Flüssigkeitsgekühlter Tiegel
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Tiegel zur Wärmebehandlung von elektrisch leitfähigen Materialien und insbesondere zum Schmelzen von solchen Materialien, welche im heissen Zustand stark reaktionsfähig sind und daher besonders gefährdet sind, während der Behandlung durch das Material des Tiegelbehälters verunreinigt zu werden.
Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Tiegel, dessen Wand von Metallrohren hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit gebildet und der zum Schmelzen des Schmelzgutes im Hochfrequenzfeld einer Induktionsspule angeordnet wird. Erfindungsgemäss besteht die Tiegelwand aus parallel nebeneinander angeordneten Rohrabschnitten, von denen einige ins Innere des Tiegels einspringenden Teile aufweisen, welche den Tiegelboden bilden, und dass der Abstand der Rohre so gering bemessen ist, dass geschmolzenes Beschichtungsmaterial die Tiegelwand nicht durchdringen kann.
Unter einem Metall mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit wird zum Zwecke der vorliegenden Beschreibung ein Metall mit einer thermischen Leitfähigkeit von nicht weniger als 0,49 Gramm Kalorien pro Sekunde pro cm2 pro C pro cm und einem spezifischen elektrischen Widerstand von nicht mehr als 2,66510-6 Ohm pro cm2 bei 0 C definiert. Von den geeigneten Metallen Silber, Gold und Kupfer wird Silber bevorzugt, da es zur Vemiinderung des Wärmeverlustes aus dem Schmelzgut durch Strahlung besonders gut poliert werden kann. Es können sowohl Legierungen dieser Metalle als auch eine Oberflächenschicht des einen Metalles, wie Silber, auf einen aus einem anderen Metall, wie Kupfer, gefertigten Teil verwendet werden.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutertin denen: die Fig. 1A bzw. 1B eine Seitenansicht und eine Unteransicht der Fig. 1A entlang der Schnittlinie X-X einer ersten Ausführungsform eines Tiegels, die Fig. 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Tiegels, die Fig. 3A bzw. 3B eine Seitenansicht und eine Unteransicht einer dritten Ausführungsform eines Tiegels, die Fig. 4A bzw. 4B teilweise im Schnitt eine Seitenansicht und eine Unteransicht einer vierten Ausführungsform eines Tiegels, und die Fig. 5 in Seitenansicht eine Wärmebehandlungsvorrichtung bedeuten, die irgendeinen Tiegel der vier Ausführungsformen enthält.
Jede der zu beschreibenden Tiegelausführungen ist aus einem mit Silber plattierten Kupferrohr von rund 8 mm äusserem Durchmesser und einer Wandstärke von ca. 0,8 mm gefertigt. Jede Tiegeiausführungsform besteht aus einem kreisförmigen Bündel derartiger Rohre, welche zur Verhütung des Entweichens von Schmelzgutmaterial genügend dicht nebeneinander, beispielsweise 1,6 mm voneinander getrennt, mit ihren Achsen senkrecht zum Umkreis des Tiegels angeordnet sind. Der innere Durchmesser und die Länge einer jeden Tiegelausführungsform ist derart bemessen, dass er eine Füllung von etwa 1 kg aufnehmen kann.
Die erste Ausführungsform eines Tiegels nach der Erfindung gemäss den Fig. 1A und 1B enthält für die Kühlflüssigkeit einen ringförmigen Verteilerkopf 1 mit einem Einlass 2 und einem Auslass 3. Einander gegen überliegende Platten 4 im Verteilungskopf trennen die Einlasskammer 5 von der Auslasskammer 6.
Von der oberen Oberflächenseite des Verteilungskopfes 1 erstrecken sich 12 Rohrabschnitte 7; davon stehen die Hälfte der Rohrabschnitte mit der Einlasskammer 5 und die andere Hälfte der Rohrabschnitte mit der Auslasskammer 6 in Verbindung.
Durch in umgekehrte U-Fonn einzeln gebogene Rohre werden Paare von Rohrabschnitten 7 gebildet.
Dabei ragt ein Rohrabschnitt eines jeden Paares aus der Einlasskammer 5 und der andere Rohrabschnitt eines jeden Paares aus der Auslasskammer 6. Somit kann Kühlflüssigkeit durch die Rohre geleitet werden.
Die U-förmigen Bogen befinden sich oberhalb des das Schmelzgut enthaltenden Tiegelabschnittes und werden derartig angeordnet, dass der Tiegel eine obere Öffnung für das Einsatzmaterial aufweist.
Der Boden des Tiegels wird durch unten einander gegenüberliegende einspringende Teile 8 der Rohrabschnitte gebildet, die sich nach innen gegeneinander mit den Scheiteln 9 der einspringenden Teile erstrekken, welche zusammen eine hinseichena kleine freie°Öff- nung 10 bilden, so dass das feste Tiegelbeschickungsmaterial am Durchfallen gehindert ist.
Die erforderliche Grösse der Öffnung 10 ergibt sich nach der Grösse der festen Teile des Beschickungsmaterials und ist abhängig vom Durchmesser und der Anzahl der den Tiegel bildenden Rohrabschnitte. Die Öff- nung ist nur dann erforderlich, wenn die Entfernung des Einsatzmaterials aus dem Tiegel durch unten erfolgendes Ausfliessen des geschmolzenen Materials in einen geeigneten unteren Behälter erforderlich ist. Besteht ein derartiges Erfordernis nicht, dann können die Scheitel der einspringenden Teile dadurch genügend weit genähert werden, indem man sie an diesem Punkt gegeneinander spitz zulaufen lässt. Dadurch wird ein Durchfliessen von geschmolzenem Material ausgeschlossen.
Die zweite Ausführungsform eines Tiegels gemäss der Fig. 2 ist sehr ähnlich der ersten Form ausgebildet, mit der Ausnahme, dass jeder der die Tiegelwand bildenden Rohrabschnitte 20 aus einzelnen Rohren besteht, die sich zwischen einem ringförmigen unteren Verteilungskopf 21 und einem ringförmigen oberen Verteilungskopf 22 zum Durchleiten der Kühlflüssigkeit durch die Rohre erstrecken. Der innere Durchmesser des oberen Verteilungskopfes 22 ist grösser als der innere Durchmesser des die Beschickung enthaltenden Tiegelraumes, um das Füllen des Tiegels von oben zu erlauben. Der Tiegelboden ist, wie bei der ersten Ausführungsform, durch einspringende Teile 23 der Rohrabschnitte gebildet, die zwischen ihren Scheiteln im Bedarfsfalle eine untere Ausflussöffnung bilden können.
Die dritte Ausführungsform eines Tiegels gemäss den Fig. 3A und 3B weist beide ringförmige Verteilungsköpfe 30 und 31 oberhalb des die Beschickung enthaltenden Raumes auf. Um eine Beladung des Tiegels von oben zu ermöglichen, weist jeder Verteilungskopf einen grösseren inneren Durchmesser als der innere Durchmesser des die Beschickung enthaltenden Raumes auf.
Die Wand des Tiegels besteht aus 12 parallel zueinander angeordneten Rohrabschnitten 32, die von 6 einzelnen Rohren gebildet werden, wovon jedes zwischen den beiden Verteilungsköpfen eingefügt ist, damit die Kühlflüssigkeit durch die Rohre geschickt werden kann.
Jedes der einzelnen Rohre erstreckt sich nach unten von einem der Verteilungsköpfe und bildet einen Teil der Tiegelwand. Es weist ferner einen einspringenden Bereich mit dem nach innen sich erstreckenden Teil 33 auf, der teilweise den Tiegelboden bildet. Der nach aussen führende Teil 34 Ides einspringenden Bereiches ist zusätzlich derartig gebogen, dass der Rest des Rohres einen angrenzenden Rohrabschnitt bildet, dessen Ende im anderen Verteilungskopf endet. Wie bei der ersten und zweiten Ausbildungsform des Tiegels umgrenzen die Scheitel 35 der einspringenden Bereiche zusammen eine freie Öffnung 36, um unten das geschmolzene Material des Tiegeleinsatzes abzulassen, während das feste Material des Tiegeleinsatzes zurückbehalten wird.
Bei der vierten Ausbildungsform des Tiegels gemäss den Fig. 4A und 4B befinden sich zwei ringförmige Verteilungsköpfe 40 und 41 oberhalb des das Beschickungsmaterial enthaltenden Tiegelraumes. Jeder Verteilungskopf hat einen inneren Durchmesser, der grösser ist als der innere Durchmesser des die Beschikkung enthaltenden Raumes, um die Beladung des Tiegels von oben zu ermöglichen.
Die Tiegelwand wird aus 12 parallel zueinander angeordneten Rohrabschnitten gebildet, die je aus einzelnen sich nach unten vom unteren Verteilungskopf 41 sich erstreckenden Rohr bestehen. Jeder Rohrabschnitt läuft am Boden des Tiegels in einem geschlossenen Ende aus. Die geschlossenen Enden 43 von wechselweise aufeinanderfolgenden Rohren laufen jeweils paarweise derartig aufeinander, dass sie zusammen eine freie Öffnung 44 zum Ablassen des geschmolzenen Einsatzmaterials unter Zurückbehaltung des festen Einsatzmaterials nach unten umschreiben.
Innerhalb eines jeden Rohrabschnitts 42 befindet sich ein dünneres Rohr 45, das kurz vor dem geschlossenen Ende des Rohrabschnittes endet und nach oben dicht unter den unteren Verteilungskopf 41 geführt mit dem oberen Verteilungskopf 40 in Verbindung steht, so dass die Kühlflüssigkeit durch die Rohre geschickt werden kann.
Bei sämtlichen der oben beschriebenen Ausführungsformen von Tiegeln können die die Wand bildenden Rohrabschnitte an der Innen- und Aussenseite eines Kreisschnittes abgeflacht werden, um bei vorgegebenem Ausgangsrohrdurchmesser einen vergrösserten Durchmesser des die Beschreibung enthaltenden Raumes zu erhalten.
Wird ein Tiegel nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen in eine Vorrichtung zur WärmebeW handlung von elektrisch leitendem Material eingefügt, so umgibt eine Primärinduktionsspule, welche beträchtlich schmäler ist als die Länge des die Beschickung enthaltenden Tiegelvolumens, den Tiegel. Mit einer geeigneten Energiequelle verbunden, dient sie als Hoch frequenzstromquelle, um in jedem der die Tiegelwand bildenden Rohre, durch die eine Kühlflüssigkeit - wie Wasser - umläuft, am Umfang und in einer Tiefgelbe schickung von leitendem Material kreisende Ströme hervorzurufen, so dass die Beschickung über eine schmale waagrechte Zone, wenn erforderlich, über den Schmelzpunkt der Beschickung erhitzt wird.
Die durch die umlaufenden Ströme in der Tiegelwand und deshalb in der Beslchickung hervorgerufenen magnetischen Felder bewirken eine gegenseitige Abstossung zwischen der geschmolzenen Beschickungszone und den angrenzenden Oberflächen des Tiegels.
Sind die Stromdichten ausreichend hoch, dann wird die Beschickung von den angrenzenden Tiegeloberflächen weggerissen. Dieses Fehlen eines Kontaktes zwischen der geschmolzenen Beschickung und dem Tiegel vermindert beträchtlich den Wärmeverlust aus der Beschickung und schliesst im Grunde die Möglichkeit einer Verunreinigung durch das Tiegelmaterial aus.
Eine Ausbildungsform einer derartigen Vorrichtung kann zum Kristallziehen verwendet werden, indem das Tiegelbeschickungsmaterial, beispielsweise Silicium, am oberen Ende der Beschickung geschmolzen gehalten wird und der Impfkristall aus der Schmelze gezogen wird.
Eine andere Ausbildungsform einer Vorrichtung veranschaulicht die Fig. 5 für die Festkörperreinigung von Chrom, wonach die gereinigte Beschickung im Bedarfsfall nach unten abgelassen werden kann. In der Fig.S ist der Tiegel 30 lediglich schematisch dargestellt, da jede der oben beschriebenen Ausbildungsformen verwendet werden kann.
Der Tiegel 50 wird an seinem oberen Ende in einer durchlöcherten Platte 51 gelagert, von der sich eine Kammer 52 mit einer Kupferplatte 53 erstreckt, welche zur Beschickung des Tiegels entfernt werden kann.
Zwischen der Kammer 52 und der Platte 51 bzw. zwischen der Kammer 52 und der Deckplatte 53 befinden sich geeignete Gasverschlüsse 54 und 55.
Aus der Kammer 52 ragen zum Aus- oder Einlassen eines Gases ein Durchführungsrohr 56 und mit den zwei Verteilungsköpfen 59 und 60 verbundene Wasserrohre 57 und 58, so dass Wasser durch die die Tiegelwand bildende Rohre geleitet werden kann.
Den Tiegel schliesst ein Quarzrohr 61 ein, welches sich zwischen einem Gasverschlus 62 an der Platte 51 und an einem Gasverschluss 63 an der Grundplatte 62 an der Grundplatte oder dem Tisch 64 erstreckt. In das Quarzrohr ragt ein Rohr 65 zum Ein- oder Ausleiten eines Gases. Ferner ist ein Behälter 66 aus einem geeigneten Material für die Aufnahme des geschmolzenen Beschickungsmaterials aus dem Tiegel 50 vorhanden. Dieser Behälter könnte eine Form zum unmittelbaren Vergiessen sein.
Das Quarzrohr umgibt eine Primärinduktionsspule 67, welche mit einer Hochfrequenz-Wechselstromquelle 68 verbunden ist. Zum Erzielen einer relativen Axialbewegung zwischen dem Tiegel und der Induktionsspule 67 sind Mittel (nicht gezeichnet) vorgesehen, welche entweder die Spule 67 relativ zum Tiegel oder den Tiegel relativ zur Spule 67 bewegen.
Bei diesem ausgewählten Ausführungsbeispiel wind der Tiegel mit einem Einsatz von teilweise gereinigtem Chrom in Form einer verfestigten Masse oder unregelmässig geformten Stücken beladen. In einer gemäss der Fig.S angeordneten und verschlossenen Vorrichtung wird Wasserstoff oder ein anderes Gas durch die Rohre 54 und 55 zum Einstellen einer reduzierenden Atmosphäre bei einem geeigneten Druck geleitet. Der Primärspule 67 wird soviel Energie zugeführt, dass die Temperatur des Chroms in einer Zone an der Spule auf etwa 1400 C, d. h. unterhalb des Schmelzpunktes von Chrom, ansteigt.
Durch Relativbewegung der Spule gegenüber dem Tiegel wird diese Zone hoher Temperatur entlang der gesamten Länge des Chromeinsatzes von unten nach oben gefahren, was die Entfernung jeglicher Sauerstoff spuren im Chrom in der reduzierenden Atmosphäre bewirkt.
Nach dieser Behandlung kann der feste Einsatzkörper aus dem Tiegel als Ganzes entfernt werden oder kann in den Behälter 66 gegossen werden, indem die Spule 67 in Reihe mit der unteren Ausflussöffnung des Tiegels gebracht und die Temperatur des Einsatzes in diesem Teil über seinen Schmelzpunkt gebracht wird.
PATENTANSPRUGFI
Flüssigkeitsgekühlter Tiegel zur Wärmebehandlung, insbesondere zum schmelzen von leitfähigem Material, dessen Wand von Metallrohren hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiegelwand aus parallel nebeneinander angeordneten Rohrabschnitten (7, 20, 32, 42) bb steht, von denen einige ins Innere des Tiegels einspringende Teile (8, 23, 33, 34, 43) aufweisen, welche den Tiegelboden bilden, und dass der Abstand der Rohre so gering bemessen ist, dass geschmolzenes Beschikkungsmaterial die Tiegelwand nicht durchdringen kann.
UNTERANSPRÜCHE
1. Flüssigkeitsgekühlter Tiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Rohrabschnitte ein U-förmiges Rohr bilden, dessen eines Ende mit einem ersten Verteilungskopf als Einlasskammer, und dessen anderes Ende mit einem zweiten Verteilungskopf als Auslasskammer der Kühlflüssigkeit verbunden sind.
2. Flüssigkeitsgekühlter Tiegel nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsköpfe zu einer ringförmigen Kammer mit zwei Trennwänden (4) zusammengefasst sind (Fig. 1).
3. Flüssigkeitsgekühlter Tiegel nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende jedes Rohrabschnittes mit einem ringförmigen ersten Verteilungskopf als Einiasskammer und das andere Ende mit einem zweiten Verteilungskopf als Auslasskammer verbunden sind (Fig. 2, 3, 4).
4. Flüssigkeitsgekühlter Tiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende jedes Rohrabschnittes (42) mit einem ersten ringförmigen Verteilungskopf (41) verbunden und das andere Ende geschlossen ist, und dass in jedem Rohrabschnitt (42) ein weiterer mit einem zweiten ringförmigen Verteilungskopf (40) verbundener Rohrabschnitt (45) bis an das geschlossene Ende angeordnet ist.
5. Flüssigkeitsgekühlter Tiegel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die den Tiegelboden bildenden Rohrteile so angeordnet sind, dass sie zusammen im Tiegelboden eine freie Öffnung bilden, die so klein ist, dass sie den Durchgang von festem Beschickungsmaterial des Tiegels verhindert.
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Liquid-cooled crucible
The present invention relates to a liquid-cooled crucible for the heat treatment of electrically conductive materials and in particular for melting those materials which are highly reactive when hot and are therefore particularly at risk of being contaminated by the material of the crucible container during the treatment.
The invention relates to a liquid-cooled crucible, the wall of which is formed by metal tubes of high electrical and thermal conductivity and which is arranged in the high-frequency field of an induction coil to melt the material to be melted. According to the invention, the crucible wall consists of tube sections arranged parallel to one another, some of which have parts protruding into the interior of the crucible, which form the crucible bottom, and the distance between the tubes is so small that molten coating material cannot penetrate the crucible wall.
A metal with high electrical and thermal conductivity for the purposes of the present description is a metal with a thermal conductivity of not less than 0.49 grams of calories per second per cm2 per C per cm and an electrical resistivity of not more than 2.66510 -6 ohms per cm2 defined at 0 C. Of the suitable metals silver, gold and copper, silver is preferred because it can be polished particularly well by radiation to reduce the loss of heat from the molten material. Both alloys of these metals and a surface layer of one metal, such as silver, on a part made of another metal, such as copper, can be used.
Preferred embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings, in which: FIGS. 1A and 1B a side view and a bottom view of FIG. 1A along the section line XX of a first embodiment of a crucible, FIG. 2 a side view of a second embodiment of a crucible 3A and 3B respectively show a side view and a bottom view of a third embodiment of a crucible, FIGS. 4A and 4B respectively show a side view and a bottom view, partially in section, of a fourth embodiment of a crucible, and FIG. 5 shows a side view of a heat treatment device containing any crucible of the four embodiments.
Each of the crucible designs to be described is made of a silver-plated copper tube with an outer diameter of around 8 mm and a wall thickness of approx. 0.8 mm. Each crucible embodiment consists of a circular bundle of such tubes which are arranged close enough to one another, for example 1.6 mm apart, with their axes perpendicular to the circumference of the crucible, to prevent the escape of melt material. The inner diameter and length of each crucible embodiment is dimensioned such that it can hold a load of approximately 1 kg.
The first embodiment of a crucible according to the invention according to FIGS. 1A and 1B contains an annular distributor head 1 for the cooling liquid with an inlet 2 and an outlet 3. Opposing plates 4 in the distributor head separate the inlet chamber 5 from the outlet chamber 6.
Extending from the upper surface side of the distribution head 1 are twelve pipe sections 7; Half of the pipe sections are connected to the inlet chamber 5 and the other half of the pipe sections are connected to the outlet chamber 6.
Pairs of pipe sections 7 are formed by pipes individually bent in an inverted U-shape.
One pipe section of each pair protrudes from the inlet chamber 5 and the other pipe section of each pair protrudes from the outlet chamber 6. Thus, cooling liquid can be conducted through the pipes.
The U-shaped bends are located above the crucible section containing the melting material and are arranged in such a way that the crucible has an upper opening for the feed material.
The bottom of the crucible is formed by opposing re-entrant parts 8 of the pipe sections, which extend inwardly towards each other with the apices 9 of the re-entrant parts, which together form a small free opening 10 so that the solid crucible loading material falls through is prevented.
The required size of the opening 10 results from the size of the solid parts of the charge material and is dependent on the diameter and the number of the pipe sections forming the crucible. The opening is only required if it is necessary to remove the feed material from the crucible by flowing the molten material from below into a suitable lower container. If there is no such requirement, then the vertices of the re-entrant parts can be approximated sufficiently by making them taper towards each other at this point. This prevents molten material from flowing through.
The second embodiment of a crucible according to FIG. 2 is very similar to the first shape, with the exception that each of the tube sections 20 forming the crucible wall consists of individual tubes which extend between an annular lower distribution head 21 and an annular upper distribution head 22 for Extending the passage of the cooling liquid through the tubes. The inner diameter of the upper distribution head 22 is larger than the inner diameter of the crucible space containing the charge, in order to allow the crucible to be filled from above. As in the first embodiment, the crucible bottom is formed by re-entrant parts 23 of the pipe sections which, if necessary, can form a lower outflow opening between their apices.
The third embodiment of a crucible according to FIGS. 3A and 3B has both ring-shaped distribution heads 30 and 31 above the space containing the charge. In order to enable the crucible to be loaded from above, each distribution head has a larger inner diameter than the inner diameter of the space containing the charge.
The wall of the crucible consists of 12 pipe sections 32 arranged parallel to one another, which are formed by 6 individual pipes, each of which is inserted between the two distribution heads so that the cooling liquid can be sent through the pipes.
Each of the individual tubes extends downward from one of the distribution heads and forms part of the crucible wall. It also has a re-entrant area with the inwardly extending part 33 which partially forms the crucible bottom. The outwardly leading part 34 of the re-entrant area is additionally bent in such a way that the rest of the pipe forms an adjacent pipe section, the end of which ends in the other distribution head. As in the first and second embodiment of the crucible, the crests 35 of the re-entrant regions together define a free opening 36 for draining the molten material of the crucible insert below while the solid material of the crucible insert is retained.
In the fourth embodiment of the crucible according to FIGS. 4A and 4B, two ring-shaped distribution heads 40 and 41 are located above the crucible space containing the charge material. Each distribution head has an inner diameter which is larger than the inner diameter of the space containing the load in order to enable the crucible to be loaded from above.
The crucible wall is formed from 12 pipe sections which are arranged parallel to one another and each consist of individual pipes extending downward from the lower distribution head 41. Each tube section terminates in a closed end at the bottom of the crucible. The closed ends 43 of alternately successive tubes run one on top of the other in pairs in such a way that they together circumscribe a free opening 44 for draining the molten feed material downwards while retaining the solid feed material.
Inside each pipe section 42 there is a thinner pipe 45, which ends shortly before the closed end of the pipe section and, guided upwards, just below the lower distribution head 41, communicates with the upper distribution head 40 so that the cooling liquid can be sent through the pipes .
In all of the above-described embodiments of crucibles, the tube sections forming the wall can be flattened on the inside and outside of a circular section in order to obtain an enlarged diameter of the space containing the description for a given starting tube diameter.
If a crucible according to one of the embodiments described above is inserted into a device for the heat treatment of electrically conductive material, a primary induction coil which is considerably narrower than the length of the crucible volume containing the charge surrounds the crucible. Connected to a suitable energy source, it serves as a high-frequency power source in order to create circulating currents around the circumference and in a deep yellow charge of conductive material in each of the tubes forming the crucible wall through which a cooling liquid - such as water - circulates, so that the charge over a narrow horizontal zone is heated above the melting point of the feed if necessary.
The magnetic fields caused by the circulating currents in the crucible wall and therefore in the loading cause a mutual repulsion between the molten loading zone and the adjacent surfaces of the crucible.
If the current densities are sufficiently high, the charge is torn away from the adjacent crucible surfaces. This lack of contact between the molten feed and the crucible significantly reduces heat loss from the feed and essentially eliminates the possibility of contamination from the crucible material.
One embodiment of such an apparatus can be used for crystal pulling by holding the crucible charge material, such as silicon, molten at the top of the charge and pulling the seed crystal from the melt.
Another embodiment of a device is illustrated in FIG. 5 for the solid-state cleaning of chromium, after which the cleaned charge can be drained downwards if necessary. In FIG. 5, the crucible 30 is shown only schematically, since any of the above-described forms of construction can be used.
The crucible 50 is supported at its upper end in a perforated plate 51, from which a chamber 52 extends with a copper plate 53 which can be removed for loading the crucible.
Suitable gas closures 54 and 55 are located between the chamber 52 and the plate 51 or between the chamber 52 and the cover plate 53.
A feed-through pipe 56 and water pipes 57 and 58 connected to the two distribution heads 59 and 60 protrude from the chamber 52 so that water can be passed through the pipes forming the crucible wall.
The crucible is enclosed by a quartz tube 61 which extends between a gas seal 62 on the plate 51 and a gas seal 63 on the base plate 62 on the base plate or table 64. A tube 65 for introducing or discharging a gas protrudes into the quartz tube. A container 66 made of a suitable material for receiving the molten feed material from the crucible 50 is also provided. This container could be a form for immediate potting.
The quartz tube surrounds a primary induction coil 67, which is connected to a high-frequency alternating current source 68. In order to achieve a relative axial movement between the crucible and the induction coil 67, means (not shown) are provided which move either the coil 67 relative to the crucible or the crucible relative to the coil 67.
In this selected embodiment, the crucible is loaded with an insert of partially purified chromium in the form of a solidified mass or irregularly shaped pieces. In a device arranged and closed according to FIG. 5, hydrogen or another gas is passed through the tubes 54 and 55 in order to set a reducing atmosphere at a suitable pressure. The primary coil 67 is supplied with sufficient energy that the temperature of the chromium in a zone on the coil is increased to about 1400 ° C. H. below the melting point of chromium.
By moving the coil relative to the crucible, this high temperature zone is moved from bottom to top along the entire length of the chromium insert, which removes any traces of oxygen in the chromium in the reducing atmosphere.
After this treatment, the solid insert body can be removed from the crucible as a whole or it can be poured into the container 66 by bringing the coil 67 in series with the lower outlet of the crucible and bringing the temperature of the insert in this part above its melting point.
PATENTANSPRUGFI
Liquid-cooled crucible for heat treatment, in particular for melting conductive material, the wall of which is formed by metal tubes of high electrical and thermal conductivity, characterized in that the crucible wall consists of tube sections (7, 20, 32, 42) bb arranged parallel to one another, some of which have parts (8, 23, 33, 34, 43) protruding into the interior of the crucible, which form the crucible bottom, and that the distance between the tubes is so small that molten charge material cannot penetrate the crucible wall.
SUBCLAIMS
1. Liquid-cooled crucible according to claim, characterized in that two pipe sections form a U-shaped pipe, one end of which is connected to a first distribution head as an inlet chamber, and the other end of which is connected to a second distribution head as an outlet chamber for the cooling liquid.
2. Liquid-cooled crucible according to dependent claim 1, characterized in that the distribution heads are combined to form an annular chamber with two partition walls (4) (Fig. 1).
3. Liquid-cooled crucible according to claim or dependent claim 1, characterized in that one end of each pipe section is connected to an annular first distribution head as inlet chamber and the other end is connected to a second distribution head as outlet chamber (Fig. 2, 3, 4).
4. Liquid-cooled crucible according to claim, characterized in that one end of each pipe section (42) is connected to a first annular distribution head (41) and the other end is closed, and that in each pipe section (42) another with a second annular distribution head ( 40) connected pipe section (45) is arranged up to the closed end.
5. Liquid-cooled crucible according to claim, characterized in that the tube parts forming the crucible bottom are arranged so that they together form a free opening in the crucible bottom which is so small that it prevents the passage of solid charge material of the crucible.
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