專利名稱：真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空感應(yīng)熔煉用的冷坩堝系統(tǒng)，尤其是具有改進(jìn)懸浮能力的高效
率冷坩堝系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在熔煉技術(shù)中，真空感應(yīng)熔煉技術(shù)屬于比較先進(jìn)的熔煉技術(shù)，它排除了熔煉過程中氣氛和加熱源對爐料的污染，能制備純度較高的產(chǎn)品。但是，坩堝材料仍然能同爐料產(chǎn)生反應(yīng)。為了制備對純度要求特別高的產(chǎn)品和熔煉活潑材料，上世紀(jì)末出現(xiàn)了懸浮熔煉技術(shù)，又稱為冷坩堝真空感應(yīng)熔煉技術(shù)(以下簡稱為"感應(yīng)冷坩堝技術(shù)")——它用金屬(大多為紫銅)坩堝代替陶瓷材料坩堝，并通過電磁場產(chǎn)生一定的懸浮熔煉效果，從而完全排除了坩堝材料的污染作用。為防止金屬坩堝本身被熔化，這種坩堝必須用水或其它冷卻劑冷卻。
對感應(yīng)冷坩堝技術(shù)的要求主要在兩個(gè)方面 第一是對產(chǎn)品的要求——純度高是對懸浮熔煉最突出的要求，而成分準(zhǔn)確、均勻和成材率高則是對熔煉技術(shù)的基本要求； 第二是對能量效率的要求——這一點(diǎn)對冷坩堝技術(shù)特別重要，因?yàn)檑釄逯醒h(huán)運(yùn)行的冷卻水傾向于攜帶和消耗大量能量，這導(dǎo)致冷坩堝技術(shù)需要的電源功率本來就大大超過其它熔煉技術(shù)，如果由于設(shè)計(jì)不合理而進(jìn)一步降低了效率，那就會(huì)導(dǎo)致熔煉過程無法進(jìn)行。 實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)要求的關(guān)鍵因素是懸浮能力。如果懸浮能力不足，熔體同坩堝呈接觸或半接觸狀態(tài)，這首先將導(dǎo)致污染發(fā)生，取消了懸浮熔煉保證產(chǎn)品純度的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)；第二是引起爐料溫度降低，熔化不充分，形成凝殼，導(dǎo)致產(chǎn)品成分偏離，成分和組織不均勻，成材率降低；第三是導(dǎo)致熔體的熱量通過坩堝壁被冷卻水大量攜帶，能量消耗大幅度增加。此外，熔體同坩堝接觸還會(huì)導(dǎo)致坩堝燒損，引起事故和增加設(shè)備成本。 電磁場效果是獲得懸浮能力的保證。良好的電磁場效果取決于幾個(gè)因素第一是坩堝設(shè)計(jì)，包括提供電磁場進(jìn)入坩堝的途徑和電磁場產(chǎn)生懸浮力的方式兩方面；第二是附屬部件設(shè)計(jì)，它們不應(yīng)該阻擋電磁場進(jìn)入坩堝，不應(yīng)該吸收電磁場的能量；第三是電磁場特性設(shè)計(jì)，包括電磁場頻率設(shè)計(jì)和場強(qiáng)分布設(shè)計(jì)。 如圖l所示，主感應(yīng)圈(01)產(chǎn)生的電磁場會(huì)被金屬吸收，在封閉的金屬坩堝內(nèi)電磁場的強(qiáng)度等于零。所以，坩堝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵首先是要在金屬坩堝內(nèi)獲得加熱爐料的電磁場。解決辦法是把坩堝側(cè)壁(02)設(shè)計(jì)成分瓣結(jié)構(gòu)——在坩堝側(cè)壁留出若干與坩堝軸線A平行的縫隙C。這樣，就能有相當(dāng)比例的電磁場B進(jìn)入坩堝內(nèi)部。但是，為了保持坩堝的整體性，以往的冷坩堝在其底部(03)沒有縫隙，或者雖然有縫隙，但縫隙不貫穿底部的整個(gè)厚度。這使電磁場無法貫穿坩堝底，使坩堝底部空間的電磁場十分微弱。所以，當(dāng)坩堝內(nèi)中、上部的爐料能熔化形成熔體(06)時(shí)，底部的爐料卻往往熔化不充分而形成凝殼(07)(見圖l和圖2)。此外，這種坩堝底吸收電磁場而形成渦流，使電磁能的很大一部分轉(zhuǎn)變成熱能，額外地增大了能量消耗。
坩堝設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵之二是如何產(chǎn)生使熔體懸浮的力。在通常的感應(yīng)冷坩堝技術(shù)中，懸浮能力只出現(xiàn)在熔體(06)的周邊——平行于坩堝軸A的磁場B對于沿熔體周邊表層環(huán)繞A軸的渦流I產(chǎn)生電磁力F，它的方向指向坩堝軸(見圖2)。力F使熔體脫離坩堝側(cè)壁向坩堝的中心軸壓縮，而熔體重力產(chǎn)生的垂直于表面的壓力P使熔體向外擴(kuò)展。由于P隨熔池深度增加而增大，所以，在這兩種力相互平衡的作用下，熔體(06)就形成了上端細(xì)，下端粗的形狀。 上面的分析表明，處于某一位置的熔體獲得懸浮能力的條件取決于以下條件在這個(gè)位置a.是否有電磁場；b.是否有渦流；c.電磁場同渦流產(chǎn)生的力在垂直于坩堝內(nèi)壁的方向上是否有分力(即下文稱其為"懸浮力")。根據(jù)這些判斷原則對坩堝底部的分析表明，在以往的冷坩堝中，即便在坩堝底部有熔體，它也幾乎得不到懸浮力。其原因包括在坩堝底部幾乎沒有電磁場，當(dāng)然也就沒有電磁力；以往的冷坩堝的底面是平面，或大體是平面，這樣，即便在坩堝底部有電磁場，它引起的渦流也只在熔體底面的邊緣，底面的內(nèi)部則沒有渦流；即便有電磁場和渦流，電磁場對渦流的作用力的方向平行于底面，它在垂直于底面的方向上沒有分量(見圖2)。 關(guān)于冷坩堝系統(tǒng)中的其它部件的設(shè)計(jì)問題，首先是水套設(shè)計(jì)。以往的水(04)套一般都制作在坩堝底的下端面，它對電磁場進(jìn)入坩堝形成了嚴(yán)重的障礙，而且它大量吸收電磁場形成渦流，將大部分電磁場的能量轉(zhuǎn)變成熱能而傳送給冷卻水。組裝坩堝的一些裝配件有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相似的問題。 綜上所述，傳統(tǒng)冷坩堝系統(tǒng)的坩堝設(shè)計(jì)和附屬部件設(shè)計(jì)均有一些不合理的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高感應(yīng)冷坩堝技術(shù)懸浮爐料熔體的效果，本發(fā)明改進(jìn)了冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一是不僅坩堝的側(cè)壁分瓣，坩堝底也分瓣，各瓣之間有貫穿坩堝壁厚的縫隙C，使坩堝內(nèi)靠近底部區(qū)域的電磁場不發(fā)生明顯衰減；二是把坩堝底設(shè)計(jì)成有一定的斜度，使?fàn)t料熔體的底面也受到產(chǎn)生懸浮作用的電磁力；三是在坩堝底部設(shè)置感應(yīng)圈，增大懸浮力；四是改變水套和裝配件的結(jié)構(gòu)或取消水套，避免這些附屬部件對電磁場的阻擋和吸收。本發(fā)明涉及的冷坩堝系統(tǒng)特指真空感應(yīng)熔煉技術(shù)中用金屬材料(包括紫銅)制作的各種冷坩堝系統(tǒng)，不管坩堝的截面是圓形、矩形、還是其它形狀，不管坩堝底與坩堝壁是否成一體結(jié)構(gòu)，也不管坩堝底部是否留有下注口 。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下幾項(xiàng)措施
1、所述冷坩堝系統(tǒng)不僅坩堝的側(cè)壁(02)要分瓣，各瓣之間有貫穿坩堝壁厚的縫隙C，而且坩堝底(03)也要有分瓣結(jié)構(gòu)，分瓣的方式包括以坩堝軸為中心輻射分瓣(見圖8和圖9)，以平行線的方式分瓣(見圖10)，以蛇行線的方式分瓣，或以其它方式分瓣。無論用哪種分瓣方式，分瓣的縫隙都要平行于坩堝的軸線。分瓣之間的縫隙C要貫穿坩堝底的厚度(見圖3)?？p隙沿著底面的長度T至少要達(dá)到坩堝底面直徑S的1 1. 2倍，最好等于坩堝底面直徑S。這樣，電磁場才能在阻力較小的條件下通過坩堝底貫穿全部爐料，使底部爐料也能被充分加熱和熔化。 2、所述冷坩堝系統(tǒng)坩堝底(03)的內(nèi)壁要有一定的斜度，內(nèi)壁各點(diǎn)的斜度可以完全相同，也可以不完全相同。坩堝底的內(nèi)壁可以是球冠面、圓錐面或有其它截面形狀的錐面，還可以是其它類型向下凹的斜面、曲面或具有復(fù)合形狀的面。 前面已經(jīng)指出，電磁場能通過分瓣的坩堝底(03)進(jìn)入坩堝，使?fàn)t料底部得到加熱
而形成熔體；有斜度的坩堝底使熔體底面存在渦流I，它在磁場B的作用下能產(chǎn)生方向指向
坩堝軸線A的作用力F，從而使熔體底面獲得脫離坩堝底面的懸浮能力(圖4. 1和4. 2)。 根據(jù)懸浮力等于力F在垂直于坩堝底面方向上的分力q(圖4. 3)，由于 q二FXSina(式中a是底面D對于水平方向W的傾角)，所以a越大則懸浮力
q越大。 但是，增大a會(huì)延長坩堝的尺寸，浪費(fèi)昂貴的坩堝材料，增加坩堝的制造難度，也
增加了熔體的散熱面積。所以，除了在靠近坩堝側(cè)壁的區(qū)域和坩堝最底部的區(qū)域之外，坩堝
底面的斜度角a應(yīng)該控制在IO。 80°的范圍，最好控制在30。 60°的范圍。 在坩堝底面分瓣和帶有斜度的情況下，熔體側(cè)面受到電磁作用力的情況與傳統(tǒng)冷
坩堝系統(tǒng)中的情況相似。 3、電磁力F總是垂直于磁力線B的。觀察圖5中熔體(06)底部表面點(diǎn)0處的磁場B和受力F。只有當(dāng)主感應(yīng)圈略微向下移動(dòng)，0點(diǎn)處的B才與A平行，與A垂直的力F才沿水平方向W。上面一段的分析實(shí)際上是以這個(gè)條件為前提的。 當(dāng)主感應(yīng)圈略微向上移動(dòng)，O點(diǎn)處的B則與A產(chǎn)生正交角P，力F與水平方向W的
交角P則偏向下方(圖5. l)，生產(chǎn)的懸浮力較小q = FX Sin a XSinP 。 為了使熔體底部得到懸浮力，最好使主感應(yīng)圈的位置比正常位置偏低一些。例如，
使主感應(yīng)圈的下端面比坩堝底的內(nèi)壁低0. 05 0. 5H，最好低0. 10 0. 3H(H指坩堝的高度)。 使主感應(yīng)圈大量向下移動(dòng)能使O點(diǎn)處B的13角成為負(fù)角，這可以使力F與水平方向W的交角13偏向上方(圖5.2)，產(chǎn)生理想的懸浮作用。但是，這樣設(shè)置主感應(yīng)圈的位置對爐料的整體熔化過程不利。 坩堝下方可以另外裝設(shè)一個(gè)與坩堝同軸線的輔助感應(yīng)圈(08)(圖6)。輔助感應(yīng)圈可以是圓錐形螺線管(見圖7. 1)、平面螺線管圖(見7.2)或直徑小于主感應(yīng)圈的圓柱螺線管(見圖7.3)，還可以是其它形狀的螺線管。輔助感應(yīng)圈的供電頻率與主感應(yīng)圈的供電頻率可以不同，也可以相同。 這些輔助感應(yīng)圈(08)能產(chǎn)生圖5. 2所期望得到的磁場。換一種解釋這些輔助感應(yīng)圈產(chǎn)生的磁場B在坩堝底(03)附近的方向接近于平行坩堝底的內(nèi)壁，它與熔體(06)底面渦流I產(chǎn)生的垂直于的作用力F'的方向就接近垂直于坩堝底(03)的內(nèi)壁，向著斜上方，所以能產(chǎn)生得到增強(qiáng)的懸浮能力(圖7)。輔助感應(yīng)圈還有其它有利作用，例如增強(qiáng)坩堝內(nèi)底部區(qū)的電磁場強(qiáng)度，提高熔體底部的溫度；在坩堝底部留有下注口 (09)實(shí)行底鑄的情況下，輔助感應(yīng)圈還有控制注口開閉，控制底鑄熔體流速等作用。 在裝有輔助感應(yīng)圈的系統(tǒng)中，主感應(yīng)圈(01)仍然要對熔體的側(cè)面和底面產(chǎn)生懸浮力F。輔助感應(yīng)圈的設(shè)置附加了一個(gè)懸浮力F'，而且此力的方向?qū)τ趹腋∽饔酶佑行А?br> 4、坩堝底(03)的外壁可以是平面，也可以是帶有斜度的表面，其形狀可以與坩堝底內(nèi)壁的相同，也可以不同。將坩堝底的外壁也制作成帶有斜度的外形(圖6和圖7)將有利于安裝輔助感應(yīng)圈(09)，這使輔助感應(yīng)圈更加靠近熔體(06)的底面，產(chǎn)生更加明顯的懸浮能力。
5、堝壁和坩堝底的冷卻通道的進(jìn)口和出口分別通過進(jìn)水導(dǎo)管和回水導(dǎo)管(10) (以下通稱為"冷卻導(dǎo)管")連接到進(jìn)水水套和回水水套(04)(見圖8和圖9)。進(jìn)水水套和 回水水套可以是分體結(jié)構(gòu)，也可以連接在一起。水套一般裝在坩堝的上方或下方，也可以是 各在一方。此外，為了消除水套阻擋電磁場和產(chǎn)生渦流損失等不利影響，堝壁和坩堝底的冷 卻通道可以分別直接將進(jìn)水導(dǎo)管接入進(jìn)水總管和將回水管接入回水總管，取消水套(04)。
水套(04) —般是與坩堝共軸線的環(huán)狀腔體(見圖8和圖9)。但是，必須在環(huán)的某 個(gè)位置M處切斷，然后把兩個(gè)斷口分別焊死，對斷口間隙兩側(cè)的端面進(jìn)行絕緣以避免形成 導(dǎo)電回路。為了保證水套的剛度，可以用裝配件(11)結(jié)合水套環(huán)斷口的兩側(cè)，在裝配件與 水套之間可以襯以絕緣墊(12)，避免形成短路(見圖9)。 水套環(huán)(04)環(huán)內(nèi)應(yīng)該有足夠的空間，以便減小對于電磁場進(jìn)入坩堝的阻礙；水套 的外形尺寸也不要太大，否則對電磁場也有阻擋作用。對于圓截面坩堝，水套環(huán)的內(nèi)徑巧和 外徑r2應(yīng)該按照巧> 0. 2R，最好> 0. 6R ;和r2《2R，最好《1. 5R的原則設(shè)計(jì)(R是坩堝的 內(nèi)徑)(見圖8)。對于其它截面形狀的坩堝，水套尺寸可以參考圓截面坩堝的原則設(shè)計(jì)。
為了減少水套對電磁場能量的吸收，水套的位置應(yīng)該離開坩堝端面一定的距離。 沿著坩堝軸線的方向，應(yīng)該使水套離坩堝端面的距離S > 0. 02H，S > 0. 2H則更好。式中H 是坩堝的總高度(見圖8)。但是，當(dāng)不大計(jì)較電磁場的能量損失時(shí)，水套(04)也可以裝在 離坩堝很近的位置，甚至直接裝在坩堝的端面。 本發(fā)明的有益效果是提高了電磁場的效果，其辦法包括通過坩堝底分瓣彌補(bǔ)了 以往坩堝底部電磁場微弱的缺陷；設(shè)計(jì)有斜度的坩堝底使底部的熔體能夠獲得懸浮力；在 坩堝下方設(shè)置感應(yīng)圈，增強(qiáng)熔體底部的電磁場和懸浮力；改進(jìn)水套和裝配件設(shè)計(jì)，在一些條 件下取消水套，防止這些部件阻擋和吸收電磁場。電磁場效果的提高導(dǎo)致熔體懸浮能力增 強(qiáng)，而良好的懸浮能力則是產(chǎn)品純度高，成分準(zhǔn)確、均勻，成材率高等因素最重要的保證，是 大幅度提高熔煉過程的能量效率的先決條件。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。 圖1是傳統(tǒng)冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(只在坩堝右側(cè)畫出了主感應(yīng)圈)。 圖2是在傳統(tǒng)冷坩堝中，磁場作用于熔體表面的渦流產(chǎn)生作用力的示意圖。 圖3是實(shí)施例1的冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(只在坩堝右側(cè)畫出了主感應(yīng)圈)。 圖4. 1是在實(shí)施例1的冷坩堝中，磁場作用于熔體底面的渦流產(chǎn)生作用力的全貌 示意圖。 圖4. 2是在實(shí)施例1的冷坩堝中，磁場作用于熔體底面的渦流產(chǎn)生作用力的底部 放大圖。 圖4. 3是在實(shí)施例1的冷坩堝中，磁場作用于熔體底面的渦流產(chǎn)生作用力的熔體 底面受力F的分解示意圖。 圖5顯示主感應(yīng)圈位于熔體(06)底部表面點(diǎn)0處的磁場B和受力F情況。 圖5. 1顯示主感應(yīng)圈略向上移的磁場力F示意圖。 圖5. 2顯示主感應(yīng)圈下移的磁場力F示意圖。 圖6是實(shí)施例2的冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(只在坩堝右側(cè)畫出了主感應(yīng)圈)。
圖7是在實(shí)施例2的冷坩堝中，磁場作用于熔體底面的渦流產(chǎn)生作用力的示意圖。 圖7. 1是安裝圓錐形輔助感應(yīng)圈的冷坩堝系統(tǒng)的底部放大圖. 圖7. 2是安裝平面輔助感應(yīng)圈的冷坩堝系統(tǒng)的底部放大圖。 圖7. 3是安裝圓柱輔助感應(yīng)圈的冷坩堝系統(tǒng)的底部放大圖。 圖8是在實(shí)施例3的冷坩堝中水套設(shè)計(jì)的示意圖。 圖9是實(shí)施例3的冷坩堝系統(tǒng)包括水套和裝配件的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖10是實(shí)施例4的冷坩堝系統(tǒng)不使用水套的結(jié)構(gòu)示意圖。 在以上各圖中，Ol.主感應(yīng)圈，02.坩堝壁，03.坩堝底，04.水套，05.坩堝上的冷卻 通道，06.爐料熔體，07.爐料凝殼，08.輔助感應(yīng)圈，09.坩堝下注口，IO.冷卻導(dǎo)管，ll.裝 配件，12.絕緣墊，13.冷卻總管，14.加固元件，15.高溫檔片。A是坩堝中軸線，B是電磁場 的磁力線，C是坩堝分瓣之間的縫隙，D是坩堝底面的方向線，E是坩堝底部不分瓣無縫隙的 部分，I是熔體表面的渦流，F(xiàn)是主感應(yīng)圈磁場作用于熔體渦流產(chǎn)生的電磁力，F(xiàn)'是輔助感 應(yīng)圈磁場作用于熔體渦流產(chǎn)生的電磁力，H是坩堝壁的高度，K是水套端面到坩堝端面的最 近的距離，M是水套和裝配件的切斷口， P是熔體重力產(chǎn)生的壓力，S是坩堝底面的直徑，T 是坩堝底面縫隙的線尺寸，W是水平面的方向線，a是坩堝內(nèi)底面與水平面的夾角，q是力 F在垂直于熔體底面方向的分力，u是力F在平行于熔體底面方向的分力，R是坩堝內(nèi)徑，巧 是水套環(huán)的內(nèi)徑，r2是水套環(huán)的外徑。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 : 實(shí)施例1的冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖3。在此例中，紫銅冷坩堝的側(cè)壁(02)為圓筒 形，紫銅坩堝底(03)的內(nèi)壁是半球面。此坩堝不僅側(cè)壁(02)分瓣，而且坩堝底(03)也分 瓣，分瓣之間的間隙C貫穿坩堝壁和坩堝底的厚度，在坩堝底，縫隙C的長度T等于坩堝底 的直徑S。 冷坩堝的這種結(jié)構(gòu)使主感應(yīng)圈(01)產(chǎn)生的電磁場能順利通過坩堝底(03)貫穿坩
堝的整個(gè)內(nèi)部空間，使坩堝內(nèi)包括坩堝底部的爐料能全部被加熱而完全熔化。 圖4. 1和圖4. 2顯示了在這種結(jié)構(gòu)的坩堝中爐料的受力分析由于坩堝底(03)的
內(nèi)壁有斜度，所以主感應(yīng)圈(01)在坩堝中產(chǎn)生的電磁場B能在熔體(04)的底面感應(yīng)出渦
流I。磁場B同渦流I相互作用，對于熔體底面產(chǎn)生了方向指向坩堝軸線的電磁力F， F克
服熔體的壓力P，使熔體底面脫離坩堝的底面，產(chǎn)生了懸浮能力。 考慮到主感應(yīng)圈位置對熔體底面懸浮力的影響(圖5)，把主感應(yīng)圈略微向下進(jìn)行 了移動(dòng)。 實(shí)施例2 : 實(shí)施例2的冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖6。在此例中，雖然紫銅冷坩堝側(cè)壁(02)仍然 為圓筒形，但是紫銅坩堝底(03)的內(nèi)、外表面都是圓錐面，圓錐角為120° (坩堝底對于水 平面的傾角為30。)。在坩堝底的尖端開有直徑2cm的下注口 (07)。 與實(shí)施例1相同的是坩堝不僅側(cè)壁(02)分瓣，而且坩堝底(03)也分瓣，分瓣之間 的間隙C貫穿坩堝壁和坩堝底的厚度，坩堝底的縫隙C貫穿坩堝底的直徑。這種結(jié)構(gòu)使主 感應(yīng)圈(01)產(chǎn)生的電磁場能順利通過坩堝底，使坩堝內(nèi)的爐料能全部被加熱而完全熔化。主感應(yīng)圈(01)對熔體底面產(chǎn)生懸浮力的情況也與實(shí)施例1的情況相似。 與實(shí)施例1不同，本實(shí)施例除了主感應(yīng)圈(01)之外，在坩堝的下方還安裝了圓錐
形的輔助感應(yīng)圈(06)。在坩堝底(02)的內(nèi)壁，輔助感應(yīng)圈產(chǎn)生的磁力線B的方向接近于與
此內(nèi)壁平行。這樣，B與沿熔體底面環(huán)繞坩堝軸線A流動(dòng)的感應(yīng)渦流I相互作用，所產(chǎn)生的
作用力F'的方向就接近于垂直坩堝底的內(nèi)壁，從而產(chǎn)生了更加顯著的懸浮作用(見圖7和
圖7.1)。 從圖7. 2和圖7. 3可見，在坩堝下方用平面螺線管或直徑小于主感應(yīng)圈的圓柱螺 線管代替圓錐形螺線管時(shí)，對于懸浮力也能產(chǎn)生相似的作用。
實(shí)施例3 : 實(shí)施例3的冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖8和圖9。圖8顯示了冷坩堝所使用的環(huán)型水 套的尺寸設(shè)計(jì)和位置設(shè)計(jì)，圖9則是該冷坩堝系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)。 該坩堝具有圓截面，紫銅制作。坩堝壁(02)分16瓣，直徑R二 120mm。坩堝底 (03)為分體結(jié)構(gòu)，按輻射方向分為8瓣，有下注口，圓錐筒形，圓錐角為120° ，它直接裝在 坩堝壁的下端面。坩堝的總高度H二 250mm。 坩堝壁分為16瓣，每4片坩堝片是一個(gè)冷卻單元，加上坩堝底的一個(gè)單元，總計(jì)5 個(gè)冷卻單元。所以，坩堝有5支進(jìn)水導(dǎo)管和5支回水導(dǎo)管(10)。坩堝壁的冷卻導(dǎo)管從坩堝 片側(cè)壁的下端引出，分別接入進(jìn)水水套和回水水套(04)。 不銹鋼水套(04)為環(huán)形腔體，內(nèi)徑巧=100mm，外徑r2 = 160mm。水套在坩堝下 方，水套的上端面離坩堝的下端面的距離H二 100mm。 為了切斷渦流回路，將水套制作了一個(gè)斷口 M。為了保證水套的剛度，用裝配件小
片(11)結(jié)合了斷口M兩側(cè)的水套，在小片與水套表面之間襯了絕緣墊(12)。 坩堝壁的上端面用環(huán)片形的紫銅裝配件(11)拼裝，在它與坩堝的表面之間襯了
絕緣墊(12)。為了切斷渦流回路，也將裝配件環(huán)片制作了一個(gè)斷口M。用紫銅加固片(14)
結(jié)合了環(huán)片的斷口兩側(cè)，在加固片與裝配件環(huán)片之間也襯了絕緣墊(12)。為了防止熔體的
高溫直接輻射坩堝上口的絕緣片(12)，所以在坩堝片的上端頭制作了擋片(15)。 實(shí)施例4: 實(shí)施例四的冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖10。 此例的冷坩堝由10片坩堝片組成，它們分成2組a、 b、 c、 d、 e是一組，其它坩堝 片是第二組。 這個(gè)坩堝只有4支從坩堝片引出冷卻導(dǎo)管(10)，所以，坩堝不設(shè)置水套，而是將冷 卻導(dǎo)管直接接入冷卻總管(13)——2支進(jìn)水管接入進(jìn)水總管；而2支回水管接入回水總管。
這種設(shè)計(jì)使坩堝的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡化，而且消除了水套阻擋電磁場和產(chǎn)生渦流損失 等不利影響。
權(quán)利要求
真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，包括坩堝壁、坩堝底、冷卻管道、主感應(yīng)圈、輔助感應(yīng)圈和水套，冷坩堝系統(tǒng)的側(cè)壁02和坩堝底03均為分瓣結(jié)構(gòu)，各瓣之間有縫隙C，其特征在于所述分瓣之間的縫隙C貫穿坩堝壁和坩堝底的厚度，縫隙C平行于坩堝的軸線，坩堝底03的內(nèi)壁為帶有斜度的球冠面或錐面，主感應(yīng)圈的下端面比坩堝底的內(nèi)壁低0.05～0.5H，在坩堝下方設(shè)置有與坩堝同軸線的輔助感應(yīng)圈08。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于在坩堝底部，所述 縫隙C沿著底面的長度T等于坩堝底直徑S的1 1. 2倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于坩堝內(nèi)壁各點(diǎn)的 斜度可以完全相同，也可以不完全相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于坩堝底面內(nèi)壁相 對于水平面的斜度角a在10° 80°之間，最好控制在30。 60°的范圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于坩堝底的外壁帶 有斜度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于堝壁和坩堝底的冷卻通道分別通過進(jìn)水導(dǎo)管或回水導(dǎo)管10與進(jìn)水水套或回水水套04連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于堝壁和坩堝 底的冷卻通道可以分別直接將進(jìn)水導(dǎo)管接入進(jìn)水總管和將回水管接入回水總管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于所述水套04 是與坩堝共軸線的環(huán)狀腔體，水套環(huán)中間切斷，斷口分別焊死并絕緣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于水套04的位 置沿著坩堝的軸線方向，離坩堝端面的距離S > 0. 02H。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的真空感應(yīng)熔煉用冷坩堝系統(tǒng)，其特征在于所述主感應(yīng)圈的 下端面比坩堝底的內(nèi)壁低0. 1 0. 3H。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種真空感應(yīng)熔煉用的冷坩堝系統(tǒng)，尤其是具有改進(jìn)懸浮能力的高效率冷坩堝系統(tǒng)，為了提高感應(yīng)冷坩堝技術(shù)懸浮爐料熔體的效果，本發(fā)明改進(jìn)了冷坩堝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一是不僅坩堝的側(cè)壁分瓣，坩堝底也分瓣，使坩堝內(nèi)靠近底部區(qū)域的電磁場不發(fā)生明顯衰減；二是把坩堝底設(shè)計(jì)成有一定的斜度，使?fàn)t料熔體的底面也受到產(chǎn)生懸浮作用的電磁力；三是在坩堝底部設(shè)置感應(yīng)圈，增大懸浮力；四是改變水套和裝配件的結(jié)構(gòu)或取消水套，避免這些附屬部件對電磁場的阻擋和吸收。本發(fā)明涉及的冷坩堝系統(tǒng)特指真空感應(yīng)熔煉技術(shù)中用金屬材料(包括紫銅)制作的各種冷坩堝系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F27D9/00GK101776390SQ20091010241
公開日2010年7月14日 申請日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月14日
發(fā)明者康寧, 李碚 申請人:貴州貴航能發(fā)裝備制造有限公司