本发明专利技术涉及一种真空感应熔炼用的冷坩埚的结构设计和制作方法，尤其是具有单层管冷却通道的由简单元件拼装的冷坩埚的结构设计和制作方法。坩埚底与坩埚壁为分体结构，坩埚壁用结构简单的相同的坩埚片拼装组成，冷却通道采用蛇行单层管模式、整体冷却通道分解成若干蛇行单元。一个蛇行单元由单独的进口、出口和若干通道段组成。单元中，第一通道段经过一片坩埚片之后，弯转３６０度后进入第二通道段，然后从反方向经过下一坩埚片，依次推类，每一段的走向都沿着坩埚片的长度方向。一个蛇行单元包含的通道段的段数可以是１段、２段、３段等任意段数，最多等于坩埚片的总片数。由于冷却通道经过各坩埚片，所以坩埚片带有垂直于端面的内孔。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种真空感应熔炼用的冷坩埚的结构设计和制作方法，尤其是具有单层管冷却通道的由简单元件拼装的冷坩埚的结构设计和制作方法。
技术介绍
真空感应熔炼技术属于先进的熔炼技术，它排除了熔炼过程中气氛和加热源对炉 料的污染。但是，这种技术不能排除坩埚材料同炉料的反应。为了制备对纯度要求特别高 的产品和熔炼活泼材料，上世纪末出现了更加先进的冷坩埚真空感应熔炼技术(以下简称 为“感应冷坩埚技术”)——它用金属(大多为紫铜)坩埚代替陶瓷材料坩埚，并通过电磁 场产生一定的悬浮熔炼效果，从而完全排除了坩埚材料的污染作用。为防止金属坩埚本身 被熔化，这种坩埚必须用水或其它冷却剂冷却。感应冷坩埚技术虽然有许多卓越的优点，但是这种技术至今还没有得到普遍推 广，其原因之一是坩埚的结构相当复杂，技术难度大，制造费用高。这些结构方面的困难主 要来源于三方面1)双层管水路(见附图说明图1和2)冷坩埚用金属(主要是紫铜)制作，它主要由坩埚 壁(01)和坩埚底(02)组成，坩埚又分瓣成许多坩埚片(03)。坩埚在高温下工作，所以它必 须用冷却剂冷却。以往的冷坩埚采用双层管冷却通道每一坩埚片中有一个很细、很长的孔，每孔中还要有一根更细、更长的管(05)，它们分别作为进水管、回水管(06)。坩埚一 般分10 20片，甚至更多。坩埚片的截面尺寸往往只有10 20毫米，甚至更小。在这样 小的范围内要制作出这样的双层通道，其难度相当大。2)单坩埚片循环(见图2)每一片坩埚片(03)是一个独立的冷却通道系统—— 有独立的进水管、回水管。它们分别连接到进水水套和回水水套(07)，再由水套的总管路 (08)接出炉体的外面。坩埚、水套管路密布，接口处空隙非常狭窄，在这样狭小的位置焊接 大量接口，其难度非常大。3)坩埚留出一部分位置不分瓣，如坩埚底(02)或坩埚底的一部分厚度，其目的是 为了保持坩埚的整体性。这一方面不利于电磁场进入坩埚，另一方面使得制作坩埚不得不 使用大块坯料，坩埚的内腔要从整体坯料中挖出，材料浪费极大。在大块坯料上加工大量 坩埚瓣和进行密集焊接，加工难度大，容易出差错，而且一旦在某一局部发生差错就整体报 废。
技术实现思路
为了简化感应冷坩埚技术中冷坩埚的结构和制作方法，本专利技术采用了一些新的设 计原则。它们包括坩埚底与坩埚壁为分体结构，坩埚壁用结构简单的相同的坩埚片拼装组 成，冷却通道采用蛇行单层管模式、整体冷却通道分解成若干蛇行单元。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下几项措施1、坩埚的冷却通道按照单层管蛇行通道的形式设计(见图3)——通道(04)为单层管，冷却液由通道的一端进入，它顺着蛇行走向的通道依次经过各坩埚片(03)，再从另一 端输出。由于冷却通道经过各坩埚片(03)，所以坩埚片(03)带有垂直于端面的内孔(12) (见图4)，内孔是否贯通到端面，取决于型材的类型和拼接坩埚片的方法，对于内孔贯通到 端面的坩埚片，采用小弯管(14)或小横管连接相邻坩埚片的端头(15)，从而将各内孔连通 (见图5a)；而对于内孔未贯通到端面的坩埚片，则要在坩埚片上、下适当位置再各加工一 横孔(16)，利用该横孔连通各内孔(见图5b)。 坩埚的全部冷却通道由若干蛇行单元组成。一个蛇行单元由单独的进口、出口和 若干通道段组成。单元中，第一通道段经过一片坩埚片之后，弯转360度后进入第二通道 段，然后从反方向经过下一坩埚片，依次推类，每一段的走向都沿着坩埚片的长度方向。一 个蛇行单元包含的通道段的段数可以是1段、2段、3段等任意段数，最多等于坩埚片的总片 数。为了保证冷却效果的均勻性，推荐以2 6段作为一个单元。2、为了节省制作坩埚的材料，将坩埚底设计成与坩埚壁分体的结构。对于坩埚底 (02)与坩埚壁(01)设计成分体结构的冷坩埚，当要求坩埚内底部炉料有良好熔化效果和 悬浮效果时，其坩埚底应该有带斜度的内壁，而且坩埚底要分瓣。对于坩埚底(02)与坩埚壁(01)设计成分体结构的冷坩埚，当对坩埚内底部炉料 的熔化效果无严格要求时(例如，进行连铸、定向凝固等操作的冷坩埚)，坩埚底也可以不 分瓣。这样的坩埚底可以直接用金属的型材(板、棒或其它型材)加工制作。3、由于冷却通道采用了蛇行单元的形式，导水管的数量大幅度减少，所以坩埚壁 和坩埚底的冷却通道通过冷却导管(06)接入炉体的总管(13)中。坩埚壁、坩埚底、坩埚的冷却管路等元件用非铁磁性的金属材料制作，包括紫铜、 黄铜和无磁不锈钢等。本专利技术所述感应熔炼用单水路拼装式冷坩埚具体实施方式包括制作坩埚壁、坩埚 底和冷却通道连接1、制作坩埚壁的过程包括a.对金属型材(管、棒、板或其它型材)进行切割、加工、钻孔，得到截面形状、截面 尺寸、坯料长度符合坩埚片要求、带有垂直于端面内孔(12)的若干坩埚片(03)(见图4)；b.将进水管和回水管(以下统称导水管)(06)连接到作为冷却液进口和出口的坩 埚片的端头(13)与内孔接通，以这两片坩埚片为一个坩埚片组的第一片和最后一片，依次 拼接相邻的坩埚片，得到一个片数等于一个蛇行单元中通道段的段数的坩埚片组(18)(见 图 5a、5b、5c)；c.在拼装坩埚片组的过程中要将坩埚片的内孔(12)连通成为密封的冷却通道， 并要封死各坩埚片上无导水管的端头孔(17)。有两种方法可以连通内孔一是用小弯管(14)或小横管连接相邻坩埚片的端头孔(15)，从而连通内孔(见图 5a)；二是利用在坩埚片中另外加工出来的横孔(16)连通内孔(见图5b)。对横孔的要 求是在坩埚片的每一端从内孔(12)出发通向侧面，两端的横孔指向相反。装有导水管的 两片坩埚片只在无管的一端有这种横孔，二孔指向坩埚片相对的侧面。连通相邻坩埚片的端头孔或横孔的方法包括焊接或机械密封等方法(参见图 6. a 6. d)。为此，需要加工出适合焊接或机械密封的孔口结构和端头形状，有时还需要加 工出配合焊接或机械密封的连接件(19、20、21)。坩埚片同导水管的结合方法，以及封死不 需要的孔洞开口的方法，与结合端头孔、横孔的方法相似(见图6. a 6. d)。建议导水管同 坩埚片之间采用机械密封结合，这样，拆卸坩埚进行清理和维修比较方便。在制作坩埚片时，还应该加工出一些装配用零件，如档片、台阶等(26)，以便于用 装配件(22、23、24、25)组装坩埚时使用。 c.最后，将若干坩埚片组进行组装，得到整体的坩埚壁(02)(见图5c)。2、坩埚底的制作方法包括先从金属型材(板、棒，或其它型材)加工出坩埚底的整体形状，然后再分割成片 状的坩埚底的小瓣(下文称其为“坩埚底小片(27)”)；也可以直接用小尺寸的金属料加工 得到坩埚底小片。在坩埚底中制作冷却通道(04)的方式与在坩埚壁中相似在坩埚底小片(27)的 坯料片中做出沿小片长度方向的孔洞，然后在把小片拼接成整体坩埚底的过程中，使相邻 小片的孔洞首尾相连，封住不需要的孔洞开口，再连接导水管。更简单的方法是将蛇行走向或螺旋走向的金属冷却管(10)焊接到坩埚底(02)的 下表面，蛇行管道的走向可以沿着坩埚底小片的长度方向，也可以同它们交叉。坩埚底需要的冷却通道单元较少，一般只用一、两个单元。本专利技术的有益效果包括1)简化了坩埚结构单管冷却通道比双层管结构简单得多，由本文档来自技高网...
【技术保护点】
感应熔炼用单水路拼装式冷坩埚，其特征在于：坩埚壁由坩埚片拼装组成，坩埚底与坩埚壁为分体结构，冷却通道采用蛇行单层管模式、整体冷却通道分解成若干蛇行单元，一个蛇行单元由单独的进口、出口和若干通道段组成，坩埚壁和坩埚底的冷却通道通过冷却导管（０６）接入炉体的总管（１３）中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李碚，康宁，
申请(专利权)人：贵州贵航能发装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：52[中国|贵州]
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