一种用于单晶/定向凝固中频感应加热保温炉装置.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CN112899787A(43)申请公布日2021.06.04(21)申请号202110492756.2(22)申请日2021.05.07(71)申请人中国航发北京航空材料研究院地址100095北京市海淀区温泉镇环山村(72)发明人武周郑素杰骆凯伦杨振宇骆宇时唐定中戴圣龙(74)专利代理机构北京知汇林知识产权代理事务所(普通合伙)11794代理人董涛(51)Int.Cl.C30B29/52(2006.01)C30B11/00(2006.01)B22D27/04(2006.01)B22D27/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种用于单晶/定向凝固中频感应加热保温炉装置(57)摘要本发明公开了一种用于材料单晶/定向凝固生长的中频感应加热保温炉装置，包括碳纤维盖板、碳复合材料挡板、隔热保温材料、石墨套、缠绕在石墨套外围的感应圈，感应圈之间的屏蔽圈，绝缘胶木立柱及上/下区测温热电偶等部分组成。本发明主要解决了单晶/定向凝固过程中感应式加热保温炉分区独立调节，抗磁场干扰、高温度梯度等控制问题。能够与一套可智能调节分区输出的中频电源配合使用，对在单晶/定向凝固过程中的金属熔液实施温度控制，实现高温度梯度场，从而更好地生产制造单晶/定向零件产品。CN112899787ACN112899787A权利要求书1/1页1.一种用于材料单晶/定向凝固生长的中频感应加热保温炉装置，包括碳纤维盖板、碳复合材料挡板、隔热保温材料、石墨套、缠绕设置在石墨套外围的感应圈，感应圈之间的屏蔽圈，绝缘胶木立柱及上下区测温热电偶；其特征在于，石墨套分为上下两部分，同轴放置，中间用碳复合材料挡板隔离，对应的外围感应圈也分为上区感应圈和下区感应圈两部分同轴放置，同轴放置的感应圈与石墨套将保温炉装置分隔成上下两个加热区；上下感应圈之间有一匝用水冷铜管制作的屏蔽圈，其作用为吸收上下隔离区的感应磁场，上下区感应圈高度和对应内部上下区石墨套高度一致，屏蔽圈位置对应碳复合材料挡板位置，与进行单晶/定向凝固过程的金属熔液界面高度一致。2.根据权利要求1所述的中频感应加热保温炉装置，其特征在于，上区感应圈和下区感应圈对应从上到下独立放置，两层石墨套与感应圈同轴多层放置，这两组感应圈是工作圈，感应圈由空心铜管绕制而成，通过法兰连接密封方式与对应的两组水冷铜电缆连接，感应圈在工作中与水冷铜电缆同时通冷却循环水和中频交流电，感应圈通中高频交流电产生感应磁场，在石墨套中产生涡流向保温炉中辐射热量；上区感应圈和下区感应圈层间设置不通电的水冷铜管作为屏蔽圈，吸收和隔离上下区感应圈产生的干扰磁场，保证上下区独立工作。3.根据权利要求1所述的保温炉装置，其特征在于，感应圈内用石墨套接收到对应感应圈产生的感应磁力后转换为短路涡流，根据焦耳定律转化为热能量辐射加热铸型内钢液，以保证保温炉内的定向凝固梯度温度场，用以制造单晶/定向合金材料产品。4.根据权利要求1所述的保温炉装置，其特征在于，所述感应圈是采用空心铜管制造，可通电及冷却水；屏蔽圈不通电仅通水，感应圈接收中高频交流电产生感应磁力线，磁力线在石墨套中产生涡流使材料发热，所述感应圈和屏蔽圈均采用玻璃丝布带蘸绝缘漆包扎铜管，并在最外层整体刷环氧树脂；最外围有四到六根绝缘胶木立柱用螺钉螺母将感应圈和屏蔽圈同轴固定连接起来，使各线圈之间稳固连接并具有良好绝缘。5.根据权利要求1所述的保温炉装置，其特征在于，所述装置与可分配功率的智能中频感应电源相连，中频电源智能调节系统能够根据分区测温热电偶的反馈温度对比目标设定温度计算温度差值，并根据PID模型调节控制信号输送分配中高频电能给分区感应圈，感应圈内石墨套将感应磁场转化为感生涡流，再根据焦耳定律产生热量辐射给石墨套保温加热，实现分区温差梯度控制，完成金属熔液的单晶/定向凝固过程。2CN112899787A说明书1/4页一种用于单晶/定向凝固中频感应加热保温炉装置技术领域[0001]本发明涉及材料凝固加工领域，具体为一种用于材料单晶/定向凝固生长的中频感应加热保温炉装置。背景技术[0002]单晶/定向凝固是使金属或合金由熔体中定向生长出单一晶体或多个同方向柱状晶体的工艺方法。单晶/定向凝固技术是航空发动机零件制备的一项关键技术，当前国际先进的高性能航空发动机，内部承受高温高压的工作及导向涡轮叶片都是单晶/定向凝固制造的。可以说单晶定向叶片的制造水平影响与决定着发动机的品质。[0003]定向凝固技术是采用强制的一维散热法，使凝固过程沿温度梯度方向定向进行，获得定向凝固组织，定向凝固技术经历了发热铸型法（EP），功率降低法（PD），高速凝固法（HRS），和液态金属冷却（LMC）法等发展过程。目前单晶/定向