[发明专利]一种具有全悬浮、强搅拌能力的感应熔炼的冷坩埚

说明书

本发明公开了一种具有全悬浮、强搅拌能力的感应熔炼的冷坩埚，包括坩埚、主感应线圈、底部感应线圈、主磁场扰动筒和底磁场扰动筒，在坩埚的外侧面设置主感应线圈，通过主感应线圈对熔池施加径向的悬浮力，使熔池脱离坩埚的侧面。在坩埚的底部设置底部感应线圈，通过平面螺旋形的底部感应线圈或者螺旋状的锥形感应线圈，通过底部感应线圈对熔池底部施加向上的悬浮力，使熔池的底部也脱离坩埚的内底面，从而实现熔池的全悬浮，提高了熔炼温度，改善了合金成分的均匀性，防止凝壳的形成。此外，坩埚底部设置螺旋状的小锥形或者柱形感应线圈，对浇铸的金属液施加进行的作用力，使金属液始终处于中间位置，浇铸精准。

技术领域

本发明涉及一种具有全悬浮、强搅拌能力的感应熔炼的冷坩埚，具体为一种在悬浮熔炼过程中利用电磁场提高悬浮效果的冷坩埚，属于熔炼技术领域。

背景技术

冷坩埚真空感应熔炼(真空电磁悬浮熔炼)是最先进的熔炼技术之一，与真空中频感应熔炼相似，是在真空或惰性气体的环境下利用电磁场加热金属完成熔炼过程，属于一种无气体污染的熔炼技术。相比真空中频感应熔炼，冷坩埚真空感应熔炼利用电磁悬浮力使金属熔池在坩埚中呈悬浮状态，避免了坩埚材料对液态金属的污染。因此，悬浮熔炼技术特别适合于熔炼活泼金属、难熔金属及其合金。这种熔炼技术使用分瓣的冷坩埚，所以称为冷坩埚技术。坩埚分瓣的目的是使电磁场能进入金属坩埚的内部。

在冷坩埚真空感应熔炼技术中，电磁场产生的悬浮力指向坩埚的轴心，这种悬浮力的作用下，熔池四周的表面受到压力，使熔池被束缚成柱状，与坩埚侧壁的内表面不接触。熔池除了悬浮力之外，还受到重力的作用，在熔池中越靠下部压力越大，所以，熔池呈现出上细下粗的形态。在熔池的底部，液体往往不能完全脱离坩埚的底面，受到坩埚底面强烈的冷却作用，熔池的底部温度偏低，经常会形成凝壳，如图1所示。坩埚01的内底面为曲面或者斜面时，熔池03的底部也能局部脱离坩埚01的内底面，如图2所示。但是，在内底面的中心区，熔池03的底部仍然不能与坩埚1的内底面完全脱离。

熔池底部温度偏低和形成凝壳的现象会对熔炼效果带来以下不利的效果：

1.使熔池的热量大部分被坩埚的冷却水带走，增加了熔炼的能耗，延长了熔炼的时间；2.降低了成材率；3.在熔炼合金时，出现凝壳就难以实现合金成分的均匀性，并导致产品成分偏离设计成分，这是凝壳出现造成的最严重的影响，导致产量降低。

现有的专利CN101948958公开一种有色金属真空电磁悬浮蒸馏精炼方法及设备，通过在坩埚的外侧设置悬浮线圈和稳定线圈，使物料呈悬浮状态进行加热及搅拌。然而，感应线圈的这种设置方式，并不能够给物料提供向上的悬浮力，物料的底部与坩埚底接触，导致物料底部温度降低，容易形成凝壳，严重影响合金的均匀性。

现有的专利ZL201020696611.1提供一种具有高悬浮能力的感应熔炼技术的冷坩埚，其坩埚体的底部内壁与水平方向设有均匀或者不均匀的斜度，坩埚体的底部完全分瓣，分瓣之间的缝隙贯穿坩埚体底部厚度，以此提高坩埚内底部区域的热效应和悬浮力，防止熔池底部与坩埚底接触而温度偏低形成凝壳。然而，位于坩埚侧壁和底部的感应线圈形成的电磁场相互干扰，导致坩埚体内部的电磁场并不均匀，对炉料的加热及搅拌并不均匀，影响合金的均匀性。此外，金属液从下注口流出时，失去感应线圈的作用力，金属液并不能够沿着一定的轨迹均匀流出，而具有很大的随意性，导致金属液不能准确进入铸模入口，产生浪费。

此外，现有的的悬浮熔炼技术中虽然存在有电磁搅拌，但是电磁搅拌能力较弱，还不能实现熔池成分充分的均匀化。因此，提供一种可以全悬浮、加热和搅拌均匀、耐高温、防污染的感应熔炼冷坩埚具有非常重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于提供一种使合金熔池实现全悬浮、均匀加热、均匀搅拌、浇铸精准，整体结构简单的全悬浮感应熔炼的冷坩埚。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。