一种双区感应高效加热的水冷坩埚的制作方法

1.本发明属于真空热处理熔炼技术领域，涉及一种双区感应高效加热的水冷坩埚。


背景技术：

2.真空悬浮感应熔炼技术是采用交变磁场产生的感应加热，对一些熔点较高的难熔金属在水冷坩埚内进行悬浮熔炼，可以获得纯度高、成分均匀的材料组织，同时在真空高温条件下水冷坩埚可排除坩埚材料对熔融金属材料的污染。
3.目前悬浮真空悬浮感应熔炼技术处在蓬勃发展阶段，有很多优势，但也有不足之处：由于水冷坩埚熔炼过程中存在大量的热交换，水冷循环过程中热损失比较大，坩埚下部无法加热，存在凝壳，无法有效消除的现象。故如何提高感应加热的高效性、减小水冷坩埚底部结构的损坏程度，降低成本耗材等都成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种双区感应高效加热的水冷坩埚结构，采用双区感应加热，底部为锥形的水冷坩埚本体，顶部环形水冷系统布置，可以提高感应加热的高效性。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种双区感应高效加热的水冷坩埚，包括：双区感应加热线圈、锥形坩埚本体和水冷循环系统。
7.所述的双区感应加热线圈分为高频线圈区和低频线圈区，高频线圈区位于水冷坩埚的上部分，产生的高频磁场用于熔炼加热过程的处理，低频线圈区位于水冷坩埚的下部分，产生的低频磁场用于悬浮处理。
8.所述的锥形坩埚本体由若干的偶数坩埚瓣组成，采用12瓣、14瓣或16瓣等偶数瓣装配组合，每个坩埚瓣底部为锥形，锥度为45
°
；每个坩埚瓣上开进水口、出水口和水冷通道，所有的坩埚瓣装配一体，在上端布置进、出水管集管，然后分管连接到每个坩埚瓣上的进、出水口形成环形水冷循环系统。
9.坩埚的外表面采用玻璃丝布袋裹紧，坩埚上端布置进、出水管基管，然后分管连接到每个坩埚瓣上的进、出水口形成环形水冷循环系统；
10.进一步特征，坩埚的材质选用紫铜或者陶瓷。
11.本发明减小熔炼过程的中地坩埚底部的损坏程度，降低成本耗材，提高了冷却速度，在悬浮感应熔炼技术领域对活泼金属、难熔金属、超纯金属及其合金的制备具有重要意义。
附图说明
12.图1为双区感应水冷坩埚的轴测示意图。
13.图2为锥形水冷坩埚主视图。
14.图3为锥形水冷坩埚俯视图。
15.图4为锥形水冷坩埚水冷通道示意图。
16.图5为单个锥形坩埚瓣示意图。
17.图6为坩埚水冷连接结构示意图。
18.图中标记：1下端低频线圈；2上端高频线圈；3锥形水冷坩埚本体；4分水管支撑板座；5进水半环集管；6出水半环集管；7进水接口；8出水接口；9出水分管；10进水分管；11连接板；12板座支柱；13坩埚瓣缝隙；14锥形坩埚瓣；15锥形处水冷连通通道；16圆柱处进水或出水通道；17锥形坩埚瓣出水接口；18锥形坩埚瓣进水接口；19坩埚瓣锥形处出水通道；20坩埚瓣锥形处进水通道。
具体实施方式
19.下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
20.一种双区感应高效加热的水冷坩埚结构，包括：下端低频线圈1；上端高频线圈2；锥形水冷坩埚本体3；分水管支撑板座4；进水半环集管5；出水半环集管6；进水接口7；出水接口8；出水分管9；进水分管10；连接板11；板座支柱12；坩埚瓣缝隙13；锥形坩埚瓣14；锥形处水冷连通通道15；圆柱处进水或出水通道16；锥形坩埚瓣出水接口17；锥形坩埚瓣进水接口18；坩埚瓣锥形处出水通道19；坩埚瓣锥形处进水通道20。
21.如附图1所示，将下端低频线圈1和上端高频线圈2安装在锥形水冷坩埚本体3上，其中下端低频线圈1缠绕成锥形线圈，与锥形水冷坩埚本体3的锥体部分相贴合；分水管支撑板座4上支撑起坩埚瓣上引出的所有出水分管9和进水分管10；进水半环集管5上面开通进水接口7，连接进水分管10；出水半环集管6上面开通出水接口8，连接出水分管9；两个进集水半环管5中间端部和两个出集水半环管6中间端部都通过连接板11用螺钉固定连接；板座支柱12支撑固定分水管支撑板座4，增加稳定程度。
22.如附图2所示，锥形坩埚瓣14的数量可采用12瓣，14瓣，16瓣等偶数瓣装配组合成锥形水冷坩埚本体3，其外表面采用玻璃丝布袋裹紧。下端低频线圈1和上端高频线圈2通电后产生的磁场可通过坩埚瓣缝隙13进入到坩埚内部，进行高效的感应加热。如图3和图4所示，每个锥形坩埚瓣14都加工出锥形处水冷连通通道15和圆柱处进水或出水通道16，可以实现从进水到出水的转换。同时出水分管9和进水分管10分别连接到锥形坩埚瓣出水接口17和锥形坩埚瓣进水接口18，单个锥形坩埚瓣如图5所示。水冷坩埚的水冷连接形式如图6所示，水流由进水接口7流入到进水半环集管5，分流到各个出水分管9，然后通过锥形坩埚瓣进水接口18流入到圆柱处进水或出水通道16和坩埚瓣锥形处进水通道20，流经锥形处水冷连通通道15后，从圆柱处进水或出水通道16和锥形坩埚瓣出水接口17流出，经过出水分管9后，汇集到出水半环集管6，从出水接口8流出，形成高效的水冷循环系统。


技术特征：
1.一种双区感应高效加热的水冷坩埚，其特征在于，包括：双区感应加热线圈、锥形坩埚本体和水冷循环系统；所述的双区感应加热线圈分为高频线圈区和低频线圈区，高频线圈区位于水冷坩埚的上部分，产生的高频磁场用于熔炼加热过程的处理，低频线圈区位于水冷坩埚的下部分，产生的低频磁场用于悬浮处理；所述的锥形坩埚本体由若干的偶数坩埚瓣组成，每个坩埚瓣底部为锥形，锥度为45
°
；每个坩埚瓣上开进水口、出水口和水冷通道，所有的坩埚瓣装配一体，在上端布置进、出水管集管，然后分管连接到每个坩埚瓣上的进、出水口形成环形水冷循环系统；坩埚上端布置进、出水管基管，然后分管连接到每个坩埚瓣上的进、出水口形成环形水冷循环系统。2.根据权利要求1所述的一种双区感应高效加热的水冷坩埚，其特征在于，所述的偶数坩埚瓣是指12瓣、14瓣或16瓣坩埚瓣。3.根据权利要求1或2所述的一种双区感应高效加热的水冷坩埚，其特征在于，所述的坩埚外表面采用玻璃丝布袋裹紧。4.根据权利要求1或2所述的一种双区感应高效加热的水冷坩埚，其特征在于，下端低频线圈(1)和上端高频线圈(2)安装在锥形水冷坩埚本体(3)上；下端低频线圈(1)缠绕成锥形线圈，与锥形水冷坩埚本体(3)的锥体部分相贴合；分水管支撑板座(4)上支撑起坩埚瓣上引出的所有出水分管(9)和进水分管(10)；进水半环集管(5)上面开通进水接口(7)，连接进水分管(10)；出水半环集管(6)上面开通出水接口(8)，连接出水分管(9)；两个进集水半环管(5)中间端部和两个出集水半环管(6)中间端部都通过连接板(11)用螺钉固定连接；板座支柱(12)支撑固定分水管支撑板座(4)，增加稳定程度；锥形坩埚瓣装配组合成锥形水冷坩埚本体(3)；下端低频线圈(1)和上端高频线圈(2)通电后产生的磁场通过坩埚瓣缝隙(13)进入到坩埚内部，进行高效的感应加热；每个锥形坩埚瓣(14)都加工出锥形处水冷连通通道(15)和圆柱处进水或出水通道(16)，实现从进水到出水的转换；同时出水分管(9)和进水分管(10)分别连接到锥形坩埚瓣出水接口(17)和锥形坩埚瓣进水接口(18)；水流由进水接口(7)流入到进水半环集管(5)，分流到各个出水分管(9)，然后通过锥形坩埚瓣进水接口(18)流入到圆柱处进水或出水通道(16)和坩埚瓣锥形处进水通道(20)，流经锥形处水冷连通通道(15)后，从圆柱处进水或出水通道(16)和锥形坩埚瓣出水接口(17)流出，经过出水分管(9)后，汇集到出水半环集管(6)，从出水接口(8)流出，形成高效的水冷循环系统。5.根据权利要求3所述的一种双区感应高效加热的水冷坩埚，其特征在于，下端低频线圈(1)和上端高频线圈(2)安装在锥形水冷坩埚本体(3)上；下端低频线圈(1)缠绕成锥形线圈，与锥形水冷坩埚本体(3)的锥体部分相贴合；分水管支撑板座(4)上支撑起坩埚瓣上引出的所有出水分管(9)和进水分管(10)；进水半环集管(5)上面开通进水接口(7)，连接进水分管(10)；出水半环集管(6)上面开通出水接口(8)，连接出水分管(9)；两个进集水半环管(5)中间端部和两个出集水半环管(6)中间端部都通过连接板(11)用螺钉固定连接；板座支柱(12)支撑固定分水管支撑板座(4)，增加稳定程度；锥形坩埚瓣装配组合成锥形水冷坩埚本体(3)；下端低频线圈(1)和上端高频线圈(2)通电后产生的磁场通过坩埚瓣缝隙(13)进入到坩埚内部，进行高效的感应加热；每个锥形坩埚瓣(14)都加工出锥形处水冷连通通道(15)和圆柱处进水或出水通道(16)，实现从进水到出水的转换；同时出水分管(9)和进水分管(10)分别连接到锥形坩埚瓣
出水接口(17)和锥形坩埚瓣进水接口(18)；水流由进水接口(7)流入到进水半环集管(5)，分流到各个出水分管(9)，然后通过锥形坩埚瓣进水接口(18)流入到圆柱处进水或出水通道(16)和坩埚瓣锥形处进水通道(20)，流经锥形处水冷连通通道(15)后，从圆柱处进水或出水通道(16)和锥形坩埚瓣出水接口(17)流出，经过出水分管(9)后，汇集到出水半环集管(6)，从出水接口(8)流出，形成高效的水冷循环系统。6.根据权利要求1或2或5所述的一种双区感应高效加热的水冷坩埚，其特征在于，坩埚的材质选用紫铜或者陶瓷。7.根据权利要求3所述的一种双区感应高效加热的水冷坩埚，其特征在于，坩埚的材质选用紫铜或者陶瓷。8.根据权利要求4所述的一种双区感应高效加热的水冷坩埚，其特征在于，坩埚的材质选用紫铜或者陶瓷。

技术总结
本发明属于真空热处理熔炼技术领域，涉及一种双区感应高效加热的水冷坩埚。采用双区感应加热，底部为锥形的水冷坩埚本体，顶部环形水冷系统布置，可以提高感应加热的高效性。所述的锥形坩埚本体由若干的偶数坩埚瓣组成每个坩埚瓣底部为锥形；本发明减小熔炼过程的中地坩埚底部的损坏程度，降低成本耗材，提高了冷却速度，在悬浮感应熔炼技术领域对活泼金属、难熔金属、超纯金属及其合金的制备具有重要意义。要意义。要意义。


技术研发人员：刘国怀 李泽宇 王昭东
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2021.09.29
技术公布日：2022/1/6