多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置.pdf

多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，它涉及一种金属成形与定向凝固装置。现有的定向凝固装置的冷却速率受到固相端热量导出速率的限制，很难获得均匀的冷却速率，生产效率很低。本发明的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，它包括真空系统(14)、电源及控制部分(15)、支撑框架(16)、设置在支撑框架(16)上的炉体(1)、冷却系统(17)，所述炉体(1)内设有料棒(2)，料棒(2)设置在感应线圈(3)的中心，料棒(2)的端头通过送料杆(5)与电机(4)连接。本发明装置解决了各类金属材料高质量加工和精确成形问题，扩大了先进材料在交通、能源等关键装备上的应用，对材料加工技术前沿的发展和开展大规模科学研究具有重要意义。

1.  一种多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，它包括真空系统(14)、电源及控制部分(15)、支撑框架(16)、设置在支撑框架(16)上的炉体(1)、冷却系统(17)，其特征在于所述炉体(1)内设有料棒(2)，料棒(2)设置在感应线圈(3)的中心，料棒(2)的端头通过送料杆(5)与电机(4)连接。

2.  根据权利要求1所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于所述炉体(1)为双层结构，在炉体(1)的内部下方设有定向凝固结晶器(7-1)，在定向凝固结晶器(7-1)的内部装有金属冷却剂(7-2)，所述料棒(2)的下部设置在金属冷却剂(7-2)内。

3.  根据权利要求1所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于电源及控制部分(15)中，所用电源为两组四种频率，IGBT晶体管电源(15-1)采用10KHz和20KHz两种频率并配以淬火变压器(15-3)，SIT晶体管电源(15-2)采用50KHz和200KHz两种频率并配以淬火变压器(15-4)。

4.  根据权利要求1、2或3所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于所述料棒(2)的下端与下抽拉杆(5-2)固接，料棒(2)的上端连接上送料杆(5-1)，上送料杆(5-1)通过连接件(6)和联动杆(7)与下抽拉杆(5-2)连接为一体，所述下抽拉杆(5-2)与电机(4)连接。

5.  根据权利要求1、2或3所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于所述料棒(2)的外部设有水冷铜模(8)，所述料棒(2)的上端和下端分别与上送料杆(5-1)和下抽拉杆(5-2)固接，所述上送料杆(5-1)与下抽拉杆(5-2)纵向穿过炉体(1)后分别与上部电机(4-1)和下部电机(4-2)连接。

6.  根据权利要求5所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于在料棒(2)的外部、感应线圈(3)的内部设有水冷坩埚(9)。

7.  根据权利要求1、2或3所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于所述感应线圈(3)分为上线圈(3-1)和下线圈(3-2)，上线圈(3-1)和下线圈(3-2)分别与两组不同交变频率的电源连接。

8.  根据权利要求1、2或3所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于所述料棒(2)包括上料棒(2-1)和下料棒(2-2)，上料棒(2-1)为散料，散料设置在下部带小孔(9-1)的坩埚(9)内，在坩埚(9)的外部设有上线圈(3-1)，在坩埚(9)的正下方设有下料棒(2-2)，下料棒(2-2)的下端与下抽拉杆(5-2)连接，所述下料棒(2-2)的外部设有陶瓷模(10)，陶瓷模(10)的外表面与石墨(11)紧密接触，在石墨(11)的外面设有下线圈(3-2)。

9.  根据权利要求1、2或3所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于所述料棒(2)包括上料棒(2-1)和下料棒(2-2)，上料棒(2-1)为散料，散料设置在坩埚(9)内，坩埚(9)为上部开口的容器，坩埚(9)同时与倾翻系统(12)相连，在所述坩埚(9)的外部设有感应线圈(3-1)，坩埚(9)的正下方设有下料棒(2-2)，下料棒(2-2)的下端与下抽拉杆(5-2)连接，所述下料棒(2-2)的外部设有陶瓷模(10)，陶瓷模(10)的外表面与石墨(11)紧密接触，在石墨(11)的外面设有感应线圈(3-2)。

10.  根据权利要求1、2或3所述的多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，其特征在于在料棒(2)的外部、感应线圈(3)的内部设有水冷坩埚(9)，所述料棒(2)包括上料棒(2-1)和下料棒(2-2)，上料棒(2-1)通过上送料杆(5-1)与上部电机(4-1)连接，下料棒(2-2)通过下抽拉杆(5-2)与下部电机(4-2)连接，所述下抽拉杆(5-2)的下端还与旋角系统(13)连接。

多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置
技术领域：
本发明涉及一种金属成形与定向凝固装置。
背景技术：
材料是人类社会生产生活赖以进行的基础。当前，材料领域处于迅猛发展之中，尤其是金属材料，由于其特殊的物理化学性质，如高的导热性、导电性、不透明性、光泽性和良好的强度和塑性，占到材料日常使用量的90％以上，但材料的使用都与其加工设备和成形过程息息相关，也就是说，使材料加工成形的设备或者手段是实现材料最终使用目的的必要条件。随着经济、科技和国防事业的快速发展，对优质、高效、安全、特殊和低成本的材料加工技术需求较为迫切，因此相应的对特殊化、精密化、经济化的材料加工手段也就提出了更高的要求。毋庸置疑，先进的材料加工手段是一个民族一个国家参与激烈国际大环境竞争的重要保障。
电磁流体力学是专门研究电磁场与流体间相互作用的综合知识，这里所说的流体尤其指像金属熔体这样的热流体，通过电磁场与之作用，电磁场将自身的能量赋予熔体，这样便对金属产生热作用和力作用，结果就出现了电磁感应熔化、电磁搅拌、熔体形状控制、驱动/抑制流体流动、悬浮和雾化等多种形式材料电磁加工技术。当前材料电磁加工技术发展的主要特点是：(1)通过选择交变电磁场的频率范围从几赫兹到几十兆赫兹变化，广泛实现感应加热、电磁搅拌、电磁加压和电磁输送等工艺过程；(2)控制液体金属的流动，如电磁控制连铸结晶器内钢液的流动，抑制铸钢中间包内液体的紊流，作为电磁“坝”进行薄带连铸的侧封等，可以改善材料的冶金质量；(3)产生高强度的直流磁场，通过控制液体金属的流动，控制液体金属的形核、生长等凝固过程，开发新材料；(4)特殊磁场的大量运用，包括移动磁场、脉冲磁场、调幅磁场等，为材料加工新工艺的开发提供了保证。
金属的感应熔炼技术和电磁连续铸造技术是电磁流体力学在材料热加工领域应用得比较成熟的范例。目前，几乎所有的金属结构材料和部分陶瓷非金属材料都可以应用感应熔炼技术进行合金的熔配。而电磁铸造技术(EMC)已经成功应用到铝合金的无模连续铸造中，其原理为：当感应产生涡流后，涡流与磁场力相互作用，产生指向金属液内部的电磁推力，当推力大于金属液静压力时液态金属被推离感应器形成液柱，通过对下部金属的冷却和抽拉，形成了连续的铸造过程。电磁连铸装置结构相对简单，主要由电磁感应器、底部引锭杆和喷水冷却器等部分组成。
与铝合金的电磁连铸相似，在钢铁铸锭(坯)生产中也可以利用电磁场取代传统结晶器消除由于铸坯与结晶器相对摩擦导致的表面缺陷。然而钢铁材料密度大，只有在很大能量的电磁场作用下，电磁推力才能使得金属液柱保持侧面直立，实际中的交变电磁场不可能产生这样高的能量。1984年美国通用电器公司申报了在结晶器外施加交变电磁场，依靠结晶器壁承担部分金属液静压力的所谓软接触结晶器的专利，通过电磁推力与结晶器壁共同承担金属液静压力，减少了动压，为生产具有优异表面质量的钢铁坯锭材料奠定了基础，被称为软接触电磁连铸技术。此后，该技术在美国、法国、日本、韩国等国家以及国内都得到快速发展，采用软接触结晶器技术使得连铸坯质量明显提高，而所用的电磁推力远小于无模电磁连铸的电磁力。电磁软接触式连铸技术的发展，在改善连铸钢坯质量，提高生产效率和缩短工艺流程方面具有明显优势，为生产无缺陷铸坯提供了技术保障。由于钢铁材料软接触电磁连铸技术的开发成功，带动了材料的电磁场加工技术的发展，进入上世纪90年代以后，该技术还向无弯月面连铸的方向发展，即热帽电磁连铸技术，通过在连铸结晶器的上部设置保温帽口，维持金属液量和温度恒定，同时在结晶器/液态金属/保温帽口交界点处施加高频电磁场，有效改善铸坯的初始凝固条件，控制了金属液的起始凝固位置，进一步改善了铸坯的表面质量。
定向凝固过程是液态金属或合金在单向传热条件下进行凝固的特殊铸造方法。由于金属的结晶和铸件的成形过程依照特定的方向进行，可以大幅度改善合金的单向力学性能，尤其是高温力学性能。目前，利用定向凝固技术可以制备定向结晶及单晶的涡轮叶片和大尺寸单晶硅等制品。
定向凝固技术的分类主要是依据定向凝固设备或装置所能实现温度梯度的不同，被划分为功率降低法、快速凝固法和液态金属冷却法。液态金属冷却法是当前较为实用的定向凝固技术，由于采用热容量大的常温液态金属进行冷却，铸锭凝固中所释放的热量被迅速带走，如果将液态金属与铸锭直接接触，改善热交换条件，还会在固液界面处形成很高的温度梯度。将液态金属冷却装置(LMC)与Bridgman法、提拉法或者区熔法等结合，已经发展出多种定向凝固技术，但由于这类技术中定向凝固试件的冷却速率受到固相端热量导出速率的限制，很难获得均匀的冷却速率，以及为了获得均匀细化的定向凝固组织而大大降低抽拉速度，使生产效率低的问题，导致这类技术被称为传统定向凝固技术。如何采用新工艺去实现高温度梯度和高生长速率地定向凝固技术，继而制备具有更优越性能的新材料，是众多研究人员所追求的目标之一。
为了细化定向凝固组织、减少凝固偏析和提高凝固速率，近年来研究了各种新型的定向凝固技术。包括：
超高梯度定向凝固技术(ZMLMC)，该法是采用区域熔化和液态金属冷却相结合的方法。它利用感应加热，集中对凝固界面前沿液相进行加热，从而有效地提高了固液界面前沿的温度梯度。由于冷却速率明显提高，导致凝固组织细化，大幅度提高了合金的力学性能。
深过冷定向凝固，其基本原理是将盛有金属液的坩锅置于一激冷基座上，在金属液被动力学过冷的同时，金属液内建立起一个自下而上的温度梯度，冷却过程中温度最低的底部先形核，晶体自下而上生长，形成定向排列的树枝晶骨架，其间是残余的金属液。在随后的冷却过程中，这些金属液依靠向外界散热而向已有的枝晶骨架上凝固，最终获得了定向凝固组织。
电磁约束成形定向凝固技术，利用电磁感应加热金属材料，并利用在金属熔体表层部分产生的电磁压力来约束已熔化的金属熔体成形。同时，冷却介质与铸件表面有直接接触，增强铸件固相的冷却能力，在固液界面附近熔体内可以产生很高的温度梯度，使凝固组织超细化，它是提高金属材料产品性能和成材率的重要方向之一。
值得指出的是电磁约束成形是一种先进的材料成形加工技术，应用该技术不但可以实现金属的无坩埚熔化，还能进行无铸型成形，避免了材料在溶化和成形中的污染。该技术是一项涉及电磁流体力学、冶金、凝固以及自动控制等学科的技术，各种工艺参数如电磁压力、加热密度、抽拉速度的选择将决定铸件的表观质量和性能。电磁约束成形定向凝固工艺将成为一种很有竞争力的定向凝固技术，但还需研究解决靠近固液界面处熔体的侧向是否有横向传热等问题。
此外，新型的定向凝固技术还有激光超高温度梯度快速定向凝固，由于激光具有能量高度集中的特点，这使它具备了在作为定向凝固热源时可能获得比现有定向凝固方法高得多的温度梯度的可能性。从这些定向凝固方法中可以看出，形成单一方向的热流及温度梯度并不困难，但提高定向凝固晶体的质量是优秀定向凝固技术的难点。由于高温度梯度下在保证固液界面平稳的同时，可提高凝固速率，提高生产效率，固液界面前沿的温度梯度高低已经用来衡量定向凝固装置及技术先进性的尺度。
定向凝固虽然发端较早，但确是一门活跃的技术领域，通过与其他技术的联合，产生了很多技术形式，如将定向凝固与连续铸造技术结合的热型连铸方法，在传统连铸设备的基础上，改出水口为热型模嘴，铸造过程的冷却完全由冷却已凝固部分铸锭传导出去，形成与沿铸坯牵引方向完全一致的降温梯度，可获得定向凝固组织，如果依靠晶粒的择优生长和固液界面形状控制，又可获得单晶组织。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种将连续铸造和定向凝固二者结合在一起的连续定向凝固装置，即多功能冷坩埚电磁精确成形与定向凝固装置，它包括真空系统14、电源及控制部分15、支撑框架16、设置在支撑框架16上的炉体1、冷却系统17，所述炉体1内设有料棒2，料棒2设置在感应线圈3的中心，料棒2的端头通过送料杆5与电机4连接。本发明具有如下优点：一.提出了一种材料在电磁场作用下的热成形技术，它是基于磁流体力学原理，利用交变电磁场对导电材料产生的洛仑兹力效应和焦耳热效应，对各类轻质、高比强、耐热、难成形结构材料，如钛、锆、铌基合金、镍基高温合金、特殊钢材、先进铝合金材料和各类金属基复合材料，解决了其高质量加工和精确成形问题，扩大了先进材料在交通、能源等关键装备上的应用，促进了新一代航空航天、交通运输、石油化工、生物医疗和运动休闲工业领域的发展；二、提出了一种材料在可控条件下获得优质构件的热加工手段，所谓可控条件即指高过热、深过冷、极端非平衡、超高压、大变形、微重力或定向结晶等人为创造的材料加工条件。通过将这类加工条件其中之一或者联合应用到现有的加过程，如定向结晶与凝固成形结合，可以实现合金的组织形态和结构调整，提高力学性能，降低生产成本，满足许多现代国防和国民经济运行所急需的支撑材料和构件的需求；三、开发了一种无污染、短流程、精密化的材料热加工成形技术平台，当前复合式的、以电磁场为核心的材料热加工与成形技术发展很快，如电磁离心铸造、正交电磁场下微重力铸造等方法，另外，如液态金属的电磁净化和电磁雾化等加工手段，由于在金属材料的铸造加工过程中起到了无接触除气、去渣和液流破碎的功能日益受到广泛的关注。本发明将依赖电磁场媒介，通过将电磁能量与特殊凝固过程结合起来，形成集熔化、精炼、精确成形和定向凝固为一体的新型、功能模块化、可升级化的液态金属材料加工成形装置，对材料加工技术前沿的发展和开展大规模科学研究具有重要意义。
附图说明：
图1是本发明的整体结构示意图，图2是具体实施方式一的结构示意图，图3是炉门1-1的结构示意图，图4是图3的左视图，图5是循环水冷却系统17-1的结构示意图，图6是电源15与感应线圈3之间的连接结构示意图，图7是具体实施方式二的结构示意图，图8是具体实施方式三的结构示意图，图9是具体实施方式四的结构示意图，图10是具体实施方式五的结构示意图，图11是具体实施方式六的结构示意图，图12是具体实施方式七的结构示意图。
具体实施方式：
具体实施方式一：参照图1，本发明在结构上包括真空系统14、电源及控制部分15、支撑框架16、设置在支撑框架16上的炉体1、冷却系统17，炉体1与支撑框架16通过螺栓连接，支撑框架16安装在基础上，用地脚螺栓连接；参照图2，所述炉体1内设有料棒2，料棒2设置在感应线圈3的中心，料棒2的端头通过送料杆5与电机4连接。所述炉体1为双层结构，由不锈钢板焊接而成，它采用蜂窝式循环水冷却，保证感应加热时，辐射在炉壁上的热量被循环水带走，使炉体的热变形量在安全范围内。炉门1-1为带法兰边的双层不锈钢方形结构，炉门结构参照图3、图4，在炉门上安放三个观察窗口1-2便于观察，炉门1-1上带有密封胶圈1-3，靠真空吸紧密封，在炉门的两层板之间设有炉门水通道1-4，所述炉体内尺寸：850×750×700mm(高、宽、深)。炉体的左侧有真空通道口1-5和用于多路信号采集端子的法兰盘1-6，采用密封胶圈密封。在炉体1的内部下方设有定向凝固结晶器7-1，定向凝固结晶器7-1与炉体1的内底静密封连接，在定向凝固结晶器7-1的内部装有金属冷却剂7-2，所述料棒2的下部设置在金属冷却剂7-2内，参照图2，本实施方式在料棒2的外部、感应线圈3的内部设有水冷坩埚9，料棒2包括上料棒2-1和下料棒2-2，上料棒2-1通过上送料杆5-1与上部电机4-1连接，下料棒2-2通过下抽拉杆5-2与下部电机4-2连接，所述下抽拉杆5-2的下端还与旋角系统13连接，下抽拉杆5-2采用水套式循环水冷却，定向凝固时通过下部电机4-2带动作向下运动，下抽拉时可以通过旋角系统13做角位移，调整靠模角度和靠模形状来完成运动，为适应宽的下抽拉速度，采用两套数字式伺服电机4-2-1、4-2-2系统完成，两套电机不能同时使用；炉体顶部有观察窗1-7，可观察炉内熔化情况；上送料杆5-1的送料速度通过上部数字式伺服电机4-1完成，为保证上送料杆5-1在送料过程中不发生热变形，采用水套结构，上送料杆5-1与炉体1之间用动密封连接；
本发明炉体1内的工作条件是在真空状态下完成的，参照图1，真空系统14即常规的真空设备。本实施方式采用2X-70型旋片泵14-1，熔化室密封良好时，可获得0.5Pa真空度，采用KT-300型油扩散泵14-2，可获得0.006Pa真空度。对真空条件下含易挥发元素的合金，采用反充氩气减小真空度，减少挥发。由电阻规、电离规检测熔室内真空度的变化，由数字式真空仪显示。
本发明的炉体1、上送料杆5-1、下抽拉杆5-2、钳埚9等都具有双层水套结构，都是在冷却条件下完成的，冷却系统使金属液体在凝固过程中保持所要求的固液界面温度梯度，从而使固液界面保持稳定，维持定向凝固过程的顺利进行。冷却系统17分为循环水冷却系统17-1和低熔点液态合金对试样的冷却系统17-2两部分，循环水冷却系统17-1由水箱17-1-1、循环水泵17-1-2、压力表17-1-3、压力管路17-1-4、手阀17-1-5组成，循环水冷却系统对电源、淬火变压器、电极、感应线圈、水冷铜坩埚、炉体、送料杆、抽拉杆和结晶器等供水，它们的联接方式为，水箱17-1-1内的水经循环水泵17-1-2吸出，经压力表17-1-3进入压力管路17-1-4，再从压力管路17-1-4内分别进入冷坩埚水路a、IGBT电源水路b、淬火变压器水路c、扩散泵水路d、固定电极水路e、水冷电缆水路f、上送料杆水路g、下抽拉杆水路h、机械泵水路i、变压器水路j、炉体侧部水路k、炉体后部水路l、炉体下部水路m、炉门水路n、SIT电源水路o、结晶器水路p，经过上述水路之后再回入水箱17-1-1内。参照图2，低熔点液态合金冷却剂7-2盛在定向凝固结晶器7-1内，工作的时候，下抽拉杆5-2将高温试样拉入低熔点液态合金冷却剂7-2内对试样进行冷却，以获取大的温度梯度。
本发明中维持金属熔化和电磁约束力所需要的能量由通过多匝串联水冷铜管线圈的高频交流电流供给，电源采用10kHz以上级高频振荡电源。参照图1，电源及控制部分15中，所用电源为两组四种频率可构成不同的组合，IGBT晶体管电源15-1采用10KHz和20KHz两种频率并配以淬火变压器15-3，SIT晶体管电源15-2采用50KHz和200KHz两种频率并配以淬火变压器15-4。电源采用它激启动-自激工作方式，使频率相位控制单元具有自动跟踪能力，使逆变器的驱动信号频率始终跟随负载的谐振频率，保证逆变器的输出电压、电流为同相位，负载的功率因数接近1。控制部分分为电源控制和系统控制：电源控制为电源自配，负责运行中电源的管理，出现故障时，发出断电命令和故障指示，保证电源的安全和方便故障的诊断；系统控制分为加热操作盒15-5、运动系统操作柜15-6和循环水操作柜15-7。加热操作盒15-5为可摆动式，放在炉前便于同时观察和操作。运动系统操作柜15-6由可编程控制器完成上送料、下抽拉、倾翻和淬火过程及速度的控制。循环水操作柜15-7完成对电极、淬火变压器、电源、感应线圈、水冷铜坩埚等的水压及水温检测和显示，保证循环水系统的正常运行。
IGBT晶体管电源15-1或SIT晶体管电源15-2与感应线圈3之间的连接结构为：参照图6，电源15-1和15-2与淬火变压器C初极铜排B连接，变压器C的次极铜排D与固定电极中心铜管E连接，中心铜管E的外部设有固定电极外环铜管F，在中心铜管E与外环铜管F之间设有聚四氟绝缘套G，所述外环铜管F的外部即为炉体1，在外环铜管F与炉体1的连接处设有绝缘套H，所述感应线圈3的一端与中心铜管E连接，感应线圈3的另一端与外环铜管F连接。前述外环铜管F与中心铜管E之间、以及中心铜管E的内部都为水通道。
本实施方式的工作过程如下：参照图2，上送料杆5-1将上料棒2-1送入水冷铜坩埚9内，进入感应线圈3范围内，下料棒2-2与下抽拉杆5-2连在一起，下料棒2-2也被送入水冷铜坩埚9内，进入感应线圈3的范围内，部分下料棒2-2将熔化，分瓣水冷铜坩埚9套在感应线圈3中，通过感应，在料棒2上产生焦耳热和电磁推力，形成上熔化、下约束，熔滴落在下料棒2-2的熔体上并被约束热成形，上送料杆5-1、下抽拉杆5-2分别在上部电机4-1和下部电机4-2的带动下向下运动逐渐脱离感应线圈3的感应范围，熔体逐渐凝固，下抽拉杆5-2带下料棒2-2进入低熔点液态合金冷却剂中增加温度梯度，获得好的定向组织。
具体实施方式二：参照图7，本实施方式为区域重熔定向凝固装置，料棒2的下端与下抽拉杆5-2固接，料棒2的上端连接上送料杆5-1，上送料杆5-1通过连接件6和联动杆7与下抽拉杆5-2连接为一体，所述下抽拉杆5-2与电机4连接。将金属料棒2通过联动杆7，将上下两头连接起来，在向下做抽拉运动的过程中，其处于感应线圈3中的小区域被加热熔化，然后在料棒中温度梯度和料棒运动的共同作用下进行定向凝固，同时可以实现对金属提纯的目的。
具体实施方式三：参照图8，本实施方式为悬浮区熔-水冷铜模定向凝固成形装置，料棒2的外部设有水冷铜模8，所述料棒2的上端和下端分别与上送料杆5-1和下抽拉杆5-2固接，所述上送料杆5-1与下抽拉杆5-2纵向穿过炉体1后分别与上部电机4-1和下部电机4-2连接。本实施方式通过高频电磁场与待熔化金属之间的感应涡流作用，在感应线圈内将金属熔化后，在电磁力的支撑下，全部抵消重力作用，使得金属液体悬浮起来，并在水冷铜模的温度梯度作用下进行定向凝固成形。
具体实施方式四：参照图9，本实施方式为与异型冷坩埚感应熔化-软接触定向凝固成形装置，它与具体实施方式三不同之处在于，在料棒2的外部、感应线圈3的内部设有水冷坩埚9，炉体1的内底部设有水冷铜坩埚循环水通道18，循环水通道与炉体双层水套连接为一体，在循环水通道18内固定有水冷铜坩埚9，循环水通道18起到固定支撑水冷铜坩埚9的作用；本实施方式在改变冷坩埚9横截面形状的前提下，可以使得冷坩埚9内腔结构异型化(可以为近似弯月形状)，然后在此冷坩埚中进行感应熔化，并使熔化后的金属在电磁力的作用下被部分推离冷坩埚壁，即金属液与冷坩埚是在一种所谓“软”接触的状态下进行定向凝固成形的。
具体实施方式五：参照图10，本实施方式为悬浮熔化-电磁约束定向凝固成形装置，感应线圈3分为上线圈3-1和下线圈3-2，上线圈3-1和下线圈3-2分别与两组不同交变频率的电源连接。本实施方式设置了两组线圈，并且两组线圈各自接入不同交变频率的电源中，上线圈3-1对金属进行加热和悬浮熔化，下线圈3-2中通入的交流电所产生的交变电磁场对熔化后的金属液产生电磁约束力，并保持液体适当形状下进行定向凝固。
具体实施方式六：参照图11，本实施方式为底注式冷坩埚感应熔化-陶瓷模精密铸造成形装置，料棒2包括上料棒2-1和下料棒2-2，上料棒2-1为散料，散料设置在下部带小孔9-1的坩埚9内，在坩埚9的外部设有上线圈3-1，在坩埚9的正下方设有下料棒2-2，下料棒2-2的下端与下抽拉杆5-2连接，所述下料棒2-2的外部设有陶瓷模10，陶瓷模10的外表面与石墨11紧密接触，在石墨11的外面设有下线圈3-2。在所述坩埚9的顶部设置一个手动提拉杆19用于添加辅助材料。本实施方式金属散料2-1在通过固定在上给料杆5-1下的冷坩埚9内进行熔化，然后在熔化后期，通过加大功率的手段，将预留在冷坩埚底孔9-1上的固体金属熔化，冷坩埚底孔9-1被熔开，溶化的散料2-1成为金属液通过底孔9-1流入其下部的精密陶瓷模壳10中，即可进行普通精密铸造凝固成形。
具体实施方式七：参照图12，本实施方式为倾转式冷坩埚感应熔化-陶瓷模精密铸造成形装置，料棒2包括上料棒2-1和下料棒2-2，上料棒2-1为散料，散料设置在坩埚9内，坩埚9为上部开口的容器，坩埚9同时与倾翻系统12的倾翻电机相连，在所述坩埚9的外部设有感应线圈3-1，坩埚9的下方设有下料棒2-2，下料棒2-2的下端与下抽拉杆5-2连接，所述下料棒2-2的外部设有陶瓷模10，陶瓷模10的外表面与石墨11紧密接触，在石墨11的外面设有感应线圈3-2。本实施方式的炉料即上料棒2-1放入水冷铜坩埚9内，水冷铜坩埚9由倾翻系统12通水连接和支撑，外套感应线圈3-1，在电磁场的作用下炉料即上料棒2-1熔化，可以通过手动提拉杆19辅助送料来调整成分，通过控制倾翻系统12的转动速度，将有一定过热度的液体合金倒入精密铸造陶瓷型壳10内，进行精密铸造凝固成形，即可获得合格的精铸件。