硅电磁铸造装置
阅读：1013发布：2020-05-11
专利汇可以提供硅电磁铸造装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 硅 电磁 铸造 装置，包括炉体容器和设置在炉体容器内部的具 导电性 的 坩埚 以及安装在该坩埚外围的感应线圈。所述的炉体容器内设有一定压 力 的 指定 气体，该硅电磁铸造装置中的感应线圈通电后，使坩埚内的硅感应发热、熔解然后 凝固 。坩埚的外周面上嵌有由绝缘材料构成的刚性构造体。采用本发明当遇到熔解硅渗入到凝固的硅铸 块 和坩埚间的微小隙缝里，并且凝固膨胀而对坩埚内面产生压力时，由于此时嵌入在坩埚外围的刚性构造体产生作用抵抗 变形 压力，因而能防止坩埚朝向外侧的变形，从而保护坩埚，让生产继续进行。，下面是硅电磁铸造装置专利的具体信息内容。
1.一种硅电磁铸造装置，包括炉体容器（100）和设置在炉体容器（100）内部的具导电性的坩埚（200）以及安装在该坩埚（200）外围的感应线圈（300）；所述的炉体容器（100）内设有一定压力的指定气体，该硅电磁铸造装置中的感应线圈（300）通电后，使坩埚（200）内的硅感应发热、熔解，然后凝固；其特征在于：所述坩埚（200）的外周面上嵌有由绝缘材料构成的刚性构造体（810，820），该刚性构造体（810，820）是指嵌入在坩埚（200）的外周面上的，处于熔解硅和凝固的硅铸块交界的凝固界面高度上的。
2.根据权利要求1所述的硅电磁铸造装置，其特征在于：所述的刚性构造体（810，820）是指嵌入在内径为35cm以上的坩埚（200）的外周面上的。
硅电磁铸造装置
技术领域
背景技术
[0003] 目前硅电磁制造装置是将原材料硅放置在炉体铜制坩埚容器内，坩埚内部有循环冷却水循环，在坩埚外围设置了感应线圈，原料硅在坩埚内因电磁力漂浮熔解，随着硅块熔解向下结晶，就制造出硅铸块。在由水冷却的坩埚内部，原料硅因电磁力作用漂浮熔解，因此熔解的硅和坩埚内部没有接触，不会受到来自坩埚的不纯物质的污染。同时，由于避免了接触，坩埚基本上不会受到损伤，大大延长了坩埚的使用寿命。
[0004] 由上可知，硅电磁铸造法可以连续的制造长形的巨大的硅铸块，该工艺效率高，铸造条件稳定，因此硅铸块的品质高、品质均匀，从而使硅电磁铸造法成为工业上一种广泛应用的制造方法。
[0005] 然而上述的硅电磁铸造法明显存在着下述问题：硅铸块连续的下降凝固结晶，如图1所示，坩埚、熔解硅和硅铸块三者接触界面有微量熔解硅渗入到硅铸块和坩埚间的微小缝隙中。当渗入的溶解硅凝固结晶时，体积膨胀，对硅的内面产生压力，从液体变化到固体时，体积膨胀约9％(这也是硅的特性，和一般金属物理特性相反，凝固时体积膨胀)。
[0006] 坩埚和硅铸块之间渗入的溶解硅，凝固时体积膨胀对坩埚的内面有一个向外侧的压力，当硅铸块的横断面小的时候，所受的压力不是很大，此力与坩埚的刚性产生的作用力抵消，即使生产继续进行，坩埚也不会因此向外侧变形。随着硅铸块不断的增大，其横断面不断加大时，坩埚内部所受压力就相应地增加，力矩也就增大，当超过了坩埚所能承受的刚性时，坩埚就向外变形，且不再恢复。此时生产的硅铸块也变大，随着铸造继续进行，硅铸块的尺寸也越来越大，坩埚也就越来越向外面弯曲变形，最后导致坩埚的中部尺寸比下部更大，硅铸块被卡住。
[0007] 例如：当制造方型硅铸块时，对截面是正方形的坩埚而言，硅铸块的断面宽度达到35cm时，坩埚在凝固结晶界面这一高度就会向外侧永久的变形。坩埚的变形随着铸造的进行逐渐的变大，硅铸块的边长也随着扩大，当进行到某时刻时，加工就会被终止。
发明内容
[0008] 发明目的：本发明的目的是为了克服现有技术的不足，在应用硅电磁铸造法时提供一种防止坩埚变形的硅电磁铸造装置。
[0009] 技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所述的硅电磁铸造装置包括炉体容器和设置在炉体容器内部的具导电性的坩埚以及安装在该坩埚外围的感应线圈。所述的炉体容器内设有一定压力的指定气体，该硅电磁铸造装置中的感应线圈通电后，使坩埚内的硅感应发热、熔解，然后在硅铸造装置内使之凝固。所述坩埚的外周面上嵌有由绝缘材料构成的刚性构造体。当熔解硅渗入到凝固的硅铸块和坩埚间的微小隙缝里时，即使渗入的熔解硅凝固，使体积膨胀对坩埚内面产生压力，此时嵌入在坩埚外周面的刚性构造体就会产生抵抗变形压力的作用，从而防止坩埚变形，保护坩埚，让生产继续稳定的进行。
[0010] 本发明中，优选地，所述的刚性构造体最好嵌入在熔解硅和凝固的硅铸块交界的凝固界面这一高度。此位置是最容易发生向外变形的凝固界面位置，因此就能够起到防止坩埚变形的作用。
[0011] 本发明中，优选地，所述的刚性构造体嵌入在内径为35cm以上的坩埚外周面也可以防止坩埚的变形。通过这种方式，在特别是易朝外侧发生变形的相应大小的坩埚上，能够防止坩埚朝外侧的变形。
[0012] 有益效果：与现有技术相比，采用本发明当遇到熔解硅渗入到凝固的硅铸块和坩埚间的微小隙缝里，并且凝固膨胀而对坩埚内面产生压力时，由于此时嵌入在坩埚外周面的刚性构造体发生作用，抵抗变形压力，因而能防止坩埚朝向外侧的变形，从而保护坩埚，让生产继续进行。附图说明
[0014] 图2为实施例1中相关的硅电磁铸造装置的结构示意图。
[0015] 图3为嵌入了图2的刚性构造体的方筒状的坩埚容器的侧视图。
[0016] 图4为实施例2中相关的硅电磁铸造装置的结构示意图。
[0017] 图5为嵌入了图4的刚性构造体的圆筒状的坩埚容器的侧视图。
[0018] 符号说明
[0019] 1 本装置
[0020] 100 炉体容器
[0021] 200 坩埚容器
[0022] 300 感应线圈
[0023] 310 上方侧的感应线圈
[0024] 320 下方侧的感应线圈
[0025] 330 磁屏蔽板
[0026] 400 石墨台
[0027] 500 上下移动装置
[0028] 600 控温炉
[0029] 700 原料供给器
[0030] 810、820刚性构造体
具体实施方式
[0031] 下面结合附图和实施例，对本发明硅电磁铸造装置(以下采用“本装置1”)进行说明。首先叙述本发明的全体构成。
[0032] <整体构成>
[0033] 如图2或图4所示，本装置1由炉体容器100、安装在炉体容器内部的坩埚容器200、设置在坩埚容器200外周的感应线圈300、放置硅块的石墨台400、使石墨台上下移动的上下移动装置500、控制熔解硅S’凝固结晶的控温炉600、坩埚容器200上方的原料供给器700这些部分构成。这些构成各部分的材料，与以前的装置构成所需的材料相同。
[0034] 另外，关于硅，加热前的状态称之为“硅块(原料硅)”，加热后的熔解后的状态称之为“熔解硅S’”，冷却后的凝固的状态称为“硅铸块S”。
[0035] <炉体容器的构成>
[0036] 上述炉体容器100是指：将坩埚200和感应线圈300等囊括在内的密闭容器。
[0037] 炉体容器100的上部有送气口110，同时下部有排气口120。铸造时，使用真空泵(图示略)使炉体容器内减压到0.1Torr之后，从送气口110送入指定的气体(例如：氩气)，使之达到大气压的水平。
[0038] 此外，炉体容器100的底壁130上设有穿插孔130a，上述的上下移动装置500便穿插在这里。为了使炉体容器100成为密封容器，该插通孔130a上最好采用橡胶等成分构成的密封材料140。
[0039] <坩埚的构成>
[0041] 因为坩埚容器200在圆周面方向对电绝缘，圆周面从而被分割为若干部分。另外，坩埚200的圆周面被分割的各部分间插入云母等对电绝缘的材料比较好。
[0042] 另外，图2以及图3中所示的坩埚200的断面形状为正方形，而图4以及图5中所示坩埚的断面形状为圆形。
[0043] <刚性构造体的构成>
[0044] 上述坩埚容器的外周面上，嵌入有由电绝缘材料构成的刚性构造体。例如：图3所示的坩埚200中，嵌入有矩形的刚性构造体810。而图5所示的坩埚200中，嵌入的刚性构造体为圆筒状的刚性构造体820。
[0045] 渗入坩埚和硅铸块S之间的硅溶液S(熔解硅S’)凝固时，体积膨胀会产生对坩埚200朝外侧的张力，可应用图1中所示的悬臂梁(交叉支架)模型来计算张力的大小。
[0046] 在该模型中，渗入的硅熔液S”为半球状，封闭在长(L)4mm、厚(T)2mm、宽(W)2mm的硅柱SH中并凝固结晶。凝固膨胀时的力f1对坩埚的内面产生垂直方向张力的同时，相同大小的力f2把硅柱SH推向相反的方向。因为在硅柱SH的下端是被固定的悬臂梁，如果作用在硅柱SH上的力f2作用在硅柱SH的中心点上，那么硅柱SH变形时，悬臂梁上的长度4mm、厚及宽均为2mm的相同大小的断面在长度方向的中心点上将承受集中负荷从而承受类似的变形影响。
[0047] 只要能够知道弹性率和弯曲屈服点的大小，那么同样断面的悬臂梁在长度方向的中心点承受集中负荷而变形时的力与变形量的关系就能够推算出来。悬臂梁承受负荷时，首先，弹性变形方面，负荷增加的同时梁的弯曲呈相应比例的增大。这种比例关系一直维持到梁的弯曲达到弯曲屈服量为止。悬臂梁的弯曲达到弯曲屈服量后，梁在塑性变形方面持续变形所需的负荷与达到弯曲屈服量时的负荷大小相差并不大。因此，可以近似地认为梁持续变形所需的最大负荷与梁的弯曲达到弯曲屈服量时的负荷大小相同，此时，与屈服时的最大负荷大小相同、方向相反的力f1对坩埚200产生朝外侧的张力。
[0048] 融点附近的固体硅的弹性率和弯曲屈服量可由其他物质的值来类推。硅在常温下为半导体，温度为500℃以上时表现为金属的性质。另外，硅在融点附近的高温下变软，塑性变形容易。一般作为参考，常温下金属的弹性率为50～150GPa、玻璃为65～90GPa。因为弹性率和温度的关联不大，接近熔点温度时的弹性率可以考虑为常温时的弹性率的30％左右。因此，假如硅的弹性率在常温下为100GPa时，则融点附近时为30GPa。
[0049] 金属的屈服弯曲量，一般常温下多定义为0.2％。也即是说金属变形超过原长度的0.2％就会发生永久变形。另外，因为屈服弯曲量的大小与温度联系密切，温度越高屈服点越小，所以与常温相比，融点附近时的屈服点为常温时的1/10左右。因此，融点附近的硅的屈服弯曲量为0.02％。
[0050] 弹性率为30GPa，长4mm、厚2mm、宽2mm的硅柱SH的悬臂梁的弯曲达到最大0.02％时，长度方向的中心点承受的集中负荷的大小计算为约4N。此时，梁的长度方向的中心点的变形量(最大变形量)为0.00027mm。因此，如果按照此模式计算，渗入坩埚200和硅铸块之间的硅溶液S”凝固时，体积膨胀产生的对坩埚200朝外侧的张力的大小，沿着坩埚200和熔解硅S’以及硅铸块S接触的水平线，每2mm的长度估算为约4N。
[0051] 以上述计算出来的坩埚200中的朝外侧的张力为基准，来推算出制造具有正方形断面的硅铸块S所用的坩埚的变形运动。如果坩埚200的内边为350mm，那么合计约为700N的力则在坩埚的正方形的一边上沿着硅铸块S的凝固界面等量分布负荷。
[0052] 另一方面，为了防止硅熔液S”体积膨胀引起的坩埚200的弯曲变形，对于嵌入在坩埚200的外周面上的由电绝缘材料构成的刚性构造体810，推算出其使用纤维强化塑料时的抗弯强度。因为纤维强化塑料采用的是玻璃纤维，可以选定弹性率具有10GPa的材质。使用该玻璃纤维强化塑料，把厚100mm、宽30mm的刚性构造体嵌在内边为350mm的坩埚200的外周面时，可以近似地认为：该刚性构造体的内侧四边形的一边与坩埚200一起共同承受最大为700N的力的等量分布的负荷。此时，根据坩埚200以及纤维强化塑料的刚性构造体810承受的力和弯曲变形的关系，把厚33mm、宽23.3mm的具有700mm跨距的相同断面的铜的悬臂梁的两端的活动支架承受集中负荷的反弹力，以及具有350mm跨距，厚100mm、宽
30mm的纤维强化塑料两端的梁承受均等负荷时的反弹力，使用坩埚200被分割的区域的尺寸，能够将2个反弹力的合计值计算出来。
30mm的纤维强化塑料两端的梁承受均等负荷时的反弹力，使用坩埚200被分割的区域的尺寸，能够将2个反弹力的合计值计算出来。
[0053] 该复合梁上负荷为700N时，如果纤维强化塑料的弹性率为10GPa、铜的弹性率为110GPa，则可计算出纤维强化塑料梁的中央位置的最大变形量为0.011mm、最大弯曲应力为
0.43MPa、最大弯曲率为0.0043。该最大弯曲应力与纤维强化塑料的拉伸强度130MPa相比非常小。因此，如果把纤维强化塑料的刚性构造体810嵌入在坩埚200上，就能防止由于硅熔液渗入时的凝固及体积膨胀使坩埚200受力引起的永久变形，从而硅铸块S就能连续地下降。
0.43MPa、最大弯曲率为0.0043。该最大弯曲应力与纤维强化塑料的拉伸强度130MPa相比非常小。因此，如果把纤维强化塑料的刚性构造体810嵌入在坩埚200上，就能防止由于硅熔液渗入时的凝固及体积膨胀使坩埚200受力引起的永久变形，从而硅铸块S就能连续地下降。
[0054] 其次，使用圆筒状的坩埚200制造圆柱状的硅铸块S时，我们来推算一下外周面嵌入了纤维强化塑料制作的刚性构造体820的坩埚200的变形强度。根据日本工业规格(JIS B9265)中计算压力容器的强度的规定：“有内压的厚度薄的圆筒中，对于作用在容器的圆周方向的拉伸应力，采用安全率4”。假设铸造硅的坩埚200的内径为600mm、外径为660mm，嵌入在坩埚200的外周面的纤维强化塑料的刚性构造体820的厚度为2mm，嵌入宽度为50mm。此时，熔解硅S’渗入坩埚200和凝固了的硅铸块S之间，熔解硅凝固时对坩埚
200的内面产生的张力，由于作用在每1mm上的力为2N，那么作用在坩埚200的1884mm的内表面整体上的张力为3768N。对于这个合计的对坩埚200的朝外侧的张力，如果不考虑坩埚200的刚性引起的反弹力，那么通过坩埚200的刚性，嵌在坩埚200的外周面上的纤维强化塑料制作的圆筒状的刚性构造体820将从内侧受到近似均等大小的张力。
200的内面产生的张力，由于作用在每1mm上的力为2N，那么作用在坩埚200的1884mm的内表面整体上的张力为3768N。对于这个合计的对坩埚200的朝外侧的张力，如果不考虑坩埚200的刚性引起的反弹力，那么通过坩埚200的刚性，嵌在坩埚200的外周面上的纤维强化塑料制作的圆筒状的刚性构造体820将从内侧受到近似均等大小的张力。
[0055] 所以，可以近似的认为，在内径660mm，宽50mm，厚2mm的纤维强化塑料构成的圆筒状刚性构造体820的内面上受到总计为3768N的力，这些力均匀的分布在103620平方mm上。因此可以计算出，在内压为0.037MPa，内径为660mm、厚2mm的纤维强化塑料的圆筒状刚性构造体820上，作用在圆周方向的拉伸应力为6.6MPa。根据日本工业规格(JIS B9265)规定，安全率为4，只要该纤维强化塑料的拉伸强度在26.4MPa以上，就不会对圆筒状的刚性构造体820造成破坏。根据前述，因为该纤维强化塑料的拉伸强度是130MPa，符合安全率，而且比必要强度26.4MPa高出很多，因此可以防止硅熔液S”渗入时凝固膨胀而产生的力对圆筒状刚性构造体820的破坏和坩埚200的变形。
[0056] <其他部件的构成>
[0057] 上述感应线圈300、300’通电时，使坩埚200内的硅块(原料硅)发热并且熔解。
[0058] 特别是图2所示的感应线圈300中，是由2个不同的感应频率的感应线圈310、320分别上下配置构成的。为了避免这两个不同感应频率的感应线圈之间产生磁力作用，在感应线圈310、320之间放置有一个磁屏蔽板330。但是，各感应线圈310、320的端子负载电压最好在900V以下，600V以下就更好。
[0059] 上述温度控制炉600，可以缓慢地冷却熔解硅S’，并使其凝固。一般来说，从上方到下方保持规定的温度差，最终使熔解硅S’在指定温度下缓慢冷却。
[0060] 上述石墨台400是由石墨构成的台座。铸造硅时，由上下移动装置500把石墨台400移动到下方侧的感应线圈320的高度之后，装入的硅块(原料硅)被放置在石墨台上。
然后，上下移动装置沿着炉体容器100内的中心线下降，溶解硅S’在下降的同时逐渐凝固。
然后，上下移动装置沿着炉体容器100内的中心线下降，溶解硅S’在下降的同时逐渐凝固。
[0061] 上述的上下移动装置500可以使石墨台400沿着炉体容器100的中心线上下移动。与其他的驱动装置相比，这样上下的移动更适合铸造条件。
[0062] 上述原料供给容器700的作用是：把作为原料的硅块(原料硅)和石墨块从上方装入坩埚200内。首先装入规定重量的硅块之后，再在硅块之上装入石墨块。石墨块是用来辅助原料硅发热的。感应线圈通电后，首先是石墨块发热升温，然后下方的原料硅受到石墨的辐射热的影响升温。原料硅的温度上升到一定温度以上之后，原料硅的电阻值下降，原料硅中的感应电流增加，开始自己发热。原料硅开始自己发热的同时，上方的石墨块将会从坩埚200的上方抽出。
[0063] 实施例1：
[0064] 如图2和图3所示，在坩埚200外周面嵌入用绝缘材料制作的刚性构造体810，使用这种硅电磁铸造装置来制造四棱柱状的硅铸块S时，步骤如下：
[0065] 本例中，硅铸块S在铸造方向的横断面为正方形，边长35cm。因此，假设水平方向的横断面为正方形的坩埚200的内边长为35cm，外边长为41.6cm，把坩埚200的纵向的绝缘分割区域数定为60，被分割为60份的坩埚200的各部分长度为70cm，加工时内部有冷却循环水，各部分间插入有电绝缘材料的云母。坩埚200内部的冷却水每分钟流量合计为500升。
[0066] 另外，两个感应线圈310、320上下配置。上方侧的感应线圈310为正方形的2匝，内径42.6cm，高15cm，连接在最大输出为350kw的感应电源上，感应频率设定为10kHz。下方侧的感应线圈320与上方侧的感应线圈310形状相同，连接在最大输出为150kw的感应电源上，感应频率设定为35kHz。感应线圈310、320并列设置在坩埚200的高度方向的中心位置，两感应线圈310、320之间设置有3cm厚的铜制的磁屏蔽板330，磁屏蔽板330外周上设有水管以实现冷却。
[0067] 图3所示为在坩埚200外周面上嵌入纤维强化塑料制做的刚性构造体810后的状态。沿着坩埚200的外边的刚性构造体810的内边(梁长)为41.6cm，梁的厚度为10cm，梁宽3cm，刚性构造体810与坩埚200嵌合固定在下方侧感应线圈的正下方。
[0068] 本实施例的操作顺序如下所示：首先在下降方向上，为了使横断面为正方形、边长为35cm的石墨台400和其上面靠近感应线圈320下端的位置保持在同一高度位置，石墨台400搭乘上下移动装置500上升，从下方插入坩埚200中，在石墨台400上装入50kg的硅块(原料硅)。在原料硅上方2cm处，把边长30cm，高7cm，横断面为正方形的石墨块从坩埚200的上方插入。由真空泵把炉体容器100里的压强减压到0.1托后，然后送入氩气，使炉体容器内压强到达大气压。然后，把上方侧的频率为10kHz的感应线圈310的感应输出功率逐步增加到200kw，接着把下方侧的35kHz的感应线圈320的感应输出功率逐步增加到100kw。两个感应线圈310、320通电后，首先插在原料硅上方的石墨块就会感应发热、升温并变红。在变红的石墨块的辐射热量的作用下，原料硅开始升温。当原料硅的温度到达
500℃时，硅的电阻值就会下降，原料硅中的感应电流增加，开始发热。原料硅自己开始发热的同时，上述的石墨块就会被从坩埚上方抽出。然后把上方侧的感应线圈310的感应输出功率调到350kw，下方侧的感应线圈320的感应输出功率调到150kw，以加速原料硅的熔解。
已开始自己发热的原料硅进一步升温，不一会就完全熔解。在坩埚200的内面壁和侧面的电磁力的影响下，溶解硅S’就在非接触状态下游离。
500℃时，硅的电阻值就会下降，原料硅中的感应电流增加，开始发热。原料硅自己开始发热的同时，上述的石墨块就会被从坩埚上方抽出。然后把上方侧的感应线圈310的感应输出功率调到350kw，下方侧的感应线圈320的感应输出功率调到150kw，以加速原料硅的熔解。
已开始自己发热的原料硅进一步升温，不一会就完全熔解。在坩埚200的内面壁和侧面的电磁力的影响下，溶解硅S’就在非接触状态下游离。
[0069] 初期装入的原料硅完全溶解并保持稳定后，把设置在坩埚200正下方的硅铸块的控温炉600升温，使之顺着硅铸块下降方向保持温度以约35℃/cm递减。然后，从上方的原料供给器700将大小为1mm到20mm的原料硅颗粒连续装入坩埚200中，并使载着溶解硅S’的上下移动装置500下降，开始铸造。上下移动装置500开始下降后，溶解硅S’下降到下方侧感应线圈320下端的位置之后，受到的电磁力逐渐减少，开始冷却凝固。
[0070] 这样，连续地供给原料的同时，铸块连续的凝固，从而实现连续铸造。在本操作例中，铸造的速度为每分钟2.0mm，稳定铸造时的感应电源输出功率，上方侧的感应线圈310的感应电源输出功率为约260kw，下方侧的感应线圈320的感应电源输出功率为约80kw。当铸块全长达到200cm时，铸造停止。
[0071] 按照上述顺序铸造的铸块冷却到室温后，从炉内取出铸块，测量坩埚200内边的外侧的变形。测量确认结果：坩埚200没有变形。
[0072] 实施例2：
[0073] 图4和图5所示的硅电磁铸造装置的操作实施例中，在坩埚200外周面嵌入用绝缘材料制做的刚性构造体820，使用这种装置来制造圆柱状的硅铸块S时，步骤如下所示：
[0074] 本例中，硅铸块的铸造方向的横断面为圆形，其直径600mm。由此，假设坩埚200内径为600mm，外径为660mm，把坩埚200的纵方向的绝缘分割区域数定为60。加工时，被分割为60份的坩埚200的各部分在内部之间有冷却水循环，各部分间插入有电绝缘材料的云母。坩埚200内的冷却水每分钟流量合计为500升。
[0075] 另外，使用最大输出功率为600kw，频率为6kHz的感应电源。感应线圈300’内径为670mm的3匝，线圈高度300mm。从上方加热硅溶液的等离子喷射装置(图示略)由以下部分构成：直径为98mm长为1.5m的水冷却等离子炬、最大输出功率为300kw的直流电源、等离子气体点火用的高频发射装置以及氩气的流量控制器。等离子炬的等离子喷射口的直径为18mm。
[0076] 另外，在坩埚200外周面嵌入使用纤维强化塑料制作的刚性构造体820的样子如图5所示。沿着坩埚200的外周面，厚度2mm，宽为50mm的刚性构造体820，在感应线圈300的正下方，围成圈固定在坩埚200上。
[0077] 本实施例的操作顺序如下所示：首先在下降方向上，为了使横断面直径为600mm的石墨台400和台座上方的感应线圈300’下端紧挨的位置保持在同一高度位置，石墨台400搭乘上下移动装置500上升，从下方插入坩埚200中，在石墨台400上装入120kg的硅块(原料硅)。然后，由真空泵把炉体容器100内的压强减压到0.1托之后送入氩气，并使炉体容器内压强到达大气压。然后，把等离子炬下降，使等离子炬的顶端和台座上的原料硅相接近。然后，让氩气以每分钟200升的速度流入等离子炬，在等离子炬的阴极和原料硅之间，将直流等离子炬点火。确认火点燃后，感应电源发出信号，增加向原料硅的电力输出。
[0078] 氩气等离子点火，感应电源电力开始增加后，逐步增加电力输出，加快原料硅的升温，一会原料硅就开始熔解。原料硅开始熔解后，原料供给器持续投入原料硅，直到熔解硅S’达到250kg。受到等离子的喷射，而且坩埚200内感应熔解的硅熔液状态稳定后，硅熔液受到坩埚200的内面壁和对面侧面的电磁力的影响下，溶解硅S’就在非接触状态下游离。
[0079] 初期的熔液变稳定后，把设置在坩埚200正下方的硅铸块的控温炉600升温，使之顺着硅铸块下降方向保持温度以50℃/cm递减。然后，从上方的原料供给器700将粉碎的原料硅连续装入坩埚200中，并使载着溶解硅S’的上下移动装置500下降，开始铸造。上下移动装置500开始下降后，连续供给原料的同时，铸块连续凝固，从而实现连续铸造。在本例中，铸造的速度为每分钟3.0mm，稳定铸造时的感应电源输出功率为约400kw，因为等离子的发生，输出电压为130V，电流约为1500A，大约200kw。当铸块全长达到3m时，铸造停止。
[0080] 按照上述顺序铸造的铸块冷却到室温后，从炉内取出铸块，测量坩埚200内边的外侧的变形。测量确认结果：坩埚200没有变形。
[0081] 本发明可适用于根据原料硅感应发热而溶解，从而制造硅铸块的硅电磁铸造。可制造用于太阳能电池硅基板的高品质硅铸块。
[0082] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种差相位行波磁场电磁铸造方法 | 2020-05-12 | 297 |
| 电磁阀铸件模具及其铸造工艺 | 2020-05-12 | 371 |
| 电磁感应加热钢包电磁流量阀铸造装置 | 2020-05-12 | 336 |
| 旋转式电磁离心铸造机 | 2020-05-11 | 123 |
| 硅电磁铸造装置 | 2020-05-11 | 1013 |
| 铸锭件电磁泵低压铸造工艺及零件电磁泵低压铸造工艺 | 2020-05-12 | 540 |
| 真空电磁离心铸造铸管的工艺 | 2020-05-13 | 34 |
| 一种电磁半连续铸造装置及其铸造方法 | 2020-05-11 | 678 |
| 真空电磁离心铸造铸管的工艺 | 2020-05-13 | 377 |
| 一种复合轧辊的电磁连续铸造方法及铸造设备 | 2020-05-12 | 304 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
电磁铸造热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈