用于鑄塊的電磁鑄造中的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的制作方法
【專利摘要】一種用于電磁鑄造過程中產(chǎn)生鑄塊的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝，該開底式電感應(yīng)冷卻坩堝具有開槽式壁，該開槽式壁在圍繞該坩堝的部分外部高度的一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)線圈下方延伸。在壁槽和底部連接構(gòu)件的底部開口和底部終端附近的該坩堝的開槽式壁外圍提供底部磁屏蔽。
【專利說明】用于鑄塊的電磁鑄造中的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)主張2011年3月14日申請(qǐng)的美國臨時(shí)申請(qǐng)案第61/452，408號(hào)的利益，該案的全文以引用的方式并入本文中。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)涉及鑄塊的電磁鑄造，其中開底式電感應(yīng)冷卻坩堝用于鑄造過程中。
【背景技術(shù)】
[0004]可以通過加熱和熔化放置在開底式電感應(yīng)冷卻坩堝中的材料的裝料而鑄造鑄塊。例如當(dāng)熔融體中的一部分固化并且作為形成的鑄塊離開該坩堝底部開口時(shí)，可以將呈原始或加工過的礦石形式的裝料(charge)饋送至該坩堝以維持該坩堝中材料的熔融體(熔融物)。用于該電磁鑄造過程中的該材料必須至少在熔融(液體)狀態(tài)時(shí)是可導(dǎo)電的。對(duì)該裝料熔化和加熱可以引起該裝料的純化，例如，通過將雜質(zhì)從該熔融物中蒸發(fā)，或者將渣滓穿過該熔融物上升從而漂浮在該坩堝內(nèi)的該熔融物表面。
[0005]如上文提到的，該材料在固態(tài)時(shí)不需要是導(dǎo)電的。例如在硅電磁鑄造過程中，當(dāng)在該坩堝內(nèi)建立導(dǎo)電硅的熔融體之后，可以將室溫固態(tài)非導(dǎo)電硅裝料饋送至該坩堝的頂部。名稱為“用于鑄造導(dǎo)電和半導(dǎo)體材料的方法及裝置”的美國專利號(hào)為4，572，812的專利公開了基本連續(xù)硅電磁鑄造過程，該專利的全文以引用方式并入本文中。
[0006]美國專利號(hào)為4，572，812 (稱為“812專利”)的專利公開了利用圍繞開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的外部的開槽式壁(slotted wall)(有多個(gè)垂直構(gòu)件形成)的單一感應(yīng)加熱線圈的電磁鑄造過程，該感應(yīng)線圈的終端連接到單一 RF電源。
[0007]可以將該開底式冷卻坩堝安裝在封閉腔室內(nèi)使得加熱、熔化和/或固化過程在真空或處理氣體(process gas)環(huán)境中完成。此外其他適宜冷卻的裝置可以在該鑄塊離開該坩堝時(shí)與該鑄塊進(jìn)行熱交互，使得可以控制該鑄塊的冷卻速度直到其達(dá)到周圍溫度。
[0008]在其他電磁鑄造過程中，在該i甘禍的部分外部高度(partial exterior height)周圍可以使用呈堆疊(相鄰)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)或兩個(gè)以上感應(yīng)線圈。例如，如圖1 (a)、圖1 (b)和圖1 (c)所示的，開底式電感應(yīng)冷卻坩堝100包括由多個(gè)垂直構(gòu)件112形成的開槽式壁，該垂直構(gòu)件112被垂直槽114 (圖中由實(shí)線表TjO彼此分尚開,具有圍繞該i甘禍的部分外部高度的兩個(gè)分離的感應(yīng)線圈116a和116b。該垂直的開槽式構(gòu)件由適宜的材料形成，例如本例中的銅，并且可以連接到該坩堝的頂部和底部。該坩堝頂部的開槽式構(gòu)件之間的連接幾乎一直被使用并且通常為每個(gè)構(gòu)件和水冷卻電路之間提供連接。頂部連接通常與熔融物相距明顯的距離，并因此本質(zhì)上不會(huì)影響該坩堝中的材料負(fù)載的感應(yīng)耦合。另一方面，該底部連接不總是用于較小尺寸的坩堝，而更普遍用于較大尺寸的坩堝，其中該連接為每個(gè)垂直開槽式構(gòu)件的底部提供支撐。在電磁鑄造過程中，該坩堝槽至少足夠長以支持該坩堝內(nèi)熔融物的感應(yīng)加熱，并且當(dāng)在固化邊界120產(chǎn)生鑄塊時(shí)促進(jìn)該鑄塊逐漸冷卻(如圖1(c)中所示)直到該鑄塊離開該坩堝底部。本發(fā)明的垂直構(gòu)件之間的槽不延伸到該坩堝的底部，并因此形成底部銅(在本例中)連接構(gòu)件(水平的)117，介由感應(yīng)線圈116b中的交流電流的流動(dòng)產(chǎn)生的電磁場將在負(fù)載離開該坩堝時(shí)傾向感應(yīng)非常接近該負(fù)載(鑄塊)的循環(huán)電流。該循環(huán)電流的這種臨近會(huì)在臨界位置處在負(fù)載中產(chǎn)生熱量，在該臨界位置處可能增加發(fā)生耗盡事件風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)液態(tài)硅在鑄造的鑄塊流出該坩堝時(shí)設(shè)法找到至該鑄造的鑄塊的正常固化邊緣的外部邊緣的路徑時(shí)該耗盡事件會(huì)發(fā)生。該液態(tài)硅接著以不受控的方式流進(jìn)熔爐外轂的底部以對(duì)輔助加熱器、絕緣體和機(jī)械部件造成損害?？梢詫⒚總€(gè)線圈連接到以不同頻率運(yùn)行的分開的交流(AC)電源。例如上線圈116a的頻率可以低于下線圈116b的頻率運(yùn)行。每個(gè)線圈中的交流電的流動(dòng)產(chǎn)生磁通場，該磁通場進(jìn)入該坩堝上的槽(用電絕緣材料填充)以電磁加熱和熔化放置在內(nèi)部坩堝容積內(nèi)的導(dǎo)電材料。至于所有的電感應(yīng)冷卻坩堝，組成該坩堝壁的多個(gè)垂直構(gòu)件112被冷卻(通常由內(nèi)部循環(huán)水)使得與該壁接觸的熔融體冷卻。這可以阻止壁材料污染該熔融體。該熔融體的上區(qū)域至少部分由該電感線圈產(chǎn)生的磁場和由熔融物中的感應(yīng)電流的相互作用產(chǎn)生的洛倫茲力支撐，以形成該壁和液態(tài)金屬之間的接觸壓力減小的或者甚至分開的區(qū)域。
[0009]以不同頻率操作的多個(gè)線圈的優(yōu)點(diǎn)是能夠降低橫跨每個(gè)感應(yīng)線圈的終端電壓的量值，同時(shí)仍然可以實(shí)現(xiàn)傳送到位于該坩堝中的該材料的感應(yīng)能量的高水準(zhǔn)。當(dāng)利用在阻止熔融材料氧化的i甘禍內(nèi)部的防氧化覆蓋劑(oxidation prevention cover agent)執(zhí)行電磁鑄造過程時(shí)，這是特別有利的，如在一些硅電磁鑄造過程中的一樣。較低的終端電壓減輕上文提到的分開區(qū)域中的熔融物與壁之間的電弧現(xiàn)象，該電弧現(xiàn)象可以引起組成該坩堝壁的垂直構(gòu)件局部熔化及來自該局部構(gòu)件的雜質(zhì)流入坩堝內(nèi)的熔融材料中。橫跨每個(gè)線圈的終端電壓越高，電弧的風(fēng)險(xiǎn)就越大。當(dāng)坩堝內(nèi)部的橫截面積足夠大以要求高線圈終端電壓傳送足夠的感應(yīng)能量到該坩堝中的熔融物時(shí)最有效。一般而言當(dāng)該坩堝內(nèi)部的橫截面積超過大約180平方英寸時(shí)，因?yàn)檫@種配置允許線圈終端電壓小于600伏特同時(shí)可以將等效量值的感應(yīng)能量傳送到該熔融物，如以600伏特或更高的終端電壓運(yùn)行的線圈完成的，所以以不同頻率運(yùn)行的多個(gè)線圈是有利的，并由此避免如上文描述的電弧的熔化污染問題。
[0010]該開底式電感應(yīng) 冷卻坩堝在下感應(yīng)線圈116b下端的下方延伸距離hi。通常組成該坩堝的壁的垂直構(gòu)件112向外朝向該坩堝的開放底部傾斜(漸縮)以促進(jìn)形成的鑄塊移出該坩堝。在圖1 (a)展示的兩線圈配置中，向外的漸進(jìn)可以在該上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈的相鄰的終端之間開始，以建立漸進(jìn)距離h2。
[0011]在一些電磁鑄造配置中，可以將線圈間磁屏蔽118放置在線圈116a和116b的相鄰端部之間以阻止由該兩個(gè)線圈中的每一個(gè)中的電流流動(dòng)建立的磁通量之間的相互磁耦合(及干擾)。典型的產(chǎn)生的磁通量圖案由圖1 (a)中的虛線表示。由上線圈116a中的交流電流建立磁通量116a’且由下線圈116b中的交流電流建立磁通量116b’。磁通量116b’在該坩堝的底部開口下方延伸。這樣的配置引起離開該坩堝底部的形成的鑄塊的外圍周圍的異常。包圍該坩堝的底部銅構(gòu)件(水平的)117的電磁感應(yīng)場的一部分感應(yīng)(induces)循環(huán)電流，由于相對(duì)高的溫度該固態(tài)硅仍然部分導(dǎo)電的事實(shí)，該循環(huán)電流造成該負(fù)載表面的局部加熱。這可能造成固化溫度梯度的局部改變，這種改變將增加該負(fù)載中的應(yīng)力且可能增加耗盡的風(fēng)險(xiǎn)(其可能終結(jié)該過程且損害設(shè)備)。
[0012]圖1 (d)由橫截面熱圖(thermal diagram)展示了該?甘禍底部附近的異常。虛線表示在硅鑄塊的鑄造的過程中典型溫度范圍(輪廓)的邊界。指示的數(shù)字范圍，例如，“每立方米(m3)20-19千瓦(kW)”指示在硅鑄塊鑄造的過程中在代表性橫截面輪廓內(nèi)(體積)歐姆損失為每立方米20至19千瓦的范圍。區(qū)域內(nèi)歐姆損失的量值表示該區(qū)域內(nèi)的溫度。局部加熱的不利效應(yīng)展示在繪示與該底部連接構(gòu)件(水平的)117相鄰的鑄造硅中的相對(duì)強(qiáng)烈加熱效應(yīng)(歐姆損失)的輪廓(單橫線single cross hatch強(qiáng)調(diào)的區(qū)域)中及在該區(qū)域周圍較不強(qiáng)烈加熱的又一輪廓(雙交叉線double cross hatch強(qiáng)調(diào)區(qū)域)中。
[0013]本發(fā)明的一個(gè)目的在于消除電磁鑄造熔爐中使用的開底式電磁冷卻坩堝的底部開口周圍發(fā)生的異常，該異常由該坩堝的底部銅連接組件(水平的)區(qū)域中的磁通量延伸造成的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]在一方面，本發(fā)明是用于在電磁鑄造過程中感應(yīng)加熱和熔化使用的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝中的材料的裝置及方法。該開底式電感應(yīng)冷卻坩堝包括該壁中的槽下端附近的底部磁屏蔽，該坩堝的底部銅連接構(gòu)件(水平的)，及該坩堝的開放底部。
[0015]在另一方面，本發(fā)明是用于電磁鑄造的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝。該坩堝具有可將裝料饋送其中用于電磁加熱和熔化的坩堝容積。熔化物在該坩堝內(nèi)至少部分固化以形成離開坩堝的開放底部的鑄塊。該坩堝容積由導(dǎo)電的水冷式及槽分段式壁(an electricallyconductive, water-cooled and slot-segmented wall)形成。該槽分段式壁在該冷卻i甘禍的開放底部處與非開槽式外圍壁區(qū)域(perimeter wall region)交接,并且一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)線圈圍繞該坩堝容積的外部高度的一部分以感應(yīng)加熱和熔化該坩堝容積中的裝料。將底部導(dǎo)電磁屏蔽布置在與連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的坩堝底部區(qū)域的槽分段式壁的外圍周圍。
[0016]在另一方面，本發(fā)明是在開底式電感應(yīng)冷卻坩堝中電磁鑄造鑄塊的方法。向由導(dǎo)電的、水冷式及槽分段式壁形成的坩堝容積提供預(yù)鑄塊材料的裝料，該導(dǎo)電的、水冷式及槽分段式壁在該開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的開放底部有連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域。在該槽分段式壁外部產(chǎn)生圍繞該槽分段式壁的高度的一部分的磁通場。該磁通場進(jìn)入(penetrates)該坩堝容積以感應(yīng)加熱和熔化該坩堝容積中的預(yù)鑄塊材料的裝料以在該坩堝容積中形成熔融的預(yù)鑄塊復(fù)合物。該熔融的預(yù)鑄塊復(fù)合物在該坩堝容積內(nèi)至少部分固化以在該開底式電感冷卻坩堝的開放底部形成鑄塊。以及該磁通場進(jìn)入臨近該非開槽式外圍壁區(qū)域的槽分段式壁。
[0017]說明書及隨附的權(quán)利要求中陳述了本發(fā)明的其它方面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了圖解本發(fā)明，圖中圖示了最優(yōu)形式；然而，應(yīng)當(dāng)理解為本發(fā)明并不限于圖中展示的精確配置及工具。
[0019]圖1 (a)是可用于電磁鑄造過程中的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的簡化橫截面?zhèn)让嬲晥D。
[0020]圖1 (b)是圖1 (a)中所示的用于電磁鑄造過程中的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的簡化橫截面?zhèn)让嬲晥D，其具有形成的鑄塊離開該坩堝底部。
[0021]圖1 (C)是圖1 (b)中所示的用于電磁鑄造過程中的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的簡化橫截面?zhèn)让嬲晥D，圖示了在電磁鑄造期間該坩堝內(nèi)示例性的熔融體及固化體。
[0022]圖1 (d)是由于在其周圍有水平連接構(gòu)件的坩堝的底部開口的磁通量的延伸而在圖1 (a)中圖示的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的開放底部發(fā)生的異常的部分橫截面詳細(xì)圖。
[0023]圖2是用于電磁鑄造過程中的本發(fā)明中的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的一個(gè)示例的等距視圖(isometric view)。
[0024]圖3是圖2中所示的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的簡化橫截面?zhèn)让嬲晥D，其具有形成的鑄塊尚開該i甘禍底部。
[0025]圖4是圖2中所示的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的簡化橫截面?zhèn)让嬲晥D，繪示當(dāng)為感應(yīng)線圈提供AC功率時(shí)典型的磁通場圖案。
[0026]圖5 (a)和圖5 (b)是可用于本發(fā)明的示例中的底部磁屏蔽的示例的俯視平視圖及側(cè)視圖。
[0027]圖6是具有能夠消除圖1 (d)中的異常的磁屏蔽的本發(fā)明中的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的部分橫截面詳細(xì)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]當(dāng)在本文中使用術(shù)語“導(dǎo)電材料”時(shí)，該術(shù)語包括在固態(tài)時(shí)不必要導(dǎo)電但在熔融狀態(tài)時(shí)導(dǎo)電的材料，諸如具有不同純度的基于硅的組合物。
[0029]圖2至圖4展示用于電磁鑄造過程中的本發(fā)明的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的一個(gè)示例。在圖中所示的特定示例中，使用了雙線圈配置。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)示例中，該開底式電感應(yīng)冷卻坩堝具有37又1/8英寸(37-1/8inches)的整體高度h3且包括經(jīng)配置形成正方形內(nèi)部容積的60個(gè)水冷卻垂直構(gòu)件(water-cooled vertical members) 12 (槽分式壁段 slotted wall segments),該正方形內(nèi)部容積具有13又3/4英寸的頂側(cè)長度LI ；14英寸的漸縮底側(cè)長度L2 ;及如圖3展示的開始于線圈間磁屏蔽18且延伸至該坩堝底部的13又1/2英寸的漸縮高度h2。如圖3展示的電絕緣槽14的整體高度h4是26又3/4英寸，該槽底部在與該坩堝底部相距I英寸的距離h5處終止。該槽的底部在底部連接構(gòu)件17處終止。槽分段式壁和底部連接構(gòu)件由適宜的導(dǎo)電材料形成。
[0031]本發(fā)明示例中的底部磁屏蔽20包括銅矩形平坦環(huán)狀物(copperrectangularly-shaped flattened annulus),如圖 5 (a)和圖 5 (b)展不的該環(huán)狀物具有16又3/4英寸的側(cè)長度L3 ；6英寸的側(cè)寬度L4 ;及1/4英寸的厚度L5。該底部磁屏蔽安裝在距離該坩堝底部2又1/2英寸的距離h6處使得該底部磁屏蔽定位在具有底部連接組件的底部槽終端上方大約I又1/2英寸處。即，將其布置在相鄰于該底部連接構(gòu)件的坩堝底部區(qū)域中的槽分段式壁的外圍周圍，該區(qū)域也可以描述為連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域。
[0032]上文描述的底部磁屏蔽是適宜的磁屏蔽的一個(gè)示例。在本發(fā)明中，可以在該坩堝外部的位置中傳導(dǎo)感應(yīng)電流的任意組態(tài)中形成該底部磁屏蔽，使得該底部銅連接構(gòu)件(水平的)不遭受(subjected)感應(yīng)磁場，且因此不將附近的電流傳導(dǎo)至負(fù)載，因此減輕可能發(fā)生的不利的加熱效應(yīng)。該底部磁屏蔽抑制(suppresses)磁通場進(jìn)入相鄰于該連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域(底部連接構(gòu)件17)。例如，可以通過使冷卻媒介循環(huán)流過或附接至該底部磁屏蔽的通道來冷卻該底部磁屏蔽，比如具有用于連接到冷卻媒介循環(huán)裝置的適宜的供應(yīng)和返回終端22a和22b的管道22。
[0033]本發(fā)明中的坩堝10的一個(gè)應(yīng)用是在將該坩堝安裝在惰性氣體中進(jìn)行操作的可選的可密封的電磁鑄造熔爐容器中的硅電磁鑄造過程中。在坩堝容積的周圍外部安裝感應(yīng)線圈16a和16b,其中線圈間磁屏蔽18定位在密封熔爐容器內(nèi)部的線圈之間,這兩個(gè)線圈以堆疊(相鄰的)組態(tài)配置在該?甘禍高度的部分(a portion of the height of the crucible)周圍。適宜的裝料供應(yīng)裝置可以用于將固態(tài)硅裝料饋送入密封容器中的坩堝的開放頂部?？梢岳帽绢I(lǐng)域中已知的輔助加熱裝置和方法對(duì)非導(dǎo)電的固態(tài)裝料進(jìn)行初始加熱和熔化直到在坩堝中形成足夠的導(dǎo)電的熔融硅，使得在離開該坩堝的鑄塊90的長度延伸(grow)時(shí)，流過該感應(yīng)線圈的交流電流進(jìn)一步加熱該熔融物和供應(yīng)至該熔融物的額外的固態(tài)裝料。在該坩堝的底部出口處(或者是該密封熔爐容器的內(nèi)部或外部)可以使用溫度控制裝置控制該鑄塊進(jìn)一步固化時(shí)的溫度。當(dāng)鑄塊90離開該坩堝及密封熔爐容器時(shí)，該鑄塊90被支撐在鑄塊支撐構(gòu)件30上。支撐構(gòu)件30可以由石墨形成且用于加熱和熔化該熔爐中初始固態(tài)硅裝料的加熱元件。垂直回動(dòng)裝置32接附至支撐構(gòu)件30的底部以控制該鑄塊離開該坩堝底部的垂直降落速率。
[0034]一旦通過輔助加熱鑄造將該坩堝中的固態(tài)硅的初始裝料熔化，可由橫跨該上感應(yīng)線圈的終端施加電壓，在15kHz處使自該上感應(yīng)線圈16a輸出的感應(yīng)功率增加至大約750kW而將感應(yīng)能量提供至該熔融物。隨后，或與其結(jié)合，可由橫跨該下感應(yīng)線圈的終端施加電壓，在35kHz處使自該上感應(yīng)線圈16b輸出的感應(yīng)功率增加至大約300kW而將感應(yīng)能量提供至該熔融物。施加到該上感應(yīng)線圈16a的終端電壓最大為大約600伏特且施加到該下感應(yīng)線圈16b的終端電壓最小值為大約600伏特以實(shí)現(xiàn)上文提到的感應(yīng)能量輸出，因此將該終端電壓分別限制在小于600伏特，以避免上文提到的熔融體污染問題。
[0035]圖6在部分橫截面熱圖中繪示該坩堝底部附近的本發(fā)明的典型優(yōu)點(diǎn)。將本發(fā)明中在該坩堝外部放置底部磁屏蔽20的圖6與沒有使用底部磁屏蔽的圖1 (d)相比，以與圖1Cd)中的示例相同的電流，使該底部連接構(gòu)件17 (水平的)屏蔽于感應(yīng)場的效應(yīng)，且虛線輪廓圖示了通過利用本發(fā)明中的底部磁屏`蔽減輕不利的加熱效應(yīng)。
[0036]本發(fā)明的以上硅電磁鑄造過程可用于除了硅之外的復(fù)合物，預(yù)鑄塊裝料材料的適宜選擇可引起形成鑄塊的熔融預(yù)鑄塊復(fù)合物。
[0037]雖然在本發(fā)明的上文示例中繪示了雙線圈開底式電感應(yīng)冷卻坩堝，但通過相對(duì)于最下面的線圈的位置來定位該底部磁屏蔽，可以將本發(fā)明應(yīng)用于外部圍繞有單個(gè)線圈或兩個(gè)以上線圈的坩堝，如上文描述的槽(14a)和底部開口的下端用于雙線圈配置。
[0038]雖然本發(fā)明的上文示例中描述具有正方形橫截面的內(nèi)部坩堝容積的坩堝，但本發(fā)明可應(yīng)用于其他組態(tài)，諸如具有圓形橫截面的內(nèi)部坩堝容積。
[0039]當(dāng)本文使用術(shù)語“連續(xù)電磁鑄造過程”時(shí),該術(shù)語包括間歇性(intermittent)的電磁鑄造，例如，在期望高度的制造的鑄塊離開該坩堝之后，鑄造過程停止，使得在該鑄造過程繼續(xù)生產(chǎn)另一個(gè)鑄塊之前重新定位該制造的鑄塊。
[0040]雖然上文已描述其繪示本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解這是本發(fā)明的示例并且不受此限制。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出增加、省略、替代及其他修改。因此，本發(fā)明不視為受先前描述的限制。
【權(quán)利要求】
1.用于電磁鑄造的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝，所述開底式電感應(yīng)冷卻坩堝包括: 坩堝容積，可將裝料饋送入該坩堝容積中用于感應(yīng)加熱和熔化，以及在所述坩堝容積內(nèi)的隨后固化以在所述開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的開放底部形成鑄塊，所述坩堝容積由導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁形成，所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁在所述開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的所述開放底部具有連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域；以及 至少一個(gè)感應(yīng)線圈，所述至少一個(gè)感應(yīng)線圈圍繞所述坩堝容積的高度的部分使得當(dāng)交流電流流過所述至少一個(gè)感應(yīng)線圈時(shí)感應(yīng)加熱和熔化所述坩堝容積中的裝料； 改進(jìn)包括: 底部導(dǎo)電磁屏蔽，所述底部導(dǎo)電磁屏蔽布置在相鄰于所述所述連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的坩堝底部區(qū)域中的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的外圍周圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝，其特征在于，所述底部導(dǎo)電磁屏蔽包括銅矩形平坦環(huán)狀物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝，其特征在于，所述底部導(dǎo)電磁屏蔽是水冷卻的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開底式電感應(yīng)冷卻坩堝，其特征在于，所述至少一個(gè)感應(yīng)線圈包括在所述坩堝容積的高度的部分彼此相鄰放置的上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈，且所述上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈通過線圈間磁屏蔽彼此分離。
5.在開底式電感應(yīng)冷卻坩堝中電磁鑄造鑄塊的方法，所述方法包括以下步驟: 向由導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁形成的坩堝容積供應(yīng)預(yù)鑄塊材料的裝料，所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁在所述`開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的開放底部具有連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域； 在所述所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁外部產(chǎn)生圍繞所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的高度的部分的至少一個(gè)磁通場，所述至少一個(gè)磁通場進(jìn)入所述坩堝容積以感應(yīng)加熱和熔化所述坩堝容積內(nèi)的預(yù)鑄塊材料的裝料，以在所述坩堝容積內(nèi)形成熔融預(yù)鑄塊復(fù)合物；以及 至少部分固化所述坩堝容積內(nèi)的所述熔融預(yù)鑄塊復(fù)合物以在所述開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的所述開放底部形成鑄塊； 改進(jìn)包括: 抑制至少一個(gè)磁通場進(jìn)入相鄰于所述連續(xù)的，導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述抑制至少一個(gè)磁通場進(jìn)入相鄰于所述連續(xù)的，導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁中的步驟包括:將銅矩形平坦環(huán)狀物定位在相鄰于所述連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的坩堝底部區(qū)域中的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的外圍周圍的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括冷卻所述銅矩形平坦環(huán)狀物的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁外部產(chǎn)生圍繞所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的高度的部分的至少一個(gè)磁通場的步驟進(jìn)一步包括:自分別流過圍繞所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的外部的上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈的交流電流產(chǎn)生第一磁通場和第二磁通場，其中所述上感應(yīng)線圈和所述下感應(yīng)線圈配置為彼此相鄰且通過線圈間磁屏蔽彼此分離。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括將開底式電感應(yīng)熔爐裝入可密封的熔爐容器中的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述抑制至少一個(gè)磁通場進(jìn)入相鄰于所述連續(xù)的，導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁中的步驟進(jìn)一步包括:將銅矩形平坦環(huán)狀物定位在相鄰于所述連續(xù)的，導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的坩堝底部區(qū)域中的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的外圍周圍的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括冷卻所述銅矩形平坦環(huán)狀物的步驟。
12.在開底式電感應(yīng)冷卻坩堝中電磁鑄造硅鑄塊的方法，所述方法包括以下步驟: 向由導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁形成的坩堝容積供應(yīng)硅材料的裝料，所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁在所述開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的開放底部具有連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域； 在所述所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁外部產(chǎn)生圍繞所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的高度的部分的至少一個(gè)磁通場，所述至少一個(gè)磁通場進(jìn)入所述坩堝容積以感應(yīng)加熱和熔化所述坩堝容積內(nèi)的硅材料的裝料，以在所述坩堝容積內(nèi)形成熔融硅復(fù)合物；以及 至少部分固化所述坩堝容積內(nèi)的所述熔融硅復(fù)合物以在所述開底式電感應(yīng)冷卻坩堝的所述開放底部形成硅鑄塊； 改進(jìn)包括: 抑制至少一個(gè)磁通場進(jìn)入相鄰于所述連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述抑制至少一個(gè)磁通場進(jìn)入相鄰于所述連續(xù)的，導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁中的步驟包括:將銅矩形平坦環(huán)狀物定位在相鄰于所述連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的坩堝底部區(qū)域中的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的外圍周圍的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括冷卻所述銅矩形平坦環(huán)狀物的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述在所述所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁外部產(chǎn)生圍繞所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的高度的部分的至少一個(gè)磁通場的步驟進(jìn)一步包括:自分別流過圍繞所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的外部的上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈的交流電流產(chǎn)生第一磁通場和第二磁通場，其中所述上感應(yīng)線圈和所述下感應(yīng)線圈配置為彼此相鄰且通過線圈間磁屏蔽彼此分離。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括將開底式電感應(yīng)熔爐裝入可密封的熔爐容器中的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述抑制至少一個(gè)磁通場進(jìn)入相鄰于所述連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁中的步驟進(jìn)一步包括:將銅矩形平坦環(huán)狀物定位在相鄰于所述連續(xù)的、導(dǎo)電的及非開槽式外圍壁區(qū)域的坩堝底部區(qū)域中的所述導(dǎo)電的水冷卻的及槽分段式壁的外圍周圍的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括冷卻所述銅矩形平坦環(huán)狀物的步驟。
【文檔編號(hào)】B22D27/02GK103442825SQ201280013618
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月14日
【發(fā)明者】格雷姆·A·基奧 申請(qǐng)人:康薩克公司