專利名稱：連續熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種冷坩堝。
背景技術：
冷坩堝是用具有水冷的純銅制造的坩堝，由于坩堝為水冷結構，在使用過 程中坩堝溫度很低，所以坩堝本身對坩堝內的材料幾乎沒有污染。根據坩堝加 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加熱式坩堝，外熱 式冷坩堝是依靠能量發生器產生的能量熔化材料，而感應熔化冷坩堝則依靠電 磁感應加熱熔化材料，又稱為電磁冷坩堝，是目前應用廣泛的冷坩堝。電磁冷 坩堝技術是近幾年興起的新技術，它是將分瓣的水冷銅坩堝置于交變電磁場內， 利用交變電磁場產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，并對爐料進行感應熔煉或者成形的技術，在1990 年日本名古屋召開的第六屆鋼鐵會議上，冷坩堝熔煉技術受到各國的重視，目 前各發達國家都在奮力研究開發這一新的技術。現有的電磁冷坩堝存在熔體與 坩堝內壁貼連、熔體熔化不連續、熔體熔化不良、成分不均勻、電能利用率低、 不方便觀察的問題。

發明內容
本發明為了解決現有的電磁冷坩堝存在熔體與坩堝內壁貼連、熔體熔化不 連續、熔體熔化不良、成分不均勻、電能利用率低、不方便觀察的問題，進而 提供了 一種連續熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝。
本發明的技術方案是:連續熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝包括進水管、 出水管、若干個細水管、紫銅坩堝主體、感應線圈，進水管通過若干個細水管 與紫銅坩堝主體連通，出水管通過若干個細水管與紫銅坩堝主體連通，所述的 感應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 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橫截面為花瓣狀的柱體，八個橫截面為花瓣狀的柱體 沿紫銅坩堝主體橫截面上的X軸和Y軸對稱，下半體的底面上與橫截面為花瓣 狀的柱體對應位置開有縱向深孔，下半體的前后兩側面上開有橫向通孔，所述
的縱向深孔與橫向通孔分別連通，每相鄰兩個橫截面為花瓣狀的柱體之間留有 間隙，所述的間隙內填充有絕緣密封材料層。
本發明具有以下有益效果1、本發明充分利用了電磁場和金屬相互作用的 熱效應和力效應。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，內部熔體則在該凝殼內熔化，所以能保持原金屬的高純度及防止在 熔煉或成形過程中各種間隙元素的污染，實現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壁軟接觸。2、由于采用感應加熱，它可以
熔化高熔點的金屬。3、電磁力的強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，高溫熔體對冷坩 堝無實質性腐蝕，使用壽命長。6、坩堝分瓣數合理，具有良好的透磁和低渦流 損耗特性，在熔體中產生大的感應渦流和懸浮力，從而使冷坩堝的應用效果達 到最佳。7、與現有的冷坩堝相比，本發明可以直接觀察駝峰和熔體顏色，及時 調節送料棒速度，以準確制備出所需組織的扁坯；同時可以消除以前因送料棒 貼坩堝壁而造成熔化不良的現象；感應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、過程穩定的 優點，對于降低成本、提高生產率都具有重要意義。8、冷坩堝自身高度較低， 感應線圈與坩堝的上表面平行或略微超出上表面，這樣在實驗過程中可以直接 觀察駝峰形貌、位置和熔體顏色，以判斷實驗參數配合是否合理，以獲得最佳 實驗效果，同時這種坩堝由于自身體積小，高度低，因此電源利用效率較高。 本發明應用在精確成形與定向凝固裝置的爐體內使用來實現連續熔化與定向凝 固。


圖1是本發明的主視圖，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。
具體實施例方式
具體實施方式
一如圖1 圖3所示，本實施方式所述的連續熔化與定向
凝固扁坯用短型冷坩堝由進水管4、出水管5、若干個細水管6、紫銅柑堝主體 1、感應線圈13組成，進水管4通過若干個細水管6與紫銅柑堝主體1連通， 出水管5通過若干個細水管6與紫銅坩堝主體1連通，所述的感應線圈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分割成八個橫截面為花瓣狀的柱體7，八個橫截面為花瓣 狀的柱體7沿紫銅坩堝主體1橫截面上的X軸和Y軸對稱，下半體3的底面上 與橫截面為花瓣狀的柱體7對應位置開有縱向深孔9，下半體3的前后兩側面 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 橫截面為花瓣狀的柱體7之間留有間隙8，所述的間隙8內填充有絕緣密封材 料層12。
根據銅塊形狀，可選用08mm的銅管繞制4匝感應線圈，感應線圈兩頭用通 孔螺母與爐體上的電源電極螺絲連接，感應線圈的上平面與坩堝的上平面平行 或者略高3咖。冷坩堝與感應線圈匹配，由于感應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35 40mm，送料棒底部與感應線圈上部 相齊；當感應線圈通入交變電流時，感應線圈可以直接感應送料棒，坩堝對送 料棒和抽拉棒都有感應加熱作用，送料棒和抽拉棒都熔化形成駝峰，以不同速 度向下運動，能連續熔化和定向凝固鈦鋁合金扁坯。
具體實施方式
二:本實施方式所述的絕緣密封材料層12由天然云母片和環 氧樹脂組成。選用這樣的材料，密封絕緣效果最佳。其它組成和連接關系與具 體實施方式一相同。
具體實施方式
三如圖1 圖3所示，本實施方式所述的細水管6與進水 管4、細水管6與出水管5以及細水管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個大氣的壓力。其它組成和連接關系與具體實施方 式一相同。
具體實施方式
四如圖1和圖3所示，本實施方式所述的紫銅坩堝主體1 的長度X寬度X高度二LXWXH二70 80X40 50X50 60 mm。其它組成和連接 關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五如圖1和圖3所示，本實施方式所述的紫銅塒堝主體1 的長度X寬度X高度二LXWXH二72X44X55 mm。采用這樣的尺寸，實驗效果最 佳。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六如圖4所示，本實施方式所述的間隙8的長度X寬度二a Xb=2.5 4X0.4 0.6 ■。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七如圖4所示，本實施方式所述的間隙8的長度X寬度二a
Xb=3X0.5 mm。采用這樣的尺寸，便于密封。其它組成和連接關系與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
八如圖3所示，本實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氧 樹脂。采用這樣的結構，防止紫銅坩堝主體1和感應線圈13導電。其它組成和 連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式所述的絕緣帶11的外表面上設有環氧樹脂 層。采用這樣的結構，絕緣效果好。其它組成和連接關系與具體實施方式
八相 同。
工作原理根據使用方式的不同，冷坩堝可分為間歇式和連續鑄造式兩種，
其基本原理一樣，主要結構相似，它主要由水冷坩堝、電源和其他輔助設施組 成。水冷坩堝由數個弧形塊或管組成，弧形塊或管內通有冷卻水，保持冷壁， 各個弧形塊或管間縫隙充填耐火材料，坩堝外繞有水冷感應線圈，感應線圈與 電源相連，以產生交變電磁場。
當線圈通入交變電流時，產生一個交變電磁場。冷坩堝的每分瓣間彼此絕 緣，所以每瓣內都產生感應電流。當感應線圈的瞬間電流/為逆時針方向時， 則在每瓣的截面內同時產生順時針方向的感生電流/'，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方向相同，向外表現為磁場增強效應。 因此冷坩堝的每一縫隙處都是一個強磁場，冷坩堝如同強流器一樣，將磁力線 聚集到坩堝內的物料上，坩堝內的物料就被這個交變的磁場的磁力線所切割。 根據電磁場理論，坩堝內的物料中就產生感應電動勢，由于感應電動勢的存在， 物料的熔體表面薄層內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/;能達到很高的值，
使渦流回路產生大量的熱，從而使金屬熔化，其熱量可由。二//7 ^確定。因
此冷坩堝內對熔體實行加熱主要是依靠感應電流。
由電磁場理論可知電磁力/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旋分量《和使熔體產生電磁 攪拌驅動力的有旋分量/^:
《作用原理為在金屬熔體的表面處，感應線圈所形成的磁場^沿熔體的
母線方向(即剖面圖中熔體表面方向)，而熔體感應電流J'的方向為熔體水平截 面的環周方向，則由/二/XA可知，電磁力/方向為熔體表面的內法線方向(如
圖4)，因而電磁力可以抵消被熔金屬的重力或者靜壓力，實現被熔金屬的懸浮
或軟接觸。
尸s為電磁攪拌驅動力，對金屬熔體產生強烈的攪拌作用，使金屬熔體的溫 度和成分均勻，并能獲得一致的過熱度。《和尸s兩者之間的數量比由電源磁場
頻率所決定，當電源頻率越低，則攪拌力越大；反之，頻率越高，懸浮力越大。
權利要求
1、 一種連續熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，它包括進水管(4)、出水 管(5)、若干個細水管(6)、紫銅坩堝主體(1)、感應線圈(13)，進水管(4) 通過若干個細水管(6)與紫銅坩堝主體(1)連通，出水管(5)通過若干個細 水管(6)與紫銅坩堝主體(1)連通，所述的感應線圈(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)分割成八個橫截面為花瓣狀的 柱體(7)，八個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軸對稱，下半體(3)的底面上與橫截面為花瓣狀的柱體(7)對應位 置開有縱向深孔(9)，下半體(3)的前后兩側面上開有橫向通孔(10)，所述 的縱向深孔(9)與橫向通孔(10)分別連通，每相鄰兩個橫截面為花瓣狀的柱 體(7)之間留有間隙(8)，所述的間隙(8)內填充有絕緣密封材料層(12)。
2、 根據權利要求1所述的連續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)由天然云母片和環氧樹脂組成。
3、 根據權利要求1所述的連續熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，其特征 在于所述的細水管(6)與進水管(4)、細水管(6)與出水管(5)以及細水管(6)與紫銅坩堝主體(1)的下半體(3)悍接。
4、 根據權利要求1所述的連續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)的長度X寬度X高度^XWXH^ 70 80X40 50X50 60 mm。
5、 根據權利要求1所述的連續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)的長度X寬度^aXb二2.5 4X0.4 0.6 mm。
6、 根據權利要求1所述的連續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、根據權利要求6所述的連續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)的外表面上設有環氧樹脂層。
全文摘要
連續熔化與定向凝固扁坯用短型冷坩堝，它涉及一種冷坩堝。本發明解決了現有的電磁冷坩堝存在熔體與坩堝內壁貼連、熔體熔化不連續、熔體熔化不良、成分不均勻、電能利用率低、不方便觀察的問題。本發明所述的紫銅坩堝主體(1)的橫截面為扁環狀的空腔體，上半體(2)分割成八個橫截面為花瓣狀的柱體(7)，下半體(3)的底面上與橫截面為花瓣狀的柱體(7)對應位置開有縱向深孔(9)，每相鄰兩個橫截面為花瓣狀的柱體(7)之間留有間隙(8)，所述的間隙(8)內填充有絕緣密封材料層(12)。本發明實現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壁軟接觸，電磁力的強烈攪拌使熔體組織成分均勻。
文檔編號F27B14/10GK101122441SQ200710144308
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月14日 優先權日2007年9月14日
發明者丁宏升, 傅恒志, 畢維生, 蘇彥慶, 郭景杰, 陳瑞潤 申請人:哈爾濱工業大學