一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置的制作方法

1.本实用新型涉及金属熔炼技术领域，具体为一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置。


背景技术：

2.冷坩埚熔炼是一种采用水冷分瓣铜坩埚对物料进行真空感应熔炼的方法；铜坩埚分瓣的目的是为了避免导电的坩埚对电磁场产生屏蔽作用；水冷的目的是为了使坩埚壁温度保持在冷态，避免熔池中熔料与坩埚发生物理和化学反应，这种冷坩埚熔炼技术避免了坩埚材料对熔池的污染，排除了坩埚材料对熔炼温度的限制，所以特别适合用在熔炼活泼金属和合金，难熔金属和合金，以及高纯和超纯金属和合金；但是在传统冷坩埚熔炼之后利用重力铸造技术制备的锭坯可能会产生缩孔，孔隙，疏松，裂纹等缺欠，产生这些铸造缺陷的原因在于，液态金属在铸造模具中冷却凝固的过程从外向内发展，外层先形成凝固的材料，内层还是尚未凝固的液态金属，即外层先形成坚硬的固态壳，内部凝固时没有充足的材料补缩从而形成了孔洞和应力；为了消除铸造缺欠可以对铸造装置给出一些特殊的设计，例如，设置特定的温度场，设计挤压铸造结构等等。但是，这些设计的结构比较复杂，而且不能完全消除铸造缺欠，因此，针对上述问题提出一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，以完全消除锭坯的铸造缺欠，并且为提高引锭速度，实现连续化引锭过程，以及保证引锭过程的稳定性。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，包括炉室和炉室门，所述炉室的一侧安装有炉室门，所述炉室的顶端安装有炉盖，所述炉室的内侧安装有水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚上切割有切缝，且水冷铜坩埚内部成多边形或圆形设置，所述水冷铜坩埚的底端安装有冷凝引铸模具，所述冷凝引铸模具的底端安装有冷凝引铸装置，所述水冷铜坩埚上端外侧安装有感应线圈，所述水冷铜坩埚下端外侧安装有坩埚冷却水套。
6.优选的，所述炉室门的在关闭时与炉室密封连接，且炉室上集成有抽真空结构。
7.优选的，所述水冷铜坩埚呈倒锥形设置，且其中间部分采用圆角设置，所述水冷铜坩埚的底端内径与冷凝引铸模具外径相等。
8.优选的，所述炉室的一侧安装有旋转加料台，所述旋转加料台的一侧安装有颗粒料加料装置，所述旋转加料台的另一侧安装有棒料加料装置，所述棒料加料装置的下侧设有棒料。
9.优选的，所述炉室的一端设有下拉切料装置，所述炉室的另一端设有取料机械手。
10.优选的，所述冷凝引铸模具的一侧安装有引铸实时监测装置，且引铸实时监测装
置的主机设置在炉室的外侧。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
12.1、本实用新型中，通过设置的棒料加料装置、旋转加料台和颗粒料加料装置，使得加料方式更加多样化，可以根据提供材料的状态选择合适的加料器；
13.2、本实用新型中，通过设置的倒锥形的水冷铜坩埚，进行下引铸锭时更容易出料，有效的降低了料损率，下引所形成的的铸锭经过坩埚口收缩作用后致密度更好，材料性能更优秀；而且下引铸锭一次成型，优于传统铸锭成型方式，且解决传统铸锭已形成缩松，气孔等问题；
14.3、本实用新型中，通过设置的冷凝引铸装置，可以调节下引铸锭的速度，根据不同种类的材料可指定相应的工艺，降低人力物力的损耗；
15.4、本实用新型中，通过设置的水冷铜坩埚，有效的消除坩埚材料对熔池的污染，可以制备高纯度和高纯度的材料，以及组成非常均匀和准确的材料；
16.5、本实用新型中，下引成型的铸锭在经过坩埚底部时，经由坩埚底部自带的坩埚冷却水套，可快速凝固成型，可细化凝固组织，使铸锭内部晶粒细化；
17.6、本实用新型中，下引成型的铸锭到达指定位置后，由下拉切料装置将铸锭切断，并由取料机械手将切割好的铸锭移到指定位置，可实现连续生产作业，大幅度的下引铸锭提高生产效率；
18.7、本实用新型中，冷凝引铸模具带有电气监测系统，可实时掌控下拉引铸时的状态，可使得引铸效率得到大幅度提升；
19.8、本实用新型中，炉室上的抽真空结构，可在坩埚装置熔炼时，保证炉室内部一直处于真空环境下，以保证熔炼的材料可达到高纯，超纯状态，避免大气中的氧气对所熔炼原材料的氧化，等其他杂质对原材料的污染。
附图说明
20.图1为本实用新型整体结构示意图；
21.图2为本实用新型坩埚冷却水套安装结构示意图；
22.图3为本实用新型引铸锭状态示意图；
23.图4为本实用新型引铸实时监测装置安装结构示意图。
24.图中：1、炉室；2、冷凝引铸模具；3、水冷铜坩埚；4、感应线圈；5、炉盖；6、棒料；7、棒料加料装置；8、旋转加料台；9、颗粒料加料装置；10、冷凝引铸装置；11、炉室门；12、坩埚冷却水套；13、取料机械手；14、下拉切料装置；15、引铸实时监测装置。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
29.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
30.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
31.请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：
32.一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，包括炉室1和炉室门11，炉室1的一侧安装有炉室门11，炉室1的顶端安装有炉盖5，炉室1的内侧安装有水冷铜坩埚3，水冷铜坩埚3上切割有切缝，且水冷铜坩埚3内部成多边形或圆形设置，水冷铜坩埚3的底端安装有冷凝引铸模具2，冷凝引铸模具2的底端安装有冷凝引铸装置10，水冷铜坩埚3上端外侧安装有感应线圈4，水冷铜坩埚3下端外侧安装有坩埚冷却水套12。
33.炉室门11的在关闭时与炉室1密封连接，且炉室1上集成有抽真空结构，在真空炉室1内部冷却，可有效的避免铸锭氧化和大气中其他杂质对已成型铸锭的影响；水冷铜坩埚3呈倒锥形设置，且其中间部分采用圆角设置，水冷铜坩埚3的底端内径与冷凝引铸模具2外径相等，这种设置在进行下引铸锭时更容易出料，有效的降低了料损率，下引所形成的的铸锭经过坩埚口收缩作用后致密度更好，材料性能更优秀；而且下引铸锭一次成型，优于传统铸锭成型方式，且解决传统铸锭已形成缩松，气孔等问题；炉室1的一侧安装有旋转加料台8，旋转加料台8的一侧安装有颗粒料加料装置9，旋转加料台8的另一侧安装有棒料加料装
置7，棒料加料装置7的下侧设有棒料6，这种设置使得加料方式更加多样化，可以根据提供材料的状态选择合适的加料器；炉室1的一端设有下拉切料装置14，炉室1的另一端设有取料机械手13，下拉引铸成型的铸锭在冷凝引铸模具2下引的作用下从水冷铜坩埚3内出来后，然后取料机械手13伸出，将已成型的铸锭抓住，此时下拉切料装置14伸出，将已到达指定位置的铸锭进行切割，待切割完成之后，取料机械手13将切割好的铸锭移动至炉室1内指定位置，开始冷却，直至冷却到常温状态：冷凝引铸模具2的一侧安装有引铸实时监测装置15，且引铸实时监测装置15的主机设置在炉室1的外侧，在下拉引铸过程中，由引铸实时监测装置15发出电信号，即可在外部得知炉室1内引铸过程的实时状态并记录。
34.工作流程：首先将冷凝引铸模具2通过冷凝引铸装置10上升到水冷铜坩埚3内，然后向水冷铜坩埚3内加入所需下拉结晶引铸的原材料，接着对炉室1进行全封闭，合上炉盖5，关闭炉室门11，并对炉室1内部进行抽真空，排除空气，避免大气或氧气对原材料的污染；然后当炉室1内真空度达到所熔炼原材料的要求后，开启电源，对感应线圈4通电，通过电磁感应的方式，对水冷铜坩埚3内的原材料进行加热，直至原材料融化为熔融金属液，待原材料全部融化之后，通过向下移动冷凝引铸装置10的冷凝引铸模具2，进而带出已经熔融的金属液，待熔融金属液向下移动出感应线圈4的范围之后，再经由水冷铜坩埚3底部的坩埚冷却水套12进行快速凝固，从而形成下引铸锭；在进行下引结晶铸锭的过程中，由于水冷铜坩埚3内已经熔融的原材料不断减少，所以需要对其加料，以达到一边进行引铸，一边进行加料，水冷铜坩埚3中下部为材料引铸凝固状态，坩埚上部为引铸材料熔融状态，加料时，根据原材料的状态选择合适的加料方式，如若原材料为颗粒料，通过旋转加料台8将颗粒料加料装置9转至水冷铜坩埚3上方指定位置，通过调整颗粒料加料装置9将所需原材料送至水冷铜坩埚3之内，再经由感应线圈4电磁感应之后，使得原材料融化至熔融状态，继续完成下拉引铸；待原材料完全耗尽之后，冷凝引铸装置10带动冷凝引铸模具2向下移动至指定位置之后，下引铸锭也到达指定位置，然后取料机械手13伸出，将已成型的下引铸锭抓住，此时下拉切料装置14伸出，将已到达指定位置的下引铸锭进行切割，待切割完成之后，取料机械手13将切割好的下引铸锭移动至炉室1内指定位置，开始冷却；冷凝引铸装置10再推动冷凝引铸模具2回到水冷铜坩埚3内，棒料加料装置7开始往水冷铜坩埚3内加料，感应线圈4开始通电，对物料进行熔融，至此一个工作循环完毕。
35.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
36.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，包括炉室(1)和炉室门(11)，其特征在于：所述炉室(1)的一侧安装有炉室门(11)，所述炉室(1)的顶端安装有炉盖(5)，所述炉室(1)的内侧安装有水冷铜坩埚(3)，所述水冷铜坩埚(3)上切割有切缝，且水冷铜坩埚(3)内部成多边形或圆形设置，所述水冷铜坩埚(3)的底端安装有冷凝引铸模具(2)，所述冷凝引铸模具(2)的底端安装有冷凝引铸装置(10)，所述水冷铜坩埚(3)上端外侧安装有感应线圈(4)，所述水冷铜坩埚(3)下端外侧安装有坩埚冷却水套(12)。2.根据权利要求1所述的一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，其特征在于：所述炉室门(11)的在关闭时与炉室(1)密封连接，且炉室(1)上集成有抽真空结构。3.根据权利要求1所述的一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，其特征在于：所述水冷铜坩埚(3)呈倒锥形设置，且其中间部分采用圆角设置，所述水冷铜坩埚(3)的底端内径与冷凝引铸模具(2)外径相等。4.根据权利要求1所述的一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，其特征在于：所述炉室(1)的一侧安装有旋转加料台(8)，所述旋转加料台(8)的一侧安装有颗粒料加料装置(9)，所述旋转加料台(8)的另一侧安装有棒料加料装置(7)，所述棒料加料装置(7)的下侧设有棒料(6)。5.根据权利要求1所述的一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，其特征在于：所述炉室(1)的一端设有下拉切料装置(14)，所述炉室(1)的另一端设有取料机械手(13)。6.根据权利要求1所述的一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，其特征在于：所述冷凝引铸模具(2)的一侧安装有引铸实时监测装置(15)，且引铸实时监测装置(15)的主机设置在炉室(1)的外侧。

技术总结
本实用新型涉及金属熔炼技术领域，尤其为一种利用水冷坩埚熔炼底部下拉结晶的铸锭装置，包括炉室和炉室门，炉室的一侧安装有炉室门，炉室的顶端安装有炉盖，炉室的内侧安装有水冷铜坩埚，水冷铜坩埚上切割有切缝，且水冷铜坩埚内部成多边形或圆形设置，水冷铜坩埚的底端安装有冷凝引铸模具，冷凝引铸模具的底端安装有冷凝引铸装置，水冷铜坩埚上端外侧安装有感应线圈，水冷铜坩埚下端外侧安装有坩埚冷却水套；本实用新型中，在进行下引铸锭时更容易出料，有效的降低了料损率，下引所形成的的铸锭经过坩埚口收缩作用后致密度更好，材料性能更优秀；而且下引铸锭一次成型，优于传统铸锭成型方式，且解决传统铸锭已形成缩松，气孔等问题。等问题。等问题。


技术研发人员：李佳 李海涛 李庚
受保护的技术使用者：西安华煜鼎尊新材料科技有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/14