一种熔炼金属的一体式坩埚

技术领域

本发明涉及一种熔炼金属的一体式坩埚，属于高温感应熔炼技术领域。

背景技术

熔炼是制备合金原料的关键工序，合金原料的质量对铸件性能有直接影响。由于良好的抗热震性，石墨坩埚应用较为广泛，但石墨易与活泼金属反应而引入碳杂质而受到制约。与石墨坩埚相比，陶瓷坩埚与各种金属熔体几乎不发生反应，具有分解压和蒸气压较低、电磁屏蔽弱、热效率高等特点，被广泛应用到金属的真空感应熔炼中。

目前，在生产中采用炉衬打结的工艺方法将陶瓷坩埚固定到感应线圈内，坩埚打结工艺繁琐，劳动强度大，且后续拆卸过程同样繁琐。陶瓷坩埚在金属感应熔炼中易产生轴向开裂引起坩埚失效，其使用寿命严重制约生产效率的提高。

因此，有必要提供一种安装方便、快捷，使用寿命较高的陶瓷坩埚，以解决坩埚打结工艺繁琐，劳动强度大，使用寿命短等问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种熔炼金属的一体式坩埚，本发明一体式设计，能够快速安装、拆卸，且使用寿命较长。

本发明采用的技术方案如下：

一种熔炼金属的一体式坩埚，由内至外依次包括陶瓷内衬、过渡层、缓冲层和外壳；

所述过渡层填充有镁砂颗粒。

在本发明中，陶瓷内衬、过渡层、缓冲层和外壳为同轴设计，且具有相似形状，形状为正常坩埚形状。陶瓷内衬为具有容腔的熔炼部件。外壳为结构件增加整体强度起支撑作用，将感应线圈于内部结构绝缘隔离并与感应线圈进行装配。缓冲层为软质材料位于外壳的内避免和内底面，缓冲层与陶瓷内衬之间的过渡层填充有镁砂颗粒。过渡层填充镁砂颗粒能够抵抗熔炼金属产生的热冲击，起到为陶瓷内衬提供良好支撑强度的作用，并通过缓冲层的缓冲，使得坩埚在使用过程中不易开裂，使坩埚具有较长的使用寿命，并通过一体式的设计使得坩埚为一整体能够快速安装或拆卸；解决了现有技术中坩埚打结工艺繁琐，劳动强度大，使用寿命短的问题。

需要说明的是，熔炼过程中由于金属受到急剧的加热，金属内部将产生很大的温差，从而引起很大的冲击热应力，镁砂具有良好的抗热冲击性能，通过过渡层填充镁砂颗粒能够降低热冲击对坩埚的影响，并通过缓冲层进一步缓冲，从而将热冲击对坩埚的影响降至最低，通过本发明从内带外硬-软-软-硬的结构设计，最大程度的提高坩埚使用寿命。

作为优选，所述陶瓷内衬的材质为氧化钙、氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化铍和氮化硼中的一种或多种。

在上述方案中，由氧化钙、氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化铍和氮化硼中的一种或多种材料制成的特种陶瓷内衬耐高温、热稳定性好，且不与大部分金属反应；

作为优选，所述缓冲层的材质为石棉布。

作为优选，所述缓冲层的厚度为2-5mm。

在上述方案中，石棉布缓冲层能够起到缓冲热冲击的作用。

作为优选，所述外壳的材质为氧化钙、氧化铝和氧化镁中的一种或多种。

作为优选，所述过渡层中，过渡层上部为镁砂与黏合剂的混合物形成的黏合层，过渡层下部为镁砂填充层。

作为优选，所述黏合层的高度为20-70mm。

在上述方案中，镁砂作为主体的过渡层，将内衬、缓冲层和外壳连接为一整体，同时镁砂能够抵抗热冲击，为内衬提供良好的支撑强度；通过上部镁砂与黏合剂凝固后形成的黏合层，使过渡层被固定在内衬和缓冲层之间，镁砂不会被撒出。

作为优选，镁砂与黏合剂的混合物中，黏合剂的质量比例为2％-5％。

作为优选，镁砂与黏合剂的混合物中，黏合剂的质量比例为3.5％

在上述方案中，如果黏合剂过少会使得黏合效果不好，达不到想要的效果；如果黏合剂过多会使得固化后硬度过高，起不到镁砂抗热冲击的效果，在黏合剂2％-5％，优选为3.5％时，能达到最优效果。

作为优选，所述黏合剂为水玻璃。

作为优选，所述镁砂经过烘烤，烘烤温度为300℃～600℃，烘烤时间为2h～5h。

在上述方案中，镁砂经过烘烤后，镁砂颗粒更加致密坚硬，在高温环境中不会发生收缩，从而使过渡层的热稳定性更好、耐火度更好，反复使用能保持镁砂颗粒尺寸稳定，为内衬提供稳定良好的支撑强度，提高坩埚的使用寿命。

作为优选，所述镁砂包括粗镁砂和细镁砂，粗镁砂的粒径为1mm～4mm，细镁砂的粒度小于1mm。

在上述方案中，粗镁砂和细镁砂混合后形成的过渡层中，细镁砂会填充到粗镁砂形成的空隙中，从而使得过渡层更加致密，结构更加稳定，从而能够为内衬提供更加良好稳定的支撑强度，提高坩埚使用寿命。并且粗镁砂的粒径为1mm～4mm，细镁砂的粒度小于1mm时，两者混合使用可以达到更好的抗热冲击性能。

作为优选，所述粗镁砂与细镁砂的比例为3：1-2。

在上述方案中，粗镁砂与细镁砂的比例为3：1-2，填充效果更好，致密性更好，形成的过渡层更加稳定，抗热冲击性能更好，从而坩埚使用寿命更长。

作为优选，所述陶瓷内衬上部的端面高于外壳的端面。

在上述方案中，在熔炼完成后进行的倾转浇注过程中，能够防止熔体接触感应线圈，从而保证熔炼过程安全。

本发明的一种熔炼金属的一体式坩埚，通过从内带外硬-软-软-硬的结构设计，能够最大可能抵抗热冲击，尤其是通过对过渡层中不同粒径镁砂的优化配比和粒径选择，更好的降低热冲击对坩埚的影响，提高坩埚使用寿命；并且通过对镁砂进行热处理，进一步增加过渡层稳定性，提高过渡层抗冲击性能，提高坩埚使用寿命。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种熔炼金属的一体式坩埚能快速安装、拆卸；

2、本发明的一种熔炼金属的一体式坩埚使用寿命高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是一体式坩埚的结构示意图；

图2是一体式坩埚的另一结构示意图；

图3是一体式坩埚与感应线圈的装配示意图。

图中标记：1-陶瓷内衬、2-过渡层、3-缓冲层、4-外壳、5-感应线圈、21-黏合层、22-镁砂填充层。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例中坩埚为圆柱形坩埚形状，底部为平底，当然坩埚的形状可以根据需要为其他常用的形状。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种熔炼金属的一体式坩埚，由内至外依次包括陶瓷内衬、过渡层、缓冲层和外壳；

所述过渡层填充有镁砂颗粒；

其中，陶瓷内衬的材质为氧化钙,内衬上部的端面高于外壳的端面；

缓冲层的材质为3mm的石棉布；外壳的材质为氧化镁；

过渡层填充经过500℃烘烤3h的镁砂颗粒，镁砂为粒径3mm的粗镁砂和粒径0.5mm的细镁砂按照3：1比例的混合镁砂；过渡层包括下部的镁砂填充层和上部高度30mm的黏合层，黏合层为镁砂中添加3.5％的水玻璃。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中陶瓷内衬的材质为氧化铝。

当然在其他实施例中，陶瓷内衬可以是氧化钙、氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化铍和氮化硼中的其他一种或者多种的组合。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，外壳的材质为氧化钙。当然在其他实施例中，外壳的材质可以是氧化铝或者氧化钙、氧化铝、氧化镁中多种的组合。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，过渡层中粗镁砂与细镁砂的比例为3：2。

当然在其他实施例中，过渡层中粗镁砂与细镁砂的比例可以为3：1-2中的任意选择。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，粗镁砂的粒径为1mm,细镁砂的粒径为0.3mm。

当然在其他实施例中，粗镁砂可以为1-4mm中的其他粒径，细镁砂的粒径可以为小于1mm的其他粒径，使得粗镁砂和细镁砂的粒径差异大于0.5mm。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，黏合层为镁砂中添加5％的水玻璃。

当然在其他实施例中，黏合层为镁砂中添加2-3.5％任意其他比例的水玻璃。

对比例1

本对比例采用普通熔炼金属的感应坩埚。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中不设置过渡层。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例不设置缓冲层。

对比例4

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中过渡层中镁砂为单一的粗镁砂。

对比例5

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中过渡层中镁砂为单一的细镁砂。

对比例6

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中粗镁砂与细镁砂按照5：1比例的混合。

对比例7

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中粗镁砂与细镁砂按照1：1比例的混合。

对比例8

本对比例与实施例1的区别在于，本对比例中黏合层为镁砂中添加10％的水玻璃。

通过实际试验对比上述实施例和对比例中，测试坩埚的使用寿命。其中实施例1-3中，坩埚的使用寿命为15次；实施例4-6的使用寿命为14次。而对比例1中普通坩埚的使用寿命为8次，可以发现本发明的一体式坩埚在使用寿命上相较正常普通坩埚有了较大提升，使用寿命提升70-90％。

对比例2中，坩埚的使用寿命为5次。通过与实施例1对比，可以发现两者的使用寿命相差巨大，因此镁砂过渡层在本发明中起增加使用寿命的关键作用。

对比例3中，坩埚的使用寿命为12次。通过与实施例1对比，缓冲层与过渡层配合可以进一步增加坩埚使用寿命。

对比例4中，坩埚的使用寿命为11次。通过与实施例1对比，可以发现单独使用粗镁砂，没有实施例1的使用寿命高，这是由于单独粗镁砂之间具有较大的空隙，使得其结构不稳定，从而使用寿命相对较低。

对比例5中，坩埚的使用寿命为12次。通过与实施例1对比，可以发现单独使用细镁砂，也没有实施例1的使用寿命高，这是因为虽然单独细镁砂填充后过渡层更致密，同样因为过于致密使得起抵抗热冲击的能力变弱，因此使用寿命降低。

对比例6中，坩埚的使用寿命为12次。通过与实施例1对比，本对比例的使用寿命比实施例1低，因为细镁砂的比例较低，使得细镁砂不能完全填充粗镁砂的空隙，使其混合形成的镁砂结构稳定性不高，使用寿命比实施例1低。

对比例8中，坩埚的使用寿命为13次。通过与实施例1对比，本对比例的使用寿命比实施例1低，同样因为细镁砂的量过高使得混合后的过渡层的结构过于致密，使得使用寿命降低。

对比例9中，坩埚的使用寿命12次。通过与实施例1对比，本对比例中的水玻璃比例过高，使得黏合层的固化后的硬度过高，抵抗热冲击的能力变弱，从而使用寿命降低。

综上所述，采用本发明的一种熔炼金属的一体式坩埚，能快速安装、拆卸，并且使用寿命高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。