[实用新型]一种感应熔炼钛及钛合金的坩埚

说明书

一种感应熔炼钛及钛合金的坩埚，结构包括：扇形坩埚炉管、陶瓷绝缘层、坩埚感应圈、侧壁自炉衬层、铜质坩埚炉底等部分组成。坩埚壁由多块扇形管的管体拼接成，相邻扇形管之间为高温耐热陶瓷绝缘体，扇形管为中空结构，一端连接冷却水进水口，一端嵌入坩埚底块，底块为整体饼状结构。本实用新型的坩埚通过缝隙效应和邻近效应熔化钛及钛合金炉料，通过凝壳形成自生炉衬，解决了炉衬对钛合金液污染大，钛合金液质量差，无法生产合格的钛及钛合金铸锭的难题；解决了感应熔炼电效率低、炉料加热功率过小的难题，熔炼效率比真空自耗电弧炉提高1.5倍。

技术领域

本实用新型涉及一种熔铸装置，用于钛及钛合金熔铸过程，属于有色金属加工技术领域，尤其涉及一种感应熔炼钛及钛合金的坩埚。

背景技术

钛是难熔的活性金属，熔点为1668℃，熔炼温度一般在1800-2000℃，采用通用的燃料和加热方法无法熔炼钛及钛合金。常用的耐火材料炉衬是Al₂O₃、MgO、SiO₂、CaO、ZrO等金属氧化物，在1700℃以上的高温和真空条件下，这些氧化物会发生软化，也容易分解，使耐火炉衬使用寿命降低甚至整体垮塌，分解产物氧和金属铝、锆等会污染钛及钛合金金属液，氧化物分解反应式如下：

2Al₂O₃= 4Al+3﹝O﹞

MgO= Mg+〔O〕

CaO= Ca+〔O〕

ZrO=Zr+〔O〕

在高温下，钛的化学活性极强，能从耐火材料炉衬氧化物中夺取氧，降低耐火炉衬使用寿命，影响铸锭产品的质量。

2 SiO₂ +〔Ti〕= 2 SiO↑+ TiO₂

2Al₂O₃ +3〔Ti〕= 4〔Al〕+3 TiO₂

铝是钛合金中最常用、且含量较高的合金元素，氧化镁是真空熔炼最常用的耐火材料，在高温条件下，合金中的铝能和氧化镁炉衬发生置换反应，生成的金属镁被蒸发，加速置换反应的进行，既加速炉衬损耗、降低耐火炉衬寿命，又增加合金元素铝的损耗。

3MgO +2〔Al〕= Mg↑+ Al₂O₃

由于在高温、真空等条件下，耐火材料炉衬氧化物会发生软化、容易分解，钛及合金元素也能与耐火材料炉衬氧化物发生剧烈的化学反应，置换出炉衬氧化物中的金属，使合金液吸氧而污染钛熔体，常用的熔炼装置和耐火炉衬无法盛装液态金属钛，也无法熔炼并得到合格的钛合金铸锭。

采用电弧炉熔炼钛及钛合金时，存在熔池面积大，熔点低、蒸汽压高的合金元素挥发损失大的缺点；熔池浅，合金在高温期保持的时间极短，高密度和低密度夹杂来不及分离即被凝固入铸锭中。电子束炉由于熔炼温度高、真空度高，含铝的合金熔炼时铝的挥发损失大，合金成分控制困难。

实用新型内容

本实用新型就是针对上述不足，提出一种感应熔炼钛及钛合金的坩埚。

上述目的是通过下述原理实现的：采用一种特殊结构的坩埚，以水冷却坩埚，在坩埚内表面形成一层金属凝壳，以金属凝壳为炉衬，利用坩埚外侧的感应线圈熔炼凝壳内侧的钛及钛合金，即能防止耐火材料和坩埚金属对钛合金液造成污染。