專利名稱：浮熔設(shè)備及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及浮熔設(shè)備，其中將待熔化的導(dǎo)電材料置于交變磁場中通過在材料中產(chǎn)生電磁感應(yīng)使其經(jīng)受感應(yīng)加熱，而且磁場以預(yù)定的方式分布以便將電磁力產(chǎn)生的浮力作用于待熔化材料上從而使待熔化材料在懸浮狀態(tài)下熔化，由此獲得高純度材料。本發(fā)明還涉及操作浮熔設(shè)備的方法。
浮熔設(shè)備是這樣一種設(shè)備，即將待熔化材料置于以預(yù)定分布形式產(chǎn)生的交變磁場中，因電磁力而形成的感應(yīng)加熱和浮力同時作用于材料上，以便使材料在避免與熔爐等其它物體接觸的浮起狀態(tài)下熔化，從而獲得預(yù)定質(zhì)量和尺寸的產(chǎn)品。該設(shè)備具有諸如以下的特點，即，在熔化過程中材料不與其它物體相接觸，因此材料幾乎不會受到雜質(zhì)的污染，可熔化高熔點材料且熱傳導(dǎo)的損失很小。由于具有這些特性，所以在熔化例如鈦或硅這樣的高熔點和要求高純度的材料的過程中使用這種設(shè)備。
圖8為處于操作狀態(tài)下的整個浮熔設(shè)備的縱剖面透視圖，圖9為在開始工作的狀態(tài)下圖8中主要部分的縱向剖面透視圖。這些附圖展示在美國專利申請?zhí)?8/067，149中。在這些圖中，浮熔設(shè)備包括由上熔爐11和下熔爐12構(gòu)成的熔爐1;纏繞在熔爐1外表面上的感應(yīng)線圈2;通過熔爐1的上部開口連續(xù)填充用作待熔化導(dǎo)電材料5的屑片53的連續(xù)加料裝置3;控制連續(xù)加料裝置的控制裝置31;用于控制裝置獲得控制信息的熔融金屬溫度計32;豎向移動下熔爐12的第一驅(qū)動裝置4;控制第一驅(qū)動裝置的第一控制裝置41;和用于第一控制裝置獲得控制信息的熔融金屬液面指示器42。驅(qū)動裝置4和控制裝置41是用術(shù)語“第一”作為標志的，因為在本發(fā)明中還使用了另一個驅(qū)動裝置和控制裝置，而這些裝置需要彼此加以區(qū)分。
感應(yīng)線圈2由感應(yīng)線圈21和22組成，線圈21和22分別接在用于激勵各自線圈的交流電源23和24上。連續(xù)加料裝置3帶有感應(yīng)線圈33，該線圈由交流電源34激勵以便預(yù)熱屑片53。在需要在兩個線圈之間進行功能分配的情況下，即在將感應(yīng)加熱的任務(wù)主要分配給上感應(yīng)線圈21而將產(chǎn)生浮力的任務(wù)分配給下感應(yīng)線圈22的情況下，采用由不同的交流電源23和24分別激勵分成兩個線圈的感應(yīng)線圈2的結(jié)構(gòu)，以便有效地執(zhí)行這些功能。在這種情況下，通常用低于激勵感應(yīng)線圈21所需頻率的頻率來激勵感應(yīng)線圈22。然而，在本發(fā)明中不需要對兩個感應(yīng)線圈21和22加以區(qū)分。因此，在以下的說明中將這些線圈合并為線圈2進行介紹。
如圖中所示，上下熔爐11和12是以這樣的方式構(gòu)成的，即將具有預(yù)定形狀的多個扇形體111和121進行排列并在它們之間安插絕緣材料，例如云母。由上下熔爐組合而成的熔爐1實際上形成一個帶底的圓筒形。每個扇形體111和121均由銅制成而且其上設(shè)有冷卻孔以便由冷卻水進行冷卻。
圖8表示接近熔化過程最后階段的狀態(tài)，圖9表示最初的狀態(tài)，其中少量的待熔化材料5浮在熔融金屬上。換句話說，圖8表示這樣一種狀態(tài)，其中被熔化的材料5通過下面將要詳細說明的過程而逐漸增加其長度。下面將說明待熔化材料5的實際熔化過程和獲得預(yù)定產(chǎn)品的過程。
(1)如圖9所示，最初，填充少量待熔化材料5并激勵感應(yīng)線圈2。這樣在感應(yīng)線圈2環(huán)繞的空間內(nèi)便產(chǎn)生了交變磁場，通過電磁感應(yīng)感應(yīng)產(chǎn)生的渦流在扇形體111和121以及待熔化材料5中流動。磁力線沿著熔爐1的內(nèi)表面分布。由于下部熔爐12的扇形體121的形狀，下部熔爐12內(nèi)側(cè)的底部空間如圖所示呈狹窄狀，因此，待熔化材料5所在的底部附近磁力線分布具有向上擴展的形狀。當(dāng)這樣的渦流流動時，待熔化材料5被加熱。另一方面，渦流和上述磁力線分布之間的相互作用產(chǎn)生電磁力，該電磁力在與重力相反的方向上即在向上的方向上作用于待熔化的材料5。在此省略了有關(guān)力的產(chǎn)生的詳細說明。如圖中所示，將下熔爐12底部的形狀設(shè)計成能獲得適合于產(chǎn)生浮力的磁力線分布。
(2)在激勵感應(yīng)線圈2的同時電磁力就開始作用于待熔化材料5上，而且待熔化材料5在很短的時間滯后之后開始浮動并停在電磁力與重力平衡的位置上。待熔化材料5具有很高的熔點并需要很長的熔化周期。因此，當(dāng)待熔化材料的溫度達到熔點時，待熔化材料5已經(jīng)進入浮起狀態(tài)。接著，待熔化材料5不再與其它物體接觸，由此可避免受雜質(zhì)的污染。
(3)通過連續(xù)加料裝置3來填充待熔化材料5的屑片53。屑片53通過感應(yīng)線圈33產(chǎn)生的電磁感應(yīng)預(yù)熱到低于熔點的高溫。然后，加入的屑片與被熔化的材料5相接觸并借助于熱傳導(dǎo)被加熱到高于熔點的溫度，結(jié)果屑片熔化并與被熔化材料完全結(jié)合成一體。隨著填充屑片53的連續(xù)進行，被熔化材料的體積逐漸增加。用這樣的方式來適當(dāng)控制加料頻率，即，當(dāng)熔融金屬溫度計32指示的溫度高于給定值時進行填充屑片53的操作，而當(dāng)溫度計指示的溫度低于給定值時則不進行屑片填充。
(4)由于被熔化材料5的浮力的增長程度小于被熔化材料5重量的增長，所以隨著被熔化材料5的增長懸浮位置逐漸降低，最終使被熔化材料5的下部與下熔爐12的底部相接觸。如上所述，由于下熔爐12被冷卻且保持在常溫附近的低溫態(tài)，所以使得與下熔爐相接觸的部分瞬間固化。用這種方式，首先形成了固化部分52，然后，隨著被熔化材料5的增加而使固化部分不斷增加。熔化區(qū)51總是位于被熔化材料5的頂部，從而屑片53被投入熔化區(qū)51。由于熔化區(qū)51處于固化區(qū)52上面，從而避免了熔化區(qū)與熔爐1相接觸。因此，被熔化材料可以在不受雜質(zhì)污染的條件下在很大范圍內(nèi)增加。
(5)當(dāng)被熔化材料5繼續(xù)增長到某個范圍時，控制下熔爐12向下運動以便使熔化區(qū)51保持在相對于上熔爐11和感應(yīng)線圈2的預(yù)定的位置上。在該控制過程中，被熔化材料5上表南的位置是用熔融金屬液面指示器42來測量的，測量結(jié)果送至第一控制裝置41，由第一驅(qū)動裝置4根據(jù)測量結(jié)果來移動下熔爐12。
(6)當(dāng)被熔化材料5的長度達到給定值時，停止移動下熔爐12、填充屑片53和激勵感應(yīng)線圈2的操作。如圖8所示，由于已變成柱形的全部被熔化材料5已經(jīng)固化，于是可以將作為預(yù)期產(chǎn)品的固化材料從熔爐中取出。產(chǎn)品的尺寸特別是長度取決于下熔爐12的移動距離。因此，該浮熔設(shè)備具有這樣的特性，即，可以獲得比熔爐1的容量長得多的產(chǎn)品。
在圖8中，將被熔化材料5的固化部分52和熔爐1內(nèi)表面之間的間隙表示成具有相當(dāng)大的尺寸。然而，從上述說明中可知，事實上固化部分52和熔爐1內(nèi)表面之間的間隙基本上為零或為很小的尺寸。在圖中，將熔化區(qū)51表示成具有不規(guī)則的表面。這是為了表示在屑片53進入熔化區(qū)51的瞬間因熔化區(qū)51的振動而引起的變形等實際現(xiàn)象。當(dāng)不進行填充屑片53的操作時，熔化區(qū)51的實際形狀保持成下面將要說明的穩(wěn)定的軸對稱形狀。
一個幾千安培的非常大的電流流經(jīng)感應(yīng)線圈2，而且電流的頻率非常高即高達幾千赫茲。因此，感應(yīng)線圈的導(dǎo)體和導(dǎo)線必須具有大的截面積致使感應(yīng)線圈2很難豎向移動。相反，盡管上下熔爐11和12與冷卻水管相連，但它們遠比感應(yīng)線圈2更容易移動。因此，在實際的設(shè)備中，將結(jié)構(gòu)設(shè)計成使感應(yīng)線圈2固定而使下熔爐2可移動。
在圖9中，必須適當(dāng)設(shè)定上熔爐11與下熔爐12接觸的位置。如上所述，感應(yīng)線圈2必須允許非常大的電流通過，并獲得大安培匝數(shù)以便產(chǎn)生給定強度的磁場。因此，要求線圈的軸向尺寸心可能大。當(dāng)感應(yīng)線圈2的高度恒定時，熔爐1的上下熔爐在高于感應(yīng)線圈2的下表面的位置處相互接觸，其結(jié)果使得感應(yīng)線圈2的下部從上熔爐11向下伸出。如圖8所示，在這種狀態(tài)下，下熔爐12的向下運動使一部分固化部分52不與熔爐1的內(nèi)表面相接觸，從而可能會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，即，靠近上熔爐11的部分被從外部進入的磁力線再次熔化然后固化。由此產(chǎn)生妨礙被熔化材料5增長的問題。此外，還存在另一個問題，即，從上部熔爐11伸出的部分感應(yīng)線圈2暴露在被熔化的熱材料的輻射熱中，使該部分的溫度升高，由此加速了絕緣材料的退化并縮短了其壽命。為了防止出現(xiàn)這些問題，必須用這樣的方式來布置感應(yīng)線圈2，即，將它的下表面設(shè)置得高于上熔爐11的下表面。這意味著必須將上、下熔爐11和12相互接觸的平面設(shè)置在較低的位置上。如圖9所示，在被熔化材料5浮動的狀態(tài)下，上、下熔爐11和12相互接觸的平面位于被熔化的浮動材料5附近。結(jié)果，從上下熔爐11和12相互接觸的平面中穿過的磁力線作用于被熔化材料上，致使平面附近的部分被熔化材料5受到電磁力的下壓，從而產(chǎn)生這樣的問題，即，被熔化材料5具有不穩(wěn)定的形狀或者例如被熔化材料變形成為吉它形。事實上，在某些情況下很難在下熔爐12和感應(yīng)線圈2之間合適地設(shè)定能夠避免出現(xiàn)上述問題的位置關(guān)系。
如上所述，在被熔化材料5是鈦或鋯的情況下，當(dāng)在空氣中進行熔化時，由于這些材料具有特別高的活性，所以它們易受雜質(zhì)的污染或形成氧化膜，這樣就會產(chǎn)生純度降低的問題。因此，當(dāng)熔化這種材料時，使用的是將浮熔設(shè)備置于真空罐中的系統(tǒng)，而且熔化過程是在真空中進行的。如上所述，為了徹底地冷卻熔爐1和感應(yīng)線圈2，浮熔設(shè)備必須通過冷水管和向感應(yīng)線圈2提供電流的導(dǎo)線等與外部相連。這些連接都要穿過真空罐進行，因此會產(chǎn)生使結(jié)構(gòu)復(fù)雜和設(shè)備成本高等其它問題。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠在整個操作期間進行穩(wěn)定操作且能以低成本生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的浮熔設(shè)備，并且還提供了一種操作該浮熔設(shè)備的方法。
為了解決這些問題，根據(jù)本發(fā)明，浮熔設(shè)備包括一個熔爐，其中將多個由良導(dǎo)電金屬制成的且具有預(yù)定截面形狀的扇形體借助于絕緣材料緊密布置，該熔爐在預(yù)定的水平面內(nèi)分成上熔爐和下熔爐;設(shè)置在熔爐外表面一側(cè)的感應(yīng)線圈;向感應(yīng)線圈提供電流的交流電源;通過熔爐的上部連續(xù)填充待熔化導(dǎo)電材料的連續(xù)加料裝置;改變上、下熔爐豎向相對位置的第一驅(qū)動裝置;和控制第一驅(qū)動裝置的第一控制裝置，其中該設(shè)備還進一步包括改變上熔爐和感應(yīng)線圈豎向相對位置的第二驅(qū)動裝置;和控制第二驅(qū)動裝置的第二控制裝置?？梢詫⑸先蹱t的內(nèi)表面做成以預(yù)定角度向下延伸的錐形形狀。該設(shè)備可以進一步包括轉(zhuǎn)動上熔爐的上熔爐轉(zhuǎn)動裝置，至少在被熔化材料增長并與上熔爐內(nèi)表面相接觸期間可以使上熔爐轉(zhuǎn)動。在下熔爐上部內(nèi)表面上至少形成一個帶有切口的部分。
該設(shè)備可以進一步包括一個上部進氣裝置，該裝置蓋住上熔爐的上部并帶有一個氣管，惰性氣體通過氣管流入上熔爐的內(nèi)部;一個水平進氣裝置，包括一個中空管狀部分，該部分設(shè)置在熔爐和感應(yīng)線圈之間并與熔爐和感應(yīng)線圈同軸，而且其內(nèi)表面上具有出氣孔;和一個氣管，惰性氣體通過該氣管流入中空管狀部分的內(nèi)部。
該設(shè)備可以進一步包括一個熔融液面指示器，其測量熔化區(qū)頂部附近多個豎向位置;曲率半徑計算裝置，其接收從熔融液面指示器輸出的信號，并計算熔化區(qū)頂部的曲率半徑;和控制裝置，其根據(jù)從曲率半徑計算裝置輸出的信號來控制第二控制裝置以便保持感應(yīng)線圈和上熔爐的相對位置，控制裝置使熔化區(qū)頂部的曲率半徑與預(yù)定值相一致。
這些設(shè)備是按以下順序操作的a)將少量待熔化材料引入熔爐，在上、下熔爐彼此靠緊而且感應(yīng)線圈位于下熔爐外表面?zhèn)鹊臓顟B(tài)下激勵感應(yīng)線圈;
b)通過熔爐上部連續(xù)填充待熔化導(dǎo)電材料的屑片;
c)隨著因填充屑片而導(dǎo)致的被熔化材料高度的不斷增加來相對移動感應(yīng)線圈的位置，以便使感應(yīng)線圈相對于被熔化材料頂部熔化區(qū)的位置保持在合適的位置上;
d)當(dāng)熔化區(qū)的增加達到上熔爐的上部極限時，固定上熔爐和感應(yīng)線圈的相對位置，并僅僅使下熔爐向下移動，以便使上熔爐和感應(yīng)線圈相對于熔化區(qū)的位置位于適當(dāng)?shù)奈恢蒙?
e)當(dāng)下熔爐移動了預(yù)定的距離時，使下熔爐停止移動，并停止對感應(yīng)線圈的激勵;和f)從熔爐中取出作為產(chǎn)品的被熔化柱形材料。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造，除了僅僅移動下熔爐的第一驅(qū)動裝置，和控制第一驅(qū)動裝置的第一控制裝置之外，還設(shè)置了改變上熔爐和感應(yīng)線圈豎向相對位置的第二驅(qū)動裝置，和控制第二驅(qū)動裝置的第二控制裝置，由此可以隨意地改變上、下熔爐和感應(yīng)線圈的相對位置。因此，可以根據(jù)由于連續(xù)填充屑片而增長的被熔化材料頂部熔化區(qū)的位置，在從開始操作階段到最后操作階段的整個操作期間，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定感應(yīng)線圈和上、下熔爐的相對位置。
在上熔爐內(nèi)表面作成以預(yù)定角度向下延伸的錐形的結(jié)構(gòu)中，與上熔爐的內(nèi)表面相接觸并在其后固化的熔化區(qū)表面下端部的直徑小于位置低于固化部分的上熔爐區(qū)段的內(nèi)徑。因此，在固化部分和上熔爐之間形成一定間隙以便使得當(dāng)固化部分與下熔爐一起下降時所產(chǎn)生的摩擦阻力降低到很小的水平。
在設(shè)置有使上熔爐轉(zhuǎn)動的上熔爐轉(zhuǎn)動裝置且在被熔化材料增加并與上熔爐內(nèi)表面接觸期間使上熔爐轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)中，上熔爐與固化部分相接觸的接觸部位在不斷變化，所以豎向移動的摩擦阻力是以動摩擦阻力的形式出現(xiàn)的。因此，與上熔爐不轉(zhuǎn)動和摩擦阻力是由靜摩擦引起的情況相比，可以更平穩(wěn)地完成被熔化材料與下熔爐一起進行的向下移動。
在上述上熔爐設(shè)置有轉(zhuǎn)動裝置的結(jié)構(gòu)中，應(yīng)在下熔爐的上部內(nèi)表面上形成至少一個帶有切口的部分。當(dāng)在被熔化材料增長的過程中，熔化區(qū)越過切口部分時，固化部分將進入帶切口的部分從而使轉(zhuǎn)動阻力增加到很大的值。因此，即使是在上熔爐的各扇形體之間形成縫隙，使熔融材料進入縫隙中，從而使上熔爐和被熔化材料之間的摩擦阻力矩增大時，被熔化材料也不會相對于下熔爐產(chǎn)生轉(zhuǎn)動或在其上滑動。
另一方面，還設(shè)有蓋住上熔爐上部并帶有使惰性氣體通過其流入上熔爐內(nèi)部的氣管的上部進氣裝置和水平進氣裝置，該水平進氣裝置包括中空管狀部分，該部分設(shè)置在熔爐和感應(yīng)線圈之間并與熔爐和感應(yīng)線圈同軸而且該部分的內(nèi)表面上具有出氣孔;和一個氣體管道，通過該氣體管道可以使惰性氣體流入中空管狀部分的內(nèi)部。當(dāng)在熔化過程中通過進氣裝置將惰性氣體從外部引入時，被熔化的材料表面被惰性氣體覆蓋。
在用熔融液面指示器測量熔化區(qū)頂部附近的多個豎向位置的結(jié)構(gòu)中，將所獲得的作為測量結(jié)果的輸出信號傳送到曲率半徑計算裝置以便計算熔化區(qū)頂部的曲率半徑，并控制感應(yīng)線圈和上熔爐之間在豎向上的相對位置以便輸出信號與預(yù)定值相一致，使熔化區(qū)保持在最佳形狀從而維持獲得最大效率的條件。
如果按照以下順序操作這種浮熔設(shè)備，就會產(chǎn)生下述結(jié)果。
a)在上、下熔爐彼此靠緊和將感應(yīng)線圈設(shè)置在下熔爐外表面?zhèn)鹊臓顟B(tài)下，將少量待熔化材料引入熔爐并激勵感應(yīng)線圈。這使得待熔化材料受到感應(yīng)加熱并使材料的溫度升高。而且，由于熔爐中磁力線分布而產(chǎn)生的向上的電磁力作用在被熔化的材料上使材料克服重力浮動并懸浮在固定的位置上。由于感應(yīng)線圈位于含有被熔化材料的下熔爐的外表面?zhèn)?，所以可以有效地產(chǎn)生感應(yīng)加熱和形成浮動。
b)通過熔爐上部連續(xù)地填充待熔化材料的屑片。屑片進入熔融狀態(tài)下的被熔化材料中然后被加熱熔化而與被熔化材料成為一體，由此增加了被熔化材料的尺寸。由于浮力的增加小于重量增加的程度，所以被熔化材料的懸浮位置隨著材料的增加而逐漸下降，最終被熔化的材料與熔爐底部相接觸被局部冷卻并產(chǎn)生固化。固化部分隨著被熔化材料的增加而增長，只有在被熔化材料的頂部呈熔融態(tài)并形成熔化區(qū)。
c)當(dāng)隨著屑片的填充而使被熔化材料高度逐漸增加時要相對移動感應(yīng)線圈，以便使感應(yīng)線圈相對于被熔化材料頂部熔化區(qū)的位置保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀＿@使得在不移動熔化區(qū)的條件下被熔化材料的穩(wěn)定增長。
d)當(dāng)熔化區(qū)達到上熔爐的上極限時，固定住上熔爐和感應(yīng)線圈的相對位置，并向下移動下熔爐，以便保持這些部件和熔化區(qū)之間的位置關(guān)系。用與上文相同的方式，可以使被熔化材料穩(wěn)定增長。
e)當(dāng)下熔爐移過一個預(yù)定的距離后，使下熔爐的移動和感應(yīng)線圈的激勵停止。然后，不再對被熔化材料進行加熱而僅對其進行冷卻處理，由此使熔化區(qū)固化并得到柱形產(chǎn)品。
f)從熔爐中取出作為產(chǎn)品的被熔化材料，并停止設(shè)備的操作。
通過附圖和以下的詳細說明將能更完整地體現(xiàn)本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及優(yōu)點。
圖1(a)至1(d)是表示本發(fā)明第一實施例所述浮熔設(shè)備的四個操作狀態(tài)的示意性剖面透視圖，其中圖1(a)表示最初的操作狀態(tài)，圖1(b)和1(c)表示操作過程中的狀態(tài)，圖1(d)表示最后的操作狀態(tài);
圖2是表示本發(fā)明第二實施例所述浮熔設(shè)備的主要部分的剖面透視圖;
圖3是表示本發(fā)明第四實施例所述下熔爐的剖面透視圖;
圖4(a)至4(c)是解釋本發(fā)明第五實施例并表示熔化區(qū)頂部與感應(yīng)線圈上端表面之間的距離h和熔化區(qū)形狀之間的關(guān)系的示意性剖面圖，其中圖4(a)表示h＞0的情況，圖4(b)表示h＝0的情況，圖4(c)表示h＜0的情況;
圖5是表示圖4(a)至圖4(c)的距離h與熔化區(qū)溫度T之間關(guān)系的曲線圖;
圖6是本發(fā)明第六實施例所述浮熔設(shè)備的示意性剖面透視圖;
圖7(a)至7(d)是表示圖6中浮熔設(shè)備的四個操作狀態(tài)的示意性剖面透視圖，其中圖7(a)表示最初的操作狀態(tài)，圖7(b)和7(c)表示操作過程中的狀態(tài)，圖7(d)表示最終的操作狀態(tài);
圖8是表示處于某個操作狀態(tài)下的整個浮熔設(shè)備的縱剖面透視圖;和圖9是表示圖8中的主要部分處于最初狀態(tài)下的縱剖面透視圖。
下面將參照


本發(fā)明的實施例。
圖1(a)至1(d)是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例所述浮熔設(shè)備的四個操作狀態(tài)的示意性剖面透視圖。圖1(a)表示最初的操作狀態(tài)，其中少量的待熔化材料5在懸浮于熔融金屬之上的同時被熔化。圖1(b)表示通過連續(xù)加料裝置3從頂部填充屑片53的狀態(tài)，被熔化的材料5充足地增加到與下熔爐12的底部相接觸，并開始形成固化部分。在這種狀態(tài)下，被熔化的材料5仍然保持在下熔爐12內(nèi)而固化部分小得無法在圖中表示。當(dāng)操作狀態(tài)從圖1(a)的狀態(tài)轉(zhuǎn)為圖1(b)的狀態(tài)時，上、下熔爐11和12彼此靠緊而且這些熔爐的相對位置是固定的。而且感應(yīng)線圈2大致上位于圖示的位置上。然而，由于幾乎處于熔融狀態(tài)的被熔化的材料5的平均位置向上移動，所以感應(yīng)線圈2也隨著平均位置的移動而移動。為了向待熔化材料5施加感應(yīng)加熱和電磁浮力，只要將感應(yīng)線圈2設(shè)置在下熔爐12的外表面?zhèn)染妥銐蛄?。因此，將感?yīng)線圈2的高度設(shè)置成近似等于下熔爐12的高度。
圖1(c)表示被熔化材料進一步增加而且熔化區(qū)51處于上熔爐11中的狀態(tài)。熔化區(qū)51向上運動的結(jié)果是，使感應(yīng)線圈2和熔化區(qū)的相對位置產(chǎn)生移動。事實上，感應(yīng)線圈2和其有幾千安培大的電流流過的導(dǎo)線是很難在豎向上自由移動的，因此是使上、下熔爐11和12一起向下移動。當(dāng)然，實際情況是在圖中未示出的連續(xù)加料裝置3也一起移動。在熔化區(qū)51下面，固化部分52已經(jīng)增加到很大尺寸。
圖1(d)表示熔化區(qū)51已達到上部極限且此后僅使下熔爐12根據(jù)被熔化材料5的增長而向下移動的狀態(tài)。當(dāng)下熔爐12向下移動某一確定的距離后，熔化過程基本完成。為了即使在下熔爐12與上熔爐11分離之后也能保證使感應(yīng)線圈2不從上熔爐11的下端部伸出，上熔爐11的高度值應(yīng)足夠大。上熔爐11的上部與熔化過程無關(guān)，但是如下文所述用作移動或轉(zhuǎn)動上熔爐11的結(jié)構(gòu)。所以，上熔爐的尺寸不限于圖中所示的尺寸。
從以上說明可以看出，該實施例與圖8和圖9的浮熔設(shè)備有極大的不同，因為不僅是下熔爐12而且上熔爐11都能相對于感應(yīng)線圈2產(chǎn)生移動。感應(yīng)線圈2的尺寸或感應(yīng)線圈2的電流和匝數(shù)在很大程度上取決于熔爐1的內(nèi)徑，而幾乎與熔爐1的高度無關(guān)。因此，首先確定熔爐1的內(nèi)徑以及感應(yīng)線圈2的大小和尺寸，然后再根據(jù)這些已確定值來確定下和上熔爐12及11的高度。在這種情況下，如上所述，可以容易地將上熔爐11的高度設(shè)計成與感應(yīng)線圈2的高度相比具有更大的值，以便在圖1(d)所示的下熔爐12與上熔爐11分離的狀態(tài)下，使感應(yīng)線圈2不從上熔爐11伸出，而且還可以容易地將下熔爐12設(shè)計成使下熔爐的頂部位于充分高于圖1(a)狀態(tài)下被熔化材料5懸浮位置的位置上。
在從圖1(b)狀態(tài)到圖1(c)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中，熔化區(qū)51通過上、下熔爐11和12彼此靠近的平面的附近區(qū)域，并因此而變得不穩(wěn)定。然而此時，熔化區(qū)51并不浮動而且固化部分52已經(jīng)逐漸變成機械穩(wěn)定的。因此，不穩(wěn)定的熔化區(qū)51不會產(chǎn)生很大影響。
在上文中，描述了浮熔設(shè)備的實施例，其中不僅是下熔爐而且還有上熔爐都可以相對于感應(yīng)線圈產(chǎn)生移動。在該實施例的設(shè)備中，避免了圖8所示浮熔設(shè)備中所出現(xiàn)的使從上熔爐伸出的部分感應(yīng)線圈2暴露在來自被熔化材料的熔化區(qū)和固化區(qū)的輻射熱中的現(xiàn)象。也就是說，在熔化區(qū)逐漸到達上熔爐中與感應(yīng)線圈頂部相對應(yīng)的位置之前，上、下熔爐一起相對于感應(yīng)線圈向下移動，而在熔化區(qū)達到上熔爐中與感應(yīng)線圈頂部相對應(yīng)的位置之后，使上熔爐和感應(yīng)線圈的位置固定，并僅使下熔爐向下移動。
下面，將具體說明將上熔爐11的高度設(shè)置得大于感應(yīng)線圈2的高度的實施例。將上熔爐11的外徑設(shè)計為100毫米，內(nèi)徑為60毫米，而使感應(yīng)線圈2的內(nèi)徑約為106毫米，導(dǎo)體截面為10平方毫米。在圖1(d)的狀態(tài)下，使上熔爐11下部從感應(yīng)線圈2的下端表面向下伸出的尺寸在線圈導(dǎo)體截面尺寸的1.5倍范圍內(nèi)變化或在15毫米到35毫米之間變化進行浮熔實驗。結(jié)果證實，至少在15毫米至35毫米的范圍內(nèi)熔化周期沒有差別，而且感應(yīng)線圈2的絕緣材料不會因來自被熔化材料的熔化區(qū)和固化區(qū)的輻射熱而產(chǎn)生退化。
圖2是表示本發(fā)明另一個實施例的浮熔設(shè)備主要部分的剖面透視圖。在圖中，上熔爐11A具有以預(yù)定角度向下延伸的錐形內(nèi)表面。將扇形體111A設(shè)計成與錐形相符合。如上所述，在最初階段通過使熔化區(qū)與下熔爐12(圖中未示)的內(nèi)表面相接觸，而從過程的中間階段開始與上熔爐11A的內(nèi)表面相接觸使熔化區(qū)局部冷卻來形成固化區(qū)52并使固化區(qū)52增長。如圖中所示，當(dāng)把上熔爐11A的內(nèi)徑設(shè)計成隨著向下移動而增大時，處于熔化區(qū)51下端被固化位置處的固化部分52的直徑與該位置處的上熔爐11A的直徑相一致。在使用在熔化和固化狀態(tài)下尺寸變化較大的材料的情況下，從嚴格的意義上講，上述一致是不準確的。這將在下面進行討論。在圖2所示狀態(tài)期間，熔化區(qū)51相對升高，即此后熔化區(qū)51保持在固定位置上而下熔爐12向下移動。當(dāng)熔化區(qū)51在上熔爐11A中上升且固化區(qū)52和上熔爐11A的相對位置固定時，固化部分52與上熔爐11A的內(nèi)表面相接觸。由于當(dāng)熔化區(qū)51保持在固定位置上時，固化部分52上新形成的部分的直徑等于上熔爐11A的內(nèi)徑，所以在上熔爐11A和根據(jù)固化部分的增長而受到下拉的部分固化部分之間形成間隙。因此，上熔爐11A和固化部分52之間的接觸部分僅僅是由固化開始形成處的端部構(gòu)成的，所以在固化部分52增長的過程中，上熔爐11A和向下伸長的固化部分52之間的摩擦阻力降低到很小的水平。這使得被熔化材料5能夠相對于上熔爐11A平滑地移動。
如從上述說明中所能看出的那樣，即使在已形成的固化部分52和上熔爐11A內(nèi)表面之間形成一個很小的間隙也足以這一目的。因此，通常上熔爐11A內(nèi)表面的錐形具有較小的角度。然而，在使用從熔化狀態(tài)轉(zhuǎn)為固化狀態(tài)時產(chǎn)生膨脹的材料例如硅作為被熔化材料的情況下，考慮到膨脹系數(shù)必須把傾斜角設(shè)計成較大值。
在本發(fā)明的第三實施例中，采用了一種用旋轉(zhuǎn)裝置來轉(zhuǎn)動上熔爐11的方法，轉(zhuǎn)動上熔爐11是為了減小上熔爐11和被熔化材料5之間的摩擦阻力。
被熔化的材料5的下部與下熔爐12相接觸，所以被熔化的材料5不會轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)動上熔爐11時，上熔爐11和被熔化材料5之間的摩擦阻力以動摩擦的形式出現(xiàn)，結(jié)果使得摩擦阻力減小。這是因為，眾所周知，動摩擦小于靜摩擦。
圖3是表示本發(fā)明第四實施例的下熔爐的剖面透視圖。該下熔爐12B不同于圖8和圖9中所示的下熔爐12，在于每個扇形體121B上端部的內(nèi)表面被部分去除以便形成帶切口的部分123。用這樣的方式在每個連接部分122處形成切口部分123，即使得相鄰扇形體121B的切口部分彼此相對。如上所述，將絕緣材料例如云母插入到連接部分122中。在每個連接部分122中，絕緣材料也被部分去除。當(dāng)熔化區(qū)51上升到越過切口部分而且固化部分52超過切口部分的高度時，固化部分52進入切口部分123以便轉(zhuǎn)動阻力增加到一個較大值。因此，即使當(dāng)在上熔爐11的各扇形體之間形成縫隙且熔融材料插入到裂縫中時，被熔化材料5也不會跟隨上熔爐11轉(zhuǎn)動，所以一度插入到縫隙中的材料就會斷裂。在這種情況下，盡管摩擦阻力可能會瞬間增大，但是此后阻力不會累積以便維持正常操作。
圖3表示在每個連接部分122處形成切口部分123的結(jié)構(gòu)。切口部分123的數(shù)量可以減少，在極端情況下可以將該數(shù)量限制為1。切口部分的位置不限于那些相鄰扇形體121B的切口部分彼此相對的位置。然而，在切口部分形成在扇形體121B的豎向中部的結(jié)構(gòu)中，很難拉出作為產(chǎn)品的被熔化材料5。所以，切口部分必須形成在上端部。
圖4(a)到4(c)是解釋本發(fā)明第五實施例并表示熔化區(qū)的頂部和感應(yīng)線圈上端面之間的距離h與熔化區(qū)形狀之間的關(guān)系的示意性剖面圖。
圖4(a)表示熔化區(qū)51的頂部高于感應(yīng)線圈2上端面的情況(h＞0，其中h是熔化區(qū)51的頂部和感應(yīng)線圈2的上端面之間的位置差)，圖4(b)表示熔化區(qū)51的頂部與感應(yīng)線圈2的上端面高度一致的情況(h＝0)，圖4(c)表示熔化區(qū)51的頂部低于感應(yīng)線圈2的上端面的情況(h＜0)。
如從圖中所能看到的那樣，熔化區(qū)51的頂部在圖4(a)的情況下是扁平的，在圖4(b)所示的情況下是球形，而在圖4(c)所示的情況下是尖峰形。
上述現(xiàn)象的原因可以粗略地歸結(jié)為以下幾點在圖4(a)的情況下，由于感應(yīng)線圈2位于較低的位置上，熔化區(qū)51附近的磁場強度是如此之低以至于使熔化區(qū)51對感應(yīng)線圈2的排斥力降低，所以使增長減慢。在圖4(c)的情況下，磁場強度如此之高以至于產(chǎn)生了過大的排拆力，從而使得增長過高，結(jié)果形成了尖峰形。圖4(b)表示獲得中度或適度增長的狀態(tài)。實驗證明，在熔化區(qū)51上感應(yīng)加熱的最大效率是在圖4(b)的狀態(tài)下獲得的。
圖5是表示圖4(a)到4(c)的距離h與熔化區(qū)的溫度之間的關(guān)系的曲線圖。在圖中，橫坐標表示圖4(a)到4(c)中所示的熔化區(qū)51的頂部和感應(yīng)線圈2的上端面之間的位置差h，而縱坐標表示由圖8的熔融金屬溫度計測得的熔化區(qū)51的溫度T。
在圖4(a)的狀態(tài)下，距離h和熔化區(qū)的溫度T之間的關(guān)系用點(a)表示。類似地，圖4(b)狀態(tài)下的關(guān)系用點(b)表示，而在圖4(c)狀態(tài)下的關(guān)系用點(c)表示。溫度T較高的情況意味著向熔化區(qū)提供了較大的能量，即效率較高。因此，可以看出，最大效率是在h＝0即圖4(b)的狀態(tài)下獲得的。因此，如果進行適當(dāng)?shù)目刂苼肀３謭D4(b)的狀態(tài)，就能保持最大的效率。
圖4(b)狀態(tài)的特征是h等于0(h＝0)而且熔化區(qū)51呈球形。在各種條件下的測量結(jié)果表明，最大效率不是在h＝0的狀態(tài)下獲得的而是在熔化區(qū)51呈球形的狀態(tài)下獲得的。換句話說，由于感應(yīng)線圈2對熔化區(qū)51的作用不僅受相對位置的影響，而且還受頻率和安培匝數(shù)的影響，所以最大效率不總是在h等于0時獲得。
熔化區(qū)51呈球形的結(jié)構(gòu)意味著頂部的曲率半徑基本上等于上熔爐11內(nèi)徑的一半。如從圖5中所能看到的，即使是條件稍稍偏離那些能獲得最大效率的條件，最終效率(在圖中為溫度)也不會有很大變化，所以沒有必要將曲率半徑嚴格設(shè)定成獲得最大效率的值。
在任何情況下，通過進行控制使熔化區(qū)51的頂部呈球形就能獲得最大效率。
具體地說，是用這種方式進行控制的，即，圖8中的熔融金屬液面指示器42測量熔化區(qū)51頂部附近多點的液面，未示出的曲率半徑計算裝置根據(jù)測量結(jié)果計算頂部的曲率半徑，并進行反饋控制使計算出的曲率半徑與預(yù)定值相一致。一種使用激光的光學(xué)測距儀適合作為熔融金屬液面指示器。將熔爐1和感應(yīng)線圈2的相對位置作為控制對象是很合適的。曲率半徑計算裝置可以是使用計算機的模擬式運算器，或數(shù)字式運算器。此外，曲率半徑計算裝置可以通過將其與上述第一或第二控制裝置相結(jié)合而容易地實現(xiàn)。通過第一和第二控制裝置對圖1中感應(yīng)線圈2和熔爐1的相對位置進行控制。這些控制裝置僅在功能的意義上彼此獨立，而實際上構(gòu)成一個控制裝置。為了更精確地控制感應(yīng)線圈2的位置，控制裝置可以進行把熔化區(qū)51的頂部位置和曲率半徑兩者考慮在內(nèi)的反饋控制。這種控制裝置可以在已有技術(shù)的范圍內(nèi)以各種形式來實現(xiàn)。
在上文中，描述了控制熔化區(qū)的位置以使熔化區(qū)上的感應(yīng)加熱效率為最大的浮熔設(shè)備的實施例?？傊谠搶嵤├脑O(shè)備中，需要使熔爐相對移動，以便使熔化區(qū)頂部的位置保持在感應(yīng)線圈上端面處或使得熔化區(qū)頂部的曲率半徑基本上等于上熔爐內(nèi)徑的一半。為此，可以用上述方式來控制熔化區(qū)相對于感應(yīng)線圈的位置。
圖6是本發(fā)明第六實施例所述浮熔設(shè)備的示意性剖面透視圖。圖中所示的浮熔設(shè)備不同于圖1中所示的設(shè)備，在于該設(shè)備中設(shè)置了氣體輸入裝置。也就是說，在熔爐1上部設(shè)置有一個上部進氣裝置6，而在熔爐1和感應(yīng)線圈2之間以同軸的方式設(shè)置了水平進氣裝置60。上部進氣裝置6包括一個用于蓋住上熔爐11上部的蓋體62，作為填充屑片53的加料口的筒形部分61，以及與蓋體62相連通的氣管63，惰性氣體7通過氣管63從外部引入到熔爐1中。水平進氣裝置60包括中空筒形部分64，該部分是空心的而且?guī)в性趦?nèi)壁上開的出氣孔66，和氣管65，惰性氣體7通過氣管65引入到中空筒形部分64的空心部分67中。通過氣管65引入到空心部分67中的惰性氣體7從出氣孔66流出并流向熔爐1。如下文所述，惰性氣體7使其表面暴露在上、下熔爐11和12相互分離的區(qū)域中的被熔化材料5與空氣隔絕。
通過氣管63流入熔爐1中的惰性氣體7從諸如圓筒形部分61和上熔爐以及下熔爐之間形成的縫隙中漏出。所以，必須連續(xù)地輸送惰性氣體。這也適用于氣管65。由于通過筒形部分61進行的填充屑片53的操作是以間斷的方式進行的，所以通過采取例如在不加料期間關(guān)閉筒形部分等防范措施就可以減少惰性氣體的泄漏量。
進氣裝置6和60必須用滿足絕緣材料條件的材料來制造，以便不會因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生電流流動，而且它具有足以抵御來自熔化區(qū)51和固化區(qū)52暴露部分的輻射熱的熱阻。滿足這些條件的材料包括無機絕緣材料，例如石英玻璃和陶瓷。
圖7(a)到7(d)是表示圖6中浮熔設(shè)備的四個操作狀態(tài)的示意性剖面透視圖，它們是四個分圖，這些圖分別對應(yīng)于圖1(a)到1(d)的四個分圖，而且用括號中的相同字母標出的這些分圖表示熔化過程的相同步驟。也就是說，圖7(a)表示最初的操作狀態(tài)，其中有少量的待熔化材料5懸浮在熔融金屬上并熔化。圖7(b)表示的狀態(tài)是通過連續(xù)加料裝置3從頂部填充屑片53，被熔化材料5充分增加并與下熔爐12的底部相接觸，固化部分開始形成，但是被熔化材料5仍然處于下熔爐12中而且固化部分小得無法在圖中表示。圖7(c)表示被熔化材料5進一步增加且熔化區(qū)51處于上熔爐11中的狀態(tài)。圖7(d)表示熔化區(qū)51已經(jīng)達到上部極限而且此后僅使下熔爐12根據(jù)被熔化材料5的增加向下移動的狀態(tài)。當(dāng)下熔爐12向下移動某一確定距離后，熔化過程基本完成。
由于通過上部進氣裝置6的氣管63提供的惰性氣體7充滿熔爐1并驅(qū)走了空氣，所以避免了高溫下的被熔化材料5與空氣接觸而被氧化。因此，在這些步驟中，惰性氣體7主要是從上部進氣裝置6輸送的。
在圖7(a)到7(c)的步驟中，上下熔爐11和12彼此靠緊，因此從水平進氣裝置60供給惰性氣體7沒有很大作用。在從圖7(c)的狀態(tài)向圖7(d)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的步驟中，上下熔爐11和12開始根據(jù)被熔化材料5的增長而彼此分離，從而使該區(qū)域內(nèi)的被熔化材料5暴露出來。正如從圖中所能看到的那樣，暴露部分出現(xiàn)在固化區(qū)52中，而且盡管該部分的溫度比熔化區(qū)51的溫度低，但是它的溫度還是相當(dāng)高的。從水平進氣裝置60輸入的惰性氣體7起防止暴露的表面與空氣接觸而形成氧化膜的作用。
作為惰性氣體7，氬氣或類似氣體都是適宜的。在被熔化材料5是不與氮反應(yīng)的材料的情況下，有時使用價格低廉的氮氣就足夠了。
如上所述，代替將浮熔設(shè)備置于真空罐中的系統(tǒng)，本發(fā)明采用了設(shè)置進氣裝置6和60且用惰性氣體覆蓋被熔化材料5以便使其不直接與空氣接觸的結(jié)構(gòu)和操作方法。這樣，能夠構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡單、成本低和能生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品的浮熔設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述，除了僅移動下熔爐的第一驅(qū)動裝置，和控制第一驅(qū)動裝置的第一控制裝置之外，本發(fā)明還另外設(shè)置了用于改變上熔爐和感應(yīng)線圈豎向相對位置的第二驅(qū)動裝置，和控制第二驅(qū)動裝置的第二控制裝置。這樣能夠在待熔化材料懸浮并熔化的最初操作階段、固化部分增長而且下熔爐與上熔爐大距離分離的最后階段，以及最初和最終階段之間的中間過程中，根據(jù)被熔化材料頂部熔化區(qū)的位置來適當(dāng)設(shè)定感應(yīng)線圈和上、下熔爐的相對位置。因此，上下熔爐的高度不受感應(yīng)線圈的高度限制，并可以設(shè)計成較大值。結(jié)果是，處于浮熔狀態(tài)下的被熔化材料在最初操作階段不會受到從上下熔爐之間的間隙中漏出的磁力線有害影響。另外，感應(yīng)線圈不從上熔爐向下伸出，這樣能防止被熔化材料的固化部分再次熔化，而且不會因來自熔化區(qū)和固化區(qū)的輻射熱而加速感應(yīng)線圈上絕緣材料的退化。因此，本發(fā)明能夠達到的效果是能夠獲得可穩(wěn)定操作和具有高可靠性的浮熔設(shè)備。
當(dāng)上熔爐的內(nèi)表面作成以預(yù)定角度向下延伸的錐形時，與上熔爐的內(nèi)表面相接觸并在此后固化的熔化區(qū)表面區(qū)域的下端部的直徑小于位置低于上述固化部分的上熔爐區(qū)段的內(nèi)徑。因此，在固化部分和上熔爐之間形成間隙從而在固化部分與下熔爐一起下降時所產(chǎn)生的摩擦阻力減小到很小的程度。因此，通過移動下熔爐可以平滑地形成長柱形固化部分。
在設(shè)有轉(zhuǎn)動上熔爐的上熔爐轉(zhuǎn)動裝置和使上熔爐轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)中，由于被熔化材料的固化部分固定在下熔爐上，因此，上熔爐的內(nèi)表面和與內(nèi)表面相接觸的固分部分的外表面相對運動時產(chǎn)生相互摩擦，所以在上熔爐和固化部分之間出現(xiàn)動摩擦形式的摩擦阻力。由于動摩擦阻力小于靜摩擦阻力，所以隨著被熔化材料的增長，被熔化材料能夠進行更平滑的向下移動，從而達到能夠進行穩(wěn)定操作的效果。
在上述設(shè)有上熔爐轉(zhuǎn)動裝置的結(jié)構(gòu)中，在下熔爐上部內(nèi)表面上至少形成一個切口部分。被熔化的材料進入切口部分，然后在其中固化從而使轉(zhuǎn)動阻力增加到一個很大的值。因此，即使當(dāng)上熔爐的各扇形體之間形成縫隙、熔融材料進入到縫隙中從而使上熔爐與被熔化材料之間的摩擦阻力矩增加時，也能夠避免被熔化材料相對于下熔爐產(chǎn)生轉(zhuǎn)動或在下熔爐上滑動，從而使上熔爐和被熔化材料之間的狀態(tài)能穩(wěn)定地保持動摩擦狀態(tài)，并由此達到改善操作穩(wěn)定性的效果。
在設(shè)置如上所述的進氣裝置和在熔化過程中將惰性氣體輸入熔爐中以避免被熔化材料直接與空氣接觸的情況下，設(shè)備可以比將浮熔設(shè)備設(shè)在真空罐中的系統(tǒng)更簡單地構(gòu)成，其結(jié)果是可以用低成本來得到該設(shè)備并生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
在一個實施例中，先要獲得熔化區(qū)頂部附近的曲率半徑，并控制感應(yīng)線圈和熔爐的相對位置以便使曲率半徑值與預(yù)定值相一致。當(dāng)熔化區(qū)頂部的曲率半徑接近熔爐內(nèi)徑的半徑時能得到最大的效率。因此，當(dāng)通過上述控制來保持這種狀態(tài)時，可以達到這樣的效果，即在繼固化部分形成之后的階段中，進行獲得最大效率的操作。
如果按照上述段落a)～e)的順序進行操作，更能確保達到上述效果。
為了解釋和說明的目的，在上文中對本發(fā)明的最佳實施例進行了描述。但是這并不意味著將本發(fā)明局限或限制在所公開的具體形式上，按照上文的教導(dǎo)或者通過本發(fā)明的實踐可以作出各種改進和變化。選擇和解釋實施例是為了說明本發(fā)明的原理和它的實際應(yīng)用以便使本領(lǐng)域的熟練人員按各種實施例和適合于要考慮的特殊用途的各種改進來應(yīng)用本發(fā)明。本發(fā)明的范圍將由附加的權(quán)利要求及其等同內(nèi)容來確定。
權(quán)利要求
1.一種浮熔設(shè)備，包括一個熔爐，由絕緣材料和多個由良導(dǎo)電金屬制成的且具有預(yù)定截面形狀的扇形體構(gòu)成，這些扇形體借助于所述絕緣材料緊密布置，所述熔爐在預(yù)定的水平面上分成上熔爐和下熔爐；一個感應(yīng)線圈，設(shè)置在所述熔爐的外表面?zhèn)?；一個交流電源，向所述感應(yīng)線圈提供電流；一個連續(xù)加料裝置，通過所述熔爐的上部連續(xù)填充待熔化導(dǎo)電材料的屑片；第一驅(qū)動裝置，用于改變所述上熔爐和下熔爐的豎向相對位置；第一控制裝置，用于控制所述第一驅(qū)動裝置；第二驅(qū)動裝置，用于改變所述上熔爐和所述感應(yīng)線圈的豎向相對位置；和第二控制裝置，用于控制所述第二驅(qū)動裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮熔設(shè)備，其中所述上熔爐的內(nèi)表面作成以預(yù)定角度向下延伸的錐形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮熔設(shè)備，其中進一步包括一個用于轉(zhuǎn)動所述上熔爐的上熔爐轉(zhuǎn)動裝置，而且至少在被熔化材料增長并與所述上熔爐內(nèi)表面相接觸期間應(yīng)使所述上熔爐旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮熔設(shè)備，其中在所述下熔爐上部的內(nèi)表面上至少形成一個切口部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮熔設(shè)備，其中進一步包括一個蓋在所述上熔爐上部且?guī)в幸粋€氣管的上進氣裝置，惰性氣體通過氣管流入所述上熔爐的內(nèi)部;和一個水平進氣裝置，該裝置包括一個內(nèi)側(cè)表面上帶有出氣孔的中空管狀部分，該部分同軸地設(shè)置在所述熔爐和所述感應(yīng)線圈之間;和一個氣管，惰性氣體通過氣管流入所述中空管狀部分的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮熔設(shè)備，其中進一步包括一個用于測量熔化區(qū)頂部附近多個豎向位置的熔融液面指示器;接收來自所述熔融液面指示器的輸出信號來計算熔化區(qū)頂部曲率半徑的曲率半徑計算裝置;以及根據(jù)從所述曲率半徑計算裝置輸出的信號來控制所述第二驅(qū)動裝置以便保持所述感應(yīng)線圈和所述上熔爐的相對位置的控制裝置，其中所述控制裝置使得熔化區(qū)頂部的曲率半徑與預(yù)定值保持一致。
7.一種操作浮熔設(shè)備的方法，所述浮熔設(shè)備包括一個由絕緣材料和由良導(dǎo)電金屬制成的且具有預(yù)定截面形狀的多個扇形體構(gòu)成，這些扇形體借助于所述絕緣材料緊密布置，所述熔爐在預(yù)定的水平面上分成上下熔爐;一個設(shè)在所述熔爐外表面?zhèn)鹊母袘?yīng)線圈;一個用于向所述感應(yīng)線圈提供電流的交流電源;一個用于通過所述熔爐的上部連續(xù)填充待熔化導(dǎo)電材料屑片的連續(xù)加料裝置;用于改變所述上熔爐和下熔爐的豎向相對位置的第一驅(qū)動裝置;用于控制所述第一驅(qū)動裝置的第一控制裝置;用于改變所述上熔爐和所述感應(yīng)線圈的豎向相對位置的第二驅(qū)動裝置;和用于控制所述第二驅(qū)動裝置的第二控制裝置;所述方法包括以下步驟將少量待熔化材料引入到所述熔爐中，在所述上下熔爐彼此靠緊且所述的感應(yīng)線圈位于所述下熔爐外表面?zhèn)鹊臓顟B(tài)下，激勵所述感應(yīng)線圈;通過所述熔爐的上部連續(xù)填充待熔化導(dǎo)電材料屑片;根據(jù)所填充的屑片，隨著被熔化材料高度的逐漸增加相對移動所述感應(yīng)線圈的位置，以便使所述感應(yīng)線圈相對于被熔化材料頂部熔化區(qū)的位置處于合適的位置上;當(dāng)熔化區(qū)在所述上熔爐中逐漸達到上極限時，固定所述上熔爐和所述感應(yīng)線圈的相對位置，并僅使所述下熔爐向下移動，以便使所述上熔爐和所述感應(yīng)線圈相對于熔化區(qū)的位置處于合適的位置上;當(dāng)下熔爐移動預(yù)定距離后，停止所述下熔爐的移動，并停止對所述感應(yīng)線圈進行激勵;和從所述熔爐中取出作為產(chǎn)品的被熔化柱形材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及浮熔設(shè)備，其除了設(shè)置有僅僅移動下熔爐的第一驅(qū)動裝置，和控制第一驅(qū)動裝置的第一控制裝置之外，還設(shè)置了改變上熔爐和感應(yīng)線圈的豎向相對位置的第二驅(qū)動裝置，和控制第二驅(qū)動裝置的第二控制裝置，因此，可以自由地改變上、下熔爐和感應(yīng)線圈的相對位置。所以，根據(jù)因連續(xù)填充屑片而增長的被熔化材料頂部熔化區(qū)的位置，可以在從最初操作階段到最終操作階段的整個操作期間適當(dāng)?shù)卦O(shè)定感應(yīng)線圈和上、下熔爐的相對位置。
文檔編號F27D99/00GK1112232SQ9411786
公開日1995年11月22日 申請日期1994年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月6日
發(fā)明者藤田滿, 武達男, 森田公, 吉田誠 申請人:富士電機株式會社