定向凝固装置及定向凝固方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113732272A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202110982707.7C30B29/52(2006.01)(22)申请日2021.08.25B22C9/22(2006.01)(71)申请人中国联合重型燃气轮机技术有限公司地址100016北京市朝阳区酒仙桥6号楼4号院申请人上海大学(72)发明人束国刚任忠鸣玄伟东段方苗王保军任兴孚白小龙(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人曲进华(51)Int.Cl.B22D27/04(2006.01)C30B11/00(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图1页(54)发明名称定向凝固装置及定向凝固方法(57)摘要本发明提供了一种定向凝固装置和定向凝固方法。定向凝固装置，包括保温炉、容器、铸模、升降组件和搅拌组件。保温炉具有保温腔，容器位于保温炉的下方，容器中装有固态冷却颗粒，铸模能够在保温位置和冷却位置之间往复移动，在保温位置，铸模容置于保温腔中，在冷却位置，铸模浸没在固态冷却颗粒中。升降组件承载铸模以驱动铸模在保温位置和冷却位置之间往复移动。搅拌组件包括搅拌辊，搅拌辊位于容器内并能够通过旋转搅动固态冷却颗粒。采用高导热的固态冷却颗粒作为冷却介质，有利于获得性能优良的定向凝固晶体。搅拌组件对固态冷却颗粒的搅动能够加速铸模的冷却，提高冷却强度和温度梯度，进而有利于定向凝固。CN113732272ACN113732272A权利要求书1/2页1.一种定向凝固装置，其特征在于，包括：保温炉，所述保温炉具有保温腔；容器，所述容器位于所述保温炉的下方，所述容器中装有固态冷却颗粒；铸模，所述铸模能够在保温位置和冷却位置之间往复移动，在所述保温位置，所述铸模容置于所述保温腔中，在所述冷却位置，所述铸模浸没在所述固态冷却颗粒中；升降组件，所述升降组件承载所述铸模以驱动所述铸模在所述保温位置和所述冷却位置之间往复移动；和搅拌组件，所述搅拌组件包括搅拌辊，所述搅拌辊位于所述容器内并能够通过旋转搅动所述固态冷却颗粒。2.根据权利要求1所述的定向凝固装置，其特征在于，还包括冷却托盘，所述冷却托盘位于所述铸模下方并承载所述铸模，所述升降组件与所述冷却托盘相连以便通过所述冷却托盘带动所述铸模运动。3.根据权利要求2所述的定向凝固装置，其特征在于，所述冷却托盘内部设有冷却水流道，所述定向凝固装置还包括与所述冷却托盘相连的进水管和出水管，所述冷却水流道与所述进水管和所述出水管中的每一者连通。4.根据权利要求2所述的定向凝固装置，其特征在于，所述升降组件包括支撑杆、桁架和驱动控制系统，所述桁架位于所述冷却托盘下方，所述支撑杆连接所述桁架和所述冷却托盘，所述驱动控制系统驱动并控制所述桁架的上升和下降以便最终带动所述铸模运动。5.根据权利要求1所述的定向凝固装置，其特征在于，所述搅拌辊包括两个，两个所述搅拌辊的中心轴线相互平行，两个所述搅拌辊在水平面上的投影分别位于所述铸模在水平面上的投影的两侧，两个所述搅拌辊的转动方向相反。6.根据权利要求5所述的定向凝固装置，其特征在于，所述搅拌辊包括转动方向相反的主动辊和从动辊，所述搅拌组件包括电机、主动齿轮和从动齿轮，所述电机与所述主动辊相连并能够驱动所述主动辊转动，所述主动辊的一端与所述主动齿轮相连，所述从动辊的一端与所述从动齿轮相连，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。7.根据权利要求1‑6任一项所述的定向凝固装置，其特征在于，所述搅拌组件还包括齿板或叶片，所述齿板或所述叶片安装在所述搅拌辊的周面上。8.根据权利要求1所述的定向凝固装置，其特征在于，所述容器的壁内设有水冷通道。9.根据权利要求1所述的定向凝固装置，其特征在于，还包括环形隔热板，所述环形隔热板连接在所述保温炉的下方，所述环形隔热板套设所述铸模，所述环形隔热板隔离所述保温腔与所述固态冷却颗粒。10.一种定向凝固方法，其特征在于，使用根据权利要求1‑9中任一项所述的定向凝固装置进行定向凝固，包括以下步骤：步骤1：所述升降组件使所述铸模处于所述保温位置，所述铸模在所述保温腔中进行预热；步骤2：将熔化的高温合金注入所述铸模中；步骤3：利用所述升降组件将所述铸模向所述冷却位置移动，在该过程中，所述铸模逐渐被位于所述容器中的所述固态冷却颗粒浸没并与所述固态冷却颗粒发生热交换以使所述铸模中的高温合金由下至上逐渐冷却凝固成型，并且所述搅拌辊旋转使位于所述铸模周2CN113732272A权利要求书2/2页围的、吸收了热量的所述固态冷却颗粒远离所述铸模，并将温度较低的所述固态冷却颗粒带至所述铸模附近；步骤4：所述铸模到达所述冷却位置后停留预设时间直至所述铸模中的合金完全凝固成型；步骤5：待合金完