[实用新型]钛及钛合金的熔炼复合坩埚

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种金属熔化专用器皿，特别是涉及一种熔炼金属的坩埚，应用于金属熔炼装置技术领域。

背景技术

钛合金具有比强度高、密度小、耐腐蚀等一系列优良特性，广泛应用于现代工业中，例如生物科学、医学工程、航空航天工业、能源、海洋、军事工业等领域。但由于钛的熔点和化学性质非常活泼，熔炼时，液态钛几乎能与所有坩埚用的耐火材料如氧化锆、氧化镁、氧化硅和氧化铝均发生反应，因此，导致其熔炼不能采取常规的耐火材料制造的坩埚进行真空感应熔炼。目前工业上钛及钛合金熔炼常采用真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼和水冷铜坩埚冷却。真空电弧凝壳炉熔炼时先在铜壁上凝固一薄层“凝壳”，起到保护钛液不被坩埚材料污染和隔热作用，以便在坩埚内形成一个熔池。由于水冷铜坩埚冷却很快和形成凝壳使钛液温度场不均匀，加上钛合金在液态保持时间短，使得浇注后钛合金铸件成分不均匀。且水冷铜坩埚带走大量的热。真空电弧凝壳炉熔炼与真空感应炉熔炼相比能耗大，熔炼钛合金耗电为40~60kw/kg。在中国专利201110350464.1中发明人公开了一种钛及钛合金熔炼坩埚材料及由该材料制成坩埚的制造方法，采用氧化钡和氧化锆及适量的助熔剂为原料，通过冷等静压压制成坩埚毛坯，在一定的烧结工序熔炼坩埚成品，并在实验室规模应用上取得了良好的效果，具有高温下与钛不发生反应，不与合金粘黏；能耗低、熔炼浇注后的合金成分均匀，性能稳定的优点。但上述专利公开的技术，由于采用上述材料经冷等静压制坯后烧结成形的制造整体坩埚的技术方案，无法满足工业化生产的要求，因为工业化的生产所需的坩埚体积大，采用专利201110350464.1的技术难以生产制造。其原因在于：1. 工业化生产使用坩埚体积大，一般以吨位单位，该坩埚整体制造时所需的冷等静压、烧结设备要求价格贵，设备要特别制造；2. 整体制造的该坩埚价格太贵，一旦损坏无法修复，必须整体更换，经济成本不合算；3. 整体制造的该坩埚制造和使用过程中易产生裂纹。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有技术的不足，提供一种钛及钛合金的熔炼复合坩埚能进行分层组装，其工作层和非工作层由不同的材质组成，工作层的材质与钛不发生反应，不粘埚，能够满足工业化、大容积、低成本、易维修、寿命长的要求，结构合理，并且制备工艺成熟、维修方便。所熔合金浇注后成分均匀，合金性能稳定。

为达到上述发明创造目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种钛及钛合金的熔炼复合坩埚，至少由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有能装盛钛熔体和钛合金熔体的敞口型结构，坩埚外壳具有能承受钛熔体及钛合金熔体产生的压力的承力结构。

作为一种本实用新型优选的技术方案，钛及钛合金的熔炼坩埚由坩埚外壳和坩埚内衬组合而成，坩埚内衬具有与坩埚外壳形状相匹配的结构，使坩埚外壳的内表面贴合坩埚内衬外表面，并使坩埚外壳直接接触支撑坩埚内衬。

作为另一种本实用新型优选的技术方案，钛及钛合金的熔炼坩埚由坩埚外壳、保温层和坩埚内衬组合而成，保温层设置于坩埚外壳和坩埚内衬之间，保温层由耐火材料制成，保温夹层的外表面形状与坩埚外壳的内表面形状相匹配，保温夹层的内表面形状与坩埚内衬的外表面形状相匹配。

上述坩埚内衬优选整体烧结而成。

上述坩埚内衬优选制成杯型结构衬套，杯型结构衬套至少由一层杯型结构层组成，一层杯型结构层由一层烧结砖堆砌而成，位于同一杯型结构层内部的任意相邻的烧结砖之间皆通过其凹部和凸部的组合安装连接，组成烧结砖之间凹凸配合的定位结构，使组成杯型结构衬套的同一杯型结构层内的烧结砖连成一体。

上述杯型结构衬套优选由两层以上杯型结构层构成。

进一步优选相邻杯型结构层之间的烧结砖之间也通过其凹部和凸部的组合安装连接，相邻杯型结构层的烧结砖之间凹凸配合的定位结构，从而使杯型结构衬套的相邻杯型结构层间实现连接形成完整的坩埚内衬。

进一步优选相邻杯型结构层之间的对应的烧结砖之间为平滑面接触，组成杯型结构衬套中相邻杯型结构层表面之间实现力学承载支撑，在杯型结构衬套的任意一层杯型结构层内，通过各烧结砖之间通过凹凸配合进行安装定位和挤压定型，形成杯型结构衬套的单层小套。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：

1．本实用新型复合坩埚容积大、成本低、寿命长，并且制备工艺成熟、维修方便；

2. 采用本实用新型复合坩埚安装于真空感应熔炼炉中熔炼钛合金，坩埚内衬在高温下不与钛发生反应，不与金属粘黏，熔池流动性好，熔炼浇注后的合金成分均匀，性能稳定，有效提高了钛合金的品质；