[发明专利]连续熔铸与定向结晶的方形冷坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续熔铸、定向结晶的冷坩埚。

背景技术

冷坩埚技术是近些年兴起的新技术，它是将分瓣的水冷铜坩埚置于交变电磁场内，利用交变电磁场产生的涡流热熔化金属，依靠电磁力使熔融金属与坩埚侧壁保持软接触或者非接触状态，并对炉料进行感应熔炼或者电磁约束成形的技术。由于熔炼金属与坩埚壁的非(软)接触，(所以)能保持原金属的高纯度及防止在熔炼或成形过程中各种间隙元素的污染，实现高纯材料的低成本熔炼和成形。因此冷坩埚技术在材料铸造上得到广泛应用。

应用在发动机上的钛铝基合金叶片由于其形状复杂，性能要求高，很难直接铸造成形，但可以利用冷坩埚方法首先将该材料制成方坯，然后再通过后续的加工，使其为发动机叶片所应用。为了铸造出钛铝基合金方坯，冷坩埚的内腔截面形状也要相应制造成方形。但存在的问题是如果冷坩埚的内腔截面为方形，冷坩埚内在整个正方形区域内电磁场分布是不均匀的，尤其在拐角部分是被屏蔽的，此处的磁通密度最小，不利于加工质量提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续熔铸与定向结晶的方形冷坩埚，以克服铸造方坯时，冷坩埚正方形内腔中拐角部分磁力线被屏蔽、磁通密度最小的缺陷。它包括坩埚体1、电磁线圈2、冷却水分配器3和冷却水回流器4，电磁线圈2盘绕在坩埚体1的筒状体外表面上，坩埚体1的筒状体壁中开有多条下行水孔道1-1和上行水孔道1-2，下行水孔道1-1和上行水孔道1-2都平行于坩埚体1的轴心线，每个下行水孔道1-1的上端连通冷却水分配器3的一个出水端，每个上行水孔道1-2的上端连通冷却水回流器4的一个入水端，多个下行水孔道1-1和上行水孔道1-2沿坩埚体1的筒体均匀分布为一圈且每个下行水孔道1-1的下端仅与其相邻的一个上行水孔道1-2的下端相连通，坩埚体1的筒壁开有多条透磁通道1-3，坩埚体1的内腔的水平横截面为正方形，正方形的任意两条边之间设置为圆角过渡，圆角过渡处的曲率半径为R=2d2H0sq0,]]>式中q₀——单位体积被熔铸材料吸收的感应加热功率；

R——曲率半径；H₀——单位体积被熔铸材料的磁场强度；s——被熔铸材料电导率；d——电流透入被熔铸材料深度。

坩埚拐角部分曲率半径是影响方形坯料均匀熔化和约束力的重要因素。因为在整个正方形区域内电磁场分布是不均匀的，尤其在拐角部分是被屏蔽的，即磁力线在此处相互抵消，该处被熔铸材料的温度较低，电磁约束力低，不利于被熔铸材料的质量。所以在拐角部分设置为圆角过渡。由上述公式可知，随着R的增大，该角部部分的熔化能力成平方比的增大。并且角部的曲率也会对合金熔体的驼峰产生很大的影响。本发明利用圆角过渡的设置，解决了铸造方坯时，冷坩埚正方形内腔中拐角部分磁力线被屏蔽、磁通密度最小的缺陷。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图，图2是坩埚体1的俯视图，图3是图2的A-A剖视图，图4是坩埚体1角部内缘的高度方向磁场分布示意图，图5是坩埚体1内边部中心点的高度方向磁场分布示意图，图6是坩埚体1内中心点的高度方向磁场分布示意图，图7是坩埚体1内中心至角部一半处高度方向磁场分布示意图。

具体实施方式