本實用新型屬金屬感應熔煉設備領域，尤其涉及一種應用于稀有金屬或難熔活潑金屬熔煉的冷坩堝。

背景技術：

冷坩堝感應熔煉技術是一種先進的熔煉手段，主要應用于稀有金屬或難熔活潑金屬的熔煉，它繼承了感應熔煉有著易于控制溫度、易于控制成分等優(yōu)點。冷坩堝感應熔煉技術主要特點有：（1）它能夠在無坩堝材料污染環(huán)境下對材料進行熔煉和處理，因為在熔煉過程中熔體和坩堝壁處于非接觸狀態(tài)，坩堝壁溫度處于冷態(tài)，熔體和坩堝壁間不會發(fā)生任何形式的相互作用；（2）該技術采用感應加熱方式，熔體在加熱過程被攪拌，可獲得均勻的過熱度和化學成分；（3）由于銅坩堝一直處于冷態(tài)并且不與熔體接觸，因此坩堝可以和高熔點或活潑性元素熔體共存；（4）該技術可用于真空或保護氣氛下，因此冷坩堝技術特別適用于熔煉活潑金屬、高純金屬、難熔合金和放射性材料等。

目前，現(xiàn)有金屬感應熔煉冷坩堝普遍存在著磁場透入效率低，電磁能渦流損耗嚴重，冷卻能力差，熔體在坩堝形成凝殼的厚度大等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種主要針對有效容積在8到12L之間，磁場透入效率高，電磁能渦流損耗小，冷卻能力強，可有效減少熔體在坩堝形成凝殼的厚度，增加駝峰高度，減少熔體與側壁的接觸面積的金屬感應熔煉的冷坩堝。

為解決上述技術問題，本實用新型是這樣實現(xiàn)的。

金屬感應熔煉的冷坩堝，它包括水冷坩堝壁、冷坩堝底組件、銅手指、基座法蘭、進水座、回水座及主線圈；所述進水座與基座法蘭固定相接；所述回水座固定置于進水座的下部；在所述水冷坩堝壁外側設有主線圈；所述冷坩堝底組件固定置于回水座之上；所述水冷坩堝壁經銅手指固定在基座法蘭上。

所述基座法蘭、進水座及冷坩堝底組件下部底座相結合形成橫向環(huán)狀冷卻介質進水腔；在所述進水座外設有進水口；所述進水口與環(huán)狀冷卻介質腔相通。

所述進水座、回水座及冷坩堝底組件下部底座相結合形成橫向環(huán)狀冷卻介質回水腔；在所述回水座外設有回水口；所述回水口與環(huán)狀冷卻介質回水腔相通。

所述冷坩堝底組件包括水冷盤、進水冷卻管、回水冷卻管及底座；在所述水冷盤內徑向設有水道；所述進水冷卻管及回水冷卻管與水冷盤垂直相接；所述進水冷卻管及回水冷卻管的端口分別與水道相通。

在所述水冷坩堝壁內設有冷卻介質通道；所述冷卻介質通道的入口與環(huán)狀冷卻介質進水腔相通；所述冷卻介質通道的出口經水冷坩堝瓣導水管與環(huán)狀冷卻介質回水腔相通。

所述進水冷卻管的入口與環(huán)狀冷卻介質進水腔相通；所述回水冷卻管的出口經冷坩堝底導水管與環(huán)狀冷卻介質回水腔相通。

作為一種優(yōu)選方案，本實用新型在所述冷坩堝底組件內設有輔助線圈；所述輔助線圈固定于輔助線圈固定座之上。

進一步地，本實用新型在所述輔助線圈固定座上可設有漏水孔。

進一步地，本實用新型所述水冷坩堝壁可采用若干獨立冷坩堝瓣圍成的冷坩堝側壁；其中冷坩堝瓣之間以及冷坩堝瓣內部設有供磁場透入的縫隙。

進一步地，本實用新型所述水冷盤可采用整體分瓣式結構；水冷盤盤體設有若干條徑向縫隙，縫隙間形成扇形的獨立水冷區(qū)域。

進一步地，本實用新型所述底座經螺母與回水座固定相接。

冷坩堝一般采用導熱率高、電阻率低的金屬制成（如銅）。由于冷坩堝在線圈所產生的交變磁場內，所以坩堝體吸收了大部分電磁能，為使磁場能透入到坩堝內部并作用在被熔金屬中，冷坩堝側壁沿圓周方向一般采用多條切縫結構，來使磁場能夠透入到坩堝內。由于被熔金屬溫度很高，所以冷坩堝內部通用冷卻水來保證冷坩堝不被高溫金屬損壞。正是由于這種特性，所以這種熔煉的方法被稱為“冷坩堝”感應熔煉。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下特點。

1、由于冷坩堝在線圈所產生的交變磁場內，所以坩堝體吸收了大部分電磁能，為使磁場能透入到坩堝內部并作用在被熔金屬中，冷坩堝側壁沿圓周方向一般采用多條切縫結構，同時為了控制作用在冷坩堝上渦流產生的能量損耗，冷坩堝的縫隙間的截面積就該是越小越好。本實用新型同時在側壁和底部分瓣，不但最大限度地保證了磁場透入的效率，而且還有效控制了電磁能在冷坩堝上面的渦流損耗。

2、并聯(lián)水冷，可以有效利用冷卻水的冷卻能力。通過適當設計冷卻水管道直徑及冷卻水工作壓力，可以使所有冷坩堝瓣與冷坩堝底充分水冷，避免了串聯(lián)水冷時冷卻水工作行程過長帶來的冷卻能力不足等問題?；厮捎秒p管道回水，減少回水管路的管阻，實現(xiàn)均勻回水，減少回水阻力。

3、冷坩堝的所有水冷部件位于主線圈下方較遠的位置，通過距離降低這些工作部件對線圈產生磁場能量的損耗。同時冷坩堝底內部采用銅管焊接工藝，內部結構中空，也能有效減少對磁場能量的損耗。

4、冷坩堝中除采用常規(guī)主熔煉線圈外，還配置了一個輔助線圈（渦狀線感應器）。輔助線圈所產生的磁場可以有效減少熔體在坩堝形成凝殼的厚度，增加駝峰高度，減少熔體與側壁的接觸面積，從而達到增大設備整體的電效率的最終目的。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步說明。本實用新型的保護范圍不僅局限于下列內容的表述。

圖1為本實用新型金屬感應熔煉的冷坩堝整體剖視圖。

圖2為本實用新型金屬感應熔煉的冷坩堝主視圖。

圖3為本實用新型未裝配輔助線圈整體剖視圖。

圖4為本實用新型冷坩堝底組件整體剖視圖。

圖5為本實用新型冷坩堝底組件冷卻水道分布圖。

圖6為本實用新型水冷坩堝壁整體剖視圖。

圖7為本實用新型銅手指結構示意圖。

圖中：1、水冷坩堝壁；101、冷卻介質通道；2、冷坩堝底組件；201、水冷盤；202、絲堵；203、進水冷卻管；204、回水冷卻管；205、底座；206、水道；3、絕緣墊；4、銅手指；401、螺釘；402、彈簧墊圈；403、平墊圈；404、絕緣墊；405、銅壓板；406、螺釘；407、絕緣塊；408、絕緣套；501、水冷坩堝瓣導水管；502、冷坩堝底導水管；6、基座法蘭；701、環(huán)狀冷卻介質進水腔；702、進水口；7、進水座；8、回水座；801、環(huán)狀冷卻介質回水腔；802、回水口；9、主線圈；10、螺母；11、輔助線圈；12、輔助線圈固定座；13、漏水孔。

具體實施方式

如圖所示，金屬感應熔煉的冷坩堝，它包括水冷坩堝壁1、冷坩堝底組件2、銅手指4、基座法蘭6、進水座7、回水座8及主線圈9；所述進水座7與基座法蘭6固定相接；所述回水座8固定置于進水座7的下部；在所述水冷坩堝壁1外側設有主線圈9；所述冷坩堝底組件2固定置于回水座8之上；所述水冷坩堝壁1經銅手指4固定在基座法蘭6上。

所述基座法蘭6、進水座7及冷坩堝底組件2下部底座205相結合形成橫向環(huán)狀冷卻介質進水腔701；在所述進水座7外設有進水口702；所述進水口702與環(huán)狀冷卻介質腔601相通。

所述進水座7、回水座8及冷坩堝底組件2下部底座205相結合形成橫向環(huán)狀冷卻介質回水腔801；在所述回水座8外設有回水口802；所述回水口802與環(huán)狀冷卻介質回水腔801相通。

所述冷坩堝底組件2包括水冷盤201、進水冷卻管203、回水冷卻管204及底座205；在所述水冷盤201內徑向設有水道206；所述進水冷卻管203及回水冷卻管204與水冷盤201垂直相接；所述進水冷卻管203及回水冷卻管204的端口分別與水道206相通。

在所述水冷坩堝壁1內設有冷卻介質通道101；所述冷卻介質通道101的入口與環(huán)狀冷卻介質進水腔701相通；所述冷卻介質通道101的出口經水冷坩堝瓣導水管501與環(huán)狀冷卻介質回水腔801相通。

所述進水冷卻管203的入口與環(huán)狀冷卻介質進水腔701相通；所述回水冷卻管204的出口經冷坩堝底導水管502與環(huán)狀冷卻介質回水腔801相通。

參見圖1及圖4所示，本實用新型在所述冷坩堝底組件2內設有輔助線圈11；所述輔助線圈11固定于輔助線圈固定座12之上。本實用新型在所述輔助線圈固定座12上設有漏水孔13。

參見圖1所示，本實用新型所述水冷坩堝壁1采用若干獨立冷坩堝瓣圍成的冷坩堝側壁；其中冷坩堝瓣之間以及冷坩堝瓣內部設有供磁場透入的縫隙。

參見圖1、圖4及圖5所示，本實用新型所述水冷盤201采用整體分瓣式結構；水冷盤201盤體設有若干條徑向縫隙，縫隙間形成扇形的獨立水冷區(qū)域。本實用新型所述底座205經螺母10與回水座8固定相接。

本實用新型中的水冷坩堝壁采用分瓣式結構，若干單獨立的冷坩堝瓣圍成一冷坩堝側壁。同時不僅瓣與瓣之間有供磁場透入的縫隙，瓣內部也有供磁場透入的縫隙。水冷坩堝底采用整體式結構，整個底部有多條縫隙，使底部也形成了供磁場透入的縫隙，有效增大了磁場透入效率。

本實用新型中的水冷結構采用并聯(lián)方式，即高壓冷卻水同時供給所有冷坩堝瓣與冷坩堝底。冷卻水從水冷坩堝壁一側的進水冷卻管203進入，從另一側回水冷卻管204流入環(huán)狀冷卻介質回水腔801。

本實用新型中采用雙線圈設計，主線圈位于水冷坩堝壁外部，包圍整個熔煉區(qū)域的外部，冷坩堝底組件內設置一個輔助線圈11（渦狀線感應器），用于對底部熔體進行功率補償。這樣可以有效增加底部磁通密度，同時配合坩堝底的切縫可以有效減少熔體在坩堝形成凝殼的厚度，增加駝峰高度，減少熔體與側壁（水冷坩堝瓣）的接觸面積，從而達到增大設備整體的電效率的最終目地。為保證兩個線圈之間不互相干擾，主線圈與輔助線圈之間的工作頻率應設為“一高一底”，一般主線圈工作頻率在4～8kHz，輔助線圈工作頻率在20～40kHz。

1、冷卻水冷卻原理。

參見圖1、圖2及圖3所示，供給水冷坩堝瓣的冷卻水從進水口702進入由基座法蘭6、進水座7及冷坩堝底組件2的下部底座204多部件相結合形成的橫向環(huán)狀冷卻介質進水腔701內；隨后，冷卻水分兩路，一路進入所有獨立水冷坩堝瓣，經過水冷坩堝瓣內部循環(huán)后，再由水冷坩堝瓣導水管501導入環(huán)狀冷卻介質回水腔801內，最終經由回水口802排出。冷卻水的另一路直接經進水冷卻管203流入水冷坩堝底中的水冷盤201內，水冷盤201分成8瓣，每瓣獨立進加水，冷卻水同步直接進入水冷盤的所有分瓣，并經內部水道206循環(huán)冷卻后流出，再由冷坩堝底導水管502導入環(huán)狀冷卻介質回水腔801內，最終經由回水口802排出。

2、水冷坩堝壁結構。

如圖2所示，水冷坩堝壁采用獨立式結構，共16個獨立的冷坩堝瓣拼成一個“圓筒”構成水冷坩堝壁，水冷坩堝瓣與瓣之間以及瓣內的切縫均設有絕緣陶瓷片。每個水冷坩堝瓣內有獨立的進回水道，水冷坩堝瓣頂部相互連通，使冷卻水能完成整個獨立的循環(huán)過程。水冷坩堝瓣由瓣與頂蓋經焊接制成。每個獨立的水冷坩堝瓣由一整塊銅料經精密加機加工而成，而非大直徑筒形銅料，達到了節(jié)約材料的目的。

水冷坩堝瓣底部經絕緣墊與基座法蘭6連接，依靠銅手指4進行固定。整體固定后，還需在所有水冷坩堝瓣外圍進行纏繞包扎作業(yè)以增加水冷坩堝瓣的穩(wěn)定性。絕緣墊3主要為了防止水冷坩堝瓣產生的渦流導入下部的基座法蘭6，同時銅手指4結構上也做了絕緣處理，防止渦流導入其它部件增加能量損耗。在絕緣墊內設有密封元件，用于實現(xiàn)對冷卻水的密封。參見圖7所示，4為銅手指；401為螺釘；402為彈簧墊圈；403為平墊圈；404為絕緣墊；405為銅壓板；406為螺釘；407為絕緣塊；408為絕緣套。

3、冷坩堝底組件結構。

參見如圖4、圖5所示，冷坩堝底組件2包括水冷盤201、進水冷卻管203、回水冷卻管204及底座205；在所述水冷盤201內徑向設有水道206；所述進水冷卻管203及回水冷卻管204與水冷盤201垂直相接；所述進水冷卻管203及回水冷卻管204的端口分別與水道206相通。水冷盤201、絲堵202、進水冷卻管203及回水冷卻管204經焊接組成。水冷盤201為整體式結構，圓周徑向每45度有一條深切縫（不切透），每22.5度有一條淺切縫。由深切縫分割成8“瓣”，每瓣內有一條淺切縫，同時每瓣內有一進一回的水道形成獨立的冷卻回路。水冷盤201的所有切縫內均插有薄陶瓷片用于絕緣。絲堵202嵌入于水冷盤201的水道中，通過焊接的方式封住水冷盤道。整個水冷盤201由加械加工制成。進水冷卻管203挺入水冷盤201底部的凹臺中，與分瓣內的水道相連接，通過焊接與水冷盤201連接，實現(xiàn)對整個水冷盤,201中每一瓣的獨立供水。

水冷盤201處在由線圈產生的強大的交變磁場內，采用銅質進水冷卻管203可以有效地把銅質底座205 布置于遠離線圈的區(qū)域，同時由于采用多根銅管式的結構且每根銅管的截面積相對很小，所以在銅管上由渦流引起的能量損失很少，有利于提高冷坩堝整體的電效率。銅質底座205與進水冷卻管203也采用焊接形式進行連接，銅質底座205上設有供密封所用的密封槽，裝配時通過O型密封圈進行密封。與基座法蘭6對接采用斜面形式，下部采用螺紋結構的中空管結構。通過螺母10與回水座8配合斜面上的O型密封圈實現(xiàn)壓緊密封和固定的作用。

4、銅手指部分結構。

如圖7所示，銅手指4由螺釘401、彈簧墊圈402、平墊圈403、絕緣墊404、銅壓板405、螺釘406、絕緣塊407、絕緣套408組成。

銅手指4的功能主要有兩點。

一、固定將所有水冷坩堝瓣固定在基座法蘭6上。

二、確保冷坩堝瓣1與基座法蘭6之間的絕緣。

絕緣墊404、絕緣塊407及絕緣套408均為絕緣材料制成。螺釘401、彈簧墊圈402、平墊圈403用于將整個銅手指4連接在基座法蘭6上；螺釘406則用于連接銅壓板405與絕緣塊407。為了最大程度減少渦流在銅手指4上的能量損耗，同時保證一定的機械強度，銅壓板405采用黃銅材質。螺釘401與螺釘406可采用黃銅或奧氏體不銹鋼等材質。

4、輔助線圈部分結構。

參見圖1及圖4所示，輔助線圈11為渦狀線線圈，由于該線圈位于冷坩堝底組件內部，同時該線圈的工作頻率較高，所以輔助線圈11在制做成形后需對外表面進行絕緣處理。

輔助線圈11通過輔助線圈固定座12固定于冷坩堝底組件內部。輔助線圈11與輔助線圈固定座12可采用固化劑膠接的形式進行固定。輔助線圈固定座12上除開有兩個供輔助線圈11銅管引出的孔外，還設有四個漏水孔13，以保證當冷坩堝底組件出現(xiàn)漏水等極端情況時能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施處理。輔助線圈固定座12與底座205通過細牙螺紋進行連接，輔助線圈固定座12由于同時與輔助線圈11和底座205相接觸，所以也必需采用絕緣材料。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。