[发明专利]真空自耗电弧炉用坩埚

说明书

技术领域

本发明属于熔炼装置技术领域，具体涉及一种真空自耗电弧炉用坩埚。

背景技术

真空自耗电弧炉是生产高温合金、钛及钛合金的主要设备。紫铜坩埚是真空自耗电弧炉必不可少的关键部件。坩埚放置在熔化站内，真空自耗电弧炉所熔炼的金属经过电弧产生的高温而熔化，在通有冷却水的紫铜坩埚内冷凝、结晶而成铸锭。

为装料和出锭方便，坩埚设计为坩埚体和底垫两部分，二者之间通过可拆卸的部件相连接，用硅橡胶圈密封保证二者连接的气密性。坩埚体采用卷焊工艺或整体锻造工艺制成，底垫采用锻造工艺制成。为保证铸锭生产的正常进行，底垫和坩埚筒体之间的密封必须可靠；为防止起弧阶段误操作，导致电弧击穿坩埚底致坩埚进水，造成熔化中断，常规将底垫厚度设计为坩埚壁的3-5倍。

以Φ720mm坩埚底垫为例，其直径为870mm，厚度为80mm，承受重5吨的铸锭，重量约340公斤，市场价格约3.5万元。底垫外形为高径比0.07～0.14的饼状结构，在使用过程中，内径为Φ114mm的导水管内的冷却水在加压泵的作用下，冷却水快速流动，先冷却直径为Φ870mm的坩埚底垫的中心部位，而后冷却水流至坩埚底垫外圆，再沿坩埚体外壁和不锈钢水套内径之间的间隙流至坩埚体的法兰，再流出熔化站。熔化站进水温度和出水温度的温差约为20度左右。底垫边缘部位和中心部位存在温度差，如图1所示，产生了水平方向的热应力F1，底垫上部与炽热的铸锭相接触，底垫上部受热，下部的热量被冷却水带走，上下两面存在温度差，产生竖直向上的热应力F2，因底垫结构以底垫的中心线对称，两个热应力的合力F使底垫直径减小，高度增加。底垫高度增加，使张力爪对坩埚底部台阶作用力增大，作用力的水平分力使筒体直径减小，坩埚体台阶部位产生收缩变形。

由于底垫直径的收缩和高度增加，底垫的导电面不再和底垫的中心线垂直；坩埚底部压环处直径的收缩和台阶的变形，使坩埚底部的密封面不再和坩埚体的中心线垂直。如图2所示，二者的变形使得底垫上端面和坩埚内部台阶配合处间隙逐渐增大，当间隙大于1.5mm时，液态金属逐渐进入间隙中，覆盖底垫整个端面，形成铸锭的端面包边，端面包边不影响坩埚的正常使用，但对铸锭成品率产生影响。而当坩埚体底部内径止口与底垫配合处的间隙单边大于1.5mm后，液态金属会流入缝隙中，随着底垫热变形的继续和累积，每炉形成的包边高度和宽度逐渐增高、增大，逐步将底垫整个圆周包裹后凝固，底垫的失效期来临时，会出现铸锭和坩埚底垫无法脱离，天车起吊铸锭时将底垫和不锈钢圆盘一同吊走的现象。因而在底垫周边出现局部包边时，底垫就需更换。Φ720mm底垫的寿命不超过炉30炉，底垫直径的收缩量约为15mm，高度增加量约20mm，而坩埚底部的止口收缩量约为10mm。坩埚直径越大，底垫使用的寿命越短。

底垫寿命短，每年消耗的底垫备件就越多；坩埚体底部出现收缩变形，影响脱锭，坩埚体修复的次数就越多。坩埚体与底垫的采购费用成为企业生产的一个较大成本。对于年产4000吨铸锭的企业，底垫的采购费和坩埚的维修费用在上百万元。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空自耗电弧炉用坩埚，解决了现有真空自耗电弧炉用坩埚的底垫在热应力作用下出现收缩变形导致使用寿命很短的问题。

本发明所采用的技术方案是：真空自耗电弧炉用坩埚，包括坩埚体，坩埚体底部与底垫相连，底垫底部周向设置有第一环形槽和第二环形槽，底垫通过周向设置的三组内六角螺栓与圆盘相连，圆盘与筋板相连，圆盘与筋板的中心设置有进水口，圆盘还通过张力爪与坩埚体相连。

本发明的特点还在于，

坩埚体与底垫之间设置有密封圈。

密封圈设置在底垫边缘的密封槽中。

圆盘上焊接有若干上垫板和上垫块。

上垫板沿圆盘周向等间距设置6-8个，相邻两个上垫板之间均匀设置2-3个上垫块。

上垫板的长度延伸至进水口的倒角处。

三组内六角螺栓包括多个内六角螺栓b、多个内六角螺栓c和多个内六角螺栓d，其中内六角螺栓b由圆盘底部穿过上垫块与底垫连接，内六角螺栓c和内六角螺栓d由圆盘底部穿过上垫板与底垫连接。

内六角螺栓b与底垫中心线的距离大于内六角螺栓c与底垫中心线的距离，内六角螺栓c与底垫中心线的距离大于内六角螺栓d与底垫中心线的距离；第二环形槽位于内六角螺栓c和内六角螺栓d之间，且第二环形槽与内六角螺栓d的距离小于内六角螺栓d与底垫中心线的距离，第一环形槽与底垫中心线的距离小于内六角螺栓d与底垫中心线的距离。