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铸模、铸造装置及铸造棒的制造方法 _73行网

来源:73行网 www.ag73.com 本站原创 公益为中国网民提供数字化信息 发布日期:2018-03-10

    发明人:神山游马 本田和义 末次大辅 摘要:铸模(13)具有用于接受熔融金属(2)的凹部(21)。凹部(21)由用于与熔融金属(2)接触而使熔融金属(2)向凝固物变化的内壁面(29)构成,并且朝向凝固物的拉拔方向(D1)开口。第1 轮廓线(23p)和第2 轮廓线(25p)的曲线在开始点(43)及(45)的位置具有尖点。宽度方向(D2)上的从第1 轮廓线(23p)到第2 轮廓线(25p)的距离,随着从拉拔方向(D1)的上游侧向下游侧前进而连续地增加。确定凹部(21)处的内壁面(29)的形状,以使铸造棒(3)能够以通过第1 结束点(33)或第2 结束点(35)并与铸模(13)的截面垂直的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.12.04(86)PCT申请的申请数据PCT/JP2012/003039 2012.05.09(87)PCT申请的公布数据WO2012/157214 JA 2012.11.22
对所述原料的凝固物进行拉拔,来制造所述原料的铸造棒的铸模,具备: 用于接受所述熔融金属的凹部, 所述凹部由用于与所述熔融金属接触以使所述熔融金属向所述凝固物变化的内壁面 构成,并且朝向所述凝固物的拉拔方向开口, 在用与所述拉拔方向平行的基准平面切断所述凹部时观察到的截面中,所述内壁面示 出了分别沿所述拉拔方向延伸的第1 轮廓线及第2 轮廓线, 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由曲线构成, 在所述截面上,在(i)将与所述拉拔方向垂直的方向定义为宽度方向,(ii)将所述拉拔 方向上的所述第1 轮廓线的最下游侧的位置定义为第1 结束点,(iii)将所述拉拔方向上 的所述第2 轮廓线的最下游侧的位置定义为第2 结束点,(iv)将所述拉拔方向上的所述第 1 轮廓线的最上游侧的位置定义为第1 开始点,(v)将所述拉拔方向上的所述第2 轮廓线的 最上游侧的位置定义为第2 开始点时, 所述第1 轮廓线在所述拉拔方向上的所述凹部的最上游侧的位置连接于所述第2 轮廓 线,以使在所述截面中所述第1 开始点与所述第2 开始点一致, 所述第1 轮廓线和所述第2 轮廓线的曲线在所述第1 开始点及所述第2 开始点的位置 具有尖点, 所述宽度方向上的从所述第1 轮廓线到所述第2 轮廓线的距离,随着从所述拉拔方向 的上游侧向下游侧前进而连续地增加, 确定所述凹部处的所述内壁面的形状,以使所述铸造棒能够以垂直于所述截面且通过 所述第1 结束点或所述第2 结束点的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位。 2. 根据权利要求1 所述的铸模,在所述截面上描绘出以所述第1 结束点或所述第2 结 束点为中心、通过所述第1 轮廓线或所述第2 轮廓线上的任意1 点的假想圆时, 所述假想圆仅在所述任意1 点与所述第1 轮廓线或所述第2 轮廓线交叉,或者与所述 第1 轮廓线或所述第2 轮廓线重叠。 3. 根据权利要求1 所述的铸模,所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由椭圆的一部 分或圆弧构成。 4. 根据权利要求1 所述的铸模,存在将由所述凹部占有的空间左右对称地等分的对称 面, 所述基准平面为相对于所述对称面垂直且与所述拉拔方向平行的平面, 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由相对于所述对称面左右对称的圆弧构成, 在所述基准平面上,在(a)将所述第1 轮廓线与所述对称面的交点定义为第1 交点,(b) 将连结构成所述第1 轮廓线的所述圆弧的中心和所述第1 交点的直线定义为开始基准线, (c)将所述对称面和所述开始基准线所成的角度定义为开始角度θ2 时, 所述开始角度θ2 处于大于0 度且小于等于30 度的范围。 5. 根据权利要求4 所述的铸模, 所述开始角度θ2 处于3 度以上且30 以下的范围。 6. 根据权利要求1 所述的铸模, 所述铸模为水平连续铸造用的铸模, 所述拉拔方向及所述基准平面分别与水平方向平行。 7. 根据权利要求1 所述的铸模, 所述凹部的上部开口,以能够通过滴下所述熔融金属而向所述凹部供给所述熔融金 属, 所述内壁面由:成为所述第1 轮廓线的起源的第1 内壁面、成为所述第2 轮廓线的起源 的第2 内壁面、和与所述第1 内壁面及所述第2 内壁面的双方邻接的底面构成。 8. 一种铸模,用于通过供给原料的熔融金属,一边使供给的所述原料凝固一边拉拔所 述原料的凝固物,来制造所述原料的铸造棒,具有: 用于接受所述熔融金属的凹部;和浇注口孔,所述浇注口孔作为向所述凹部供给所述 熔融金属的供给口,连通所述凝固物的拉拔方向上的所述凹部的最上游侧的部分和该铸模 的外部, 所述凹部由用于与所述熔融金属接触以使所述熔融金属向所述凝固物变化的内壁面 构成,并且朝向所述拉拔方向开口, 在用与所述拉拔方向平行的基准平面切断所述凹部时观察到的截面中,所述内壁面示 出了从所述浇注口孔的端部分别沿所述拉拔方向延伸的第1 轮廓线及第2 轮廓线, 存在将由所述凹部占有的空间左右对称地等分的对称面, 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由椭圆的一部分或圆弧构成,且相对于所述对 称面对称, 所述截面上,在(i)将与所述拉拔方向垂直的方向定义为宽度方向、(ii)将所述拉拔方 向上的所述第1 轮廓线的最下游侧的位置定义为第1 结束点、(iii)将所述拉拔方向上的 所述第2 轮廓线的最下游侧的位置定义为第2 结束点、(iv)将通过沿所述椭圆或所述圆弧 向所述拉拔方向的上游侧分别假想地延长所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线而得到的两条 假想线与所述对称面的交点定义为假想开始点时, 在所述假想开始点,所述两条假想线的曲线具有尖点, 所述宽度方向上的从所述第1 轮廓线到所述第2 轮廓线的距离,随着从所述拉拔方向 的上游侧向下游侧前进而连续地增加, 确定所述凹部处的所述内壁面的形状,以使所述铸造棒能够以垂直于所述截面且通过 所述第1 结束点或所述第2 结束点的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位。 9. 一种铸模,用于通过供给原料的熔融金属,一边使供给的所述原料凝固一边拉拔所 述原料的凝固物,来制造所述原料的铸造棒, 具有用于接受所述熔融金属的凹部, 所述凹部由用于与所述熔融金属接触以使所述熔融金属向所述凝固物变化的内壁面 构成,并且朝向所述凝固物的拉拔方向开口, 在用与所述拉拔方向平行的基准平面切断所述凹部时观察到的截面中,所述内壁面示 出了分别沿所述拉拔方向延伸的第1 轮廓线及第2 轮廓线, 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由多条线段构成, 所述截面上,在(i)将与所述拉拔方向垂直的方向定义为宽度方向,(ii)将所述拉拔方 向上的所述第1 轮廓线的最下游侧的位置定义为第1 结束点,(iii)将所述拉拔方向上的 所述第2 轮廓线的最下游侧的位置定义为第2 结束点时, 所述宽度方向上的从所述第1 轮廓线到所述第2 轮廓线的距离,随着从所述拉拔方向 的上游侧向下游侧前进而连续地增加, 确定所述凹部处的所述内壁面的形状,以使所述铸造棒能够以垂直于所述截面且通过 所述第1 结束点或所述第2 结束点的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位。 10. 一种铸造装置,具有: 用于保持原料的熔融金属的坩埚; 用于从所述坩埚接受所述熔融金属、使所述原料凝固的权利要求1 所述的铸模;和 用于从所述铸模拉拔所述原料的凝固物以制造所述原料的铸造棒的运送装置。 11. 根据权利要求10 所述的铸造装置,还具有: 用于向所述坩埚供给所述原料的原料供给装置;和 用于调节在所述铸模内的所述原料的凝固速度的加热装置。 12. 根据权利要求10 所述的铸造装置, 所述铸模为水平连续铸造用的铸模, 所述铸模的所述凹部的上部开口,以能够通过滴下所述熔融金属而从所述坩埚向所述 凹部供给所述熔融金属。 13. 一种铸造装置,具有: 用于保持原料的熔融金属的坩埚; 用于从所述坩埚接受所述熔融金属、使所述原料凝固的权利要求8 所述的铸模;和 用于从所述铸模拉拔所述原料的凝固物以制造所述原料的铸造棒的运送装置, 所述坩埚与所述铸模的所述浇注口孔连接,以能够从所述坩埚向所述铸模的所述凹部 供给所述熔融金属。 14. 一种铸造棒的制造方法,包括: 向权利要求1 所述的铸模供给原料的熔融金属的工序;和 一边在所述铸模内使所述原料凝固一边拉拔所述原料的凝固物、以制造所述原料的铸 造棒的工序。 15. 根据权利要求14 所述的铸造棒的制造方法, 所述铸模为水平连续铸造用的铸模, 所述铸模的所述凹部的上部开口, 在所述供给工序中,通过滴下所述熔融金属而从所述坩埚向所述凹部供给所述熔融金 属。 16. 一种铸造棒的制造方法,包括: 向权利要求8 所述的铸模供给原料的熔融金属的工序;和 一边在所述铸模内使所述原料凝固一边拉拔所述原料的凝固物、以制造所述原料的铸 造棒的工序, 在所述供给工序中,通过所述浇注口孔从所述坩埚向所述铸模的所述凹部供给所述熔 融金属。 17. 根据权利要求14 所述的铸造棒的制造方法, 所述原料是在从液相向固相变化时伴随体积的增加的材料。 18. 根据权利要求17 所述的铸造棒的制造方法, 所述原料为硅或硅化合物。 铸模、铸造装置及铸造棒的制造方法 技术领域 [0001] 本发明涉及铸模、铸造装置及铸造棒的制造方法。 背景技术 [0002] 铸造是在钢铁及非铁金属的领域所使用的技术。作为铸造技术之一,已知连续铸 造。所谓连续铸造是包括将由铸模成形的铸造棒沿垂直方向或水平方向拉拔的工序的方 法。在坩埚中熔化原料,通过设在坩埚的下部的浇注口使熔融金属流入管状的铸模,在铸模 内使原料依次凝固,对得到的铸造片连续进行拉拔由此得到铸造棒。在水平连续铸造的情 况下,还能够将熔融金属从坩埚或中间罐(tundish)向铸模滴下。 [0003] 出于减轻拉拔时施加在铸造棒上的摩擦阻力、防止拉拔不良及铸造棒破损的目 的,在铸模上设定有锥度。通常,将钢铁等材料凝固时的体积收缩计算在内,设定锥度,使得 在熔融金属的供给侧铸模的宽度变宽,随着向拉拔方向前进宽度变窄(参照专利文献1 和 2)。 [0004] 有时也用铸造法对钢铁以外的材料进行成形。例如,硅除了被添加到钢铁等金属 材料中以外,还被用在半导体、太阳能电池等中。特别是,作为太阳能电池用硅的制造方法, 近年来尝试基于铸造法的硅的成形(参照专利文献3 和4)。 [0005] 另外,本发明者们提出了通过利用用铸造法成形的硅棒向坩埚供给硅,由此高效 率且低成本地得到硅蒸镀膜的方法(参照专利文献5)。 [0006] 现有技术文献 [0007] 专利文献 [0008] 专利文献1 :特开平4 - 266456 号公报 [0009] 专利文献2 :特许4057831 号说明书 [0010] 专利文献3 :特开平7 - 256624 号公报 [0011] 专利文献4 :特开平5 - 213691 号公报 [0012] 专利文献5 :特许第4331791 号说明书 发明内容 [0013] 发明要解决的课题 [0014] 钢铁等众多材料具有从熔融金属凝固时密度增加、体积收缩的性质。但是,硅与水 同样具有凝固时膨胀的性质。因此,若使用以往在钢铁业界一直使用的带有越往前越细的 锥度的铸模,则由于硅在铸模内的膨胀,铸造棒被挤压到铸模上而无法拉拔。另外,在硅在 铸模内开始不均匀地凝固的情况下,在铸模内引起轴振摆或旋转的应力作用在铸造棒上, 由此,有可能发生拉拔时的摩擦阻力增加、拉漏(breakout)等不良情况。 [0015] 鉴于上述情况,本发明以提供与体积会伴随凝固而增加的材料的铸造相适的铸模 为目的。本发明进一步以提供使用该铸模的铸造装置及铸造棒的制造方法为目的。 [0016] 用于解决课题的技术方案 [0017] 即,本发明提供一种铸模, [0018] 用于通过供给原料的熔融金属,一边使供给的所述原料凝固一边拉拔所述原料的 凝固物,来制造所述原料的铸造棒, [0019] 具有用于接收所述熔融金属的凹部, [0020] 所述凹部由用于与所述熔融金属接触而使所述熔融金属向所述凝固物变化的内 壁面构成,并且朝向所述凝固物的拉拔方向开口, [0021] 在用与所述拉拔方向平行的基准平面切断所述凹部时观察到的截面中,所述内壁 面示出了分别沿所述拉拔方向延伸的第1 轮廓线及第2 轮廓线, [0022] 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由曲线构成, [0023] 在所述截面上,在(i)将与所述拉拔方向垂直的方向定义为宽度方向,(ii)将所述 拉拔方向上的所述第1 轮廓线的最下游侧的位置定义为第1 结束点,(iii)将所述拉拔方 向上的所述第2 轮廓线的最下游侧的位置定义为第2 结束点,(iv)将所述拉拔方向上的所 述第1 轮廓线的最上游侧的位置定义为第1 开始点,(v)将所述拉拔方向上的所述第2 轮 廓线的最上游侧的位置定义为第2 开始点时, [0024] 所述第1 轮廓线在所述拉拔方向上的所述凹部的最上游侧的位置连接于所述第2 轮廓线,以使在所述截面中所述第1 开始点与所述第2 开始点一致, [0025] 所述第1 轮廓线和所述第2 轮廓线的曲线在所述第1 开始点及所述第2 开始点的 位置具有尖点, [0026] 所述宽度方向上的从所述第1 轮廓线到所述第2 轮廓线的距离,随着从所述拉拔 方向的上游侧向下游侧前进而连续地增加, [0027] 确定所述凹部处的所述内壁面的形状,以使所述铸造棒能够以垂直于所述截面且 通过所述第1 结束点或所述第2 结束点的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位。 [0028] 发明的效果 [0029] 根据上述的铸模,确定凹部处的内壁面的形状,以使凝固物(铸造棒的前端部)能 够以垂直于一截面且通过第1 结束点或第2 结束点的轴为中心旋转移位,该截面是在用与 拉拔方向平行的基准平面切断凹部时观察到的截面。也就是说,能够将伴随原料的体积变 化而产生的应力作为铸造棒的转矩释放。因此,能够降低应力及伴随应力的产生的摩擦阻 力,进而防止铸造棒的拉拔不良及拉漏。 附图说明 [0030] 图1 是本发明的第1 实施方式涉及的铸造装置的概略图。 [0031] 图2A 是第1 实施方式涉及的铸模的作用说明图。 [0032] 图2B 是现有铸模的作用说明图。 [0033] 图3 是本实施方式涉及的铸模的三视图。 [0034] 图4 是沿本实施方式涉及的铸模的IV-IV 线的横截面图。 [0035] 图5 是与图4 同样的横截面图。 [0036] 图6 是与图4 同样的横截面图。 [0037] 图7 是变形例1 涉及的铸模的横截面图。 [0038] 图8 是变形例2 涉及的铸模的三视图。 [0039] 图9 是本发明的第2 实施方式涉及的铸造装置的概略图。 [0040] 图10A 是沿第2 实施方式涉及的铸模的XA-XA 线的横截面图。 [0041] 图10B 是第2 实施方式涉及的铸模的主视图。 [0042] 图10C 是沿第2 实施方式涉及的铸模的XC-XC 线的纵截面图。 [0043] 图11A 是沿变形例3 涉及的铸模的XIA-XIA 线的横截面图。 [0044] 图11B 是变形例3 涉及的铸模的主视图。 [0045] 图11C 是变形例3 涉及的铸模的侧视图。 [0046] 图12A 是本发明的第3 实施方式涉及的铸模的横截面图。 [0047] 图12B 是变形例4 涉及的铸模的主视图。 [0048] 图13A 是比较例1 的铸模的俯视图。 [0049] 图13B 是实施例1 的铸模的俯视图。 [0050] 图13C 是实施例2 的铸模的俯视图。 [0051] 图13D 是实施例3 的铸模的俯视图。 [0052] 图13E 是比较例2 的铸模的俯视图。 [0053] 图13F 是实施例4 的铸模的俯视图。 [0054] 图13G 是实施例5 的铸模的俯视图。 [0055] 图13H 是实施例6 的铸模的俯视图。 [0056] 图13I 是实施例7 的铸模的俯视图。 具体实施方式 [0057] 本发明涉及的第1 方式提供一种铸模, [0058] 用于通过供给原料的熔融金属,一边使供给的所述原料凝固一边拉拔所述原料的 凝固物,来制造所述原料的铸造棒, [0059] 具备用于接受所述熔融金属的凹部, [0060] 所述凹部由用于与所述熔融金属接触而使所述熔融金属向所述凝固物变化的内 壁面构成,并且朝向所述凝固物的拉拔方向开口, [0061] 在用与所述拉拔方向平行的基准平面切断所述凹部切断时观察到的截面中,所述 内壁面示出了分别沿所述拉拔方向延伸的第1 轮廓线及第2 轮廓线, [0062] 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由曲线构成, [0063] 在所述截面上,在(i)将与所述拉拔方向垂直的方向定义为宽度方向,(ii)将所述 拉拔方向上的所述第1 轮廓线的最下游侧的位置定义为第1 结束点,(iii)将所述拉拔方 向上的所述第2 轮廓线的最下游侧的位置定义为第2 结束点,(iv)将所述拉拔方向上的所 述第1 轮廓线的最上游侧的位置定义为第1 开始点,(v)将所述拉拔方向上的所述第2 轮 廓线的最上游侧的位置定义为第2 开始点时, [0064] 所述第1 轮廓线在所述拉拔方向上的所述凹部的最上游侧的位置连接于所述第2 轮廓线,以使在所述截面中所述第1 开始点与所述第2 开始点一致, [0065] 所述第1 轮廓线和所述第2 轮廓线的曲线在所述第1 开始点及所述第2 开始点的 位置具有尖点, [0066] 所述宽度方向上的从所述第1 轮廓线到所述第2 轮廓线的距离,随着从所述拉拔 方向的上游侧向下游侧前进而连续地增加, [0067] 确定所述凹部处的所述内壁面的形状,以使所述铸造棒能够以垂直于所述截面且 通过所述第1 结束点或所述第2 结束点的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位。 [0068] 本发明涉及的第2 方式提供一种铸模, [0069] 用于通过供给原料的熔融金属,一边使供给的所述原料凝固一边拉拔所述原料的 凝固物,来制造所述原料的铸造棒, [0070] 具有用于接受所述熔融金属的凹部, [0071] 所述凹部由用于与所述熔融金属接触而使所述熔融金属向所述凝固物变化的内 壁面构成,并且朝向所述凝固物的拉拔方向开口, [0072] 在用与所述拉拔方向平行的基准平面切断所述凹部时观察到的截面中,所述内壁 面示出了分别沿所述拉拔方向延伸的第1 轮廓线及第2 轮廓线, [0073] 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由曲线构成, [0074] 在所述截面上,在(i)将与所述拉拔方向垂直的方向定义为宽度方向,(ii)将所述 拉拔方向上的所述第1 轮廓线的最下游侧的位置定义为第1 结束点,(iii)将所述拉拔方 向上的所述第2 轮廓线的最下游侧的位置定义为第2 结束点,(iv)将所述拉拔方向上的所 述第1 轮廓线的最上游侧的位置定义为第1 开始点,(v)将所述拉拔方向上的所述第2 轮 廓线的最上游侧的位置定义为第2 开始点时, [0075] 所述第1 轮廓线在所述拉拔方向上的所述凹部的最上游侧的位置连接于所述第2 轮廓线,以使在所述截面中所述第1 开始点与所述第2 开始点一致, [0076] 所述第1 轮廓线和所述第2 轮廓线的曲线在所述第1 开始点及所述第2 开始点的 位置具有尖点, [0077] 所述宽度方向上的从所述第1 轮廓线到所述第2 轮廓线的距离,随着从所述拉拔 方向的上游侧向下游侧前进而连续地增加, [0078] 在所述截面上描绘出以所述第1 结束点或所述第2 结束点为中心、通过所述第1 轮廓线或所述第2 轮廓线上的任意1 点的假想圆时,所述假想圆仅在所述任意1 点与所述 第1 轮廓线或所述第2 轮廓线交叉,或者与所述第1 轮廓线或所述第2 轮廓线重叠。 [0079] 根据第2 方式,铸造棒能够以第1 结束点或第2 结束点为中心,与铸模不干涉地旋 转。其结果,能够顺畅地从铸模拉拔铸造棒。 [0080] 第3 方式,在第1 方式的基础上提供一种铸模,所述截面上描绘出以所述第1 结束 点或所述第2 结束点为中心、通过所述第1 轮廓线或所述第2 轮廓线上的任意1 点的假想 圆时,所述假想圆可以仅在所述任意1 点与所述第1 轮廓线或所述第2 轮廓线交叉,或者也 可以与所述第1 轮廓线或所述第2 轮廓线重叠。根据第3 方式,由于与第2 方式相同的理 由,能够顺畅地拉拔铸造棒。 [0081] 第4 方式,在第1 ~第3 方式的任一项的基础上提供一种铸模,所述第1 轮廓线及 所述第2 轮廓线可以分别由椭圆的一部分或圆弧构成。根据第4 方式,第1 内壁面及第2 内壁面能够由圆柱或椭圆柱的外周面的一部分构成。该情况下,铸模的设计容易。 [0082] 第5 方式,在第1 ~第4 方式的任一项的基础上提供一种铸模,可以存在将由所述 凹部占有的空间左右对称地等分的对称面。所述基准平面可以是相对于所述对称面垂直且 与所述拉拔方向平行的平面。所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线可以分别由相对于所述对 称面左右对称的圆弧构成。在所述基准平面上,在(a)将所述第1 轮廓线和所述对称面的 交点定义为第1 交点,(b)将连结构成所述第1 轮廓线的所述圆弧的中心和所述第1 交点 的直线定义为开始基准线,(c)将所述对称面和所述开始基准线所成的角度定义为开始角 度θ2 时,所述开始角度θ2 可以处于比0 度大且30 度以下的范围。若开始角度θ2 处于 合适的范围,则能够更顺畅地从铸模拉拔铸造棒。 [0083] 第6 方式,在第5 方式的基础上提供一种铸模,所述开始角度θ2 可以处于3 度以 上且30 度以下的范围。若开始角度θ2 处于合适的范围,则能够更顺畅地从铸模中拉拔铸 造棒。 [0084] 第7 方式,在第1 ~第6 方式的任一项的基础上提供一种水平连续铸造用的铸模。 所述拉拔方向及所述基准平面可以分别与水平方向平行。本发明涉及的铸模适于水平连续 铸造。 [0085] 第8 方式,在第1 ~第7 方式的任一项的基础上提供一种铸模,所述凹部的上部可 以开口,以能够通过滴下所述熔融金属而向所述凹部供给所述熔融金属。所述内壁面可以 由成为所述第1 轮廓线的起源的第1 内壁面、成为所述第2 轮廓线的起源的第2 内壁面、和 与所述第1 内壁面及所述第2 内壁面的双方邻接的底面构成。若凹部的上部开口,则能够 有效地缓和在铸造棒上产生的应力。 [0086] 本发明公开的第9 方式提供一种铸模, [0087] 用于通过供给原料的熔融金属,一边使供给的所述原料凝固一边拉拔所述原料的 凝固物,来制造所述原料的铸造棒, [0088] 具有:用于接受所述熔融金属的凹部;和浇注口孔,所述浇注口孔作为向所述凹 部供给所述熔融金属的供给口,连通所述凝固物的拉拔方向上的所述凹部的最上游侧的部 分和该铸模的外部, [0089] 所述凹部由用于与所述熔融金属接触而使所述熔融金属向所述凝固物变化的内 壁面构成,并且朝向所述拉拔方向开口, [0090] 在用与所述拉拔方向平行的基准平面切断所述凹部时观察到的截面中,所述内壁 面示出了从所述浇注口孔的端部分别沿所述拉拔方向延伸的第1 轮廓线及第2 轮廓线, [0091] 存在将由所述凹部占有的空间左右对称地等分的对称面, [0092] 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由椭圆的一部分或圆弧构成,且相对于所 述对称面对称, [0093] 所述截面上,在(i)将与所述拉拔方向垂直的方向定义为宽度方向、(ii)将所述拉 拔方向上的所述第1 轮廓线的最下游侧的位置定义为第1 结束点、(iii)将所述拉拔方向 上的所述第2 轮廓线的最下游侧的位置定义为第2 结束点、(iv)将通过沿所述椭圆或所述 圆弧向所述拉拔方向的上游侧分别假想地延长所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线而得到的 两条假想线与所述对称面的交点定义为假想开始点时, [0094] 在所述假想开始点,所述两条假想线的曲线具有尖点, [0095] 所述宽度方向上的从所述第1 轮廓线到所述第2 轮廓线的距离,随着从所述拉拔 方向的上游侧向下游侧前进而连续地增加, [0096] 确定所述凹部处的所述内壁面的形状,以使所述铸造棒能够以垂直于所述截面且 通过所述第1 结束点或所述第2 结束点的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位。 [0097] 根据第9 方式,由于与第1 方式相同的理由,能够顺畅地从铸模中拉拔铸造棒。 [0098] 本发明公开的第10 方式提供一种铸模, [0099] 用于通过供给原料的熔融金属,一边使供给的所述原料凝固一边拉拔所述原料的 凝固物,来制造所述原料的铸造棒, [0100] 具有用于接受所述熔融金属的凹部, [0101] 所述凹部由用于与所述熔融金属接触而使所述熔融金属向所述凝固物变化的内 壁面构成,并且向所述凝固物的拉拔方向开口, [0102] 在用与所述拉拔方向平行的基准平面切断所述凹部时观察到的截面中,所述内壁 面示出了分别沿所述拉拔方向延伸的第1 轮廓线及第2 轮廓线, [0103] 所述第1 轮廓线及所述第2 轮廓线分别由多条线段构成, [0104] 所述截面上,在(i)将与所述拉拔方向垂直的方向定义为宽度方向,(ii)将所述拉 拔方向上的所述第1 轮廓线的最下游侧的位置定义为第1 结束点,(iii)将所述拉拔方向 上的所述第2 轮廓线的最下游侧的位置定义为第2 结束点时, [0105] 所述宽度方向上的从所述第1 轮廓线到所述第2 轮廓线的距离,随着从所述拉拔 方向的上游侧向下游侧前进而连续地增加, [0106] 确定所述凹部处的所述内壁面的形状,以使所述铸造棒能够以垂直于所述截面且 通过所述第1 结束点或所述第2 结束点的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位。 [0107] 根据第10 方式,由于与第1 方式相同的理由,能够顺畅地从铸模中拉拔铸造棒。 [0108] 本发明涉及的第11 方式提供一种铸造装置,具有: [0109] 用于保持原料的熔融金属的坩埚; [0110] 用于从所述坩埚接受所述熔融金属、使所述原料凝固的第1~ 第10 方式的任一项 所述的铸模;和 [0111] 用于从所述铸模拉拔所述原料的凝固物以制造所述原料的铸造棒的运送装置。 [0112] 第12 方式,在第11 方式的基础上提供一种铸造装置,还可以具有:用于向所述坩 埚供给所述原料的原料供给装置;和用于调节所述铸模内的所述原料的凝固速度的加热装 置。 [0113] 第13 方式,在第11 或第12 方式的基础上提供一种水平连续铸造用的铸模。所述 铸模的所述凹部的上部可以开口,以能够通过滴下所述熔融金属而从所述坩埚向所述凹部 供给所述熔融金属。 [0114] 本发明涉及的第14 方式提供一种铸造装置,具有: [0115] 用于保持原料的熔融金属的坩埚; [0116] 用于从所述坩埚接受所述熔融金属、使所述原料凝固的第9 方式所述的铸模;和 [0117] 用于从所述铸模拉拔所述原料的凝固物以制造所述原料的铸造棒的运送装置, [0118] 所述坩埚和所述铸模的所述浇注口孔连接,以能够从所述坩埚向所述铸模的所述 凹部供给所述熔融金属。 [0119] 本发明涉及的第15 方式,提供一种铸造棒的制造方法,包括: [0120] 向第1~ 第10 方式的任一项所述的铸模供给原料的熔融金属的工序;和 [0121] 一边在所述铸模内使所述原料凝固一边拉拔所述原料的凝固物、以制造所述原料 的铸造棒的工序。 [0122] 第16 方式,在第15 方式的基础上提供一种铸造棒的制造方法,所述铸模可以是水 平连续铸造用的铸模。所述铸模的所述凹部的上部可以开口。在所述供给工序中,可以通 过滴下所述熔融金属而从所述坩埚向所述凹部供给所述熔融金属。 [0123] 本发明涉及的第17 方式提供一种铸造棒的制造方法,包括: [0124] 向第9 方式的铸模供给原料的熔融金属的工序;和 [0125] 一边在所述铸模内使所述原料凝固一边拉拔所述原料的凝固物、以制造所述原料 的铸造棒的拉拔工序, [0126] 在所述供给工序中,通过所述浇注口孔从所述坩埚向所述铸模的所述凹部供给所 述熔融金属。 [0127] 根据第11 ~第17 方式,能够高效地制造铸造棒。 [0128] 第18 方式,在第15 ~第17 方式的任一项的基础上提供一种铸造棒的制造方法, 所述原料可以是在从液相向固相变化时伴随体积的增加的材料。本发明所提供的铸模适用 于这些材料的铸造。 [0129] 第19 方式,在第18 方式的基础上提供一种铸造棒的制造方法,所述原料可以是硅 或硅化合物。本发明所提供的铸模适用于这些材料的铸造。 [0130] 以下,一边参照附图一边说明本发明的实施方式。但是,本发明不限于以下的实施 方式。本说明书中,虽然有例示特定的数值及特定的材料的情况,但本发明丝毫不由这些例 示限定性地解释。 [0131] (第1 实施方式) [0132] 如图1 所示,本实施方式涉及的铸造装置100 具有:原料供给装置11、坩埚12、铸 模13、运送装置14、加热装置15 及腔室16。各构成要素都配置在腔室16 的内部。这些构 成要素的一部分也可以位于腔室16 外部。图1 表示制造铸造棒3 时的状态。向铸模13 供 给原料1 的熔融金属2。一边使被供给的原料1 在铸模13 内凝固一边对原料1 的凝固物 (铸造棒3 的前端部)进行拉拔。由此,铸造棒3 被连续地制造。作为原料1,能够使用从液 相向固相变化时伴随体积的增加的材料。具体来说,能够使用硅或硅化合物作为原料1。 [0133] 铸造装置100 作为所谓的水平连续铸造装置而构成。因此,铸模13 为水平连续铸 造用的铸模,铸造棒3 沿水平方向被拉拔。 [0134] 在腔室16 连接有真空泵18 及气体导入管19。为了防止原料1 在熔化中氧化,能 够使用真空泵18 及气体导入管19。只要使真空泵18 工作,就能够将腔室16 内部的压力保 持为比大气压低的压力(真空状态)。只要将任意的气体通过气体导入管19 向腔室16 的内 部供给,就能够用该气体置换腔室16 内部的空气。例如,能够使用氩气等惰性气体、氢气等 还原性气体、它们的混合气体。当然,制造铸造棒3 时的压力及气氛没有特别限定。根据情 况,也可以在大气下制造铸造棒3。 [0135] 原料供给装置11 由原料贮存部11a 及滑道11b 构成,承担向坩埚12 供给原料1 的 作用。原料1 以固体的状态贮存在原料贮存部11a 中。向坩埚12 供给前的原料1 的形状, 典型地为粒状或块状。原料1 从原料贮存部11a 被送至滑道11b,通过滑道11b 到达坩埚 12。原料1 向坩埚12 的供给方法没有特别限定。即,能够使用采用送料器(parts feeder) 方式、提篮(basket)方式、推杆方式、倾斜滑动方式、传送带传送方式等方法的供给装置。在 难以在腔室16 的内部保持原料1 的情况下,也可以将原料供给装置11 的一部分、例如原料 贮存部11a 配置在腔室16 外部,从腔室16 外部向坩埚12 供给原料1。 [0136] 原料1 既可以从原料供给装置11 向坩埚12 连续地供给,也可以间歇地供给。原 料1 的供给速度,例如处于0.1g /秒~ 20g /秒的范围。通过适当地调节供给速度,能够 得到以下的益处。即,原料1 在熔化中难以气化,能够实现高的材料利用率。另外,因为能 够避免伴随原料1 的熔化及铸造而发生大的能量移动,所以能够避免铸造装置100 的大型 化、进而避免生产成本的高企。当然,原料1 的供给速度根据铸造棒3 的尺寸等而定,所以 没有特别限定。 [0137] 原料供给装置11 也可以具有用于实施原料1 的预处理的预处理部。作为预处理 部,可列举用于使原料1 干燥的干燥机、用于将原料1 破碎成适当尺寸的破碎机等。 [0138] 坩埚12 承担生成以及保持原料1 的熔融金属2 的作用。原料1 从原料供给装置 11 供给到坩埚12,在坩埚12 被加热、熔化。用于在坩埚12 内熔化原料1 的加热方法没有 特别限定,能够采用电阻加热、感应加热、基于电弧放电的加热、基于电子束照射的加热等 加热方法。坩埚12 的材料也没有特别限定。坩埚12 典型地由石墨制成。只要不产生原料 1 氧化的问题,作为坩埚12 的材料用耐火材料即可。 [0139] 坩埚12 中设有用于向铸模13 供给熔融金属2 的浇注口12a。通过浇注口12a,熔 融金属2 向铸模13 滴下。既可以通过设在坩埚12 的外壁上的槽向铸模13 滴下熔融金属 2,也可以通过设在坩埚12 的底部的孔向铸模13 滴下熔融金属2。 [0140] 坩埚12 具有能够保持适当量的熔融金属2 的容量。例如,在从原料供给装置11 向坩埚12 连续地供给原料1 的情况下,坩埚12,例如具有能够进行10 ~ 600 秒的连续供给 的容量。在以1g /秒向坩埚12 供给原料1 的情况下,坩埚12 具有能够保持10 ~ 600g 的 原料1 的容量。若坩埚12 具有适当的容量,则可得到以下的益处。即,能够降低未熔化的 原料1 向铸模13 流出的可能性。因为能够将原料1 中所含的气体成分及低沸点杂质在坩 埚12 内充分地去除,所以,气泡难以混入铸造棒3 中。熔化中原料1 难以气化,能够实现高 的材料利用率。还能够节约因熔化而消耗的电力。 [0141] 为了实现防止未熔化的原料1 流出、进行原料1 的脱气、使熔融金属2 向铸模13 的供给速度稳定化等附加目的,还可以并行或串行设置多个坩埚12。 [0142] 此外,本说明书中“坩埚”的用语广义地包含铸造领域中使用的“中间罐”的意思。 [0143] 铸模13 承担从坩埚12 接受熔融金属2 并使原料1 凝固以便得到铸造棒3 的作用。 铸模13 典型地由金属材料或石墨制造制成。作为金属材料,能够使用铜、铝、铁、钨、钼等的 金属。出于减轻摩擦阻力的目的,铸模13 也可以具有由无定形碳等的低摩擦材料涂层了的 表面。 [0144] 铸造装置100 还可以具有用于冷却铸模13 的冷却系统。例如,在铸模13 内部设 有流路时,通过在该流路中流动冷却介质,能够有效地冷却铸模13。作为液体的冷却介质, 可列举水、油等。作为气体的冷却介质,可列举空气等。用于流动冷却介质的流路可以沿铸 模13 的外周面设置。而且,通过向铸模13 吹送冷却气体,也能够冷却铸模13。 [0145] 铸模13 的出口的尺寸,即应该用铸模13 制造的铸造棒3 的尺寸(宽度及高度)处 于例如30 ~ 150mm 的范围。铸造棒3 的长度能够按从铸模13 拉拔铸造棒3 的距离任意设 定。这样的尺寸的铸造棒3,由于以下的理由,而能够用铸模13 比较容易地制造。即,在从 坩埚12 向铸模13 滴下熔融金属2 时,不要求高的位置精度。另外,滴下后的熔融金属2 容 易均匀地填充到铸模13 中。 [0146] 在铸模13 的下游侧设有支撑体17。支撑体17 承担支撑从铸模13 拉拔出的铸造 棒3、并且沿预定拉拔方向引导铸造棒3 的作用。支撑体17 既可以构成为与铸造棒3 的下 表面一同支撑侧面,也可以构成为代替铸造棒3 的下表面而支撑侧面。 [0147] 加热装置15 设在铸模13 的上方,承担调节铸模13 内的原料1 的凝固速度的作 用。通过加热装置15,直接或通过铸模13 间接地加热熔融金属2,调节凝固速度及凝固位 置。作为加热装置15,能够使用采用电阻加热、感应加热、基于电弧放电的加热、基于电子束 照射的加热等加热方法的加热装置。 [0148] 运送装置14 承担从铸模13 拉拔原料1 的凝固物以连续地制造原料1 的铸造棒3 的作用。本实施方式中,运送装置14 由能够支承铸造棒3 的多个辊14a 构成。通过用辊 14a 夹着铸造棒3 使辊14a 旋转,从而能够运送铸造棒3。当然,运送装置14 的结构没有特 别限定。运送装置14 也可以构成为,具有固定铸造棒3 的保持件,通过使保持件沿拉拔方 向移动而运送铸造棒3。 [0149] 运送装置14 的一部分也可以延伸到腔室16 的外部。该情况下,能够容易地将铸 造棒3 送出到腔室16 的外部。另外,运送装置14 也可以具有将铸造棒3 按任意的长度切 断的切割器。铸造棒3 的切断既可以在腔室16 内部进行,也可以在外部进行。而且,只要 在需要铸造棒3 的其他的装置,例如专利文献5(特许第4331791 号说明书)记载的成膜装 置上连接铸造装置100,就能够连续地向该成膜装置供给铸造棒3。 [0150] 接着,详细说明铸模13 的结构。 [0151] 在原料1 具有在凝固时膨胀的性质的情况下,伴随凝固在铸模13 的内部原料1 的 体积增加。于是,如图2A 所示,在铸造棒3 与铸模13 的边界附近的区域41 产生压缩应力 (粗箭头)。本实施方式的铸模13 被构成为,通过容许铸造棒3 的旋转移位从而缓和该压缩 应力。另外,即使因振动导致铸造棒3 的拉拔方向从设计上的方向偏移而在铸造棒3 上产 生应力,也能够通过铸造棒3 的旋转来缓和应力。 [0152] 另外,根据图2B 所示的铸模130,即使要使铸造棒3 旋转,铸造棒3 也会与铸模130 干涉。因此,不容许铸造棒3 的旋转移位,就不能够缓和压缩应力(粗箭头)。该情况下,铸 造棒3 被挤压于铸模130 而不拉拔,并且/ 或者压缩应力作用在铸造棒3 上而发生拉漏。 [0153] 图3 是铸模13 的三视图。铸模13 具有用于接受熔融金属2 的凹部21。凹部21 由内壁面29 构成,并且朝向铸造棒3 的拉拔方向D1 开口。凹部21 的上部开口,以能够通 过滴下熔融金属2 而向凹部21 供给熔融金属2。内壁面29 是用于与熔融金属2 相接而使 熔融金属2 向凝固物变化的面,包括右内壁面23(第1 内壁面)、左内壁面25(第2 内壁面) 及底面27。在右内壁面23 与底面27 的边界存在棱线。在左内壁面25 与底面27 的边界也 存在棱线。在右内壁面23 与左内壁面25 的边界也存在棱线。本实施方式中,铸模13 俯视 具有矩形的形状,但铸模13 的整体形状没有特别限定。 [0154] 本实施方式的铸模13 中,存在将由凹部21 占有的空间左右对称地等分的对称面 36。因此,右内壁面23 及左内壁面25 相对于对称面36 实质上镜像对称。由右内壁面23 和左内壁面25 形成的棱线,存在于对称面36 上。铸造棒3 的中心轴存在于对称面36 上。 若凹部21 具有左右对称的结构,则熔融金属2 能够容易地向铸模13 均匀地充填,能够使原 料1 均匀地凝固。此外,在铸造棒3 具有棱柱形状的情况下,其中心轴通过铸造棒3 的矩形 截面的对角线的交点。在铸造棒3 具有圆柱形状的情况下,其中心轴通过圆柱的中心。 [0155] 熔融金属2 向由右内壁面23 和左内壁面25 围成的斜线区域31 滴下,向铸模13 散 热。原料1 基本上在到达凹部21 的开口端前凝固。不过,为了提高铸造棒3 的形状及尺寸 的精度,也可以在铸模13 的下游侧设置辅助铸模,追加地对铸造棒3 的表面进行成形。在 该情况下,原料1 的凝固无需在铸模13 中完成。 [0156] 图4 表示沿着IV-IV 线的铸模13 的截面,即,在用与拉拔方向D1 平行的基准平面 切断凹部21 时观察到的铸模13 的截面。基准平面是相对于对称面36 垂直且与拉拔方向 D1 平行的平面。另外,基准平面是与水平方向平行的平面,图4 所示的截面为铸模13 的水 平截面。而且,铸造棒3 的中心轴与基准平面和对称面36 的交线一致。 [0157] 在图4 所示的截面中,内壁面29 示出右轮廓线23p(第1 轮廓线)及左轮廓线25p (第2 轮廓线)。右轮廓线23p 及左轮廓线25p 分别沿拉拔方向D1 延伸。在该截面上,将与 拉拔方向D1 垂直的方向定义为宽度方向D2、将拉拔方向D1 上的右轮廓线23p 的最下游侧 的位置定义为右结束点33(第1 结束点)、将拉拔方向D1 上的左轮廓线25p 的最下游侧的 位置定义为左结束点35(第2 结束点)。另外,将拉拔方向D1 上的右轮廓线23p 的最上游 侧的位置定义为右开始点43(第1 开始点)、将拉拔方向D1 上的左轮廓线25p 的最上游侧 的位置定义为左开始点45(第2 开始点)。 [0158] 本实施方式中,右轮廓线23p 及左轮廓线25p 分别由曲线构成。详细地说,右轮廓 线23p 及左轮廓线25p 分别由圆弧构成。换言之,成为右轮廓线23p 的起源的右内壁面23 由圆柱的外周面的一部分构成。成为左轮廓线25p 的起源的左内壁面25 也由圆柱的外周 面的一部分构成。形成为右内壁面23 的圆柱具有与形成为左内壁面25 的圆柱的外径相等 的外径。右轮廓线23p 及左轮廓线25p 由相对于对称面36 对称的圆弧构成。在图4 所示 的截面中,在拉拔方向D1 上的凹部21 的最上游侧的位置右轮廓线23p 与左轮廓线25p 连 接,以使右开始点43 与左开始点45 一致。右轮廓线23p 和左轮廓线25p 的曲线,在右开始 点43 及左开始点45 的位置具有尖点。也就是说,右轮廓线23p 和左轮廓线25p 的连续曲 线,在右开始点43 及左开始点45 上不能进行微分。开始点43 及45 存在于对称面36 上。 即,尖点来自于由右内壁面23 和左内壁面25 形成的棱线。 [0159] 宽度方向D2 上的从右轮廓线23p 到左轮廓线25p 的距离,随着从拉拔方向D1 的上 游侧向下游侧前进而连续地(且单调地)增加。确定凹部21 中的内壁面29 的形状,以使凝 固物(铸造棒3)能够以垂直于图4 的截面且通过右结束点33 或左结束点35 的轴为中心, 沿顺时针方向或逆时针方向旋转移位,直到凹部21 直到右结束点33 及左结束点35 的各位 置都被凝固物占据时。详细地说,在满足以下的条件时,容许铸造棒3 的旋转移位。 [0160] 如图4 所示,在图4 所示的截面上描绘出以右结束点33 或左结束点35 为中心,通 过右轮廓线23p 或左轮廓线25p 上的任意1 点的假想圆时,假想圆仅在任意1 点与右轮廓 线23p 或左轮廓线25p 交叉,或者与右轮廓线23p 或左轮廓线25p 重叠。即,假想圆与右轮 廓线23p 及左轮廓线25p 不在2 点以上交叉。 [0161] 图4 中示出了三个假想圆51、53 及55。这些假想圆51、53 及55 是以左结束点35 为中心描绘的。假想圆51 与左轮廓线25p 仅在1 点交叉。假想圆53 与左轮廓线25p 仅在 1 点交叉。假想圆55 与右轮廓线23p 仅在1 点交叉。 [0162] 在铸造棒3 以左结束点35 为中心旋转时,铸造棒3 的外周面上的点沿这些假想圆 51、53 及55 移动。也就是说,铸造棒3 能够不与铸模13 干涉地旋转。在由于原料1 的膨胀 而在铸造棒3 与铸模13 之间产生应力时,应力垂直地施加在右内壁面23 或左内壁面25 上。 于是,铸造棒3 能够在应力的反作用下以结束点33 或35 为中心旋转,能够缓和应力(参照 图2A)。其结果,能够防止拉拔不良、拉漏等不良情况。 [0163] 另外,即使在以右结束点33 或左结束点35 为中心的假想圆与右轮廓线23p 或左 轮廓线25p 重叠的情况下,也容许铸造棒3 的旋转移位。因此,在该情况下,也能够得到基 于缓和应力的效果。不过,因为成为铸造棒3 的外周面在铸模13 的右内壁面23 或左内壁 面25 上滑动的形态,所以,与假想圆和右轮廓线23p 或左轮廓线25p 仅在1 点交叉的情况 相比,效果也许被限定。 [0164] 此外,所谓“铸造棒3 能够旋转移位”并不是指容许360 度的旋转。仅通过容许例 如0.1 ~ 0.5 度的微小角度的旋转,就能够得到上述的效果。铸造棒3 的动作基本上被运 送装置14、支撑体17 等限制。 [0165] 本实施方式中,右轮廓线23p 及左轮廓线25p 分别由圆弧构成。但是,即使因加工 及操作上的理由将这些轮廓线稍微从圆弧变形,也能够得到上述的效果。 [0166] 接着,说明铸模13 的更优选的形状。应当注意到:以下的说明即使将“右”和“左” 相互交替也能够成立。 [0167] 如图5 所示,在基准平面上,将连结左结束点35 和右开始点43 的直线定义为第1 基准线47、将第1 基准线47 和对称面36 所成的角度定义为第1 角度θ1、将连结构成右轮 廓线23p 的圆弧的中心37 和右开始点43 的直线定义为第2 基准线49(开始基准线)、将对 称面36 和第2 基准线49 所成的角度定义为第2 角度θ2(开始角度)、将连结构成右轮廓 线23p 的圆弧的中心37 和右结束点33 的直线定义为第3 基准线48(结束基准线)、将第3 基准线48 和对称面36 所成的角度定义为第3 角度θ3(结束角度)。角度θ1 ~ θ3 是将 拉拔方向D1 作为0 度的轴、将与拉拔方向D1 相反的方向作为180 度的轴时的值。 [0168] 右开始点43 还是右轮廓线23p 和对称面36 的交点(第1 交点)。不过,如后述那 样,在铸模13 上设有浇注口孔的情况下,右轮廓线23p 不与对称面36 交叉。该情况下,将 通过沿着形成为右轮廓线23p 的圆弧向拉拔方向D1 的上游侧假想地延长右轮廓线23p 而 得到的两条假想线和对称面36 的交点定义为假想开始点,将连结该假想开始点和圆弧的 中心37 的直线作为第2 基准线49 处理。在左轮廓线25p 和对称面36 的交点实际上不存 在的情况下也同样。 [0169] 在第3 角度θ3 比90 度大时,从右结束点33 到左结束点35 的距离比由铸模13 成形出的铸造棒3 的宽度小。该情况下,明显不能拉拔铸造棒3。因此,第3 角度θ3 为90 度以下。第3 角度θ3 的下限没有特别限定,例如比0 度大。 [0170] 在第3 角度θ3 为90 度以下时,圆弧的中心37 存在于连结右结束点33 和左结束 点35 的直线上,或者存在于与其相比靠拉拔方向D1 的下游侧处。如图6 所示,假设与右轮 廓线23p 重叠的假想圆54、和与假想圆54 内切的假想圆52。假想圆52 的中心与左结束点 35 一致。假想圆52 和假想圆54 的切点57 存在于连结假想圆54 的中心37 和左结束点35 的直线L 上。随着沿周向从直线L 远离,假想圆52 和假想圆54 的距离扩大。 [0171] 而且,本实施方式中,确定凹部21 的形状以使第1 角度θ1 变为第2 角度θ2 以 上。 [0172] 如本实施方式这样,在第1 角度θ1 为第2 角度θ2 以上时,图6 所示的切点57 位 于凹部21 之外。离切点57 越远,假想圆54 和假想圆52 之间的距离越大。如参照图4 说 明的那样,在铸造棒3 以左结束点35 为中心旋转时,铸造棒3 的外周面上的特定的点沿以 左结束点35 为中心的假想圆(图4 中为假想圆51、53 及55,图6 中为假想圆52)移动。铸 造棒3 的旋转角度越大,该特定的点离右内壁面23 或左内壁面25 越远。因此,容许铸造棒 3 旋转,能够通过旋转来缓和应力。 [0173] 与此相对,考虑第1 角度θ1 比第2 角度θ2 小的情况。该情况下,若要使铸造棒 3 旋转,则铸造棒3 被按压到铸模13 的右内壁面23 或左内壁面25。即,如参照图2B 说明 的那样,不容许铸造棒3 旋转,就不能通过旋转来缓和应力。 [0174] 另外,第1 角度θ1 处于例如30 ~ 60 度的范围,第2 角度θ2 处于例如大于0 度 且小于等于30 度的范围。在第1 角度θ1 比30 度小的情况下,参照图4 说明了的假想圆 在2 点以上与右轮廓线23p 或左轮廓线25p 交叉。该情况下,不容许铸造棒3 的旋转移位, 也无法得到缓和应力的效果。换言之,从连结右结束点33 和左结束点35 的线段到开始点 43(或45)的距离为,例如连结右结束点33 和左结束点35 的线段的长度的(3 / 4)1/2 以 下。此外,即使第1 角度θ1 超过60 度,也能够拉拔铸造棒3。但是,在第1 角度θ1 比60 度大的情况下,因为拉拔方向D1 上的凹部21 的长度极端地变短,所以,难以在凹部21 充分 地凝固原料1。 [0175] 如图2A 所示,在铸造棒3 发生旋转时,在铸模13 与铸造棒3 的界面上,拉伸应力 作用于与界面垂直的方向,剪切应力作用于与界面平行的方向。由此,铸造棒3 被从铸模13 剥离。铸造棒3 的旋转方向与内壁面29 的切线方向越接近平行,剪切应力的作用就越大, 越接近垂直,拉伸应力的作用就越大。如图2A 所示,在产生使铸造棒3 顺时针旋转的应力 时,在左内壁面25 上的点上拉伸应力的作用变大,在右内壁面23 的上的点上剪切应力的作 用变大。不过,内壁面29 上的点中,开始点43 及45 是右内壁面23 及左内壁面25 的交点, 是特异点。因此,在开始点43 及45 应力容易集中,能够成为铸造棒3 从铸模13 剥离时的 起点。 [0176] 另一方面,第2 角度θ2 越接近0 度,即,右内壁面23 和左内壁面25 越接近连续 的曲面,就越没有铸造棒3 从铸模13 剥离时的起点。该情况下,因此铸造棒3 在凹部21 中 一边滑动一边旋转,所以,若要使铸造棒3 旋转就会在铸造棒3 与铸模13 的整个界面上产 生大的剪切应力。即,铸造棒3 的旋转需要大的力,从铸模13 剥离铸造棒3 逐渐变得困难。 因此,不优选第2 角度θ2 过小。优选,第2 角度θ2 为例如3 度~30 度。 [0177] (变形例1) [0178] 如图7 所示,变形例1 涉及的铸模63 的凹部21 具有由椭圆柱的外周面的一部分 构成的内壁面。即,在铸模63 的截面(水平截面)中,右轮廓线23p 及左轮廓线25p 分别由 椭圆的一部分构成。在该铸模63 中,在产生使铸造棒3 旋转的应力时,铸造棒3 的外周面 上的点沿着以结束点33 或35 为中心的假想圆移动。这种情况,如参照图4 等说明了的那 样,与由圆柱的外周面的一部分构成内壁面的情况相同。 [0179] 不过,在凹部21 的内壁面由椭圆柱的外周面的一部分构成的情况下,与铸造棒3 的旋转一并,铸造棒3 的外周面上的点从凹部21 的内壁面远离的速度,比凹部21 的内壁面 由圆柱的外周面的一部分构成的情况下的速度快。椭圆的情况下的速度相对于圆的情况下 的速度的比率与从圆向椭圆变形时的扩大率成比例。 [0180] 此外,只要容许铸造棒3 旋转,还可以由圆及椭圆以外的曲线,例如正弦曲线等曲 线的一部分来构成轮廓线。而且,内壁面还可以由球面的一部分构成。 [0181] (变形例2) [0182] 图8 是变形例2 涉及的铸模73 的三视图。在铸模73 的内壁面29 设定有锥度。 即,在与拉拔方向D1 及宽度方向D2 垂直的高度方向D3 上,随着从底面27 远离,宽度方向 D2 上的从右内壁面23 到左内壁面25 的距离扩大(优选连续且单调地扩大)。因此凹部21 的上部开口,所以,若在内壁面29 设定有锥度,则能够在高度方向D3 上有效地缓和在铸造 棒3 上产生的应力。 [0183] (第2 实施方式) [0184] 接着,对第2 实施方式涉及的铸造装置进行说明。对于第2 实施方式和第1 实施 方式中共同的构成要素标注相同的附图标记,并省略对其的说明。 [0185] 如图9 所示,本实施方式的铸造装置200 具有铸模83 及浇注口71。铸模83 经由 浇注口71 与坩埚12 连接。 [0186] 如图10A ~图10C 所示,铸模83 具有:用于接受熔融金属2 的凹部81 ;和作为向 凹部81 供给熔融金属2 的供给口的浇注口孔83h。能够通过浇注口孔83h 从坩埚12 向铸 模83 的凹部81 供给熔融金属2。凹部81 仅朝向拉拔方向D1 开口,其上部封闭。浇注口 孔83h 连通拉拔方向D1 上的凹部81 的最上游侧的部分和铸模83 的外部。坩埚12 通过浇 注口71 与铸模83 的浇注口孔83h 连接,以在铸模83 组装入铸造装置200 中时,能够从坩 埚12 向铸模83 的凹部81 供给熔融金属2。在浇注口71 的外部设有加热装置75,以在保 持原料1 的熔化状态的情况下向铸模83 供给熔融金属2。 [0187] 浇注口71 典型地由石墨制成,还可以由包含氧化铝、二氧化硅、它们的混合物作 为主成分(以质量比计所含最多的成分)的耐火物等制成。作为加热装置75,能够使用采用 了电阻加热、感应加热、基于电弧放电的加热、基于电子束照射的加热等加热方法的加热装 置。通过由电阻加热装置构成的加热装置75 对浇注口71 进行加热是比较容易的。在加热 能力不足的情况下,作为加热装置75 使用感应加热装置,还可以直接加热浇注口71 之中的 熔融金属2。加热装置75 还承担调节铸模83 内的原料1 的凝固速度及凝固位置的作用。 [0188] 如图10B 所示,铸模83 的凹部81 由右内壁面23、左内壁面25、下内壁面24 及上内 壁面26 构成。内壁面23 ~ 26 分别由圆柱的外周面的一部分构成。右内壁面23 和左内壁 面25 相对于对称面36 对称。下内壁面24 和上内壁面26 也相对于未图示的对称面对称。 [0189] 本实施方式的铸模83 基本上满足与由第1 实施方式所说明的铸模13 所满足的要 件相同的要件。即,确定凹部81 的形状,以使在图10A 所示的水平截面中,铸造棒3 能够以 通过右结束点33 或左结束点35 且与该水平截面垂直的轴为中心,沿顺时针方向或逆时针 方向旋转移位。用于容许铸造棒3 旋转的要件,如第1 实施方式所说明的那样。而且,本实 施方式的铸模83,不仅在水平截面中,而且在包括对称面36 的垂直截面中,也满足用于容 许铸造棒3 旋转的要件。 [0190] 此外,本实施方式的铸模83 中,左内壁面23 及右内壁面25 示出了从浇注口孔83h 的端部分别沿拉拔方向D1 延伸的右轮廓线23p 及左轮廓线25p。右开始点43 及左开始点 45 分别位于浇注口孔83h 的终端。右轮廓线23p 及左轮廓线25p 分别由椭圆的一部分或圆 弧构成,且相对于对称面36 对称。如图10A 所示,将通过沿椭圆或圆弧向拉拔方向D1 的上 游侧分别假想地延长右轮廓线23p 及左轮廓线25p 而得到的两条假想线23k 及25k 与对称 面36 的交点,定义为假想开始点44。在该假想开始点44 中,两条假想线23k 及25k 的曲 线具有尖点。在第1 实施方式中说明的第1 角度θ1 及第2 角度θ2 能分别用假想开始点 44 来定义。 [0191] 如图10B 及图10C 所示,在本实施方式涉及的铸模83 中,下内壁面24 及上内壁面 26 示出了从浇注口孔83h 的端部分别沿拉拔方向D1 延伸的下轮廓线24p 及上轮廓线26p。 下开始点84 及上开始点86 分别位于浇注口孔83h 的终端。下轮廓线24p 及上轮廓线26p 分别由椭圆的一部分或圆弧构成,且相对于第2 对称面88 对称。第2 对称面88 是将由凹部 81 占有的空间上下对称地进行等分的假想的面。将通过沿椭圆或圆弧向拉拔方向D1 的上 游侧分别假想地延长下轮廓线24p 及上轮廓线26p 而得到的两条假想线24k 及26k 与第2 对称面88 的交点,定义为第2 假想开始点46。在该第2 假想开始点46 中,两条假想线24k 及26k 的曲线具有尖点。在第1 实施方式中说明的第1 角度θ1 及第2 角度θ2 能够分别 用第2 假想开始点46 来定义。此外,图10A 所示的假想开始点44 与图10C 所示的假想开 始点46 一致。 [0192] 这样,本实施方式的铸模83 还可以构成为容许水平面的铸造棒3 的旋转和垂直面 的铸造棒3 的旋转。 [0193] 本实施方式中,浇注口71 及浇注口孔83h 的中心与铸造棒3 的中心轴一致。浇注 口71 插入到浇注口孔83h 中,浇注口71 的前端71t 位于凹部81 与浇注口孔83h 的边界。 即,在通过浇注口71 向凹部81 供给熔融金属2 时,浇注口孔83h 的内周面不与熔融金属2 接触。不过,在铸模83 由石墨构成,且通过加热铸模83 能够维持浇注口孔83h 中的原料1 的溶融状态的情况下,浇注口孔83h 的内周面也可以与熔融金属2 接触。 [0194] 本实施方式中,浇注口71 的内径被设定为与开始点43 及45 处的凹部81 的宽度、 即从右开始点43 到左开始点45 的距离相同的尺寸。这样,在铸造棒3 旋转时能够可靠地 避免铸造棒3 与浇注口71 干涉。另一方面,在浇注口71 的内径比从右开始点43 到左开始 点45 的距离小的情况下,虽然也取决于在凹部81 内的熔融金属2 的凝固位置等,但铸造棒 3 有可能与浇注口71 相干涉。如果将浇注口71 的温度设定得较高以使在铸造棒3 与浇注 口71 的前端接触时铸造棒3 的接触部分再次熔化,则能够防止该干涉。不过,该方法在能 量效率方面也许不利。同样的问题在浇注口71 的内径比从右开始点43 到左开始点45 的 距离大的情况下也存在。 [0195] 与右开始点43 及左开始点45 的情况同样地,浇注口71 的内径还可以被设定为与 开始点84 及86 的凹部81 的宽度、即从下开始点84 到上开始点86 的距离相同的尺寸。 [0196] 如果使用本实施方式的铸模83,则不仅能够制造棱柱状的铸造棒,还能够制造圆 柱状的铸造棒。另外,如果使用本实施方式的铸模83,则拉拔方向D1 不限于水平方向。即, 能够将铸模83 保持为垂直以使凹部81 朝上开口,从下供给熔融金属2,将铸造棒3 向上拉 拔。这样,在本发明中拉拔方向没有特别限定。也能够将本发明适用于垂直连续铸造。 [0197] (变形例3) [0198] 图11A ~图11C 所示的铸模93 具有:接受熔融金属2 的凹部21、和作为向凹部21 供给熔融金属2 的供给口的浇注口孔93h。凹部21 由右内壁面23、左内壁面25 及底面27 构成。右内壁面23 及左内壁面25 分别由圆柱的外周面的一部分构成。底面27 为平坦的 面。即,铸模93 在其上部开口这点上与参照图10A ~图10C 说明的铸模83 不同。另外,在 设有浇注口孔93h 这点上与参照图3 等说明的铸模13 不同。除了设有浇注口孔93h 这点 以外,铸模93 的结构与第1 实施方式的铸模13 的结构相同。 [0199] (第3 实施方式) [0200] 如图12A 所示,在本实施方式的铸模103 中,凹部21 具有右内壁面23 及左内壁面 25。在用与拉拔方向D1 平行的基准平面切断凹部21 时观察到的截面(凹部21 的水平截面) 中,右内壁面23 示出了沿拉拔方向D1 延伸的右轮廓线23p。同样地,左内壁面25 示出了 沿拉拔方向D1 延伸的左轮廓线25p。右轮廓线23p 及左轮廓线25p 分别由多条线段构成。 即,右内壁面23 及左内壁面25 由平面的组合构成。铸模103 的其他结构与第1 实施方式 中说明的铸模13 的结构相同。 [0201] 本实施方式的铸模103 基本上满足与由第1 实施方式中说明的铸模13 所满足的 要件相同的要件。即,确定凹部21 的形状,以使在图12A 所示的水平截面中,铸造棒3 能够 以通过右结束点33 或左结束点35 且与该水平截面垂直的轴为中心,沿顺时针方向或逆时 针方向旋转移位。用于容许铸造棒3 旋转的要件,如第1 实施方式中说明的那样。即,在图 12A 所示的水平截面上描绘出以第1 结束点33(或第2 结束点35)为中心、通过右轮廓线 23p(或第2 轮廓线25p)上的任意1 点的假想圆时,假想圆仅在任意1 点与右轮廓线23p 或 左轮廓线25p 交叉,或者与右轮廓线23p 或第2 轮廓线25p 重叠。 [0202] 如本实施方式这样,右轮廓线23p 及左轮廓线25p 不是必须为曲线。而且,右轮廓 线23p 及左轮廓线25p 可以分别由多条线段构成,也可以由至少一条线段和至少一条曲线 构成。只要容许铸造棒3 旋转,就能够从铸模103 中顺畅地拉拔铸造棒3。 [0203] (变形例4) [0204] 如图12B 所示,铸模113 具有:用于接受熔融金属2 的凹部21、和作为向凹部21 供给熔融金属2 的供给口的浇注口孔93h。在凹部21 的水平截面中,右轮廓线23p 及左轮 廓线25p 分别由多条线段构成,除了这点以外,铸模113 具有与第2 实施方式中说明的铸模 83 或93 的结构相同的结构。在图12A 所示的水平截面上描绘出以第1 结束点33(或第2 结束点35)为中心、通过右轮廓线23p(或第2 轮廓线25p)上的任意1 点的假想圆时,假想 圆仅在任意1 点与右轮廓线23p 或左轮廓线25p 交叉,或者与右轮廓线23p 或第2 轮廓线 25p 重叠。由此,容许铸造棒3 旋转。 [0205] 与第3 实施方式同样地,右轮廓线23p 及左轮廓线25p 可以分别由多条线段构成, 也可以由至少一条线段和至少一条曲线构成。凹部21 的上部,可以如参照图10A ~图10C 说明的那样封闭,也可以如参照图11A ~图11C 说明的那样开口。 [0206] (其他) [0207] 本发明提供能够适用于连续铸造的技术。不过,“连续”这一用语并不是指原料向 坩埚的供给、原料在坩埚的熔化、熔融金属向铸模的供给及铸造棒的拉拔的各工序必须同 时进行。另外,也没有必要总是实施这些工序。即,可以间歇地向坩埚供给原料。还可以从 坩埚间歇地向铸模供给熔融金属。还可以从铸模间歇地拉拔铸造棒。例如,能够以数秒一 次的程度实施上述各工序。 [0208] 实施例 [0209] 采用参照图3 等说明的铸模作为基本结构,作为实施例及比较例的铸模,制作了 第2 角度θ2(开始角度)和/或第3 角度θ3(结束角度)互不相同的多个铸模。即,这些 铸模的内壁面由圆柱的外周面的一部分构成。将比较例1、实施例1 ~ 3、比较例2 及实施 例4 ~ 7 的铸模的俯视图表示在图13A ~图13I 中。利用这些铸模,在以下的条件下进行 铸造,测定铸造棒的拉拔所需要的张力。必要的张力采用以下的方法测定。即,在铸造棒的 后端部安装测压单元(load cell),经由测压单元将从铸模中拉拔出铸造棒时的最大载荷 作为必要张力进行记录。将结果表示在表1 中。 [0210] 原料:硅 [0211] 原料的供给速度:20g /分 [0212] 熔化温度:1800℃ [0213] 铸模的材料:铜(水冷) [0214] 铸造棒的形状:棱柱 [0215] 铸造棒的宽度(从右结束点到左结束点的距离):55mm [0216] 铸造棒的高度:40mm [0217] 表1 [0218] θ2( 度) θ3( 度) 必要张力(N) 比较例1 0 87 > 100 实施例1 3 87 80 实施例2 20 87 42 实施例3 30 87 0.57 比较例2 40 87 > 100 实施例4 30 90 0.88 实施例5 30 80 0.07 实施例6 30 70 0.02 实施例7 30 60 0.01 [0219] 实施例1 ~ 3、比较例1 及比较例2 的铸模都具有87 度的第3 角度θ3,在0 ~ 40 度的范围具有第2 角度θ2。比较例1 及2 的铸模分别具有0 度及40 度的第2 角度θ2。 即,比较例1 的铸模在开始点的位置不具有尖角。因此,在比较例1 中,不发生铸造棒的旋 转运动,即使施加100N 的载荷也无法拉拔铸造棒。比较例2 的铸模,在设计上不容许铸造 棒旋转移位。因此,即使施加100N 的载荷也无法拉拔铸造棒。 [0220] 实施例1 ~ 3 的铸模具有3 度以上且30 度以下的第2 角度θ2。在使用实施例 1 ~ 3 的铸模时,能够拉拔铸造棒。特别是在使用实施例3 的铸模时,必要张力为0.57N。 即,拉拔铸造棒基本上不需要力。 [0221] 实施例4 ~ 7 的铸模都具有30 度的第2 角度θ2,在60 ~ 90 度的范围具有第3 角度θ3。在使用实施例4 ~ 7 的铸模时,能够不发生拉拔不良地、极顺畅地拉拔铸造棒。 [0222] 产业上的利用可能性 [0223] 本发明可以良好地适用于硅等凝固时发生膨胀的材料的铸造。用本发明涉及的方 法制造出的铸造棒能够用于电子设备、蓄电设备、记录介质等的制造。用本发明涉及的方法 制造出的铸造棒还能够作为FZ 法(区熔法)、CZ 法(直拉法)等硅精制法中的原料棒或(晶) 种棒使用。 图10A 图10B 图10C 图11A 图11B 图11C 图12A 图12B 图13A 图13B 图13C 图13D 图13E 图13F 图13G 图13H 图13I

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