一种应用于单晶铸造炉的结晶环的制作方法

本发明涉及真空冶金技术领域，尤其涉及一种应用于单晶铸造炉的结晶环。

背景技术：

定向凝固单晶技术目前广泛应用航空制造工业领域，为提高航空燃气涡轮发动机单晶叶片的性能和使用寿命做出了巨大贡献。近年来，国内外研究发现，进一步提高凝固前沿的温度梯度，不仅可提高单晶叶片生产率，而且可显著提高单晶叶片的性能。

结晶环对单晶铸造炉模壳形成高的温度梯度有着重要的影响，较高的温度梯度是定向凝固单晶铸造炉最终生产出理想单晶叶片的重要条件。然而，现有的结晶环多为单一的水冷式结晶环，其主要通过吸收模壳热辐射产生的热量产生温度梯度，很难进一步提高温度梯度，从而不能满足新的拉单晶工艺的需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种应用于单晶铸造炉的结晶环，解决现有结晶环的温度梯度较低的问题。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种应用于单晶铸造炉的结晶环，包含结晶盘和冷却装置，模壳放置在结晶盘上，所述冷却装置包含气冷部和水冷部，所述气冷部位于水冷部的上方，所述气冷部输出的惰性气体环绕在所述模壳的四周，形成位于上部的气冷区，所述水冷部环绕在所述模壳的外周，形成位于下部的水冷区，且所述气冷区和所述水冷区之间形成预设的温度梯度。

特别的，所述预设的温度梯度为80℃/cm—120℃/cm。

特别的，所述气冷区的冷却高度小于所述水冷区的冷却高度。

特别的，所述气冷部包含均布在所述模壳四周的多个喷嘴，每个所述喷嘴朝向所述模壳。

特别的，所述水冷部包含进水口和出水口，且所述出水口位于所述进水口的上方。

特别的，所述气冷部的上方设有隔板，所述隔板配置为阻隔所述气冷区。

特别的，所述结晶盘的底端连接有模壳抽拉装置，所述模壳抽拉装置配置为移动所述模壳。

本发明的应用于单晶铸造炉的结晶环，由于配置了气冷部和水冷部，对应形成了气冷区和水冷区，且所述气冷区和所述水冷区之间形成预设的温度梯度，也即生成了非常高的温度梯度，使得冷却均匀且冷却速度快，并有助于改进拉单晶工艺，提高单晶叶片的产品生产率和性能。

附图说明

图1为本发明中一种实施例的应用于单晶铸造炉的结晶环的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的应用于单晶铸造炉的结晶环，包含结晶盘1和冷却装置，结晶盘1配置为放置模壳4。其中，冷却装置包含气冷部2和水冷部3。气冷部2输出的惰性气体环绕在所述模壳的四周，形成位于上部的气冷区21，气冷区21中的惰性气体通过热对流带走模壳4的热量。可选的，气冷部2包含均布在所述模壳四周的多个喷嘴22及进气口23，每个所述喷嘴22朝向所述模壳4，从而将惰性气体喷向模壳4或气冷区21。水冷部3包含水冷管道32，例如水冷环，环绕在所述模壳4的外周，形成位于下部的水冷区31，水冷区31主要通过热辐射带走模壳4的热量。具体的，水冷管道32包含进水口321和出水口322，且所述出水口322位于所述进水口321的上方。可选的，气冷部2的上方设有隔板5，所述隔5板配置为阻隔所述气冷区21。结晶盘1的底端连接有模壳抽拉装置6，所述模壳抽拉装置6配置为移动所述模壳4。

根据本技术的一个实施例，所述气冷部2位于水冷部3的上方，位于上部的气冷区21，通过热对流带走模壳4的热量，位于下部的水冷区31，水冷区31主要通过热辐射带走模壳4的热量。因而，所述气冷区21和所述水冷区31之间形成预设的温度梯度。也即，通过气冷和水冷相结合的方式形成较高的温度梯度，例如，所述预设的温度梯度为80℃/cm—120℃/cm，从而提高单晶叶片的生产率和性能。

下面详细介绍本实施例中的应用于单晶铸造炉的结晶环的工作过程：

在模壳抽拉装置6的作用下，模壳4随着底部的结晶盘1按照一定工艺下降，模壳4从下至上依次通过结晶环。模壳4通过结晶环内部的气冷区21时，气冷部2输出惰性气体，使得惰性气体环绕模壳4的四周喷出。与此同时，结合水冷部3产生的水冷区31，热量将通过气冷和水冷的组合方式被带走，而对流后的热气体最终被真空系统吸走。

综上，本发明的应用于单晶铸造炉的结晶环，由于配置了气冷部和水冷部，对应形成了气冷区和水冷区，且所述气冷区和所述水冷区之间形成预设的温度梯度，也即生成了非常高的温度梯度，使得冷却均匀且冷却速度快，并有助于改进拉单晶工艺，提高单晶叶片的产品生产率和性能。

需要说明的是，在本文中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种应用于单晶铸造炉的结晶环，包含结晶盘和冷却装置，模壳放置在结晶盘上，所述冷却装置包含气冷部和水冷部，所述气冷部位于水冷部的上方，所述气冷部输出的惰性气体环绕在所述模壳的四周，形成位于上部的气冷区，所述水冷部环绕在所述模壳的外周，形成位于下部的水冷区，且所述气冷区和所述水冷区之间形成预设的温度梯度。本发明的应用于单晶铸造炉的结晶环，由于配置了气冷部和水冷部，对应形成了气冷区和水冷区，且所述气冷区和所述水冷区之间形成预设的温度梯度，也即生成了非常高的温度梯度，使得冷却均匀且冷却速度快，并有助于改进拉单晶工艺，提高单晶叶片的产品生产率和性能。

技术研发人员：朱伟;陈睿;朱兴发;李亚逸
受保护的技术使用者：苏州振吴电炉有限公司;苏州振湖电炉有限公司
技术研发日：2019.04.17
技术公布日：2019.08.30