TWI572839B - 用於一電磁鑄造之開底式電感應冷卻坩鍋及在一開底式電感應冷卻坩鍋中電磁鑄造一鑄塊之方法 - Google Patents

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Description

用於一電磁鑄造之開底式電感應冷卻坩鍋及在一開底式電感應冷卻坩鍋中電磁鑄造一鑄塊之方法
本發明係關於鑄塊之電磁鑄造，其中一開底式電感應冷卻坩鍋用於鑄造製程中。
此申請案主張2011年3月14日申請的美國臨時申請案第61/452,408號之利益，該案之全文以引用方式併入本文中。
可藉由加熱且熔化沈積在一開底式電感應冷卻坩鍋中之材料之一裝料而鑄造一鑄塊。舉例而言，當一熔融體之一部分固化且離開該坩鍋之底部開口作為一形成鑄塊時，可將呈原始或經處理礦石形式之裝料饋送至該坩鍋中以維持該坩鍋中之材料之熔融體(熔融物)。該材料在此電磁鑄造製程之至少熔融(液態)狀態中必須導電。熔化且加熱該裝料可引起該裝料之純化，舉例而言，從該熔融物蒸發或透過該熔融物上升作為渣滓而在該坩鍋內之該熔融物表面流動之雜質。
如上文提到，該材料在固態中不需要係導電的。舉例而言，在一矽電磁鑄造製程中，在該坩鍋內建立導電矽之一熔融體之後，可將室溫固態非導電矽裝料饋送至該坩鍋之頂部。題名為「用於鑄造導電及半導電材料之方法及裝置」(「Method and Apparatus for Casting Conductive and Semiconductive Materials」)之美國專利第4,572,812號揭示一基本連續矽電磁鑄造製程，且該案之全文以引用方式併 入本文中。
美國專利第4,572,812號(稱為「'812專利」)揭示使用圍繞一開底式電感應冷卻坩鍋之外部開槽式壁(由複數個垂直構件形成)之一單一感應加熱線圈之一電磁鑄造製程，該感應線圈之終端連接至一單一RF電源。
該開底式冷卻坩鍋可安裝在一封閉腔室中使得以在一真空或處理氣體環境中完成加熱、熔化及/或固化製程。其他適宜冷卻裝置可在該鑄塊離開該坩鍋時與該鑄塊熱相互作用，使得以控制該鑄塊隨時間之冷卻速度直到其達到周圍溫度。
在其他電磁鑄造製程中，在該坩鍋之一部分外部高度周圍可使用呈一堆疊(相鄰)組態之兩個或兩個以上感應線圈。舉例而言，如圖1(a)、圖1(b)及圖1(c)中展示，開底式電感應冷卻坩鍋100包括由藉由垂直槽114(圖中展示為實線)彼此分開的複數個垂直構件112形成之一開槽式壁，兩個分開感應線圈116a及116b圍繞該坩鍋之一部分外部高度。該等垂直開槽式構件在此實例中係由一適宜材料(諸如銅)形成且可連接在該坩鍋之頂部及底部處。該坩鍋之頂部處之開槽式構件之間的連接幾乎一直使用且通常提供每一構件與一水冷卻電路之間之連接。該頂部連接通常與該熔融物相距一明顯距離且因此本質上不會影響至該坩鍋中之材料之負載之感應耦合。另一方面，底部連接不一直用於較小尺寸坩鍋而更普遍用於較大坩鍋，其中該連接對每一垂直開槽式構件之底部提供支撐。在一電磁鑄造製程 中，該等坩鍋槽至少充分長以支撐該坩鍋內之該熔融物之感應加熱，且當在固化邊界120處產生鑄塊時促進該鑄塊之逐漸冷卻(如圖1(c)中示意性繪示)直到該鑄塊離開該坩鍋之底部。本發明發現垂直構件之間的槽不延伸至該坩鍋之底部(終止於圖1(c)中之槽末端114a)，因此形成一底部銅(在此實例中)連接構件(水平)117，藉由感應線圈116b中之交流電流流動產生的電磁場將在負載離開該坩鍋時傾向於感應非常接近於該負載(鑄塊)之一循環電流。該等循環電流之此毗鄰在一臨界位置處在該負載中產生熱，在該臨界位置處可能增加當液態矽在鑄造的鑄塊流出該坩鍋時設法找到至該鑄造的鑄塊之正常固化邊緣之外邊緣之一路徑時發生之一耗盡事件之風險。該液態矽接著以一不受控方式流至熔爐外殼之底部以對輔助加熱器、絕緣體及機械部件造成損害。該等線圈之每一者可連接至以一不同頻率進行操作之一分開交流電流(AC)電源。舉例而言，上線圈116a可以低於下線圈116b之頻率之一頻率進行操作。每一線圈中之交流電流之流動建立一磁通場，該磁通場進入該坩鍋之(用一電絕緣材料填充的)槽以電磁加熱且熔化放置在內部坩鍋容積內之一導電材料。至於所有電感應冷卻坩鍋，冷卻(通常藉由內部循環水)組成該坩鍋之壁之該複數個垂直構件112使得與該壁接觸之該熔融體冷凍。此阻止壁材料污染該熔融體。該熔融體之上區域至少部分由該等感應線圈產生的磁場與該熔融物中之感應電流之相互作用產生的勞倫茲(Lorentz)力支撐，以形成該壁與液態金屬之間的減小接觸壓力或甚至 分開之一區域。
以不同頻率進行操作之多個線圈之優點係能夠降低橫跨每一感應線圈之終端電壓之量值，同時仍實現至該坩鍋內之該材料之感應能量傳送之一高位準。當利用阻止熔融材料氧化之該坩鍋內部之一防氧化覆蓋劑執行電磁鑄造製程時，此係特別有利的，如一些矽電磁鑄造製程中之情況。較低終端電壓減輕上文提到的分開區域中之熔融物與壁之間之一電弧現象，該電弧現象可引起組成該坩鍋壁之該等垂直構件之局部熔化及雜質自此等垂直構件遷移至該坩鍋內之熔融材料中。橫跨每一線圈之終端電壓越高，一電弧之風險越大。此在當該坩鍋之內部橫截面面積足夠大以需要一高線圈終端電壓將充分感應能量傳遞至該坩堝中之熔融物時係最明顯的。一般而言，當該坩鍋之內部橫截面面積超過大約180平方英寸時，因為此配置允許小於600伏特之線圈終端電壓同時可將感應能量之一等效量值傳送至該熔融物(如以600伏特或更高之一終端電壓進行操作之一線圈完成的)，所以以不同頻率進行操作之多個線圈係有利的，因此避免如上文描述的電弧之熔化污染問題。
該開底式電感應冷卻坩鍋之高度在下感應線圈116b之下端之下方延伸一距離h1。通常，組成該坩鍋之壁之該等垂直構件112向外朝向該坩鍋之開放底部傾斜(漸縮)以促進形成的鑄塊移出該坩鍋。在圖1(a)中展示的兩線圈配置中，向外漸縮可在該上感應線圈與該下感應線圈之相鄰終端之間開始，以建立h2之一漸縮距離。
在一些電磁鑄造配置中，一線圈間磁屏蔽118可定位在線圈116a及116b之相鄰端部之間，以阻止由該兩個線圈之每一者中之電流流動建立的磁通量之間之互磁耦合(及干擾)。典型所得磁通量圖案由圖1(a)中之虛線表示。由流過上線圈116a之交流電流建立磁通量116a'且由流過下線圈116b之交流電流建立磁通量116b'。磁通量116b'在該坩鍋之底部開口下方延伸。此一配置引起離開該坩鍋底部之形成的鑄塊之外圍周圍之異常。包圍該坩鍋之底部銅連接構件(水平)117之電磁感應場之部分感應一循環電流，該循環電流由於相對高溫度之事實造成該負載之表面之局部加熱，固態矽仍部分導電。此可造成固化溫度梯度之一局部改變，此將增加該負載中之應力且可能增加耗盡(其可結束該製程且損害設備)之風險。
圖1(d)藉由一部分橫截面熱圖繪示該坩鍋之底部附近之異常。虛線表示正鑄造之一矽鑄塊中之用於典型溫度範圍之邊界(輪廓)。指示的數字範圍(舉例而言，每立方米(m3)20-19千瓦(kW))指示正鑄造的矽鑄塊中之代表性橫截面輪廓內之(體積)歐姆損失之每立方米20至19千瓦之一範圍。一區域內之歐姆損失之量值表示該區域中之溫度。局部加熱之不利效應顯示在繪示相鄰於該底部連接構件(水平)117之鑄造的矽中之一相對強烈加熱效應(歐姆損失)之輪廓(單一網狀線強調的區域)中及在該區域周圍之較不強烈加熱(雙網狀線強調的)之又一輪廓中。
本發明之一目標係消除一電磁鑄造熔爐中使用之一開底 式電感應冷卻坩鍋之底部開口周圍發生的異常，該異常係由該坩鍋之底部銅連接構件(水平)區域中之磁通量延伸造成的。
在一態樣中，本發明係用於感應加熱且融化一電磁鑄造製程中使用之一開底式電感應冷卻坩鍋中之一材料之裝置及方法。該開底式電感應冷卻坩鍋包含該壁中之槽下端附近之一底部磁屏蔽、該坩鍋之底部銅連接構件(水平)及該坩鍋之開放底部。
在另一態樣中，本發明係用於電磁鑄造之一開底式電感應冷卻坩鍋。該坩鍋具有可將一裝料饋送至其中用於電感應加熱及熔化之一坩鍋容積。該熔化在該坩鍋容積內至少部分固化以形成離開該坩鍋之開放底部之一鑄塊。該坩鍋容積由一導電、水冷卻及槽分段式壁形成。該槽分段式壁在該冷卻坩鍋之開放底部處與一非開槽式外圍壁區域介接且一或多個感應線圈圍繞該坩鍋容積之外部高度之一部分以感應加熱且熔化該坩鍋容積中之該裝料。一底部導電磁屏蔽佈置在相鄰於連續、導電及非開槽式外圍壁區域之一坩鍋底部區域中之槽分段式壁之外圍周圍。
在另一態樣中，本發明係在一開底式電感應冷卻坩鍋中鑄造一鑄塊之一方法。預鑄塊材料之一裝料供應至由一導電、水冷卻及槽分段式壁形成之一坩鍋容積，該導電、水冷卻及槽分段式壁在該開底式電感應冷卻坩鍋之開放底部處具有一連續、導電及非開槽式外圍壁區域。在該槽分段 式壁外部產生圍繞該槽分段式壁之高度之一部分之一磁通場。該磁通場進入該坩鍋容積中以感應加熱且熔化該坩鍋容積內之預鑄塊材料之裝料以在該坩鍋容積內形成一熔融預鑄塊複合物。該熔融預鑄塊複合物在該坩鍋容積內至少部分固化以在該開底式電感應冷卻坩鍋之開放底部處形成該鑄塊。抑制該磁通場進入相鄰於該非開槽式外圍壁區域之該槽分段式壁中。
在此說明書及隨附申請專利範圍中闡述本發明之其他態樣。
出於繪示本發明之目的，在圖式中展示當前較佳形式；然而，應瞭解本發明並不限於展示的精確配置及工具。
當本文使用時，術語「導電材料」包含在固態中不必要導電而在熔融狀態中導電之材料，諸如具有變化純度之基於矽的組合物。
圖2至圖4中展示用於一電磁鑄造製程之本發明之一開底式電感應冷卻坩鍋10之一實例。在該等圖中展示的特定實例中，使用一雙線圈配置。
在本發明之一實例中，該開底式電感應冷卻坩鍋具有37又1/8英寸之一整體高度h3且包括經配置以形成一正方形內部容積之60個水冷卻垂直構件12(槽分段式壁)，該正方形內部容積具有：13又3/4英寸之一頂側長度L1；14英寸之一漸縮底側長度L2；及在線圈間磁屏蔽18處開始且延伸至該坩鍋之底部之13又1/2英寸之一漸縮高度h2，如圖3中展 示。電絕緣槽14之整體高度h4係26又3/4英寸，該等槽之底部在與該坩鍋之底部相距1英寸之一距離h5處終止，如圖3中展示。該等槽之底部14a在底部連接構件17處終止。槽分段式壁及底部連接構件係由一適宜導電材料形成。
本發明之此實例中之底部磁屏蔽20包括一銅矩形平坦環狀物，該環狀物具有：16又3/4英寸之一側長度L3；6英寸之一環狀物寬度L4；及1/4英寸之一厚度L5，如圖5(a)及圖5(b)中展示。該底部磁屏蔽安裝在與該坩鍋之底部相距2又1/2英寸之一高度h6處使得該底部磁屏蔽定位在底部槽終端與該底部連接構件上方之大約1又1/2英寸處。即，其佈置在相鄰於該底部連接構件之一坩鍋底部區域中之槽分段式壁之外圍周圍，其亦可描述為一連續、導電及非開槽式外圍壁區域。
上文描述的底部磁屏蔽係一適宜磁屏蔽之一實例。在本發明中，可在該坩鍋外部之一位置中將傳導一感應電流之任何組態中形成該底部磁屏蔽，使得該底部銅連接構件(水平)不經受感應場且因此不將附近之一電流傳導至負載，因此減輕可能發生的不利加熱效應。該底部磁屏蔽抑制磁通場16b'進入相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域(底部連接構件17)之開槽式壁中。舉例而言，可藉由使一冷卻媒介循環流過該底部磁屏蔽內或附接至該底部磁屏蔽之通道來冷卻該底部磁屏蔽，諸如具有連接至冷卻媒介循環裝置之適宜供應及返回終端22a及22b之管道22。
本發明之坩鍋10之一應用係在將該坩鍋安裝在於一惰性 氣氛中進行操作之一可選用之可密封電磁鑄造熔爐容器中之一矽電磁鑄造製程中。在該坩鍋容積周圍外部安裝感應線圈16a及16b，其中線圈間磁屏蔽18定位在該密封熔爐容器內部的線圈之間，在該坩鍋之高度之一部分周圍呈一堆疊(相鄰)組態配置該兩個線圈。在該密封容器內之一適宜裝料供應裝置可用於將固態矽裝料饋送至該坩鍋之開放頂部。初始藉由該技術中已知的輔助加熱裝置及方法加熱且熔化非導電固態裝料直到在該坩鍋內形成充分導電熔融矽，使得在離開該坩鍋之鑄塊90之長度生長時，流過該等感應線圈之交流電流可進一步感應加熱該熔融物且額外固態裝料可被供應至該熔融物。在該坩鍋之底部出口處(該密封熔爐容器內或外部)可使用一溫度控制裝置以控制該鑄塊進一步固化時之溫度。當鑄塊90離開該坩鍋及密封熔爐容器時，該鑄塊90被支撐在鑄塊支撐構件30上。支撐構件30可由石墨形成且用作為加熱且熔化該熔爐中之初始固態矽裝料之一加熱元件。垂直回動裝置32附接至支撐構件30之底部以控制該鑄塊離開該坩鍋之底部之垂直降落速率。
一旦藉由輔助加熱裝置在該坩鍋中熔化固態矽之一初始裝料，即可藉由橫跨該上線圈之終端施加一電壓，在15kHz下使自該上感應線圈16a輸出的感應功率增加為多達大約750kW而提供感應能量至該熔融物。隨後，或與其結合，可藉由橫跨該下線圈之終端施加一電壓，在35kHz下使自該下感應線圈16b輸出的感應功率增加為多達大約300kW而提供感應能量至該熔融物。至該上感應線圈16a之施 加的終端電壓最大值係大約600伏特且至該下感應線圈16b之施加的終端電壓最大值係大約600伏特以實現上文提到的感應能量輸出，因此使該等終端電壓分別限制於大約小於600伏特，以避免上文提到的熔融體污染問題。
圖6在一部分橫截面熱圖中繪示該坩鍋之底部附近的本發明之典型優點。比較圖6(在本發明中一底部磁屏蔽20放置在該坩鍋外部)與不使用一底部磁屏蔽之圖1(d)，以與圖1(d)之實例中相同的線圈中之電流，使該底部連接構件(水平)17屏蔽於感應場之效應且虛線輪廓展示使用本發明中之底部磁屏蔽減輕不利的加熱效應。
適宜選擇引起形成該鑄塊之一熔融預鑄塊複合物之一預鑄塊裝料材料，本發明之以上矽電磁鑄造製程可用於除了矽之外的複合物。
雖然在本發明之上文實例中繪示一雙線圈開底式電感應冷卻坩鍋，但本發明可應用於具有一單一線圈或兩個以上線圈之坩鍋，藉由相對於最下線圈之位置定位該底部磁屏蔽，該等線圈圍繞該坩鍋之外部，如上文描述的該等槽14a及底部開口之下端用於雙線圈配置。
雖然本發明之上文實例描述具有一正方形橫截面之一內部坩鍋容積之一坩鍋，但本發明可應用於其他組態，諸如具有一圓形橫截面之一內部坩鍋容積。
當本文使用時，術語「連續電磁鑄造製程」包含間歇電磁鑄造，舉例而言，鑄造製程在一期望高度之一製造的鑄塊離開該坩鍋之底部之後停止，使得以在該鑄造製程繼續 產生另一鑄塊之前重新定位該製造的鑄塊。
雖然上文已描述且繪示本發明之較佳實施例，但應理解此等係本發明之實例且並不認為限制性。在不背離本發明之範圍情況下可做出增加、省略、替代及其他修改。因此，並不視為本發明受先前描述限制。
10‧‧‧開底式電感應冷卻坩鍋
12‧‧‧水冷卻垂直構件
14‧‧‧電絕緣槽
16a‧‧‧感應線圈
16a'‧‧‧磁通量
16b‧‧‧感應線圈
16b'‧‧‧磁通量
17‧‧‧底部連接構件
18‧‧‧線圈間磁屏蔽
20‧‧‧底部磁屏蔽
22‧‧‧管道
22a‧‧‧終端
22b‧‧‧終端
30‧‧‧支撐構件
32‧‧‧垂直回動裝置
90‧‧‧鑄塊
100‧‧‧開底式電感應冷卻坩鍋
112‧‧‧垂直構件
114‧‧‧垂直槽
116a‧‧‧感應線圈
116a'‧‧‧磁通量
116b‧‧‧感應線圈
116b'‧‧‧磁通量
117‧‧‧底部連接構件(水平)
118‧‧‧線圈間磁屏蔽
120‧‧‧固化邊界
圖1(a)係可用於一電磁鑄造製程中之一開底式電感應冷卻坩鍋之一簡化橫截面側面正視圖。
圖1(b)係圖1(a)中展示的開底式電感應冷卻坩鍋之一簡化橫截面側面正視圖，一形成的鑄塊離開該坩鍋之底部。
圖1(c)係圖1(b)中展示的開底式電感應冷卻坩鍋之一簡化橫截面側面正視圖，在一電磁鑄造製程期間該坩鍋內展示例示性熔融體及固化體。
圖1(d)係由於在該坩鍋之周圍具有一底部水平連接構件之該坩鍋之底部開口下方的磁通延伸而在圖1(a)中展示的電感應冷卻坩鍋之開放底部處發生的異常之一部分橫截面詳細圖。
圖2係用於一電磁鑄造之本發明之一開底式電感應冷卻坩鍋之一實例之一等角視圖。
圖3係圖2中展示的開底式電感應冷卻坩鍋之一簡化橫截面側面正視圖，一形成的鑄塊離開該坩鍋之底部。
圖4係圖2中展示的開底式電感應冷卻坩鍋之一簡化橫截面側面正視圖，繪示當為感應線圈供應AC功率時之一典型磁通場圖案。
圖5(a)及圖5(b)係可用於本發明之一實例中之一底部磁屏蔽之一實例之俯視平面圖及側視圖。
圖6係具有消除圖1(d)中展示的異常之一底部磁屏蔽之本發明之一開底式電感應冷卻坩鍋之一部分橫截面詳細圖。
12‧‧‧水冷卻垂直構件
14‧‧‧電絕緣槽
16a‧‧‧感應線圈
16a'‧‧‧磁通量
16b‧‧‧感應線圈
16b'‧‧‧磁通量
17‧‧‧底部連接構件
18‧‧‧線圈間磁屏蔽
20‧‧‧底部磁屏蔽
22‧‧‧管道
22a‧‧‧終端
22b‧‧‧終端
30‧‧‧支撐構件
32‧‧‧垂直回動裝置
90‧‧‧鑄塊

Claims (18)

  1. 一種用於一電磁鑄造之開底式(open bottom)電感應冷卻坩鍋(cold crucible)，該開底式電感應冷卻坩鍋包括：一坩鍋容積，可將一裝料(charge)饋送至該坩鍋容積中用於感應加熱與熔化及在該坩鍋容積內之隨後固化以在該開底式電感應冷卻坩鍋之開放底部處形成一鑄塊，該坩鍋容積由一導電、水冷卻及槽分段式壁形成，該導電、水冷卻及槽分段式壁在該開底式電感應冷卻坩鍋之開放底部處具有一連續、導電及非開槽式外圍壁區域；及至少一感應線圈，該至少一感應線圈圍繞該坩鍋容積之高度之一部分以當一交流電流流過該至少一感應線圈時感應加熱且熔化該坩鍋容積中之該裝料；改良包括：一底部導電磁屏蔽，該底部導電磁屏蔽佈置在相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之一坩鍋底部區域中之該導電、水冷卻及槽分段式壁之外圍周圍。
  2. 如請求項1之開底式電感應冷卻坩鍋，其中該底部導電磁屏蔽包括一銅矩形平坦環狀物。
  3. 如請求項1或2之開底式電感應冷卻坩鍋，其中該底部導電磁屏蔽經水冷卻。
  4. 如請求項1或2之開底式電感應冷卻坩鍋，其中該至少一感應線圈包括在該坩鍋容積之高度之部分中彼此相鄰配置之一上感應線圈及一下感應線圈，該上感應線圈及該下感應線圈藉由一線圈間磁屏蔽彼此分開。
  5. 一種在一開底式電感應冷卻坩鍋中電磁鑄造一鑄塊之方法，該方法包括下列步驟：供應一預鑄塊材料之一裝料至由一導電、水冷卻及槽分段式壁形成之一坩鍋容積，該導電、水冷卻及槽分段式壁在該開底式電感應冷卻坩鍋之開放底部處具有一連續、導電及非開槽式外圍壁區域；在該導電、水冷卻及槽分段式壁外部產生圍繞該導電、水冷卻及槽分段式壁之高度之一部分之至少一磁通場，該至少一磁通場進入該坩鍋容積中以感應加熱且熔化該坩鍋容積內之該預鑄塊材料之裝料以在該坩鍋容積內形成一熔融預鑄塊複合物；及至少部分固化該坩鍋容積內之該熔融預鑄塊複合物以在該開底式電感應冷卻坩鍋之開放底部處形成該鑄塊；改良包括：抑制該至少一磁通場進入(penetration)相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之該導電、水冷卻及槽分段式壁中。
  6. 如請求項5之方法，其中該抑制該至少一磁通場進入相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之該導電、水冷卻及槽分段式壁中之步驟進一步包括：將一銅矩形平坦環狀物定位在相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之一坩鍋底部區域中之該導電、水冷卻及槽分段式壁之外圍周圍之步驟。
  7. 如請求項6之方法，其進一步包括冷卻該銅矩形平坦環 狀物之步驟。
  8. 如請求項5之方法，其中該在該導電、水冷卻及槽分段式壁外部產生圍繞該導電、水冷卻及槽分段式壁之高度之一部分之至少一磁通場之步驟進一步包括：自分別流過圍繞該導電、水冷卻及槽分段式壁之一外部之一上感應線圈及一下感應線圈之交流電流產生一第一磁通場及一第二磁通場，其中該上感應線圈與該下感應線圈經配置彼此相鄰且藉由一線圈間磁屏蔽彼此分開。
  9. 如請求項5至8中任一項之方法，其進一步包括將該開底式電感應熔爐裝入一可密封熔爐容器中之步驟。
  10. 如請求項8之方法，其中該抑制該至少一磁通場進入相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之該導電、水冷卻及槽分段式壁中之步驟進一步包括：圍繞相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之一坩鍋底部區域中之該導電、水冷卻及槽分段式壁之外圍定位一銅矩形平坦環狀物之步驟。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包括冷卻該銅矩形平坦環狀物之步驟。
  12. 一種在一開底式電感應冷卻坩鍋中電磁鑄造一矽鑄塊之方法，該方法包括下列步驟：供應一矽材料之一裝料至由一導電、水冷卻及槽分段式壁形成之一坩鍋容積，該導電、水冷卻及槽分段式壁在該開底式電感應冷卻坩鍋之開放底部處具有一連續、導電及非開槽式外圍壁區域； 在該導電、水冷卻及槽分段式壁外部產生圍繞該導電、水冷卻及槽分段式壁之高度之一部分之至少一磁通場，該至少一磁通場進入該坩鍋容積中以感應加熱且熔化該坩鍋容積內之該矽材料之該裝料以在該坩鍋容積內形成一熔融矽複合物；及至少部分固化該坩鍋容積內之該熔融矽複合物以在該開底式電感應冷卻坩鍋之開放底部處形成該矽鑄塊；改良包括：抑制該至少一磁通場進入相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之該導電、水冷卻及槽分段式壁中。
  13. 如請求項12之方法，其中該抑制該至少一磁通場進入相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之該導電、水冷卻及槽分段式壁中之步驟進一步包括：圍繞相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之一坩鍋底部區域中之該導電、水冷卻及槽分段式壁之外圍定位一銅矩形平坦環狀物之步驟。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括冷卻該銅矩形平坦環狀物之步驟。
  15. 如請求項12之方法，其中該在該導電、水冷卻及槽分段式壁外部產生圍繞該導電、水冷卻及槽分段式壁之高度之一部分之至少一磁通場之步驟進一步包括：自分別流過圍繞該導電、水冷卻及槽分段式壁之一外部之一上感應線圈及一下感應線圈之交流電流產生一第一磁通場及 一第二磁通場，其中該上感應線圈與該下感應線圈經配置彼此相鄰且藉由一線圈間磁屏蔽彼此分開。
  16. 如請求項12至15中任一項之方法，其進一步包括將該開底式電感應熔爐裝入一可密封熔爐容器中之步驟。
  17. 如請求項15之方法，其中該抑制該至少一磁通場進入相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之該導電、水冷卻及槽分段式壁中之步驟進一步包括：圍繞相鄰於該連續、導電及非開槽式外圍壁區域之一坩鍋底部區域中之該導電、水冷卻及槽分段式壁之外圍定位一銅矩形平坦環狀物之步驟。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包括冷卻該銅矩形平坦環狀物之步驟。
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