐形部位的外圍。上感應線圈8采用較高頻率電流，如30KHz，下感應線圈6采用較低頻率電流，如3KHz。
在附圖1中，1為進水咀，2為出水咀，兩者分別與進水孔4和出水孔5相接，相接處安放密封圈3。9為坩堝頂部進水與出水的連通時的封頂片。圖中⊙表示冷卻水垂直于紙面流入，⊙表示冷卻水垂直于紙面流出，箭頭表示水流方向。
該坩堝在瓣體內采用管腔內單向流動的冷卻水通道，當冷卻水由進水孔4進入坩堝底部后，立即分成兩個支路，繼而進入坩堝側壁瓣體的兩個上行冷卻水通道14-1和14-2，當冷卻水抵到坩堝側壁上端后，如圖3所示那樣，各自和相鄰的兩個下行冷卻水通道相連，冷卻水沿下行冷卻水通道13-2和15-1而下行，然后匯流到水槽中。上行冷卻水(進水)通道與下行冷卻水(出水)通道數目相等。在圖3中，24為焊縫，25為銑槽。
由于坩堝側壁的進、出冷卻水通道在坩堝頂部連通，故此處頂部不能切縫，使頂部切縫數減少一半，但不影響坩堝底部的切縫數和坩堝側壁上的切縫數。實際上，坩堝頂部切縫數的減少，對坩堝整體性能沒有影響，因為出于安全，坩堝內熔融狀態的金屬液不能裝滿整個坩堝，即坩堝內上段要有一定空間，再加上上感應線圈的高度也稍低于坩堝頂部，故坩堝頂部切縫數的減少，對坩堝的功能沒有影響。卻使坩堝結構更加緊湊。
本發明采用錐形底坩堝，一是便于配置不同頻率的兩組感應線圈，使上、下感應線圈發揮自有功能；二是可改裝成由底部排液的坩堝，；三是可擴大坩堝直徑，當坩堝直徑擴大時，必須增加瓣體數，也必須增加冷卻水管路，在此情況下，本發明坩堝底結構仍可維持不變，只將進水孔和出水孔分為三個支路，分別與坩堝側壁瓣體中的冷卻水通道相連。由圖4看出，坩堝直徑擴大后，冷卻水的循環方式可采用三條支路結為一組，在坩堝頂端連通，使進水的三個支路抵達坩堝頂端后，側向流入已連通的出水三個支路，然后經出水管路流回水槽中。該冷卻水管路可使坩堝底部結構維持不變，坩堝側壁的切縫也不減少，只是坩堝側壁頂部的切縫數減為側壁瓣體數的六分之一。同時仍可使坩堝頂部不產生環形電流，不致造成大的影響。當坩堝直徑進一步擴大，可在坩堝底部結構不變的情況下，使冷卻水進入坩堝底部后，分出更多的支路，如分成四個支路時，采用疊加的V形孔，與坩堝側壁瓣體內的冷卻水通道相通。在冷卻水抵達坩堝頂部后再將疊加在上部的V形冷卻水通道連通合并，再與相鄰的合并的V形冷卻水通道相通，即相鄰的四條冷卻水通道連通為一組使冷卻水循環。此時坩堝頂部的切縫數為坩堝瓣體數的四分之一。這種結構的坩堝底部冷卻水路宜采用銑槽后封頂的方法，冷卻水路的截面是矩形的。
上述結構也適用于平底坩堝和只采用一組一種頻率感應線圈的懸浮熔煉裝置。
權利要求
1.一種懸浮熔煉水冷坩堝，采用圓筒形側壁及錐形底部，其爐體側壁和底部被若干條切縫分割成若干個分瓣，且各分瓣都有冷卻水通道，分瓣之間的切縫采用高溫絕緣材料填充，在整個坩堝的外圍采用兩組感應線圈，上感應線圈位于坩堝側壁頂部稍下的位置，下感應線圈位于坩堝底錐形部位的外圍。其特征在于[1]、在其坩堝錐形底部適當的半徑位置上，每個底部瓣體上設置長的進水孔(4)和出水孔(5)，兩者數目相等，在進水孔(4)和出水孔(5)之間的切縫(11)由坩堝上部直貫坩堝底部頂點，即切縫(11)通底，坩堝底部的每個進水孔(4)和出水孔(5)均在坩堝的底壁上分成兩個支路，分別與坩堝側壁每個分瓣中的冷卻水通道(14-1、14-2)、(13-1、13-2)和(15-1、15-2)相通；[2]、坩堝底部通底的切縫(11)數目為，坩堝側壁中瓣體(12)數目的二分之一，坩堝側壁中的切縫(10)數與瓣體數相等，坩堝側壁頂部的切縫數為坩堝壁瓣體(12)數的二分之一；[3]、在坩堝側壁頂部，兩個相鄰瓣體中的上行冷卻水通道(14-1和14-2)與相鄰瓣體中的下行冷卻水通道(13-2和15-1)相通。
2.一種懸浮熔煉水冷坩堝，其特征在于當坩堝直徑擴大后，坩堝底部的進水孔(4)和出水孔(5)可在坩堝底的底壁上分成3個或4個支路分別與坩堝壁上每個分瓣上的冷卻水通道相通；當分成三個支路時，進水冷卻水通道采用三條支路為一組，在坩堝頂部連通，并與連通的三條出水冷卻水通道相連相通；當分成4個支路時，采用疊加的V形孔，與坩堝側壁瓣體內的冷卻水通道相通，在冷卻水抵達坩堝頂部后再將疊加在上部的V形冷卻水通道連通合并，再與相鄰的合并的V形冷卻水通道相通，即相鄰的四條冷卻水通道連通為一組使冷卻水循環，此時坩堝頂部的切縫數為坩堝瓣體數的四分之一，這種結構的坩堝底部冷坩堝底部冷卻水通道應采用銑槽后封頂的方法，其橫斷面是矩形的，與坩堝壁上每個瓣體中的冷卻水通道相通；坩堝壁的瓣體數為進水孔(4)數或出水孔(5)數的4倍。
3.一種懸浮熔煉水冷坩堝，其特征在于該水冷坩堝可由銅質棒材直接加工而成；也可由厚壁銅管加工成坩堝壁，由錐形銅材加工成坩堝底部，然后兩者焊接而成。
4.一種懸浮熔煉水冷坩堝，其特征在于該坩堝的冷卻水通道結構也適用于平底水冷坩堝和采用一種頻率感應線圈的懸浮熔煉裝置。
全文摘要
本發明屬于坩堝技術領域。所述的懸浮熔煉水冷坩堝采用圓筒形側壁及錐形底部,側壁和底部由若干條切縫分割成若干個分瓣,各分瓣中均有冷卻水通道。在錐形底部的分瓣上設置長的進水孔和出水孔,兩者之間的切縫由頂部直貫坩堝底部頂點,每個進水孔和出水孔在坩堝底部分成2—4個支路,分別與側壁中的冷卻水通道相通。坩堝外圍采用上、下兩組感應線圈,分別設置頂部稍下的位置和底部的錐形部位。
文檔編號F27B14/06GK1267815SQ0010293
公開日2000年9月27日 申請日期2000年3月16日 優先權日2000年3月16日
發明者吳振華, 鄒敦敘, 張建偉 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院, 中國科學院電工研究所