專利名稱：連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷坩堝。
背景技術(shù)：
冷坩堝是用具有水冷的純銅制造的坩堝，由于坩堝為水冷結(jié)構(gòu)，在使用過(guò) 程中坩堝溫度很低，所以坩堝本身對(duì)坩堝內(nèi)的材料幾乎沒(méi)有污染。根據(jù)坩堝加 熱方式的不同，可以分為不開縫的外熱式坩堝和開縫的感應(yīng)加熱式坩堝，外熱 式冷坩堝是依靠能量發(fā)生器產(chǎn)生的能量熔化材料，而感應(yīng)熔化冷坩堝則依靠電 磁感應(yīng)加熱熔化材料，又稱為電磁冷坩堝，是目前應(yīng)用廣泛的冷坩堝。電磁冷 坩堝技術(shù)是近幾年興起的新技術(shù)，它是將分瓣的水冷銅坩堝置于交變電磁場(chǎng)內(nèi)， 利用交變電磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦流熱熔化金屬，并依靠電磁力使金屬熔體與坩堝壁保
持軟接觸或者非接觸狀態(tài)，并對(duì)爐料進(jìn)行感應(yīng)熔煉或者成形的技術(shù)，在1990 年日本名古屋召開的第六屆鋼鐵會(huì)議上，冷坩堝熔煉技術(shù)受到各國(guó)的重視，目 前各發(fā)達(dá)國(guó)家都在奮力研究開發(fā)這一新的技術(shù)。現(xiàn)有的電磁冷坩堝存在熔體與 坩堝內(nèi)壁貼連、熔體熔化不連續(xù)、熔體熔化不良、成分不均勻、電能利用率低、 不方便觀察的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的電磁冷坩堝存在熔體與坩堝內(nèi)壁貼連、熔體熔化不 連續(xù)、熔體熔化不良、成分不均勻、電能利用率低、不方便觀察的問(wèn)題，進(jìn)而 提供了 一種連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝包括進(jìn)水管、 出水管、若干個(gè)細(xì)水管、紫銅坩堝主體、感應(yīng)線圈，進(jìn)水管通過(guò)若干個(gè)細(xì)水管 與紫銅坩堝主體連通，出水管通過(guò)若干個(gè)細(xì)水管與紫銅坩堝主體連通，所述的 感應(yīng)線圈套在紫銅坩堝主體的上半體上；所述的紫銅坩堝主體的橫截面為扁環(huán) 狀的空腔體，紫銅坩堝主體由上半體和下半體組成，上半體與下半體為一體， 所述的上半體分割成八個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹闹w，八個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹闹w 沿紫銅坩堝主體橫截面上的X軸和Y軸對(duì)稱，下半體的底面上與橫截面為花瓣 狀的柱體對(duì)應(yīng)位置開有縱向深孔，下半體的前后兩側(cè)面上開有橫向通孔，所述
的縱向深孔與橫向通孔分別連通，每相鄰兩個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹闹w之間留有 間隙，所述的間隙內(nèi)填充有絕緣密封材料層。
本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明充分利用了電磁場(chǎng)和金屬相互作用的 熱效應(yīng)和力效應(yīng)。由于熔煉金屬與坩堝壁的接觸，使與坩堝接觸的熔體形成一 薄層凝殼，內(nèi)部熔體則在該凝殼內(nèi)熔化，所以能保持原金屬的高純度及防止在 熔煉或成形過(guò)程中各種間隙元素的污染，實(shí)現(xiàn)高純材料的低成本熔煉和成型； 金屬在水冷銅坩堝中懸浮或與坩堝內(nèi)壁軟接觸。2、由于采用感應(yīng)加熱，它可以
熔化高熔點(diǎn)的金屬。3、電磁力的強(qiáng)烈攪拌使熔體組織成分均勻。4、適用范圍 廣，可以熔煉不同成分的合金和材料。5、由于冷坩堝的冷壁，高溫熔體對(duì)冷坩 堝無(wú)實(shí)質(zhì)性腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。6、坩堝分瓣數(shù)合理，具有良好的透磁和低渦流 損耗特性，在熔體中產(chǎn)生大的感應(yīng)渦流和懸浮力，從而使冷坩堝的應(yīng)用效果達(dá) 到最佳。7、與現(xiàn)有的冷坩堝相比，本發(fā)明可以直接觀察駝峰和熔體顏色，及時(shí) 調(diào)節(jié)送料棒速度，以準(zhǔn)確制備出所需組織的扁坯；同時(shí)可以消除以前因送料棒 貼坩堝壁而造成熔化不良的現(xiàn)象；感應(yīng)線圈的直接加熱作用降低坩堝自身的能 量消耗，提高坩堝的電源利用效率。具有高效、易于觀察和控制、過(guò)程穩(wěn)定的 優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于降低成本、提高生產(chǎn)率都具有重要意義。8、冷坩堝自身高度較低， 感應(yīng)線圈與坩堝的上表面平行或略微超出上表面，這樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以直接 觀察駝峰形貌、位置和熔體顏色，以判斷實(shí)驗(yàn)參數(shù)配合是否合理，以獲得最佳 實(shí)驗(yàn)效果，同時(shí)這種坩堝由于自身體積小，高度低，因此電源利用效率較高。 本發(fā)明應(yīng)用在精確成形與定向凝固裝置的爐體內(nèi)使用來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)熔化與定向凝 固。


圖1是本發(fā)明的主視圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是圖1的A-A剖視圖， 圖4是圖3的I部放大圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一如圖1 圖3所示，本實(shí)施方式所述的連續(xù)熔化與定向
凝固扁坯用短型冷坩堝由進(jìn)水管4、出水管5、若干個(gè)細(xì)水管6、紫銅柑堝主體 1、感應(yīng)線圈13組成，進(jìn)水管4通過(guò)若干個(gè)細(xì)水管6與紫銅柑堝主體1連通， 出水管5通過(guò)若干個(gè)細(xì)水管6與紫銅坩堝主體1連通，所述的感應(yīng)線圈13套在 紫銅坩堝主體1的上半體2上；所述的紫銅坩堝主體1的橫截面為扁環(huán)狀的空
腔體，紫銅坩堝主體1由上半體2和下半體3組成，上半體2與下半體3為一 體，所述的上半體2分割成八個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹闹w7，八個(gè)橫截面為花瓣 狀的柱體7沿紫銅坩堝主體1橫截面上的X軸和Y軸對(duì)稱，下半體3的底面上 與橫截面為花瓣?duì)畹闹w7對(duì)應(yīng)位置開有縱向深孔9，下半體3的前后兩側(cè)面 上開有橫向通孔10，所述的縱向深孔9與橫向通孔10分別連通，每相鄰兩個(gè) 橫截面為花瓣?duì)畹闹w7之間留有間隙8，所述的間隙8內(nèi)填充有絕緣密封材 料層12。
根據(jù)銅塊形狀，可選用08mm的銅管繞制4匝感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈兩頭用通 孔螺母與爐體上的電源電極螺絲連接，感應(yīng)線圈的上平面與坩堝的上平面平行 或者略高3咖。冷坩堝與感應(yīng)線圈匹配，由于感應(yīng)線圈上表面與坩堝上表面平 行或略高，坩堝底部抽拉棒深入坩堝內(nèi)35 40mm，送料棒底部與感應(yīng)線圈上部 相齊；當(dāng)感應(yīng)線圈通入交變電流時(shí)，感應(yīng)線圈可以直接感應(yīng)送料棒，坩堝對(duì)送 料棒和抽拉棒都有感應(yīng)加熱作用，送料棒和抽拉棒都熔化形成駝峰，以不同速 度向下運(yùn)動(dòng)，能連續(xù)熔化和定向凝固鈦鋁合金扁坯。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式所述的絕緣密封材料層12由天然云母片和環(huán) 氧樹脂組成。選用這樣的材料，密封絕緣效果最佳。其它組成和連接關(guān)系與具 體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三如圖1 圖3所示，本實(shí)施方式所述的細(xì)水管6與進(jìn)水 管4、細(xì)水管6與出水管5以及細(xì)水管6與紫銅柑堝主體1的下半體3焊接。 采用焊接，可以至少承受10個(gè)大氣的壓力。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方 式一相同。
具體實(shí)施方式
四如圖1和圖3所示，本實(shí)施方式所述的紫銅坩堝主體1 的長(zhǎng)度X寬度X高度二LXWXH二70 80X40 50X50 60 mm。其它組成和連接 關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五如圖1和圖3所示，本實(shí)施方式所述的紫銅塒堝主體1 的長(zhǎng)度X寬度X高度二LXWXH二72X44X55 mm。采用這樣的尺寸，實(shí)驗(yàn)效果最 佳。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六如圖4所示，本實(shí)施方式所述的間隙8的長(zhǎng)度X寬度二a Xb=2.5 4X0.4 0.6 ■。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七如圖4所示，本實(shí)施方式所述的間隙8的長(zhǎng)度X寬度二a
Xb=3X0.5 mm。采用這樣的尺寸，便于密封。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí) 施方式一相同。
具體實(shí)施方式
八如圖3所示，本實(shí)施方式還包括絕緣帶ll，所述的絕緣 帶11纏繞在紫銅坩堝主體1的外表面上，絕緣帶11的外表面上涂有一層環(huán)氧 樹脂。采用這樣的結(jié)構(gòu)，防止紫銅坩堝主體1和感應(yīng)線圈13導(dǎo)電。其它組成和 連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式所述的絕緣帶11的外表面上設(shè)有環(huán)氧樹脂 層。采用這樣的結(jié)構(gòu)，絕緣效果好。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
八相 同。
工作原理根據(jù)使用方式的不同，冷坩堝可分為間歇式和連續(xù)鑄造式兩種，
其基本原理一樣，主要結(jié)構(gòu)相似，它主要由水冷坩堝、電源和其他輔助設(shè)施組 成。水冷坩堝由數(shù)個(gè)弧形塊或管組成，弧形塊或管內(nèi)通有冷卻水，保持冷壁， 各個(gè)弧形塊或管間縫隙充填耐火材料，坩堝外繞有水冷感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈與 電源相連，以產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)。
當(dāng)線圈通入交變電流時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)。冷坩堝的每分瓣間彼此絕 緣，所以每瓣內(nèi)都產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)感應(yīng)線圈的瞬間電流/為逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)， 則在每瓣的截面內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母猩娏?'，相鄰兩瓣的截面上電 流方向則相反，彼此在瓣間建立的磁場(chǎng)方向相同，向外表現(xiàn)為磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。 因此冷坩堝的每一縫隙處都是一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，冷坩堝如同強(qiáng)流器一樣，將磁力線 聚集到坩堝內(nèi)的物料上，坩堝內(nèi)的物料就被這個(gè)交變的磁場(chǎng)的磁力線所切割。 根據(jù)電磁場(chǎng)理論，坩堝內(nèi)的物料中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的存在， 物料的熔體表面薄層內(nèi)將形成封閉的電流回路。這種電流稱為渦流，渦流的大
小/』艮從歐姆定律。由于渦流回路的電阻通常很小，故/;能達(dá)到很高的值，
使渦流回路產(chǎn)生大量的熱，從而使金屬熔化，其熱量可由。二//7 ^確定。因
此冷坩堝內(nèi)對(duì)熔體實(shí)行加熱主要是依靠感應(yīng)電流。
由電磁場(chǎng)理論可知電磁力/二7/iyfe a乂歷(電磁力向量)
這里，電磁力/可以分解為造成熔體懸浮的無(wú)旋分量《和使熔體產(chǎn)生電磁 攪拌驅(qū)動(dòng)力的有旋分量/^:
《作用原理為在金屬熔體的表面處，感應(yīng)線圈所形成的磁場(chǎng)^沿熔體的
母線方向(即剖面圖中熔體表面方向)，而熔體感應(yīng)電流J'的方向?yàn)槿垠w水平截 面的環(huán)周方向，則由/二/XA可知，電磁力/方向?yàn)槿垠w表面的內(nèi)法線方向(如
圖4)，因而電磁力可以抵消被熔金屬的重力或者靜壓力，實(shí)現(xiàn)被熔金屬的懸浮
或軟接觸。
尸s為電磁攪拌驅(qū)動(dòng)力，對(duì)金屬熔體產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌作用，使金屬熔體的溫 度和成分均勻，并能獲得一致的過(guò)熱度。《和尸s兩者之間的數(shù)量比由電源磁場(chǎng)
頻率所決定，當(dāng)電源頻率越低，則攪拌力越大；反之，頻率越高，懸浮力越大。
權(quán)利要求
1、 一種連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，它包括進(jìn)水管(4)、出水 管(5)、若干個(gè)細(xì)水管(6)、紫銅坩堝主體(1)、感應(yīng)線圈(13)，進(jìn)水管(4) 通過(guò)若干個(gè)細(xì)水管(6)與紫銅坩堝主體(1)連通，出水管(5)通過(guò)若干個(gè)細(xì) 水管(6)與紫銅坩堝主體(1)連通，所述的感應(yīng)線圈(13)套在紫銅坩堝主 體(1)的上半體(2)上；其特征在于所述的紫銅坩堝主體(1)的橫截面為扁 環(huán)狀的空腔體，紫銅坩堝主體(1)由上半體(2)和下半體(3)組成，上半體(2)與下半體(3)為一體，所述的上半體(2)分割成八個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹?柱體(7)，八個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹闹w(7)沿紫銅坩堝主體(1)橫截面上的 X軸和Y軸對(duì)稱，下半體(3)的底面上與橫截面為花瓣?duì)畹闹w(7)對(duì)應(yīng)位 置開有縱向深孔(9)，下半體(3)的前后兩側(cè)面上開有橫向通孔(10)，所述 的縱向深孔(9)與橫向通孔(10)分別連通，每相鄰兩個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹闹?體(7)之間留有間隙(8)，所述的間隙(8)內(nèi)填充有絕緣密封材料層(12)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，其特征 在于所述的絕緣密封材料層(12)由天然云母片和環(huán)氧樹脂組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，其特征 在于所述的細(xì)水管(6)與進(jìn)水管(4)、細(xì)水管(6)與出水管(5)以及細(xì)水管(6)與紫銅坩堝主體(1)的下半體(3)悍接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，其特征 在于所述的紫銅坩堝主體(1)的長(zhǎng)度X寬度X高度^XWXH^ 70 80X40 50X50 60 mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，其特征 在于所述的間隙(8)的長(zhǎng)度X寬度^aXb二2.5 4X0.4 0.6 mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，其特征 在于它還包括絕緣帶(11)，所述的絕緣帶(11)纏繞在紫銅柑堝主體(1)的 夕卜表面上。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，其特 征在于所述的絕緣帶(11)的外表面上設(shè)有環(huán)氧樹脂層。
全文摘要
連續(xù)熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，它涉及一種冷坩堝。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的電磁冷坩堝存在熔體與坩堝內(nèi)壁貼連、熔體熔化不連續(xù)、熔體熔化不良、成分不均勻、電能利用率低、不方便觀察的問(wèn)題。本發(fā)明所述的紫銅坩堝主體(1)的橫截面為扁環(huán)狀的空腔體，上半體(2)分割成八個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹闹w(7)，下半體(3)的底面上與橫截面為花瓣?duì)畹闹w(7)對(duì)應(yīng)位置開有縱向深孔(9)，每相鄰兩個(gè)橫截面為花瓣?duì)畹闹w(7)之間留有間隙(8)，所述的間隙(8)內(nèi)填充有絕緣密封材料層(12)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高純材料的低成本熔煉和成型，金屬在水冷銅坩堝中懸浮或與坩堝內(nèi)壁軟接觸，電磁力的強(qiáng)烈攪拌使熔體組織成分均勻。
文檔編號(hào)F27B14/10GK101122441SQ200710144308
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者丁宏升, 傅恒志, 畢維生, 蘇彥慶, 郭景杰, 陳瑞潤(rùn) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)