本公開(kāi)涉及油田工具制造，并且更具體地，涉及在制造期間幫助控制鉆頭的熱特性曲線以防止制造缺陷的隔熱封罩。

旋轉(zhuǎn)鉆頭通常用來(lái)鉆探油氣井、地?zé)峋退?。一種類型的旋轉(zhuǎn)鉆頭是具有鉆頭體的固定切削刃鉆頭，所述鉆頭體包括胎體和加強(qiáng)材料，即本文所提到的“胎體鉆頭”。胎體鉆頭通常包括定位在胎體鉆頭體的外部上的選定位置處的切削元件或鑲齒。流體流動(dòng)通道形成在胎體鉆頭體內(nèi)以允許來(lái)自相關(guān)表面鉆探設(shè)備的鉆探流體穿過(guò)附接到胎體鉆頭體的鉆柱或鉆桿的連通。鉆探流體對(duì)胎體鉆頭上的切削元件進(jìn)行潤(rùn)滑。

胎體鉆頭通常通過(guò)將粉末材料放置到模具中并且利用粘結(jié)劑材料(諸如金屬合金)熔浸所述粉末材料而制成。所得到的胎體鉆頭的各種特征(諸如刀片、切削刃槽和/或流體流動(dòng)通道)可通過(guò)使模具腔成形和/或通過(guò)將臨時(shí)置換材料定位在模具腔的內(nèi)部部分內(nèi)來(lái)提供。預(yù)成型的鉆頭坯體(或鋼質(zhì)柄部)可放置在模具腔內(nèi)以便向胎體鉆頭體提供加強(qiáng)作用并且允許所得到的胎體鉆頭與鉆柱的附接。隨后，一定量的胎體加強(qiáng)材料(通常呈粉末形式)可與一定量的粘結(jié)劑材料一起放置在模具腔內(nèi)。

然后，將模具放置在熔爐內(nèi)并且將模具的溫度增加到期望的溫度以允許粘結(jié)劑(例如，金屬合金)液化并且熔浸胎體加強(qiáng)材料。熔爐通常將這種期望的溫度維持到熔浸過(guò)程被認(rèn)為完成的時(shí)刻，諸如當(dāng)鉆頭中的特定位置達(dá)到某一溫度時(shí)。一旦已經(jīng)達(dá)到所指定的過(guò)程時(shí)間或溫度時(shí)，就將包含熔浸的胎體鉆頭的模具從熔爐移除。當(dāng)將模具從熔爐移除時(shí)，所述模具開(kāi)始通過(guò)熱傳遞快速將熱量散失到其周圍環(huán)境中，諸如輻射和/或在所有方向上(包括徑向地從鉆頭軸以及軸向地與鉆頭軸平行)的對(duì)流。在冷卻之后，熔浸的粘結(jié)劑(例如，金屬合金)凝固并且結(jié)合胎體加強(qiáng)材料以形成金屬胎體組合物式鉆頭體并且還將鉆頭體結(jié)合到鉆頭坯體以形成所得到的胎體鉆頭。

通常，冷卻開(kāi)始于熔浸胎體的周圍并且向內(nèi)繼續(xù)，其中鉆頭體的中心以最慢的速率冷卻。因此，甚至在鉆頭體的熔浸胎體的表面已經(jīng)冷卻之后，大量的熔融材料可能仍然留在鉆頭體的中心。在熔融材料冷卻時(shí)，存在可導(dǎo)致在鉆頭體內(nèi)形成孔隙的收縮趨勢(shì)，除非熔融材料能夠繼續(xù)回填此類孔隙。在一些情況下，例如，鉆頭體內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)中間區(qū)域可在相鄰區(qū)域之前固化并且由此將熔融材料的流動(dòng)阻止到收縮孔隙度正在發(fā)展的位置處。在其他情況下，收縮孔隙度可導(dǎo)致鉆頭坯體與熔融材料之間的接觸面處的不良冶金結(jié)合，這可能導(dǎo)致在鉆頭體內(nèi)形成可能很難或不可能檢查出來(lái)的裂縫。當(dāng)存在和/或檢測(cè)到此類結(jié)合缺陷時(shí)，鉆頭通常在制造期間或制造之后被廢棄或者鉆頭的使用期限可大幅度降低。如果未檢測(cè)到這些缺陷并且在井場(chǎng)處的工作中使用鉆頭，那么鉆頭可能發(fā)生故障和/或?qū)︺@井造成損害，包括鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的損失。

附圖說(shuō)明

以下附圖被包括來(lái)用于說(shuō)明本公開(kāi)的某些方面，并且不應(yīng)視作排它性實(shí)施方案。所公開(kāi)的主題能夠在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下在形式和功能上進(jìn)行相當(dāng)多的修改、改變、組合以及等效化。

圖1示出可根據(jù)本公開(kāi)的原理制造的示例性固定切削刃鉆頭。

圖2A-圖2C示出根據(jù)本公開(kāi)的原理制造鉆頭的示例性方法的進(jìn)展示意圖。

圖3示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的示例性隔熱封罩的截面?zhèn)纫晥D。

圖4示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)示例性隔熱封罩的截面?zhèn)纫晥D。

圖5示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)示例性隔熱封罩的截面?zhèn)纫晥D。

圖6示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)示例性隔熱封罩的截面?zhèn)纫晥D。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)涉及油田工具制造，并且更具體地，涉及在制造期間幫助控制鉆頭的熱特性曲線以防止制造缺陷的隔熱封罩。

本文所描述的實(shí)施方案提供一種隔熱封罩，所述隔熱封罩包括布置在所述隔熱封罩的頂部處的熱質(zhì)量塊，所述熱質(zhì)量塊抵抗來(lái)自模具的凈熱損失速率，并且以其他方式幫助抵抗當(dāng)模具冷卻時(shí)來(lái)自模具的沿軸向方向的熱流。在一些情況下，所述熱質(zhì)量塊可以是結(jié)合有另外的隔熱材料或隔熱技術(shù)的抵抗性熱質(zhì)量塊，所述隔熱材料或隔熱技術(shù)抵抗熱流并且從而延緩來(lái)自模具頂部的輻射熱通量。在其他情況下，所述熱質(zhì)量塊可以是被動(dòng)型或主動(dòng)加熱型用熱質(zhì)量塊，其朝向模具的頂部散發(fā)熱能以改變模具的熱通量特性曲線并且減少來(lái)自模具頂部的熱損失。在任一情況下，定位在模具上方的熱質(zhì)量塊與在模具下方通過(guò)受熱器進(jìn)行的冷卻結(jié)合，可有利于更多地控制用于模具的冷卻過(guò)程并且優(yōu)化模具內(nèi)的熔融內(nèi)容物沿縱向方向或軸向方向的定向凝固。

圖1示出可根據(jù)本公開(kāi)的原理制造的固定切削刃鉆頭100的實(shí)例的透視圖。如圖所示，固定切削刃鉆頭100(在下文中稱為“鉆頭100”)可包括或以其他方式限定沿著鉆頭頭部104的圓周布置的多個(gè)切削刀片102。鉆頭頭部104連接到柄部106以形成鉆頭體108。柄部106可通過(guò)焊接，諸如使用致使圍繞焊接槽112形成焊縫110的激光電弧焊接而連接到鉆頭頭部104。柄部106還可包括或以其他方式連接到螺紋銷114，諸如美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)鉆桿螺紋。

在所描繪的實(shí)例中，鉆頭100包括五個(gè)切削刀片102，其中形成多個(gè)凹槽或凹部116(也被稱為“插孔”和/或“插座”)。切削元件118，或者稱為鑲齒，可固定地安裝在每個(gè)凹部116內(nèi)。這例如可通過(guò)將每個(gè)切削元件118釬焊到對(duì)應(yīng)的凹部116中完成。當(dāng)在使用中旋轉(zhuǎn)鉆頭100時(shí)，切削元件118嚙合巖石和下方的土制材料，以便挖掘、刮掉或磨掉被穿透地層的材料。

在鉆探操作期間，可通過(guò)鉆柱(未示出)向井下泵送鉆探流體(通常被稱為“泥漿”)，所述鉆柱在螺紋銷114處耦接到鉆頭100。鉆探流體循環(huán)通過(guò)鉆頭100并且在一個(gè)或多個(gè)噴嘴120處離開(kāi)所述鉆頭100，所述一個(gè)或多個(gè)噴嘴120定位在限定于鉆頭頭部104中的噴嘴開(kāi)口122中。排屑槽124形成在每對(duì)相鄰的切削刀片102之間，鉆屑、井下碎片、地層流體、鉆探流體等可沿著所述排屑槽124在環(huán)空內(nèi)移動(dòng)并且循環(huán)回到鉆井表面，所述環(huán)空形成在鉆柱的外部部分與正在鉆探的井筒的內(nèi)部(未明確示出)之間。

圖2A-圖2C是順序地示出根據(jù)本公開(kāi)的原理制造鉆頭(諸如圖1的鉆頭100)的示例性方法的示意圖。在圖2A中，模具200放置在熔爐202內(nèi)。雖然在圖2A-2C中未明確描繪，但是模具200可包括并且以其他方式包含生產(chǎn)鉆頭所需的所有必要材料和組成部件，包括但不限于加強(qiáng)材料、粘結(jié)劑材料、置換材料、鉆頭坯體等。

對(duì)于一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，兩種或更多種不同類型的胎體加強(qiáng)材料或粉末可定位在模具200中。此類胎體加強(qiáng)材料的實(shí)例可包括但不限于碳化鎢、碳化一鎢(WC)、碳化二鎢(W₂C)、粗晶碳化鎢、其他金屬碳化物、金屬硼化物、金屬氧化物、金屬氮化物、天然和人造金剛石以及多晶金剛石(PCD)。其他金屬碳化物的實(shí)例可包括但不限于碳化鈦和碳化鉭，并且也可使用此類材料的各種混合物?？墒褂玫母鞣N粘結(jié)劑(熔浸)材料包括但不限于銅(Cu)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鉛(Pb)、錫(Sn)、鈷(Co)和銀(Ag)的金屬合金。有時(shí)還可以添加少量的磷(P)以便降低定位在模具200中的熔浸材料的熔融溫度范圍。此類金屬合金的各種混合物也可用作粘結(jié)劑材料。

模具200和其內(nèi)容物的溫度在熔爐202內(nèi)升高直到粘結(jié)劑液化并且能夠熔浸胎體材料。一旦模具200中的指定位置在熔爐202中達(dá)到特定溫度，或者模具200在熔爐202內(nèi)以其他方式維持在特定溫度下持續(xù)預(yù)先確定的時(shí)間量，那么就將模具200從熔爐202移除。一經(jīng)從熔爐202移除，模具200就立即開(kāi)始通過(guò)向其周圍環(huán)境輻射熱能而損失熱量，同時(shí)熱量還通過(guò)來(lái)自熔爐202外部的冷空氣對(duì)流散掉。在一些情況下，如圖2B所描繪的，可以將模具200運(yùn)輸?shù)绞軣崞?06并設(shè)置在其上。從模具200到環(huán)境的輻射熱損失和對(duì)流熱損失繼續(xù)進(jìn)行，直到隔熱封罩208下降到模具200周圍為止。

隔熱封罩208可以是用來(lái)隔離模具200并且由此減緩冷卻過(guò)程的剛性殼或結(jié)構(gòu)。在一些情況下，隔熱封罩208可包括附接到其頂部表面的掛鉤210。掛鉤210可提供諸如用于提升構(gòu)件的附接位置，由此隔熱封罩208可以由所述提升構(gòu)件抓持和/或以其他方式附接到其上以用于運(yùn)輸。例如，鏈條或鋼絲繩212可耦接到掛鉤210以便提升并且移動(dòng)隔熱封罩208，如圖所示。在其他情況下，軸柄或其他類型的操縱器(未示出)可抓持在掛鉤210上以便將隔熱封罩208移動(dòng)到期望的位置。

在一些實(shí)施方案中，隔熱封罩208可包括外框架214、內(nèi)框架216和定位在外框架214與內(nèi)框架216之間的隔熱材料218。在一些實(shí)施方案中，外框架214和內(nèi)框架216兩者可由軋制鋼制成并且成型(即，彎曲、焊接等)為隔熱封罩208的一般形狀、設(shè)計(jì)和/或構(gòu)造。在其他實(shí)施方案中，內(nèi)框架216可以是將隔熱材料218保持在外框架214與內(nèi)框架216之間的金屬絲網(wǎng)。隔熱材料218可選自多種隔熱材料，諸如下文所討論的那些。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，隔熱材料218可以是陶瓷纖維毛氈，諸如等。

如圖2C所描繪的，隔熱封罩208可封閉模具200，以使得從模具200輻射的熱能從模具200的頂部和側(cè)面大幅度減少并且替代地基本上向下引導(dǎo)并且另外朝向/進(jìn)入受熱器206或朝向模具200返回。在所示出的實(shí)施方案中，受熱器206是冷卻板，該冷卻板被設(shè)計(jì)來(lái)使流體(例如，水)相對(duì)于模具200在降低的溫度下循環(huán)(即，在周圍環(huán)境處或附近)以便從模具200吸取熱能進(jìn)入循環(huán)流體，并且由此降低模具200的溫度。然而，在其他實(shí)施方案中，受熱器206可以是被構(gòu)造來(lái)促進(jìn)從模具200的底部220到受熱器206的熱傳遞的任何類型的冷卻裝置或熱交換器。在另外其他實(shí)施方案中，受熱器206可以是可支撐模具200并且優(yōu)選地具有高熱容量的任何穩(wěn)定或剛性表面，諸如混凝土板或地板。

因此，一旦隔熱封罩208圍繞模具200被布置并且受熱器206運(yùn)行，熱能的大部分就通過(guò)模具200的底部220轉(zhuǎn)移離開(kāi)模具200并且進(jìn)入受熱器206。模具200和其內(nèi)容物(即，胎體鉆頭)的這種受控冷卻允許用戶在一定程度上調(diào)節(jié)或控制模具200的熱特性曲線并且可致使定位在模具200內(nèi)的鉆頭的熔融內(nèi)容物的定向凝固，其中鉆頭的軸向凝固超過(guò)其徑向凝固。在模具200內(nèi)，鉆頭的面(即，鉆頭的包括切削刃的末端)可定位在模具200的底部220處并且另外與受熱器206相鄰，同時(shí)柄部106(圖1)可與模具200的頂部相鄰定位。因此，可以從切削刃118(圖1)朝向柄部106(圖1)以軸向向上方式冷卻鉆頭。這種定向凝固(從下而上)在以下方面可證明是有利的：減少由于收縮孔隙度、鉆頭坯體與熔融材料之間的接觸面處的裂縫以及噴嘴裂縫而導(dǎo)致的孔隙的發(fā)生。

雖然圖1描繪固定切削刃鉆頭100并且圖2A-圖2C討論在模具200內(nèi)一般性鉆頭的生產(chǎn)，但是本公開(kāi)的原理同樣適用于任何類型的油田鉆頭或切削工具，包括但不限于固定角度的鉆頭、牙輪鉆頭、取芯鉆頭、雙心鉆頭、孕鑲鉆頭、擴(kuò)孔器、穩(wěn)定器、開(kāi)孔器、切削刃、切削元件等。此外，應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)的原理還可應(yīng)用于制造至少部分地通過(guò)使用模具形成的其他類型的工具和/或部件。例如，本公開(kāi)的教義還可適用于(但不限于)不可回收的鉆探部件、與井筒的套管鉆探相關(guān)的鋁鉆頭體、鉆柱穩(wěn)定器、用于牙輪鉆頭的牙輪、用于鍛造用來(lái)制造牙輪鉆頭的支撐臂的壓模的模型、用于固定擴(kuò)孔器的臂、用于可擴(kuò)展擴(kuò)孔器的臂、與可擴(kuò)展擴(kuò)孔器相關(guān)的內(nèi)部部件、附接到旋轉(zhuǎn)鉆頭的沿井孔上行末端的套筒、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具、隨鉆測(cè)井工具、隨鉆測(cè)量工具、井壁取芯工具、捕魚(yú)叉、沖洗工具、轉(zhuǎn)子、定子和/或用于井下鉆探電機(jī)的外罩、刀片和用于井下渦輪的外罩以及具有與形成井筒相關(guān)的復(fù)雜構(gòu)造和/或不對(duì)稱幾何形狀的其他井下工具。

根據(jù)本公開(kāi)，可通過(guò)修改隔熱封罩208的構(gòu)造和/或設(shè)計(jì)來(lái)增強(qiáng)對(duì)模具200的熱特性曲線的控制。更具體地，本文所描述的實(shí)施方案提供一種包括熱質(zhì)量塊的隔熱封罩，所述熱質(zhì)量塊布置在所述隔熱封罩的頂部處以抵抗當(dāng)模具200冷卻時(shí)在所述模具200上方沿軸向方向的熱流。在一些實(shí)施方案中，所述熱質(zhì)量塊可以是抵抗性熱質(zhì)量塊，其結(jié)合有另外的隔熱材料或隔熱技術(shù)以抵抗熱流并且從而延緩從模具200頂部散發(fā)的熱通量。在其他實(shí)施方案中，所述熱質(zhì)量塊可以是被動(dòng)型或主動(dòng)型加熱用熱質(zhì)量塊，其從隔熱封罩的頂部朝向模具200散發(fā)熱量或熱能，并且由此通過(guò)減少來(lái)自模具200頂部的熱損失而改變模具200的熱通量特性曲線。在任一情況下，定位在模具200上方的熱質(zhì)量塊與在模具下方通過(guò)受熱器206進(jìn)行的冷卻結(jié)合，可有利于更多地控制用于模具200的冷卻過(guò)程并且優(yōu)化模具200內(nèi)的熔融內(nèi)容物(例如，鉆頭)沿縱向方向或軸向方向的定向凝固。通過(guò)定向凝固，可以將任何潛在的缺陷(例如，孔隙)形成在模具200的較高和/或更向外的位置處，在所述位置中可以稍后在修整操作期間將它們加工去除。

圖3示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的示例性隔熱封罩300的截面?zhèn)纫晥D。隔熱封罩300在一些方面可類似于圖2B和圖2C的隔熱封罩208，并且因此可以參考這兩個(gè)圖來(lái)最佳地理解，其中相同的數(shù)字指示相同的元件或部件，相同的元件或部件不再進(jìn)行描述。隔熱封罩300可包括支撐結(jié)構(gòu)306，所述支撐結(jié)構(gòu)306限定或以其他方式提供隔熱封罩300的一般形狀和構(gòu)造。在一些實(shí)施方案中，支撐結(jié)構(gòu)306可以是端部開(kāi)放的圓柱形結(jié)構(gòu)，具有頂端302a和底端302b。底端302b可以是開(kāi)放的或以其他方式限定開(kāi)口304，所述開(kāi)口304被構(gòu)造來(lái)當(dāng)隔熱封罩300下降到模具200周圍時(shí)，將模具200接收在支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)部中。頂端302a可以閉合的并且在其外表面上提供掛鉤210(或類似裝置)，如上所述。

在一些實(shí)施方案中，如圖所示，支撐結(jié)構(gòu)306可包括外框架214和內(nèi)框架216，如上文一般性地描述的。然而，在其他實(shí)施方案中，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，外框架214或內(nèi)框架216中的一個(gè)可從支撐結(jié)構(gòu)306中省略，以使得支撐結(jié)構(gòu)306可替代地僅包括外框架214和內(nèi)框架216中的一個(gè)。

支撐結(jié)構(gòu)306，包括外框架214和內(nèi)框架216中的一個(gè)或兩者，可由任何剛性材料制成，所述材料包括但不限于金屬、陶瓷(例如，模制的陶瓷基板)、復(fù)合材料、其組合等。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，外框架214和內(nèi)框架216中的一個(gè)或兩者可以是金屬網(wǎng)。支撐結(jié)構(gòu)306可表現(xiàn)出將容納模具200的一般形狀的任何合適的水平截面形狀，包括但不限于圓形、橢圓形、多邊形、帶有圓角的多邊形或其任何混合體。在一些實(shí)施方案中，支撐結(jié)構(gòu)306在沿隔熱封罩300的高度的不同位置處可表現(xiàn)出不同的水平截面形狀和/或尺寸。

在一些實(shí)施方案中，如圖所示，隔熱封罩300還可包括由支撐結(jié)構(gòu)306支撐的隔熱材料308。隔熱材料308可大致上在支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a與底端302b之間延伸并且還橫跨頂端302a延伸，從而利用隔熱材料308基本上圍繞或以其他方式包封模具200(除底端302b之外)。

隔熱材料308可類似于圖2B和圖2C的隔熱材料218，并且可包括但不限于陶瓷(例如，可以是結(jié)晶的、非結(jié)晶的或半結(jié)晶的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物和硅化物)、聚合物、隔熱金屬?gòu)?fù)合材料、碳、納米復(fù)合材料、泡沫、流體(例如，空氣)、其任何組合物或其任何組合。隔熱材料308還可包括但不限于呈以下形式的材料：珠粒、微粒、薄片、纖維、羊毛、織造織物、膨化織物、片材、磚塊、石頭、塊體、鑄造形狀、模制形狀、泡沫、噴淋隔熱體等、其任何混合物或其任何組合。因此，可用作隔熱材料308的合適材料的實(shí)例可包括但不限于：陶瓷、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷塊、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、耐火磚、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、聚合物珠粒、聚合物纖維、聚合物織物、納米復(fù)合材料、護(hù)套中的流體、金屬織物、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、金屬鍛造物等、其任何組合物或其任何組合。

可用作隔熱材料308的合適材料可以能夠?qū)⒛＞?00維持在一定溫度下，所述溫度的范圍為從約-200℃(-325℉)、-100℃(-150℉)、0℃(32℉)、150℃(300℉)、175℃(350℉)、260℃(500℉)、400℃(750℉)、480℃(900℉)或535℃(1000℉)的下限到約870℃(1600℉)、815℃(1500℉)、705℃(1300℉)、535℃(1000℉)、260℃(500℉)、0℃(32℉)或-100℃(-150℉)的上限，其中所述溫度的范圍可以是從任一下限到任一上限的范圍并且包含其間的任何子集。此外，可用作隔熱材料308的合適材料可以能夠承受一定的溫度，所述溫度的范圍為從約-200℃(-325℉)、-100℃(-150℉)、0℃(32℉)、150℃(300℉)、260℃(500℉)、400℃(750℉)或535℃(1000℉)的下限到約870℃(1600℉)、815℃(1500℉)、705℃(1300℉)、535℃(1000℉)、0℃(32℉)或-100℃(-150℉)的上限，其中所述溫度的溫度可以是從任一下限到任一上限并且包含其間的任何子集。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，可針對(duì)特定應(yīng)用和將在隔熱封罩300內(nèi)維持的特定溫度來(lái)適當(dāng)?shù)剡x擇隔熱材料308。

隔熱材料308可以通過(guò)隔熱封罩300的各種構(gòu)造由支撐結(jié)構(gòu)306支撐。例如，如所示出的實(shí)施方案中所描繪的，外框架214和內(nèi)框架216可協(xié)作地限定空腔310，并且空腔310可以被構(gòu)造來(lái)將隔熱材料308接收并以其他方式容納在其中。在一些實(shí)施方案中，支撐結(jié)構(gòu)306還可包括在隔熱封罩300的底端302b處的基腳312，所述基腳312在外框架214與內(nèi)框架216之間延伸?；_312可充當(dāng)用于隔熱材料308的支撐件，并且可證明在隔熱材料308包括可堆疊的和/或單獨(dú)的組成隔熱材料時(shí)尤其有用，所述組成隔熱材料諸如陶瓷塊(模制的或鑄造的)、耐火磚、石墨塊、金屬泡沫、金屬鑄造物以及金屬鍛造物可在空腔310內(nèi)堆疊在彼此頂上。

然而，在其他實(shí)施方案中，如以上指出的，外框架214和內(nèi)框架216中的一個(gè)可從隔熱封罩300中省略并且可替代地隔熱材料308可以由從外框架214或內(nèi)框架216(取決于所述構(gòu)造中剩余的那個(gè))延伸的基腳312支撐。在另外其他實(shí)施方案中，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，可替代地，隔熱材料308可使用例如一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件(例如，螺栓、螺釘、銷等)直接耦接到外框架214和/或內(nèi)框架216。

隔熱封罩300還可包括布置在隔熱封罩300(即，支撐結(jié)構(gòu)306)的頂端302a處或附近的熱質(zhì)量塊314。如本文所描述的，熱質(zhì)量塊314可用于抵抗在冷卻期間來(lái)自模具200頂部316的熱流。更具體地，熱質(zhì)量塊314可幫助減緩模具200頂部316的在軸向方向A上且隨后通過(guò)隔熱封罩300頂端302a的冷卻過(guò)程。因此，將熱質(zhì)量塊314布置在隔熱封罩300的頂端302a“處或附近”可允許熱質(zhì)量塊314與模具200的頂部316熱連通。

熱質(zhì)量塊314可在支撐結(jié)構(gòu)306頂端302a處或附近的各種位置處耦接到隔熱封罩300或布置在其上。在所示出的實(shí)施方案中，例如，熱質(zhì)量塊314被描繪為定位在隔熱封罩300(即，支撐結(jié)構(gòu)306)的內(nèi)部中并且以其他方式固定到支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318。然而，在其他實(shí)施方案中，可替代地，熱質(zhì)量塊314可在支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a處定位在外框架與內(nèi)框架216、214之間。在另外其他實(shí)施方案中，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，熱質(zhì)量塊314可布置在隔熱封罩300的外部上，諸如在外框架214的外表面(或在外框架214省略的情況下，內(nèi)框架216的外表面)上。

在所示出的實(shí)施方案中，熱質(zhì)量塊314可使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件320(示出兩個(gè))固定到支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318，所述機(jī)械緊固件320諸如螺栓、螺釘、銷等。然而，在其他實(shí)施方案中，或除此之外，熱質(zhì)量塊314可通過(guò)諸如焊接、釬焊或擴(kuò)散粘結(jié)的附接過(guò)程永久性地附接到支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318。

如本文所使用的，“支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318”可以是指內(nèi)框架216的內(nèi)表面，如圖所示，但在內(nèi)框架216省略的情況下，同樣可以是指外框架214的內(nèi)表面。此外，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，“支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318”還可以是指外框架214或內(nèi)框架216的水平內(nèi)表面以及垂直內(nèi)表面。例如，雖然熱質(zhì)量塊314在圖3中被描繪為通過(guò)機(jī)械緊固件320機(jī)械地緊固到支撐結(jié)構(gòu)306的水平內(nèi)表面318，但是熱質(zhì)量塊314同樣可以機(jī)械地緊固到垂直或側(cè)壁內(nèi)表面318或兩者的組合。

圖3中的熱質(zhì)量塊314可以表征為“抵抗性熱質(zhì)量塊”，這是因?yàn)闊豳|(zhì)量塊314通過(guò)在頂端302a處結(jié)合有增加的隔熱能力或隔熱特性而抵抗來(lái)自模具200頂部316的熱流。在一些實(shí)施方案中，這可通過(guò)以下方式完成：在熱質(zhì)量塊314中使用另外的隔熱材料322以便延緩來(lái)自模具200頂部316的穿過(guò)隔熱封罩300頂端302a的熱通量。另外的隔熱材料322可以是與隔熱材料308相同類型的隔熱體。在一些實(shí)施方案中，例如，隔熱材料322可包括單塊的陶瓷(例如，氧化鋁)、鋼(例如，316L不銹鋼)或另一類型的金屬。在其他實(shí)施方案中，隔熱材料322可包括多層隔熱毛氈，諸如陶瓷纖維毛氈(例如等)?？商娲?，隔熱材料322可由以下構(gòu)成：陶瓷、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷塊、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、耐火磚、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、金屬織物、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、其任何組合物以及其任何組合。此外，熱質(zhì)量塊314可通過(guò)在封罩(諸如空腔或一個(gè)或多個(gè)管)中包含流體而表現(xiàn)出增加的隔熱特性。另外，熱質(zhì)量塊314可具有完全或部分地封閉的復(fù)合或混合結(jié)構(gòu)，諸如在金屬框架中的陶瓷珠粒或在陶瓷封罩中的金屬泡沫。

此外，可以在頂端302a處或附近修改或改變隔熱封罩300的一個(gè)或多個(gè)熱特性，以便進(jìn)一步抵抗來(lái)自模具200頂部316的在軸向方向A上且隨后穿過(guò)隔熱封罩300頂端302a的熱流。例如，隔熱涂層，諸如熱障涂層可施加到頂端302a處的外壁和內(nèi)壁中的一個(gè)或兩者或施加到熱質(zhì)量塊314的至少一個(gè)表面。這種隔熱涂層可證明在以下方面是有利的：提供了可幫助將熱能朝向熱質(zhì)量塊314和/或朝向模具200重新引導(dǎo)回去的熱障。在其他實(shí)施方案中，或除此之外，與用于在底端302b處或附近的支撐結(jié)構(gòu)306和隔熱材料308的材料相反，用于在頂端302a處或附近的支撐結(jié)構(gòu)306和隔熱材料308的材料可表現(xiàn)出較低的熱導(dǎo)率。表現(xiàn)出低熱導(dǎo)率的材料的至少一個(gè)實(shí)例是陶瓷，諸如陶瓷涂層。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，表現(xiàn)出低熱導(dǎo)率的其他材料可能同樣有效。使用此類熱導(dǎo)率較低的材料可證明在以下方面是有利的：在頂端302a處增加隔熱罐300的隔熱特性。

圖4示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)示例性隔熱封罩400的截面?zhèn)纫晥D。隔熱封罩400在一些方面可類似于圖3的隔熱封罩300，并且因此可以參考圖3來(lái)最佳地理解，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，相同的元件不再進(jìn)行描述。類似于圖3的隔熱封罩300，隔熱封罩400可包括：支撐結(jié)構(gòu)306，所述支撐結(jié)構(gòu)306包括外框架214和內(nèi)框架216；以及隔熱材料308，所述隔熱材料308被支撐在支撐結(jié)構(gòu)306上，如上文一般性地描述的。然而，在其他實(shí)施方案中，如以上所提及的，外框架214和內(nèi)框架216中的至少一個(gè)可以從隔熱封罩400中省略。

此外，隔熱封罩400還包括熱質(zhì)量塊402，所述熱質(zhì)量塊402布置在隔熱封罩400(即，支撐結(jié)構(gòu)306)的頂端302a處或附近并且用于抵抗來(lái)自模具200頂部316的在軸向方向A上的熱流。如同圖3的熱質(zhì)量塊314，熱質(zhì)量塊402可在支撐結(jié)構(gòu)306頂端302a處或附近的各種位置處耦接到隔熱封罩400或布置在其上。例如，熱質(zhì)量塊402可定位在隔熱封罩400(即，支撐結(jié)構(gòu)306)的內(nèi)部中并且以其他方式固定到支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318，但是也可在支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a處定位在外框架與內(nèi)框架216、214之間，或定位在隔熱封罩400的外部上，諸如在外框架214的外表面或內(nèi)表面(或在外框架214省略的情況下，內(nèi)框架216的外表面)上。在所示出的實(shí)施方案中，熱質(zhì)量塊402被描繪為使用機(jī)械緊固件320固定到支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318，但是也可以(或除此之外)使用諸如焊接、釬焊或擴(kuò)散粘結(jié)的一個(gè)或多個(gè)附接過(guò)程永久性地附接到其上。

然而，不同于圖3的熱質(zhì)量塊314，熱質(zhì)量塊402可以表征為“加熱用熱質(zhì)量塊”，其被構(gòu)造來(lái)向模具200施加熱能或熱量404。更具體地，代替延緩來(lái)自模具200的熱通量(如利用熱質(zhì)量塊314的情況)，熱質(zhì)量塊402可被動(dòng)地或主動(dòng)地向模具200的頂部316提供熱量404，以改變其熱特性曲線并減少通過(guò)模具200頂部316的熱損失。

被動(dòng)型加熱用熱質(zhì)量塊402的一個(gè)實(shí)例是在隔熱封罩400下降到模具200周圍之前預(yù)先加熱的熱質(zhì)量塊。對(duì)熱質(zhì)量塊402進(jìn)行預(yù)先加熱可證明在減緩來(lái)自模具200頂部316頂部的輻射熱通量方面是有利的。更具體地，模具200一旦從熔爐202(圖2A)移除，來(lái)自模具200的輻射熱通量就與其上升到四次方的溫度和其上升到四次方的周圍環(huán)境溫度(以絕對(duì)溫標(biāo)、諸如開(kāi)爾文測(cè)量的溫度)之間的差成比例。模具200可在1800℉至2500℉(1255K至1644K)范圍中的溫度下離開(kāi)熔爐202，并且立即以較高速率向室溫環(huán)境(約293K)輻射熱能。當(dāng)隔熱封罩400下降到模具200之上時(shí)，熱能繼續(xù)以高速率從模具200輻射，直到隔熱封罩400的溫度升高到模具200的溫度或其附近。因此，對(duì)熱質(zhì)量塊402進(jìn)行預(yù)先加熱可以減緩來(lái)自模具200的輻射熱通量。

在此類實(shí)施方案中，熱質(zhì)量塊402可由能夠充當(dāng)熱貯器406的材料制成。用于熱貯器406的合適材料包括但不限于：?jiǎn)螇K的陶瓷(例如，氧化鋁)、鋼(例如，316L不銹鋼或另一類型的金屬)，或大塊的高熱容材料(諸如耐火土、耐火磚、巖石、陶瓷塊、石墨塊以及其任何組合)?？商娲?，熱貯器406可由以下構(gòu)成：陶瓷、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷塊、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、耐火磚、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、金屬織物、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、其任何組合物以及其任何組合。熱質(zhì)量塊402可以是預(yù)先加熱的，諸如在圖2A的熔爐202或另一類型的熔爐內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)熱元件(未示出)可用于對(duì)熱質(zhì)量塊402進(jìn)行預(yù)先加熱。例如，所述熱元件可定位成與熱質(zhì)量塊402相鄰或以其他方式嵌入在熱質(zhì)量塊402內(nèi)，并且被激活來(lái)增加熱質(zhì)量塊402的溫度?？商娲?，所述熱元件可暫時(shí)地放置在熱質(zhì)量塊402附近以便在隔熱封罩400下降到模具200之上前對(duì)所述熱質(zhì)量塊進(jìn)行預(yù)先加熱。所得到的預(yù)先加熱的熱質(zhì)量塊402可提供用于當(dāng)隔熱封罩400下降到待冷卻的模具200之上時(shí)朝向模具200頂部316散發(fā)的多余熱量404的貯器。

此外，可以在頂端302a處或附近修改隔熱封罩400的一個(gè)或多個(gè)熱特性，以便進(jìn)一步抵抗來(lái)自模具200頂部316的在軸向方向A上的熱流。例如，隔熱涂層，諸如熱障涂層可施加到頂端302a處的外壁和內(nèi)壁中的一個(gè)或兩者或施加到熱質(zhì)量塊402的至少一個(gè)表面。在其他實(shí)施方案中，或除此之外，與用于在底端302b處或附近的支撐結(jié)構(gòu)306和隔熱材料308的材料相反，用于在頂端302a處或附近的支撐結(jié)構(gòu)306和隔熱材料308的材料可表現(xiàn)出較低的熱導(dǎo)率。

圖5示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)示例性隔熱封罩500的截面?zhèn)纫晥D。隔熱封罩500在一些方面可類似于圖4的隔熱封罩400，并且因此可以參考圖4來(lái)最佳地理解，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，相同的元件不再進(jìn)行描述。類似于圖4的隔熱封罩400，隔熱封罩500可包括：支撐結(jié)構(gòu)306，所述支撐結(jié)構(gòu)306包括外框架214和內(nèi)框架216；以及隔熱材料308，所述隔熱材料308被支撐在支撐結(jié)構(gòu)306上，如上文一般性地描述的。

此外，隔熱封罩500還包括熱質(zhì)量塊502，所述熱質(zhì)量塊502布置在隔熱封罩500(即，支撐結(jié)構(gòu)306)的頂端302a處或附近以用于抵抗來(lái)自模具200頂部316的在軸向方向A上的熱流。如同圖4的熱質(zhì)量塊402，熱質(zhì)量塊502可在支撐結(jié)構(gòu)306頂端302a處或附近的各種位置處耦接到隔熱封罩500或布置在其上。例如，熱質(zhì)量塊502可定位在隔熱封罩500(即，支撐結(jié)構(gòu)306)的內(nèi)部中并且以其他方式固定到支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318。熱質(zhì)量塊502同樣可在支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a處定位在外框架與內(nèi)框架216、214之間，或者定位在隔熱封罩500的外部上，諸如在外框架214的外表面上。

類似于圖4的熱質(zhì)量塊402，熱質(zhì)量塊502可以表征為“加熱用熱質(zhì)量塊”，其向模具200的頂部316施加熱能或熱量404。然而，不同于熱質(zhì)量塊402，熱質(zhì)量塊502可以是主動(dòng)型加熱用熱質(zhì)量塊502，其能夠主動(dòng)地向模具200的頂部316提供熱源404。更具體地，熱質(zhì)量塊500可包括或以其他方式包含與模具200的頂部316熱連通的一個(gè)或多個(gè)熱元件504(示出一個(gè))。在所示出的實(shí)施方案中，熱元件504被描繪為延伸到隔熱封罩500內(nèi)部中的感應(yīng)線圈或加熱元件，但同樣可以是能夠向模具200施加熱能(例如，熱量404)并且具體地通過(guò)模具200的頂部316施加熱能的任何裝置或機(jī)構(gòu)。合適的熱元件504包括但不限于：加熱元件、熱交換器、輻射加熱器、電加熱器、紅外加熱器、感應(yīng)加熱器(線圈)、加熱帶、加熱的線圈、加熱的流體(流動(dòng)的或靜態(tài)的)、放熱化學(xué)反應(yīng)或其任何組合。用于加熱元件的合適構(gòu)造可包括但不限于線圈、板材、條帶、帶翅片的元件等或其任何組合。

熱元件504可以通過(guò)多種構(gòu)造與模具200的頂部316熱連通。在所示出的實(shí)施方案中，例如，熱元件504被描繪為嵌入在熱質(zhì)量塊502內(nèi)，所述熱質(zhì)量塊502可由選自由以下組成的組的材料制成：塊狀陶瓷(例如，氧化鋁)、塊狀鋼(例如，316L不銹鋼或另一類型的金屬)、大塊的高熱容材料(諸如耐火土、耐火磚、巖石、陶瓷塊、石墨塊以及其任何組合)?？商娲?，熱貯器406可由以下構(gòu)成：陶瓷、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷塊、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、耐火磚、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、金屬織物、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、其任何組合物以及其任何組合。然而，在其他實(shí)施方案中，用于熱質(zhì)量塊502的材料可省略并且可替代地?zé)嵩?04可單獨(dú)延伸到隔熱封罩300的內(nèi)部中。在另外其他實(shí)施方案中，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，熱元件504可在支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a處布置在外框架與內(nèi)框架216、214之間，或布置在隔熱封罩500的外部上，諸如在外框架214的外表面(或在外框架214省略的情況下，內(nèi)框架216的外表面)上。熱元件504在以下方面可為有用的：當(dāng)所述熱元件504向模具200的頂部316提供熱能(即，熱量404)同時(shí)受熱器206從模具200的底部220吸出熱能時(shí)，幫助促進(jìn)模具200的熔融內(nèi)容物的定向凝固。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，可選擇性地對(duì)熱元件504進(jìn)行控制以便優(yōu)化模具200的熔融內(nèi)容物的定向凝固。例如，在至少一個(gè)實(shí)施方案中，可在隔熱封罩500下降到模具200之上時(shí)激活熱元件504以便對(duì)熱質(zhì)量塊502進(jìn)行預(yù)先加熱，并且由此提供以上相對(duì)于圖4的預(yù)先加熱的熱質(zhì)量塊402所述的益處。在其他實(shí)施方案中，可在隔熱封罩500放置到模具200周圍時(shí)激活熱元件504?？杉せ顭嵩?04以便向模具300提供熱量504持續(xù)預(yù)先確定的時(shí)間量，之后可禁用或去激活熱元件504以允許模具200的頂部316冷卻。

在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)另外的熱元件(未示出)也可沿隔熱封罩500的側(cè)面放置以幫助促進(jìn)模具200的定向冷卻。例如，此類熱元件可沿隔熱封罩500側(cè)壁的頂部三分之一放置并且另外與熱質(zhì)量塊502和模具200的頂部316相鄰。

圖6示出根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的另一個(gè)示例性隔熱封罩600的截面?zhèn)纫晥D。隔熱封罩600在一些方面可類似于圖4的隔熱封罩400，并且因此可以參考圖4來(lái)最佳地理解，其中相同的數(shù)字表示相同的元件，相同的元件不再進(jìn)行描述。類似于圖4的隔熱封罩400，隔熱封罩600可包括：支撐結(jié)構(gòu)306，所述支撐結(jié)構(gòu)306包括外框架214和內(nèi)框架216；以及隔熱材料308，所述隔熱材料308被支撐在支撐結(jié)構(gòu)306上，如上文一般性地描述的。

此外，隔熱封罩600還包括熱質(zhì)量塊602，所述熱質(zhì)量塊602布置在隔熱封罩600(即，支撐結(jié)構(gòu)306)的頂端302a處或附近以用于抵抗來(lái)自模具200頂部316的在軸向方向A上的熱流。熱質(zhì)量塊602可在支撐結(jié)構(gòu)306頂端302a處或附近的各種位置處耦接到隔熱封罩600或布置在其上。例如，如圖所示，熱質(zhì)量塊602可定位在隔熱封罩600(即，支撐結(jié)構(gòu)306)的內(nèi)部中并且以其他方式固定到支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)表面318。在其他實(shí)施方案中，熱質(zhì)量塊602可在支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a處定位在外框架與內(nèi)框架216、214之間，或者定位在隔熱封罩600的外部上，諸如在外框架214的外表面上。

類似于圖4的熱質(zhì)量塊402，熱質(zhì)量塊602可以是被動(dòng)型熱質(zhì)量塊602，其被構(gòu)造來(lái)向模具200的頂部316施加熱能或熱量404。更具體地，熱質(zhì)量塊602可包括定位在位于模具200頂部316上方的容器606內(nèi)的熔融材料604。在一些實(shí)施方案中，熔融材料604可以是通過(guò)相變從液態(tài)前進(jìn)到固態(tài)的熔融金屬。其他合適的熔融材料604包括但不限于貫穿模具200的冷卻過(guò)程保持熔融狀態(tài)的熔融金屬，或熔融鹽。當(dāng)熔融材料604冷卻并且因此通過(guò)相變過(guò)程(如果適用)時(shí)，相變所涉及的潛熱可以熱量404的形式從熔融材料604散發(fā)出，直到熔融的質(zhì)量凝固。如應(yīng)當(dāng)理解的，熔融材料604凝固所需的時(shí)間可證明在以下方面是有利的：提供了另外的時(shí)間以便通過(guò)受熱器206從模具200底部220移除熱能，并且由此幫助模具200內(nèi)的熔融內(nèi)容物的定向凝固。

在其他實(shí)施方案中，容器606可填充有其他類型的材料和/或物質(zhì)，其用于減緩模具200在軸向方向A上的冷卻過(guò)程。例如，在至少一個(gè)實(shí)施方案中，容器606可封閉氣體608，并且氣體608可被配置來(lái)充當(dāng)用于隔熱封罩600的隔熱體?？擅芊庠谌萜?06內(nèi)的合適氣體包括但不限于：空氣、氬氣、氖氣、氦氣、氪氣、氙氣、氧氣、二氧化碳、甲烷、一氧化氮、氮?dú)?、一氧化二氮、三氯氟甲?R-11)、二氯二氟甲烷(R-12)、二氯氟甲烷(R-21)、一氯二氟甲烷(R-22)、六氟化硫或其任何組合。氣體608可以在容器606中用作隔熱體。因此，可替代地，熱質(zhì)量塊602可表征為抵抗性熱質(zhì)量塊，類似于圖3的熱質(zhì)量塊314。

此外，在一些實(shí)施方案中，容器606可包括到外部貯器或外部源的至少一個(gè)連接件，所述外部貯器或外部源對(duì)氣體608進(jìn)行加熱并且從而允許熱質(zhì)量塊602充當(dāng)加熱用熱質(zhì)量塊。以這種方式，加熱的氣體608可以用于填充容器606一次，或加熱的氣體608可以使穿過(guò)容器606的氣體連續(xù)地循環(huán)以提供合適的熱貯器。在其他實(shí)施方案中，氣體608可以從容器606中省略，并且可替代地真空可以形成在容器606內(nèi)。

在另外其他實(shí)施方案中，熱質(zhì)量塊603可表現(xiàn)出復(fù)合或混合結(jié)構(gòu)，其中固體材料是定位在容器606內(nèi)的陶瓷珠粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，容器606可以是金屬框架并且陶瓷珠粒可定位在其中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，容器606可以是陶瓷封罩并且金屬泡沫可定位在其中。在任一情況下，容器606都可以是完全或部分封閉的。

在一些實(shí)施方案中，熱質(zhì)量塊602可以是預(yù)先加熱的，諸如在圖2A的熔爐202或另一類型的熔爐內(nèi)。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)熱元件(未示出)可用于對(duì)熱質(zhì)量塊602進(jìn)行預(yù)先加熱。例如，所述熱元件可定位成與熱質(zhì)量塊602相鄰或以其他方式嵌入在熱質(zhì)量塊602內(nèi)，并且被激活來(lái)增加熱質(zhì)量塊602的溫度?？商娲?，所述熱元件可暫時(shí)地放置在熱質(zhì)量塊602附近以便在隔熱封罩600下降到模具200之上前對(duì)所述熱質(zhì)量塊進(jìn)行預(yù)先加熱。所得到的預(yù)先加熱的熱質(zhì)量塊602可提供用于當(dāng)隔熱封罩600下降到待冷卻的模具200之上時(shí)朝向模具200頂部316散發(fā)的多余熱量404的貯器。

雖然本文所述的隔熱封罩300、400、500和600被描述為包括對(duì)應(yīng)熱質(zhì)量塊314、402、502和602的特定構(gòu)造、設(shè)計(jì)和操作，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，隔熱封罩300、400、500和600的設(shè)計(jì)上的變化是可能的。例如，應(yīng)當(dāng)理解的是，在與本公開(kāi)的范圍一致的情況下，本文所公開(kāi)的熱質(zhì)量塊314、402、502和602的構(gòu)造、設(shè)計(jì)和操作可以任何組合的方式結(jié)合。

本文所公開(kāi)的實(shí)施方案包括：

A.一種隔熱封罩，其包括：支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)具有頂端、底端以及限定在所述底端處的開(kāi)口，所述開(kāi)口用于將模具接收在所述支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中；以及熱質(zhì)量塊，所述熱質(zhì)量塊布置在所述支撐結(jié)構(gòu)的所述頂端處以便與所述模具的頂部熱連通并且抵抗來(lái)自所述模具的所述頂部的在軸向方向上的熱流。

B.一種方法，其包括：將模具從熔爐移除，所述模具具有頂部和底部；將所述模具放置在受熱器上，其中所述底部與所述受熱器相鄰；將隔熱封罩下降到所述模具周圍，所述隔熱封罩包括支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)具有頂端、底端以及限定在所述底端處的開(kāi)口，所述開(kāi)口用于將所述模具接收在所述支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中，所述隔熱封罩還包括熱質(zhì)量塊，所述熱質(zhì)量塊布置在所述頂端處以便與所述模具的所述頂部熱連通；以及利用所述熱質(zhì)量塊抵抗來(lái)自所述模具的所述頂部的在軸向方向上的熱流。

實(shí)施方案A和B中的每一個(gè)可具有呈任何組合的以下另外的要素中的一個(gè)或多個(gè)：要素1：還包括由所述支撐結(jié)構(gòu)支撐的隔熱材料，所述隔熱材料選自由以下組成的組：陶瓷、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷塊、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、耐火磚、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、聚合物珠粒、聚合物纖維、聚合物織物、納米復(fù)合材料、護(hù)套中的流體、金屬織物、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、金屬鍛造物、其任何組合物以及其任何組合。要素2：其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括外框架和內(nèi)框架，并且所述隔熱材料定位在限定于所述外框架與所述內(nèi)框架之間的空腔內(nèi)。要素3：其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括外框架和內(nèi)框架中的至少一個(gè)。要素4：其中所述隔熱封罩還包括定位在所述內(nèi)框架和所述外框架中的至少一個(gè)上的隔熱涂層。要素5：其中所述熱質(zhì)量塊定位在所述外框架與所述內(nèi)框架之間。要素6：其中所述熱質(zhì)量塊定位在所述支撐結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部中。要素7：其中所述熱質(zhì)量塊布置在所述支撐結(jié)構(gòu)的外部上。要素8：其中所述熱質(zhì)量塊包括選自由以下組成的組的隔熱材料：陶瓷、鋼、多層隔熱毛氈、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷塊、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、耐火磚、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、金屬織物、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、其任何組合物以及其任何組合。要素9：其中所述熱質(zhì)量塊是預(yù)先加熱的并且向所述模具的所述頂部施加熱能，所述熱質(zhì)量塊包含選自由以下組成的組的材料：陶瓷塊、鋼塊、耐火土、耐火磚、巖石、石墨塊、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、金屬纖維、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、其任何組合物以及其任何組合。要素10：其中所述熱質(zhì)量塊包括與所述模具的所述頂部熱連通的一個(gè)或多個(gè)熱元件，所述一個(gè)或多個(gè)熱元件選自由以下組成的組：加熱元件、熱交換器、輻射加熱器、電加熱器、紅外加熱器、感應(yīng)加熱器(線圈)、加熱帶、加熱的線圈、加熱的流體(流動(dòng)的或靜態(tài)的)、放熱化學(xué)反應(yīng)以及其任何組合。要素11：其中所述一個(gè)或多個(gè)熱元件嵌入在所述熱質(zhì)量塊內(nèi)并且所述熱質(zhì)量塊包含選自由以下組成的組的材料：陶瓷塊、鋼塊、耐火土、耐火磚、巖石、石墨塊、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、金屬纖維、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、其任何組合物以及其任何組合。要素12：其中所述熱質(zhì)量塊包括定位在位于所述模具的所述頂部上方的容器內(nèi)的物質(zhì)，所述物質(zhì)選自由以下組成的組：熔融金屬、熔融鹽、氣體、陶瓷珠粒、金屬泡沫以及其任何組合。要素13：其中所述氣體選自由以下組成的組：空氣、氬氣、氖氣、氦氣、氪氣、氙氣、氧氣、二氧化碳、甲烷、一氧化氮、氮?dú)?、一氧化二氮、六氟化硫、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷、二氯氟甲烷、一氯二氟甲烷以及其任何組合。

要素14：還包括利用由所述支撐結(jié)構(gòu)支撐的隔熱材料來(lái)將所述模具隔離，所述隔熱材料選自由以下組成的組：陶瓷、陶瓷纖維、陶瓷織物、陶瓷棉、陶瓷珠粒、陶瓷塊、可模制陶瓷、編織陶瓷、鑄造陶瓷、耐火磚、碳纖維、石墨塊、成型的石墨塊、聚合物珠粒、聚合物纖維、聚合物織物、納米復(fù)合材料、護(hù)套中的流體、金屬織物、金屬泡沫、金屬棉、金屬鑄造物、金屬鍛造物、其任何組合物以及其任何組合。要素15：其中所述熱質(zhì)量塊包括隔熱材料，并且抵抗來(lái)自所述模具的所述頂部的在所述軸向方向上的熱流包括利用所述隔熱材料抵抗所述熱流。要素16：其中抵抗來(lái)自所述模具的所述頂部的在所述軸向方向上的熱流包括對(duì)所述熱質(zhì)量塊進(jìn)行預(yù)先加熱，以及利用所述熱質(zhì)量塊向所述模具的所述頂部施加熱能。要素17：其中所述熱質(zhì)量塊包括與所述模具的所述頂部熱連通的一個(gè)或多個(gè)熱元件，并且抵抗來(lái)自所述模具的所述頂部的在所述軸向方向上的熱流包括激活所述一個(gè)或多個(gè)熱元件，以及利用所述一個(gè)或多個(gè)熱元件向所述模具的所述頂部施加熱能。要素18：還包括在與所述模具的所述頂部熱連通的同時(shí)激活所述一個(gè)或多個(gè)熱元件持續(xù)預(yù)先確定的時(shí)間量。要素19：其中所述熱質(zhì)量塊包括定位在位于所述模具的所述頂部上方的容器內(nèi)的熔融材料，并且抵抗來(lái)自所述模具的所述頂部的在所述軸向方向上的熱流包括在所述熔融材料從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的同時(shí)向所述模具的所述頂部施加呈潛熱形式的熱能。要素20：其中所述熱質(zhì)量塊包括定位在位于所述模具的所述頂部上方的容器內(nèi)的氣體，并且抵抗來(lái)自所述模具的所述頂部的在所述軸向方向上的熱流包括利用所述氣體抵抗所述熱流。要素21：還包括利用所述受熱器從所述模具的所述底部吸出熱能。

因此，所公開(kāi)系統(tǒng)及方法良好適合于獲得所提到的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明固有的那些目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。以上公開(kāi)的特定實(shí)施方案只是說(shuō)明性的，因?yàn)楸竟_(kāi)的教導(dǎo)內(nèi)容可以對(duì)受益于本文教導(dǎo)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易知的不同但等效的方式來(lái)修改和實(shí)踐。此外，無(wú)意限制本文所示的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，除非所附權(quán)利要求書(shū)中另有所述。因此，顯然以上公開(kāi)的特定說(shuō)明性實(shí)施方案可被改變、組合、或修改，并且所有的此類變化被認(rèn)為處于本公開(kāi)的范圍內(nèi)。本文說(shuō)明性公開(kāi)的系統(tǒng)和方法可在缺少本文未特定公開(kāi)的任何要素和/或本文所公開(kāi)的任何任選要素的情況下得以適當(dāng)實(shí)踐。雖然組合物和方法在“包含”、“含有”或“包括”各種組分或步驟方面來(lái)描述，但是組合物和方法還可“基本上由各種組分和步驟組成”或“由各種組分和步驟組成”。上文所公開(kāi)的所有數(shù)字和范圍可變化某一量。所有公開(kāi)的具有下限和上限的數(shù)字范圍，均明確公開(kāi)落在所述范圍內(nèi)的任何數(shù)字和任何包括的范圍。具體地說(shuō)，本文公開(kāi)的值的每個(gè)范圍(形式為“約a至約b”，或等效地“大致a至b”，或等效地“大致a-b”)應(yīng)理解為闡述涵蓋在值的較寬范圍內(nèi)的每個(gè)數(shù)字和范圍。另外，除非專利權(quán)所有人另外明確地并且清楚地定義，否則權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)具有其普通、常見(jiàn)意義。此外，如權(quán)利要求書(shū)中所使用的不定冠詞“一個(gè)”或“一種”在本文中被定義為意指引入的一個(gè)或多于一個(gè)要素。如果本說(shuō)明書(shū)和可以引用方式并入本文的一個(gè)或多個(gè)專利或其他文件中存在詞語(yǔ)或術(shù)語(yǔ)用法的任何矛盾，那么應(yīng)采用與本說(shuō)明書(shū)一致的定義。

如本文所使用的，在一系列項(xiàng)目之前的短語(yǔ)“至少一個(gè)”，以及用于分開(kāi)所述項(xiàng)目中的任何一個(gè)的術(shù)語(yǔ)“和”或“或”整體地修改列表，而不是所述列表中的每一個(gè)成員(即，每個(gè)項(xiàng)目)。短語(yǔ)“至少一個(gè)”允許包括項(xiàng)目中任何一個(gè)的至少一個(gè)、和/或項(xiàng)目的任何組合的至少一個(gè)、和/或項(xiàng)目中每一個(gè)的至少一個(gè)的意義。通過(guò)舉例，短語(yǔ)“A、B和C中的至少一個(gè)”或“A、B或C中的至少一個(gè)”各自指代只有A、只有B、或只有C；A、B和C的任何組合；和/或A、B和C中的每一個(gè)的至少一個(gè)。