CN205170955U - 一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及钛基合金的冶炼和熔配技术的应用设备，具体涉及一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，包括炉体，所述炉体内设置有水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚下方依次设置有浇铸漏斗和铸型；所述水冷铜坩埚包括若干个相互绝缘设置的弧形铜块，相邻的弧形铜块之间设置有不泄露熔体的铜块间隙；所述各弧形铜块采用内循环水冷却；所述水冷铜坩埚外侧设置有电磁感应线圈，所述电磁感应线圈与中频电源输入端连接。

Description

一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置

技术领域

本实用新型涉及钛基合金的冶炼和熔配技术的应用设备，具体涉及一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置。

背景技术

钛合金是一种新型结构材料，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等，也具有优异的综合性能，如密度小，强度和断裂韧性高，疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，低温韧性良好，抗蚀性能优异特点而被广泛用于各个领域。钛合金最早主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。而今钛及其合金已在一般工业中得到了应用，钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。而且还能用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等，因此它在航空、航天、化工、医药、造船等工业部门获得日益广泛的应用和发展迅猛。

然而，由于钛合金在液态下的化学性质极为活波，几乎与所有接触的气体和铸型材料发生化学反应，会造成合金污染，并改变钛基合金的物理组织，消弱其化学和物理性能。因而在钛基合金的熔炼和熔配过程中，正确控制合金熔体的温度和成分尤为关键，对于获得性能良好的钛基合金尤为重要。而目前工业中广泛采用的是自耗电极式的电弧熔炼炉或者电子束熔炼，虽然可以有效保证合金的溶液有一定的过热度和较为准确的合金熔体成份，但这种方法对于原料和电极的质量要求极高，并且熔池的表面积大，深度小，易造成高蒸气压元素(如铝元素)的挥发损失较大，电子束熔炼会使钛合金尤其是钛铝合金中含氧量明显降低，同时也使得合金中铝含量明显降低。而且溶液和坩埚也极易发生合金的变异，对合金成分的精度还达不到要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：包括炉体，所述炉体内设置有水冷铜坩埚，所述水冷铜坩埚下方依次设置有浇铸漏斗和铸型；

所述水冷铜坩埚包括若干个相互绝缘设置的弧形铜块，相邻的弧形铜块之间设置有不泄露熔体的铜块间隙；所述各弧形铜块采用内循环水冷却；所述水冷铜坩埚外侧设置有电磁感应线圈，所述电磁感应线圈与中频电源输入端连接。

进一步的，所述各弧形铜块内开有冷却水槽，并在底部设置有进水口和出水口，所述各弧形铜块的底端连接有基座，所述基座内开有水槽，并设置有进水管路和出水管路；所述各弧形铜块的进水口与进水管路连通，出水口与出水管路连通；所述进水管路与冷却水源相连接。

进一步的，所述基座包括开有循环水槽的水槽板；所述水槽板上固定有水槽盖板；所述水槽板内的循环水槽分别与各弧形铜块内的冷却水槽相连通。

进一步的，所述相邻弧形铜块之间的铜块间隙为2-4mm。

进一步的，所述弧形铜块的数量为4-20。

进一步的，所述电磁感应线圈采用空心异形铜管。

进一步的，所述电磁感应线圈的尺寸满足：

感应器内径d1＝d2+2Δc；

感应器高度h1＝bd1；

其中：d1为感应器内径，d2为坩埚外径，Δc为炉衬厚度，hl为感应器高度，b取值为1.0至1.2。

进一步的，所述弧形铜块采用半圆形铜块，或采用D型异形铜块。

进一步的，所述炉体上还设置有熔配加料机构、翻转机构、电源系统接口、真空系统接口、反充惰性气体系统、观察窗和测温窗。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：与传统熔炼方法相比，钛基合金熔配的电磁感应真空装置加热温度不受坩埚材料限制，可以达到2000℃以上；熔体与坩埚完全分离，避免了熔炼过程中坩埚材料带来的污染。通过磁力搅拌产生的对流作用，还可以在高温下有效地去除熔体表面漂浮的氧化物等杂质，非常适合于高纯钛金属材料与合金的熔炼与合成；不需要附加搅拌设备，在电磁力作用下熔体可以被充分的搅拌，有利于提高熔炼材料的组分均匀性；钛合金中的间隙元素得到了有效控制保持钛基合金金的优良性能。

附图说明

图1为本实用新型整体设备简化示意图；

图2为本实用新型水冷铜坩埚结构示意图；

图3为本实用新型水冷铜坩埚分布及电磁特性示意图；

图4为本实用新型电磁感应真空状态下钛基合金熔炼熔配过程示意图；

图5为坩埚水冷却工作示意图；

其中：1为弧形铜块；2为铜块间隙；3为坩埚熔池；4为电磁感应线圈；5为金属凝壳；6为进水管路；7为出水管路；8为水冷铜坩埚；9为浇铸漏斗；10为铸型；11为炉体；12为水槽板；13为水槽盖板；14为熔配加料机构；15为翻转机构；16为电源系统接口；17为真空系统接口；18为反充惰性气体系统；19为观察窗；20为侧温窗；21为冷却水槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

参见图1、图2，本实用新型包括炉体11，炉体11上设置有熔配加料机构14、翻转机构15、电源系统接口16、真空系统接口17、反充惰性气体系统18、观察窗19和测温窗20。

所述炉体11内设置有水冷铜坩埚8，所述水冷铜坩埚8下方依次设置有浇铸漏斗9和铸型10；所述水冷铜坩埚11包括若干个相互绝缘设置的弧形铜块1，相邻的弧形铜块1之间设置有不泄露熔体的铜块间隙2；弧形铜块1的数量为4-20。所述各弧形铜块1采用内循环水冷却；所述水冷铜坩埚8外侧设置有电磁感应线圈4，所述电磁感应线圈4与中频电源输入端连接。

参见图5，所述各弧形铜块1内开有冷却水槽21，并在底部设置有冷却水槽21的进水口和出水口，所述弧形铜块1的一端设置有基座，所述基座内开有循环水槽，并设置有进水管路6和出水管路7；所述各弧形铜块1的进水口通过基座内的循环水槽与进水管路6连通，出水口通过基座内的循环水槽与出水管路7连通；所述进水管路6与冷却水源相连接。所述基座包括开有循环水槽的水槽板12；所述水槽板12上固定有水槽盖板13；所述水槽板12内的循环水槽分别与各弧形铜块1内的冷却水槽相连通。图5中箭头指向为冷却水工作流向，向上为进水方向，向下为出水方向。进水用圆形铜管把进水槽和坩埚内部冷却水槽联结到坩埚顶部，然后开放式自然压力流落下来，到坩埚内部冷却水槽，进行给坩埚铜瓣降温，再流回到坩埚底部出水水槽，和出水管道连接。基座和坩埚底部密封处理，进水出水和炉体基座联结密封后引出。

相邻弧形铜块1之间的铜块间隙2为2-4mm；弧形铜块1采用半圆形铜块，或采用D型异形铜块。

所述电磁感应线圈5采用空心异形铜管。电磁感应线圈5的尺寸满足：

感应器内径d1＝d2+2Δc；

感应器高度h1＝bd1(b＝h1/d1)；

其中：d1为感应器内径，d2为坩埚外径，Δc为炉衬厚度，hl为感应器高度，b取值为1.0至1.2。

本实用新型提供的电磁感应真空装置由炉体、真空系统、气动液压系统、冷却水系统、反充惰性气体系统、中频电源及其控制系统组成。炉体包含真空感应熔炼炉和冶炼熔配以及生产场所和空间，由熔配加料机构、观察窗、取样装置、测温窗、翻炉机构、水冷铜坩埚、感应器及进电装置、真空室壳体等组成。真空系统包含真空泵机组、真空阀、检测仪器等，它的职能是提供冶炼和熔配过程中的必须条件，如极限真空度、工作真空度、抽气时间控制、升压率；气动液压系统除真空组外的满足真空加料等机械动作的系统；冷却水系统是为电磁感应线圈和水冷铜坩埚进行降温系统，反充惰性气体系统是为保护在冶炼和熔配过程中减少杂质和合金成分的纯度的系统；变频电源及电控系统是负责供给冶炼和熔配过程中所必需的电能，以实现电压、电流、功率，电流频率等电气参数的控制系统。

工作原理：把装有钛或钛基合金材料作为炉料的特制水冷铜坩埚内，利用电磁感应原理产生的强涡流作为热源，在真空状态下进行钛或钛基合金材料的熔炼熔配，从而得到高质量无污染的高纯度新钛基合金材料。工作过程中由于特制的水冷铜坩埚进行水冷却，在熔炼钛合金时，坩埚和熔体之间形成有钛合金熔体遇冷凝固的固体壳层称为凝壳，此时的坩埚内衬相当于用所熔炼的材料制成，即坩埚内表面和金属成分相同，从而避免了普通坩埚对熔炼材料的污染。在熔炼过程中通过反复抽真空和反充惰性气体，避免了钛合金材料由于自身的化学特性活波在熔炼和熔配过程中，钛合金与间隙元素如氧气、氮气的反应而影响合金质量。避免在真空状态下熔炼中途熔配加入熔配材料化学、物理性能的差异产生的再次污染。从而保证了需要材料的优良品质和性能。

常规的金属熔炼和熔配只需要通过选用适合的坩埚材料即可。而钛基合金化学性质较为活波，几乎与所有接触的气体、和熔炼熔配接触材料发生反应，会造成合金污染，影响合金组织的物理性能。所以针对钛基合金的熔炼熔配需要采取新的更新。为了不会使合金材料受到污染就采取无坩埚接触和无熔体污染等特点常被看作解决上述问题的最佳选择。钛基合金熔配的电磁感应真空装置专用水冷铜坩埚是利用具有良好导电导热性的金属铜制成的，坩埚内部有冷却水通道。在工作过程中，冷却水在坩埚内流动带走大量的热量，以降低坩埚的温度，防止坩埚熔化，同时在熔炼金属时，坩埚和金属熔体之间形成由金属熔体凝固而产生的固体壳层，也称为凝壳。此时坩埚的内衬相当于用所需要熔炼的金属制成，坩埚内表面则和金属成分一致，从而避免金属熔体的污染。钛基合金熔配的电磁感应真空装置专用水冷铜坩埚是由无数个弧形铜块或者异型铜管构成的一种特殊的组合坩埚，各个弧块之间彼此绝缘不构成电气回路。每个块内部采取循环水冷却，使用过程中坩埚本体的温度很低，被熔化了的钛基合金溶液就会在坩埚内表面凝固成一层固态壳层，即为凝壳。而剩余的钛基合金在凝壳内部继续熔化，所以能保持钛基合金本有的纯度，也防止了在熔炼过程中的其他杂质的污染。参见图3、图4,工作时当感应线圈通中频交流电时，会使得每个铜块内部得到感生电流，而且相邻两个铜块截面上其感应电流相反。图3中电磁感应线圈中箭头方向为瞬间电流方向，弧形铜块1内箭头方向为内部感生电流方向。彼此在铜块间建立磁场方向相同，每个块间隙都有一个强磁场，由于铜块的环状排布形成一个强化磁场。水冷铜坩埚就等同一个集流器，将磁力线聚集到坩埚内的炉料上。同时由于坩埚内壁出的磁场方向以及炉料的感应电流之间的关系，产生了一个单向的将熔体推向坩埚中心的电磁力，也就是磁压缩效应。组合块的增加或电源功率的增加，经过水冷铜坩埚强化了的磁场促使合金炉料迅速熔化，而且产生强有力的电磁搅拌作用，使得熔配合金溶液的温度和成分均匀。

水冷铜坩埚技术核心在于其结构和电磁场的合理设计让其具备良好的电热性能，从而使其具有良好的透磁和低涡流损耗特性，在熔体中产生比较大的感应涡流和悬浮力。达到应用效果最佳的目的。水冷铜坩埚的结构主要是分瓣结构，而电磁场的加热效率主要是由电参数和感应线圈的位置和炉料的物理性能来决定的。

水冷铜坩埚的结构上，铜块缝隙的数量，即弧形铜块分瓣之间的开缝间隙数是最为关键的，直接决定坩埚的透磁性能和低涡流损耗效果。选择切缝数越多越好，但是切缝数达到一定数量，透过坩埚壁的磁力线就达到了饱和，在增加切缝数也就失去意义，也影响成本。一般在设计上遵循“多分瓣，窄切缝”原则，通过三维偶和电流算法来优化分瓣数。电磁场频率和水冷铜坩埚的结构决定了干过自身的透磁能力，随频率升高，坩埚内磁通密度下降，水冷铜坩埚的分瓣结构使涡流损耗降低，而且磁场频率越高越明显。根据经验对100kHz以上的超高频，坩埚分割为16到20瓣；10-100kHz的高频，坩埚分割为8到12瓣；对于10以下的中高频，坩埚分割为4到8瓣比较合适。

水冷坩埚分瓣的形状、坩埚质量和水冷铜坩埚的开缝宽度对坩埚的透磁性能和效率都有所影响。尤其是分瓣形状影响较大，针对于钛基合金的熔炼和熔配选半圆形比较合适；由于水冷铜坩埚是和金属材料一起放置在磁场环境中，也是感应加热负载的一部分，减少水冷铜坩埚的质量可以减少磁场的损耗，也能提高电效率；水冷铜坩埚的开缝宽度要求也得适当，开缝宽度越大可提高透磁能力和熔炼能效，但是开缝对开缝处轴向磁场影响大，对其他位置磁场影响不明显，随开缝宽度增加，物料表面磁通密度有所上升，但仅集中于附近，所以开缝要合适，而且不能影响开缝间隙间的材料或泄露熔体为主。

水冷铜坩埚的电磁悬浮能力与感应器线圈的位置有关，感应器的位置关系到凝壳的软接触状态和保护渣的顺流效果，感应线圈和集流器的间隙则决定了电磁系统的漏磁强度、感应效率、和能量分配。

实施例

1、钛基合金熔配的电磁感应真空装置的电气设计依据

①、根据钛基合金熔炼和熔配所需生产量计算负载用电量即电源的系统含热损失容量，再根据经验值50Xnkw/kg即每公斤钛基合金按50kw的用电容量计算；最低功率满足阶梯式加热所用功率要求；参照电磁感应加热热量计算公式；Q＝cTG或电功率计算公式：钛或钛基合金的平均比热熔；T,熔炼的升高温度，G，钛或钛基合金总质量；t，升到T温度时所需的时间s，0.24，热功当量；

②、钛合金炉料吸收的单位功率根据K,常数；H,磁场强度A/m；

q_f，坩埚内径d，和对炉料中电流渗透深度δ2之比的函数；ρ₂，钛或钛合金电阻率，Ω.cm；

μ_r2，钛或钛合金的相对磁导率；f，电流频率HZ；

在感应熔炼过程中，炉料的温升取决于单元加热热量和输出热量的差；某单元在单位内间内的热量累积量可用下式表示：Q_累积＝Q_输入-Q_输出＝Q_感应+Q_传导；由于Q_感应对电流

的渗透深度σ的一阶导数大于0，因此σ越大，Q_感应越大。其中

一般来说电源确定后电源频率是恒定不变的，因此电流的渗透深度就决定于ρ₂和μ_r2；δ与ρ₂/μ_r2的二分之一次平方成正比，因而ρ₂/μ_r2值大同一位置的感应热就多。对于热传导来说Q_传导其大小与合金的导热系数成反比。但是对于不同类钛及钛基合金来说ρ₂/μ_r2相差都不是很大。其中最常见的导热系数最大的是TiAL2.5Sn合金，其次是Ti15VGr3Sn3AL合金,再次是Ti48AL2Gr2Nb合金,其中Ti6AL4V合金比其稍大些，Ti6AL4V合金升温缓慢；

③、电源的选择根据制作水冷铜坩埚的分瓣数及切缝选择；见下表水冷铜坩埚内磁场衰减率所示；

水冷铜坩埚的制造参见钛基合金熔配的电磁感应真空装置专用水冷铜坩埚结构对电热性能影响的分析章节。根据经验对100kHz以上的超高频，坩埚分割为16到20瓣；10-100kHz的高频，坩埚分割为8到12瓣；对于10以下的中高频，坩埚分割为4到8瓣比较合适。一般在设计上遵循“多分瓣，窄切缝”原则，通过三维偶和电流算法来优化分瓣数，开缝要合适，而且不能影响开缝间隙间的材料或泄露熔体为主。

坩埚参数计算：工作容积一次装料量kg；ρ_m，熔炼材料的液态密度g/cm³；d2，坩埚平均直径cm；h2坩埚高度cm； $d2=\sqrt[3]{\frac{4a{V}_g}{\mathrm{\π}}}$ 坩埚总容积 $V=\frac{{m10}^3}{{\mathrm{\ρ}}_m}x1.3{\mathrm{cm}}^3;$ Δ_c＝Δ_T+0.5(Δ_T,坩埚平均壁厚，一般为4～8mm；)

Δc，炉衬厚度。a值参考下表：

炉子容量kg	500以下	500-1500	1500-3000	3000以上
					a值	1/2～2/3	2/3～3/4	3/4～4/5	4/5～1

④、感应器线圈的制作：感应器是真空感应炉体内的核心部件，直接承担着电能转换任务。其性能好坏就决定了技术和经济指标。它的功能第一是建立交变磁场，使炉料产生感应电流；第二是龙拖水冷铜坩埚，实现熔炼熔配及浇铸过程的核心任务。所以必须满足以下几点：满足电工要求，自身尺寸结构、匝数、刚性的机械性能；感应器匝间必须要有良好的绝缘；感应器采用空芯异型铜管承担电流输送和冷却水循环；

感应器尺寸的计算：感应器内径d1＝d2坩埚外径+2Δc炉衬厚度和感应器高度h1＝bd1b＝h1/d1；见下表：

炉容量kg	500以下	500-1500	1500以上
				b值	1.2	1.1-1.2	1.0-1.1

炉料所需最小频率：炉料电阻率Ω.cm；d2，坩埚内径cm；μ_r，炉料相对磁导率。炉子理论功率m，炉子容量kg；i₂，i₁，加热终了时间和开始加热时间的热焓kw.h/kg；感应器有效匝数匝U_g，感应线圈端电压V；P_g,感应器功率kw。

2、钛基合金熔配的电磁感应真空装置的炉体设计要求

钛基合金熔配的电磁感应真空装置的真空炉体设计依据炉子的使用方式选择结构，结构见图1。其具体结构可采用电磁真空感应炉改制，加装所需要功能组件；对于测温以及其他二次控制电缆采用磁屏蔽以免发生干扰，影响测量精度。真空泵机组根据所需真空度选择真空泵机组功率；所有接口必须密封和满足真空度要求；真空感应炉体是整个设备的主要组成，也是进行真空熔炼和熔配生产的场所和空间真空室。炉体的结构设计计算包括:炉型的选择、炉体的冷却、露体材料的选择、炉体尺寸的确定、炉体壁后的确定计算等；中小型采用立式结构，大型采用卧式结构；炉体材料质地要密实，无裂纹，不透气，机械性能和焊接性能要好，而且不能采用磁性材料，不能氧化和腐蚀；炉壳直径D0与感应器直径D1的比值等于2-2.5时电能消耗小，电效率高；所以炉体直径应为；D0≥(2～2.5D)1比较合适；需要满足以下基本要求：

①、炉体应具有足够的刚性和强度；炉体在工作过程中要承受大气外压和循环水压，抽真空时也会增加内压，并且炉体不是单一的几何形体，而是开有很多孔洞的复杂几何体，以便于各种测量仪表安装采样，监控观察和操作。同时受热不均匀对强度就要有更高要求；

②、要有良好的密封性能。首先是炉体材料要合适，结构要易于检查，真空密封结构要合理，密封材料要优良，总之要满足真空性能的稳定性；

③、炉体的容积和形式要满足静态和熔炼熔配时所有结构的合理性布局，要便于操作和维护。

③、真空熔炼室的工作压力最低满足10^-3～1.3×10^-5Pa

3、钛基合金熔配的电磁感应真空装置的熔炼和熔配工艺

3.1、装料；钛合金炉料常用的典型炉料是Ti6AL4V和Ti15VGr3Sn3AL。Ti6AL4V其成分为ω(AL)＝6％、ω(V)＝4％,一般采用一级海绵钛、工业纯铝、钒铝合金进行配料。液相均化保持时间为10min左右，熔体最高温度1800℃左右；浇铸温度1700℃以上；浇铸真空度保持1.2x10^-1Pa。Ti15VGr3Sn3AL其成分为ω(AL)＝3％、ω(V)＝15％,

ω(C_r)＝3％、ω(S_n)＝3％,，采用炉料为钛、铝、铬、锡纯金属和铝钒中间合金；

装料首先把原材料分两部分，一部分直接装入坩埚，另一部分也就是熔配是的料装入合金料箱，以便在熔炼温度达到要求和加料时机投入熔池进行熔配，根据性质不同的材料加入要选合适的时机。活波元素和微量元素适合精炼其间加入；高蒸气压元素在出液时加入；中间加料熔配要注意观察温度和真空度的要求，提前排列加入顺序，掌握加料时机，减少烧损保证高的收料率。

3.2、熔化：熔化期的主要任务是使炉料熔化、去气、去除有害的杂质和非金属夹杂物，使金属或合金液有适当的温度、熔池上保持适当的真空度，为熔配或者精炼创造条件。熔化期是工艺最为关键的也是时间最长的过程。真空感应熔炼熔化期需要掌握以下几点：

①、熔化期真空度。熔化期熔池由浅渐深，非常有利于气体、有害物质和非金属夹杂物的排除。因而熔化期要保持较长时间和较高的真空度避免易溶物需要经过反复循环抽真空和反充惰性气体，来分解稀释残留气氛；

②、熔化期供电。合理的供电能保证炉料充分熔化和不致局部产生过热现象，炉料能熔化和去气而不至于飞溅。所以熔化期的过程需要阶梯式合理加热，合理使用功率和保温时间，使缓慢升温，使炉料内的气体充分排除。

③、熔化期喷溅预防。熔化过快，含气多、补加料或者熔配加料操作不当会引起喷溅。喷溅会引起炉料损失和粘附在坩埚壁上，严重的话会影响继续工作，所以使用要认真执行操作工艺既可避免。若发生喷溅即可采取适当降温，减弱喷溅，也可反充惰性气体压制。

3.3、精炼。精炼期是为了进一步净化炉料脱氧、脱气、去除杂质调整成分、调整温度。保持较高的温度和较高的真空度有利于熔池中各种反映的进行，有利于有害杂质的挥发和夹杂物的分解。真空感应熔炼精炼时间要依据温度和真空度确定，杂质的去除也需要反复循环抽真空和反充惰性气体进行。调整成分或者熔配需要在脱氧和脱气良好的情况下进行。根据合金元素与氧气的亲和力大小和挥发程度决定加入的先后顺序以及加入条件。每加一种元素都应大功率进行搅拌，以加速熔化并使成分均匀。

3.4、浇铸工艺。浇铸是把精炼获得的合格金属合金浇铸成锭材、铸件等的过程，到达合适浇注温度后，采取大功率送电搅拌，浇铸时中功率持续送电，以使合金成分均匀一致。

概括为高真空度、高温精炼、长熔化期、短精炼期；阶梯加热、循环抽真空反充惰性气体、低温加AL、Ti，送电搅拌和带电浇铸。

通过本实用新型电磁感应真空装置以针对钛合金的性能和应用特点，采用熔体无接触、无污染和熔炼温度高等特点，在熔炼高纯度、高熔点和高活泼性的钛基合金材料领域有着极其广泛的应用前景。利用本实用新型装置制备的钛基合金成分均匀，无偏析，可组成多种又实用价值的高纯度钛基化合物。

与传统熔炼方法相比，钛基合金熔配的电磁感应真空装置加热温度不受坩埚材料限制，可以达到2000℃以上；熔体与坩埚完全分离，避免了熔炼过程中坩埚材料带来的污染。通过磁力搅拌产生的对流作用，还可以在高温下有效地去除熔体表面漂浮的氧化物等杂质，非常适合于高纯钛金属材料与合金的熔炼与合成；不需要附加搅拌设备，在电磁力作用下熔体可以被充分的搅拌，有利于提高熔炼材料的组分均匀性；钛合金中的间隙元素得到了有效控制保持钛基合金金的优良性能。

本实用新型的电磁感应真空装置根据熔炼熔配请况可灵活结合将悬浮熔炼技术、离心浇铸技术、真空吸铸技术、真空压铸技术的真空吸铸造。速度快,无滞流及气泡卷入等现象产生，可制造出壁厚小于1mm的钛合金铸件。

Claims (9)

1.一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，包括炉体(11)，所述炉体(11)内设置有水冷铜坩埚(8)，所述水冷铜坩埚(8)下方依次设置有浇铸漏斗(9)和铸型(10)；

所述水冷铜坩埚(8)包括若干个相互绝缘设置的弧形铜块(1)，相邻的弧形铜块(1)之间设置有不泄露熔体的铜块间隙(2)；所述各弧形铜块(1)采用内循环水冷却；所述水冷铜坩埚(8)外侧设置有电磁感应线圈(4)，所述电磁感应线圈(4)与中频电源输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，所述各弧形铜块(1)内开有冷却水槽(21)，并在底部设置有进水口和出水口，所述各弧形铜块(1)的底端连接有基座，所述基座内开有循环水槽，并设置有进水管路(6)和出水管路(7)；所述各弧形铜块(1)的进水口与进水管路(6)连通，出水口与出水管路(7)连通；所述进水管路(6)与冷却水源相连接。

3.根据权利要求2所述的一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，所述基座包括开有循环水槽的水槽板(12)；所述水槽板(12)上固定有水槽盖板(13)；所述水槽板(12)内的循环水槽分别与各弧形铜块(1)内的冷却水槽相连通。

4.根据权利要求1所述的一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，所述相邻弧形铜块(1)之间的铜块间隙(2)为2-4mm。

5.根据权利要求1所述的一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，所述弧形铜块(1)的数量为4-20。

6.根据权利要求1所述的一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，所述电磁感应线圈(4)采用空心异形铜管。

7.根据权利要求6所述的一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，所述电磁感应线圈(4)的尺寸满足：

感应器内径d1＝d2+2Δc；

感应器高度h1＝bd1(b＝h1/d1)；

其中：d1为感应器内径，d2为坩埚外径，Δc为炉衬厚度，hl为感应器高度，b取值为1.0至1.2。

8.根据权利要求1所述的一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，所述弧形铜块(1)采用半圆形铜块，或采用D型异形铜块。

9.根据权利要求1所述的一种钛基合金熔炼熔配的电磁感应真空装置，其特征在于，所述炉体(11)上还设置有熔配加料机构(14)、翻转机构(15)、电源系统接口(16)、真空系统接口(17)、反充惰性气体系统(18)、观察窗(19)和测温窗(20)。