JP2014510641A5

JP2014510641A5 -

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Publication number: JP2014510641A5
Application number: JP2013558053A
Authority: JP
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2032-03-07

Description

他の電磁鋳造法では、るつぼの外側高さの一部の周囲において、積層（隣り合わせ）構成とした２つまたは２つ超の誘導コイルが利用され得る。底部開放型の導電性冷却式るつぼ１００は、例えば、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示される如く、縦方向長孔１１４（図で実線で示す如き）で相互分離する複数の縦方向部材１１２から形成される長孔付きの壁を含み、るつぼの外側高さ部分の一部の周囲を２つの別個の誘導コイル１１６ａ及び１１６ｂが包囲する。長孔で分離された各縦方向部材は本例では銅等の好適材料から形成され、るつぼの上部及び底部の各位置で連結され得る。各縦方向部材は大抵の場合るつぼ上部位置で連結され、各縦方向部材と水冷回路との間の連結を提供する場合がある。るつぼ上部の前記連結位置は通常は溶融物からかなり遠いため、るつぼ内装填材料への誘導結合に対する物質的悪影響は生じない。他方、るつぼ底部はもっと小型のるつぼでは大抵の場合連結されないが、ずっと大型のるつぼの場合はより一般的に使用され、連結部は各縦方向部材の底部に対する支持を提供する。電磁鋳造法ではるつぼの各長孔は、少なくとも、るつぼ内の溶融物の誘導加熱を支援し且つ鋳塊を、それが固化境界部１２０（図１（ｃ）に略示される如き）に形成された後にるつぼ底部を出るまでの漸次冷却を容易化するに十分な長さを有する。前記縦方向部材間の各長孔がるつぼ底部１１４ａまで伸延せず、従って銅製（本例では）の（水平）連結部材１１７が底部に形成される場合、誘導コイル１１６ｂ内の交流流れで生じる電磁場により、るつぼを出る際の負荷（鋳塊）に極めて近い位置に循環電流が誘起される傾向のあることが分かった。

本発明の１実施例において、底部開放型の導電性冷却式るつぼは３７＋１／８インチ（約９４．３ｃｍ）の全高ｈ₃を有し、上方側長Ｌ₁が１３＋３／４インチ（約３６．４ｃｍ）、傾斜した底部側長Ｌ₂が１４インチ（約３５．６ｃｍ）、図３に示す如く、内側コイル磁気遮蔽体１８位置から開始されてるつぼ底部へと傾斜状態で伸延する高さｈ₂が１３＋１／２インチ（約３４．３ｃｍ）の四角形状の内側容積を形成するよう構成した６０個の水冷式の縦方向部材１２（長穴付き壁セグメント）を含む。電気絶縁された長穴１４は全高ｈ₄が２６＋３／４インチ（約６７．９ｃｍ）であり、各長穴の底部は、図３に示す如く、るつぼの底部から１インチ（約２．５４ｃｍ）の距離ｈ₅の位置で終端する。各長穴の底部１４ａは底部連結部材１７の位置で終端する。長穴セグメント化壁と底部連結部材とは好適な導電性材料から形成される。

上述した底部磁気遮蔽体は好適な磁気遮蔽体の一例である。本発明では底部磁気遮蔽体は誘導電流をるつぼ外の場所に伝導させる任意構成において形成され得、かくして銅製の底部連結部材（水平）が誘導磁界を受けず、負荷直近部に電流が伝送されないため、そうでない場合には発生する熱的悪影響が緩和される。底部磁気遮蔽体は、導電性の、無長穴連続外周壁領域（底部連結部材１７）に隣り合う長穴付き壁への磁束場１６ｂ’の貫入を抑止する。底部磁気遮蔽体は、例えば、この底部磁気遮蔽体に取り付けたまたは内部の通路にして、冷却用媒体循環装置への接続用の好適な送給端部２２ａ及び戻り端部２２ｂを有する導管２２等の通路を通して冷却用媒体を循環させることで冷却され得る。

本発明の上述のシリコン電磁鋳造法は、鋳塊形成用の鋳塊形成材溶融物となる鋳塊用装填材料を好適に選択することでシリコン以外の材料を使用できる。
本発明の前記各実施例では２コイル式の底部開放型の導電性冷却式るつぼを例示したが、底部磁気遮蔽体を、最下部のコイル、各長穴１４ａの下端部、及び、２コイル構成に関して先に説明した如き底部開口に対して位置付けることで、本発明をるつぼの外側を包囲する単一コイルあるいは２つ以上の複数のコイルを用いるるつぼに適用可能である。
本発明の底部開放型の導電性冷却式るつぼの前記各実施例を、四角形断面を有する内側容積を有するるつぼを例示したが、本発明は円形断面の内側容積等を有するその他構成のるつぼに対して適用し得る。
ここで、“連続的な電磁鋳造法”とは、例えば、所望高さに製造された鋳塊がるつぼ底部を出た後に鋳造工程が停止され、かくして、鋳造法が継続されて次の鋳塊が製造される以前に、製造された鋳塊が配置換えされる間欠的電磁鋳造法を含むものとする。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。

Claims

鋳塊の電磁鋳造用の底部開放型の導電性冷却式るつぼであって、
装填物をその内部に送給して前記装填物を加熱及び溶解させ、引き続き、るつぼの開放底部位置に鋳塊を形成させるるつぼ容積部にして、導電性の、水冷される長穴セグメント化壁から形成され、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁が、前記るつぼの開放底部位置に、導電性の、無長穴連続外周壁部分を有するるつぼ容積部と、
前記るつぼ容積部の高さの一部分を包囲する少なくとも１つの誘導コイルにして、前記少なくとも１つの誘導コイルを通して交流が流れると前記るつぼ容積部内の装填物を誘導加熱及び溶融させる誘導コイルと、
を含み、
前記るつぼの底部領域の、前記無長穴連続外周壁に隣り合う領域で、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の外側周囲に導電性の底部磁気遮蔽体を配置したことを特徴とする、鋳塊の電磁鋳造用の底部開放型の導電性冷却式るつぼ。
前記底部磁気遮蔽体が、銅製の平坦な矩形環状体を含む請求項１に記載する鋳塊の電磁鋳造用の底部開放型の導電性冷却式るつぼ。
前記底部磁気遮蔽体が水冷される請求項１又は２に記載する鋳塊の電磁鋳造用の底部開放型の導電性冷却式るつぼ。
前記少なくとも１つの誘導コイルが、前記るつぼ容積部の高さ部分に相互に隣り合って配置された上方及び下方の各誘導コイルを含み、前記上方及び下方の各誘導コイルが内側コイル磁気遮蔽体により互いに分離される請求項１〜３の何れかに記載する鋳塊の電磁鋳造用の底部開放型の導電性冷却式るつぼ。
底部開放型の冷却式るつぼ内で鋳塊を電磁鋳造する方法であって、
鋳塊用装填材料を、導電性の、水冷される長穴セグメント化壁から構成したるつぼ容積部にして、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁が、るつぼの開放底部位置に導電性の無長穴連続外周壁を有するるつぼ容積部に鋳塊用装填材料を供給するステップ、
前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の高さの外側の一部分の周囲に少なくとも１つの磁束場を発生させ、前記磁束場がるつぼ容積部に貫入することによりるつぼ容積部内の鋳塊用装填材料を誘導加熱及び溶融させ、かくしてるつぼ容積部内に鋳塊用装填材料の溶融塊を形成させるステップ、
鋳塊用装填材料の溶融塊をるつぼ容積部内で少なくとも部分的に固化させてるつぼの開放底部位置に鋳塊を形成するステップ、
前記導電性の、水冷される無長穴連続外周壁領域に隣り合う、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の内側への少なくとも１つの前記磁束場の貫入を抑止するステップ、を含む方法。
前記導電性の、水冷される無長穴連続外周壁領域に隣り合う、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の内側への少なくとも１つの前記磁束場の貫入を抑止するステップが、前記るつぼの底部領域の、前記無長穴連続外周壁領域に隣り合う領域で、前記水冷される長穴セグメント化壁の外側周囲に銅製の平坦な矩形環状体を位置決めするステップを更に含む請求項５に記載する方法。
前記銅製の平坦な矩形環状体を冷却するステップを更に含む請求項６に記載する方法。
前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の高さの外側の一部分の周囲に少なくとも１つの磁束場を発生させるステップが、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の外側部分を包囲する上方及び下方の各誘導コイルの各々に交流電流を流すことにより第１及び第２の各磁束場を発生させるステップを更に含み、前記上方及び下方の各誘導コイルが相互に隣り合って配置され且つ内側コイル磁気遮蔽体により相互に分離される請求項５に記載する方法。
底部開放型の冷却式るつぼを、シール自在の炉容器で包囲するステップを更に含む請求項５〜８の何れかに記載する方法。
前記導電性の、水冷される無長穴連続外周壁領域に隣り合う、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の内側への少なくとも１つの前記磁束場の貫入を抑止するステップが、前記るつぼの底部領域の、前記無長穴連続外周壁領域に隣り合う領域で、前記水冷される長穴セグメント化壁の外側周囲に銅製の平坦な矩形環状体を位置決めするステップを更に含む請求項８に記載する方法。
前記銅製の平坦な矩形環状体を冷却するステップを更に含む請求項１０に記載する方法。
底部開放型の冷却式るつぼ内でシリコン鋳塊を電磁鋳造する方法であって、
導電性の、水冷される長穴セグメント化壁から構成したるつぼ容積部にして、るつぼの開放底部位置に導電性の無長穴連続外周壁領域を有するるつぼ容積部に鋳塊用装填材料を供給するステップ、
前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の高さの外側の一部分の周囲に少なくとも１つの磁束場を発生させ、前記磁束場がるつぼ容積部に貫入することによりるつぼ容積部内のシリコン装填材料を誘導加熱及び溶融させ、かくしてるつぼ容積部内にシリコン鋳塊を形成させるステップ、
鋳塊用装填材料の溶融塊をるつぼ容積部内で少なくとも部分的に固化させてるつぼの開放底部位置で鋳塊とするステップ、
前記導電性の、水冷される無長穴連続外周壁領域に隣り合う、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の内側への少なくとも１つの前記磁束場の貫入を抑止するステップ、
を含む方法。
前記導電性の、水冷される無長穴連続外周壁領域に隣り合う、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の内側への少なくとも１つの前記磁束場の貫入を抑止するステップが、前記るつぼの底部領域の、前記無長穴連続外周壁領域に隣り合う領域で、前記水冷される長穴セグメント化壁の外側周囲に銅製の平坦な矩形環状体を位置決めするステップを更に含む請求項１２に記載する方法。
前記銅製の平坦な矩形環状体を冷却するステップを更に含む請求項１３に記載する方法。
前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の高さの外側の一部分の周囲に少なくとも１つの磁束場を発生させるステップが、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の外側部分を包囲する上方及び下方の各誘導コイルの各々に交流電流を流すことにより第１及び第２の各磁束場を発生させるステップを更に含み、前記上方及び下方の各誘導コイルが相互に隣り合って配置され且つ内側コイル磁気遮蔽体により相互に分離される請求項１２〜１４の何れかに記載する方法。
底部開放型の冷却式るつぼを、シール自在の炉容器で包囲するステップを更に含む請求項１２〜１５の何れかに記載する方法。
前記導電性の、水冷される無長穴連続外周壁領域に隣り合う、前記導電性の、水冷される長穴セグメント化壁の内側への少なくとも１つの前記磁束場の貫入を抑止するステップが、前記るつぼの底部領域の、前記無長穴連続外周壁領域に隣り合う領域で、前記水冷される長穴セグメント化壁の外側周囲に銅製の平坦な矩形環状体を位置決めするステップを更に含む請求項１５又は１６に記載する方法。
前記銅製の平坦な矩形環状体を冷却するステップを更に含む請求項１７に記載する方法。