坩堝又稱為結(jié)晶器，是真空電弧熔煉的核心部位。金屬在這里熔化、過(guò)熱、精煉和結(jié)晶成錠。在這里進(jìn)行著大量的熱交換，坩堝壁的換熱強(qiáng)度能夠達(dá)到幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)W/m2。
當(dāng)電弧產(chǎn)生異?，F(xiàn)象時(shí)，甚至?xí)┷釄灞?。因此，?duì)于坩堝有一系列要求。
鑒于坩堝的重要性，設(shè)計(jì)坩堝的要點(diǎn)主要集中在幾以下點(diǎn)：
1、坩堝要用導(dǎo)熱性好導(dǎo)電性也好的且不易被熔化金屬黏結(jié)的材料制造。符合這種要求的材料有紫銅、無(wú)氧銅等。絕大多數(shù)的坩堝由壁厚12～24mm紫銅管和銅合金，(含錳青銅)：法蘭盤焊接而成。
因?yàn)樽香~的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好，且不與熔煉金屬黏結(jié)，還比無(wú)氧銅便宜，比鋼傳熱性、導(dǎo)電性好。
2、坩堝的內(nèi)表面應(yīng)該平整光滑，斷面形狀一致，無(wú)嚴(yán)重麻坑，以便于脫錠。坩堝管主要制造方法有擠壓、電解沉積和離心鑄造等。其中以擠壓方法生產(chǎn)的質(zhì)量z*好，但以此法生產(chǎn)大規(guī)格(直徑大于500mm)坩堝管較困難。
電解沉積法規(guī)格不限，應(yīng)用較廣。此外，還有紫銅板卷焊的坩堝管，但其內(nèi)表面的焊縫必須接受精密加工。在電弧熔煉過(guò)程中，坩堝內(nèi)表面會(huì)結(jié)有殘?jiān)?，因此每次熔煉前?yīng)該仔細(xì)地清理坩堝內(nèi)表面。
3、坩堝要有足夠的剛度和強(qiáng)度，在熔煉情況下，足以支承z*大鑄錠質(zhì)量，且受到電極短路碰撞時(shí)不致?lián)p害。
4、坩堝壁厚在強(qiáng)度允許的條件下應(yīng)薄些。坩堝壁主要決定于錠子的直徑和荷重，一般小爐子取壁厚為8～10mm，大爐子取壁厚為12～24mm，鋼制坩堝的壁厚為8～12mm。
但也有人主張用較厚的堝壁(大于25mm)，他們認(rèn)為沿坩堝壁的縱向也能傳熱，對(duì)高溫熔化區(qū)的冷卻很有作用。
而另外一些人認(rèn)為，只要冷卻水足夠，堝壁縱向傳熱作用不大，因此可采用較薄的堝壁。而且，堝壁的薄厚并不是決定燒穿坩堝難易的因素。在冷卻水不足的情況下，無(wú)論堝壁厚薄，熔點(diǎn)較低的銅肯定難于應(yīng)付高溫。
5、坩堝的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)允許坩堝的熱膨脹變形。圖坩堝外壁溫度曲線是日本真空技術(shù)公司對(duì)蛇形管水冷的8英寸(200mm)銅坩堝外表面實(shí)測(cè)的溫度曲線。
可見，在熔煉過(guò)程中，雖有水冷，但堝壁的溫度仍然較高。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，水冷銅坩堝的外壁z*高溫度(熔池處)為230～280℃;推算出內(nèi)壁z*高溫度約為400℃，平均溫度約為150℃。
由于坩堝較長(zhǎng)，縱向熱膨脹量較大，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到。例如：2m長(zhǎng)的銅坩堝，平均溫度為150℃時(shí)，其縱向熱膨脹量Δl=(150 - 20)× 18 × 10-6 ×2000 = 4.68mm?？梢姡绻釄迳舷鹿潭?，這么大的膨脹量所產(chǎn)生的巨大內(nèi)應(yīng)力將使坩堝損壞。
6、直徑小于150mm的坩堝往往帶有一定錐度，因?yàn)檑釄逍枰撳V。大錠在冷凝時(shí)由于總收縮量較大，脫錠很容易;但是小錠需坩堝有一定錐度，才便于脫錠，一般錐度在0.5%以內(nèi)。
7、坩堝要進(jìn)行充分而適當(dāng)?shù)睦鋮s。大約爐子熔化功率的80%的熱量由坩堝冷卻系統(tǒng)帶走，因此要。 求冷卻水的流速、流量都足夠大。
8、便于裝卸、清理和維修。
