本公開涉及油田工具，并且更具體地，涉及具有輻射阻擋層的隔熱封罩，所述隔熱封罩在制造期間幫助控制鉆頭的熱特性曲線。

旋轉(zhuǎn)鉆頭通常用來鉆探油氣井、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)以允許來自相關(guān)表面鉆探設(shè)備的鉆探流體穿過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)行潤滑。

胎體鉆頭通常通過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)可通過使模具腔成形和/或通過將臨時(shí)置換材料定位在模具腔的內(nèi)部部分內(nèi)來提供。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)，所述模具開始通過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，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的裂縫。當(dāng)存在和/或檢測到此類結(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。如果未檢測到這些缺陷并且在井場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。

附圖說明

以下附圖被包括來用于說明本公開的某些方面，并且不應(yīng)視作排它性實(shí)施方案。所公開的主題能夠在不脫離本公開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

本公開涉及油田工具，并且更具體地，涉及具有輻射阻擋層的隔熱封罩，所述隔熱封罩在制造期間幫助控制鉆頭的熱特性曲線。

根據(jù)本公開的實(shí)施方案，一個(gè)或多個(gè)輻射熱阻擋層可定位或布置在隔熱封罩內(nèi)以便將從模具輻射的熱能的至少一部分朝向模具反射和/或重新引導(dǎo)回去，并且從而減緩定位在所述模具內(nèi)的熔融內(nèi)容物的冷卻過程。因此，可以實(shí)現(xiàn)更多地控制針對(duì)模具的冷卻過程，并且可以優(yōu)化模具內(nèi)的熔融內(nèi)容物(諸如鉆頭等)的定向凝固。通過定向凝固，可以將任何潛在的缺陷(例如，孔隙)形成在模具的較高和/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1示出可根據(jù)本公開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)通過鉆頭100并且在一個(gè)或多個(gè)噴嘴120處離開所述鉆頭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)用來說，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就立即開始通過向其周圍環(huán)境輻射熱能而損失熱量，同時(shí)熱量還通過來自熔爐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)直到隔熱封罩208下降到模具200周圍。

隔熱封罩208可以是用來隔離模具200并且由此減緩冷卻過程的剛性殼或結(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布置并且受熱器206進(jìn)行操作，熱能的大部分就通過模具200的底部220轉(zhuǎn)移離開模具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-2C討論在模具200內(nèi)一般性鉆頭的生產(chǎn)，但是本公開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、開孔器、切削刃、切削元件等。此外，應(yīng)當(dāng)理解，本公開的原理還可應(yīng)用于制造至少部分地通過使用模具形成的其他類型的工具和/或部件。例如，本公開的教義還可適用于(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、隨鉆測井工具、隨鉆測量工具、井壁取芯工具、捕魚叉、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。

模具200一旦從熔爐202移除，來自模具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)境的溫度(以絕對(duì)溫標(biāo)、諸如開爾文測量的溫度)之間的差成比例。例如，模具200可在1800℉至2500℉(1255K至1644K)范圍中的溫度下離開熔爐202，并且立即以較高速率向室溫環(huán)境(約293K)輻射熱能。此外，一旦隔熱封罩208下降到模具200之上，熱能就繼續(xù)以高速率從模具200輻射，直到隔熱封罩208的溫度升高到模具200的溫度處或附近。從模具200的此類高速率熱能輻射可使冷卻加速，并且由此不利地影響模具200內(nèi)的熔融內(nèi)容物的冷卻過程。

根據(jù)本公開，輻射阻擋層可放置在隔熱封罩208內(nèi)以便將從模具200輻射的熱能的至少一部分朝向模具200重新引導(dǎo)回去，并且從而減緩定位在所述模具內(nèi)的熔融內(nèi)容物的冷卻過程。因此，可以實(shí)現(xiàn)更多地控制針對(duì)模具200的冷卻過程，并且可以優(yōu)化模具200內(nèi)的熔融內(nèi)容物(諸如鉆頭)的定向凝固。通過定向凝固，可以更有效地推動(dòng)或以其他方式促使任何潛在的缺陷(例如，孔隙)朝向模具200的頂部區(qū)域，在所述頂部區(qū)域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)施方案的設(shè)置在受熱器206上的示例性隔熱封罩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。支撐結(jié)構(gòu)306可以是端部開放的圓柱形結(jié)構(gòu)，具有頂端302a和底端302b。底端302b可以是開放的或以其他方式限定開口304，所述開口304被構(gòu)造來當(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可以封閉的并且在其外表面上提供掛鉤210，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，并且所述外框架214和所述內(nèi)框架216在本文中可統(tǒng)稱為支撐結(jié)構(gòu)306。然而，在其他實(shí)施方案中，在不脫離本公開的范圍的情況下，外框架214可省略，并且支撐結(jié)構(gòu)306可僅由內(nèi)框架216形成。

支撐結(jié)構(gòu)306，包括外框架214和內(nèi)框架216中的一者或兩者，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，支撐結(jié)構(gòu)306，包括外框架214和內(nèi)框架216中的一者或兩者，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支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a延伸，從而利用隔熱材料308基本上圍繞或包封模具200。隔熱材料308可以通過隔熱封罩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)造來將隔熱材料308接收并以其他方式容納在其中。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，如圖所示，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，如上文指出的，外框架214可以從隔熱封罩300中省略，并且可替代地，隔熱材料308可以耦接到內(nèi)框架216和/或以其他方式由基腳312支撐。在另外的其他實(shí)施方案中，在不脫離本公開的范圍的情況下，內(nèi)框架216可以從隔熱封罩300中省略，并且可替代地，隔熱材料308可以耦接到外框架214和/或以其他方式由基腳312支撐。

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、隔熱金屬復(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)維持的特定溫度來適當(dāng)?shù)剡x擇隔熱材料308。

隔熱封罩300還可包括定位在支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)部中的輻射阻擋層314。輻射阻擋層314可插入模具200與支撐結(jié)構(gòu)之間，并且可被構(gòu)造來將從模具200輻射的熱能朝向模具200重新引導(dǎo)回去。如應(yīng)當(dāng)理解的，將輻射熱能朝向模具200重新引導(dǎo)回去可幫助減緩模具200的冷卻過程，并且由此幫助控制模具200的熱特性曲線以實(shí)現(xiàn)其熔融內(nèi)容物(例如，鉆頭)的定向凝固。

在至少一個(gè)實(shí)施方案中，如圖所示，輻射阻擋層314可以是端部開放的圓柱形結(jié)構(gòu)，具有限定阻擋層開口318的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁316以及將側(cè)壁316連結(jié)在支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a處或附近的封蓋320。在一些實(shí)施方案中，側(cè)壁316和封蓋320的形狀和構(gòu)造可大致上與支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)部的形狀和構(gòu)造相一致。因此，輻射阻擋層314可被構(gòu)造來當(dāng)隔熱封罩300下降到模具200之上時(shí)通過阻擋層開口318接收模具200。

在一些實(shí)施方案中，輻射阻擋層314可以是與隔熱封罩300分開的自立式結(jié)構(gòu)。然而，在其他實(shí)施方案中，輻射阻擋層314可以在一個(gè)或多個(gè)離散位置處耦接到支撐結(jié)構(gòu)306(例如，內(nèi)框架216)的內(nèi)表面。如應(yīng)當(dāng)理解的，可以證明以下情況是有利的：將輻射阻擋層314在最小數(shù)量的點(diǎn)或位置處耦接到支撐結(jié)構(gòu)306，以防止從輻射阻擋層314向外到支撐結(jié)構(gòu)306(例如，內(nèi)框架216)的傳導(dǎo)性熱損失。在一些實(shí)施方案中，例如，可以使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件322(示出為四個(gè))諸如螺栓、螺釘、銷、其任何組合等將輻射阻擋層314耦接到支撐結(jié)構(gòu)306。在其他實(shí)施方案中，或除此之外，在不脫離本公開的范圍的情況下，可以通過諸如焊接、釬焊或擴(kuò)散粘結(jié)的過程在一個(gè)或多個(gè)離散位置處將輻射阻擋層314永久性地附接到支撐結(jié)構(gòu)306。因此，輻射阻擋層314可向隔熱封罩300提供最小的結(jié)構(gòu)支撐。

在所示出的實(shí)施方案中，輻射阻擋層314可包括前表面324a和后表面324b。前表面324a可以布置成使得其面向隔熱封罩300內(nèi)的模具200，并且后表面324b可以布置成使得其面向支撐結(jié)構(gòu)306(例如，內(nèi)框架216)。輻射阻擋層314可以由以下材料制成：所述材料允許前表面324a具有高的輻射度(J)，并且因此能夠基本上將從模具200輻射的熱能朝向模具200重新引導(dǎo)回去。表面的輻射度是其在投射輻射能方面的有效性的量度，并且被定義為表面的發(fā)射能力(E)和反射的入射輻射(ρ*G)的總和，其中反射率表示為ρ并且G表示入射輻射(或照射)。表面的發(fā)射能力被定義為通過表面的發(fā)射率(ε)進(jìn)行定標(biāo)的黑體表面的發(fā)射能力(E_b)。表面的吸收率被定義為未反射的入射輻射(α＝1–ρ)。由此得出，輻射度包含表面由于其溫度和所反射的輻射能而發(fā)射的能量：J＝ε*E_b+(1–α)*G。利用高發(fā)射率(ε)和/或低吸收率(α)的合適組合、或合適地低的α/ε比率可實(shí)現(xiàn)高輻射度。后表面324b可以被制備成使得其表現(xiàn)出低的輻射度，這可利用低發(fā)射率和/或高吸收率的合適組合、或合適地高的α/ε比率來實(shí)現(xiàn)。后表面324b還可以被合適地隔離。

用于輻射阻擋層314的合適材料包括但不限于陶瓷和金屬，所述陶瓷和金屬可包括某些表面預(yù)處理或涂層。合適的陶瓷可包括氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、石英、碳化鈦、氮化鈦、硼化物、碳化物、氮化物以及氧化物。合適的金屬可包括鐵、鉻、銅、碳素鋼、馬氏體時(shí)效鋼、不銹鋼、微合金化鋼、低合金鋼、鉬、鎳、鉑、銀、金、鉭、鎢、鈦、鋁、鈷、錸、鋨、鈀、銥、銠、釕、錳、鈮、釩、鋯、鉿、其任何衍生物或基于這些金屬的任何合金。

合適的表面預(yù)處理可包括氧化或用于修改表面粗糙度的任何合適的方法，諸如機(jī)械加工、拋光、磨削、珩磨、研磨或噴砂處理(blasting)。在一些實(shí)施方案中，前表面324a的發(fā)射率可通過將前表面324a拋光以產(chǎn)生高反射性表面而進(jìn)一步增強(qiáng)。

合適的涂層可包括金屬涂層(選自先前的金屬列表并且通過合適的方法施加，諸如電鍍、噴涂沉積、化學(xué)氣相沉積、等離子體氣相沉積等)、陶瓷涂層(選自先前的陶瓷列表并且通過合適的方法施加)或涂料(例如，白色用于高反射率、黑色用于高吸收率)。表面預(yù)處理或涂層的應(yīng)用可為合適的輻射阻擋層提供重要的特性，因?yàn)橹T如輻射度、反射率、發(fā)射率和吸收率的特性通常強(qiáng)烈地依賴于表面特性和條件。例如，據(jù)報(bào)道，拋光鋁具有以下太陽輻射特性：α_S＝0.09、ε＝0.03并且α_S/ε＝3.0。假設(shè)石英外涂覆或陽極氧化處理產(chǎn)生較高的發(fā)射率和較低的α/ε比率，分別為ε＝0.37、α_S/ε＝0.30以及ε＝0.84、α_S/ε＝0.17，從而提升了輻射度[熱傳遞和質(zhì)量傳遞的基本原理(Fundamentals of Heat and Mass Transfer)，第五版，F(xiàn)rank P.Incropera和David P.DeWitt，2002，第931頁]。由于關(guān)于表面特性和特征的輻射度、發(fā)射率、吸收率和反射率的強(qiáng)烈相依性，輻射阻擋層可被設(shè)計(jì)成使得其內(nèi)芯是用于施加到其表面的合適涂層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

如圖所示，輻射阻擋層314可耦接到支撐結(jié)構(gòu)306以使得可在其間限定間隙326。在一些實(shí)施方案中，間隙326可以填充有隔熱材料，諸如隔熱材料308，并且用于減緩?fù)ㄟ^隔熱封罩300的熱傳遞速率。然而，在其他實(shí)施方案中，間隙326可以填充有空氣或另一種氣體或另外對(duì)大氣是開放的，這可幫助形成能夠進(jìn)一步幫助減緩對(duì)隔熱封罩300內(nèi)的模具200的冷卻的次級(jí)輻射阻擋層。

在另外其他實(shí)施方案中，或除此之外，可以將熱障涂層328施加到輻射阻擋層314的后表面324b，以便進(jìn)一步降低通過隔熱封罩300的熱傳遞速率?？赏ㄟ^多種過程或技術(shù)將熱障涂層328施加到后表面324b或以其他方式定位在其上，所述過程或技術(shù)包括但不限于電子束物理氣相沉積、空氣等離子體噴涂、高速氧燃料、靜電噴涂輔助的氣相沉積以及直接氣相沉積。因此，熱障涂層328可有利地降低后表面324b的輻射度(例如，發(fā)射率)和/或降低通過隔熱封罩300的熱傳遞，從而幫助維持輻射阻擋層314中的熱量，以便提升其朝模具200將熱能重新引導(dǎo)回去的能力?？捎米鳠嵴贤繉?28的合適材料包括但不限于氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、石英、碳化鈦、氮化鈦、硼化物、碳化物、氮化物以及氧化物。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，可替代地(或除此之外)，可將熱障涂層328施加到支撐結(jié)構(gòu)306，諸如施加在外框架214和內(nèi)框架216中的任一個(gè)的內(nèi)表面和/或外表面上。

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，不同于圖3的隔熱封罩300，隔熱封罩400可包括第一輻射阻擋層402a和第二輻射阻擋層402b，每個(gè)輻射阻擋層定位在支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)部中。第一輻射阻擋層402a可基本上類似于圖3的輻射阻擋層314，并且因此將不再進(jìn)行描述。然而，第二輻射阻擋層402b可插入第一輻射阻擋層402a與支撐結(jié)構(gòu)306之間。雖然隔熱封罩400被描繪為包括第一輻射阻擋層402a和第二輻射阻擋層402b，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，在不脫離本公開的范圍的情況下，在隔熱封罩400中可以采用多于兩個(gè)輻射阻擋層402a、402b。因此，以下描述僅出于說明性目的并且不應(yīng)被認(rèn)為對(duì)本公開進(jìn)行限制。

類似于第一輻射阻擋層402a(例如，圖3的輻射阻擋層314)，第二輻射阻擋層402b可被構(gòu)造來將從模具200輻射的熱能朝向模具200重新引導(dǎo)回去。更具體地，第二輻射阻擋層402b可以將來自第一輻射阻擋層402a的后表面324b的熱能朝向第一輻射阻擋層402a重新引導(dǎo)回去，以使得第一輻射阻擋層402a可損失較少的熱能和/或可將更多的熱能朝向模具200重新引導(dǎo)回去。此外，第二輻射阻擋層402b也可以是端部開放的圓柱形結(jié)構(gòu)，具有限定第二阻擋層開口406的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁404以及將側(cè)壁404連結(jié)在支撐結(jié)構(gòu)306的頂端302a處或附近的封蓋408。第二輻射阻擋層402b可被構(gòu)造來當(dāng)隔熱封罩400下降到模具200之上時(shí)接收第一輻射阻擋層402a，所述第一輻射阻擋層402a繼而接收模具200。

如以上提及的，在一些實(shí)施方案中，第一輻射阻擋層402a(例如，圖3的輻射阻擋層314)可以是自立式結(jié)構(gòu)。然而，在其他實(shí)施方案中，第一輻射阻擋層402a可通過以下方式在一個(gè)或多個(gè)離散位置處耦接到第二輻射阻擋層402b：使用例如一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件322(例如，螺栓、螺釘、銷等)或通過諸如焊接、釬焊或擴(kuò)散粘結(jié)的過程在最小數(shù)量的點(diǎn)處將兩個(gè)部件永久性地附接在一起。類似于第一輻射阻擋層402a(例如，圖3的輻射阻擋層314)，第二輻射阻擋層402b在一些實(shí)施方案中也可以是自立式結(jié)構(gòu)。然而，在其他實(shí)施方案中，第二輻射阻擋層402b可通過以下方式在一個(gè)或多個(gè)離散位置處耦接到支撐結(jié)構(gòu)306(例如，內(nèi)框架216)的內(nèi)表面：諸如通過使用一個(gè)或多個(gè)另外的機(jī)械緊固件410(例如，螺栓、螺釘、銷等)或通過諸如焊接、釬焊或擴(kuò)散粘結(jié)的過程在最小數(shù)量的點(diǎn)處將兩個(gè)部件永久性地附接在一起。

類似于第一輻射阻擋層402a(例如，圖3的輻射阻擋層314)，第二輻射阻擋層402b可包括前表面412a和后表面412b。前表面412a可以布置成使得其面向第一輻射阻擋層402a的后表面324b，并且后表面412b可以布置成使得其面向支撐結(jié)構(gòu)306(例如，內(nèi)框架216)。第二輻射阻擋層402b可以由以上指出的可制成第一輻射阻擋層402a(例如，圖3的輻射阻擋層314)的任何材料制成。因此，前表面412a可被構(gòu)造成具有高輻射度并且以其他方式能夠基本上將從模具200輻射的熱能朝向模具200重新引導(dǎo)回去，如以上相對(duì)于圖3的輻射阻擋層314的前表面324a一般性地描述的。另一方面，后表面412b可以被制備成使得其表現(xiàn)出低輻射度或隔熱特征。在一些實(shí)施方案中，前表面412a的輻射度可通過將前表面412a拋光以產(chǎn)生高度拋光的表面而進(jìn)一步增強(qiáng)。

如圖所示，第二輻射阻擋層402b可耦接到支撐結(jié)構(gòu)306以使得可在其間限定間隙414。在一些實(shí)施方案中，間隙414可以填充有隔熱材料，諸如隔熱材料308，并且用于減緩?fù)ㄟ^隔熱封罩400的熱傳遞速率。然而，在其他實(shí)施方案中，間隙414可以填充有空氣或另一種氣體，這可幫助形成能夠進(jìn)一步減緩對(duì)隔熱封罩400內(nèi)的模具200的冷卻的隔熱層。

在另外其他實(shí)施方案中，或除此之外，可以將熱障涂層416施加到輻射阻擋層402的后表面412b，以便進(jìn)一步降低通過隔熱封罩400的熱傳遞速率。熱障涂層416可類似于圖3的熱障涂層328，并且因此可有利地降低后表面412b的輻射度和/或降低通過隔熱封罩400的熱傳遞。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，可替代地(或除此之外)，可將熱障涂層416施加到支撐結(jié)構(gòu)306，諸如施加在外框架214和內(nèi)框架216中的任一個(gè)的內(nèi)表面和/或外表面上。

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在一些方面可分別類似于圖3的隔熱封罩300和圖4的隔熱封罩400，并且因此可以參考這兩個(gè)圖來最佳地理解，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和圖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。然而，不同于圖3的隔熱封罩300和圖4的隔熱封罩400，隔熱封罩500可包括不同類型和/或構(gòu)造的輻射阻擋層，所述輻射阻擋層用于將從模具200輻射的熱能朝向模具200重新引導(dǎo)回去。

更具體地，隔熱封罩500可包括輻射阻擋層502，所述輻射阻擋層502提供內(nèi)壁504a、外壁504b以及限定在內(nèi)壁504a與外壁504b之間的密封室506。然而，在一些實(shí)施方案中，在不脫離本公開的范圍的情況下，外壁504b可以省略并且可替代地密封室506可限定在內(nèi)壁504a與支撐結(jié)構(gòu)306(例如，內(nèi)框架216)之間。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，如圖所示，內(nèi)壁504a可以是端部開放的圓柱形結(jié)構(gòu)，其限定阻擋層開口509，所述阻擋層開口509被構(gòu)造來當(dāng)隔熱封罩500下降到模具200之上時(shí)接收模具200。

內(nèi)壁504a和外壁504b可以由能夠提供用于密封室506的結(jié)構(gòu)和剛性的多種材料制成。用于內(nèi)壁504a和外壁504b的合適材料包括但不限于陶瓷和金屬。合適的陶瓷可包括氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、石英、碳化鈦、氮化鈦、硼化物、碳化物、氮化物以及氧化物。合適的金屬可包括鐵、鉻、銅、碳素鋼、馬氏體時(shí)效鋼、不銹鋼、微合金化鋼、低合金鋼、鉬、鎳、鉑、銀、金、鉭、鎢、鈦、鋁、鈷、錸、鋨、鈀、銥、銠、釕、錳、鈮、釩、鋯、鉿、其任何衍生物或基于這些金屬的任何合金。

在一些實(shí)施方案中，內(nèi)壁504a和外壁504b中的一者或兩者可類似于圖3的輻射阻擋層314并且另外由以下材料制成：所述材料允許內(nèi)壁504a和外壁504b的前表面(例如，面向模具200的表面)具有高的輻射度并且因此能夠基本上將所輻射的熱能朝向模具200重新引導(dǎo)回去。同樣，內(nèi)壁504a和外壁504b的后表面可以被制備成使得每個(gè)后表面表現(xiàn)出低輻射度或隔熱特性。此外，在一些實(shí)施方案中，內(nèi)壁504a和外壁504b中一者或兩者的前表面的輻射度可通過將前表面拋光以產(chǎn)生高度拋光的表面而進(jìn)一步增強(qiáng)。

在一些實(shí)施方案中，輻射阻擋層502可以是與隔熱封罩500分開的自立式結(jié)構(gòu)。然而，在其他實(shí)施方案中，輻射阻擋層502可以在一個(gè)或多個(gè)離散位置處耦接到支撐結(jié)構(gòu)306(例如，內(nèi)框架216)的內(nèi)表面。在一些實(shí)施方案中，例如，輻射阻擋層502可使用機(jī)械緊固件322(例如，螺栓、螺釘、銷等)耦接到支撐結(jié)構(gòu)306，但在不脫離本公開的范圍的情況下，同樣(或除此之外)可以通過諸如焊接、釬焊或擴(kuò)散粘結(jié)的過程在一個(gè)或多個(gè)離散位置處永久性地附接到支撐結(jié)構(gòu)306。

密封室506可將氣體508封閉在其中，并且氣體508可被配置來充當(dāng)用于隔熱封罩500的隔熱體?？擅芊庠诿芊馐覂?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508可以在密封室506中用作隔熱體。

在一些實(shí)施方案中，密封室506可包含到外部貯器的至少一個(gè)連接件，所述外部貯器對(duì)氣體508進(jìn)行加熱以提供具有熱能貯器的輻射阻擋層502。以這種方式，加熱的氣體508可以用于填充密封室506一次，或加熱的氣體508可以使穿過密封室506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508可以從密封室506中省略，并且可替代地真空可以形成在密封室506內(nèi)。

如圖所示，輻射阻擋層502可耦接到支撐結(jié)構(gòu)306以使得在其間限定間隙510。在一些實(shí)施方案中，間隙510可以填充有隔熱材料，諸如隔熱材料308，并且用于減緩?fù)ㄟ^隔熱封罩500的熱傳遞速率。然而，在其他實(shí)施方案中，間隙510可以填充有空氣或另一種氣體，這可幫助形成能夠進(jìn)一步幫助將所輻射的熱能朝向隔熱封罩500內(nèi)的模具200重新引導(dǎo)回去的次級(jí)輻射阻擋層。

在另外其他實(shí)施方案中，或除此之外，可以將熱障涂層328施加到外壁504b的在間隙510內(nèi)的后表面，以便進(jìn)一步降低通過隔熱封罩500的熱傳遞速率。熱障涂層328可定位在外壁504b的后表面上并且表現(xiàn)出比輻射阻擋層502更低的熱導(dǎo)率。因此，熱障涂層328可有利地降低外壁504b的后表面的輻射度和/或降低通過隔熱封罩500的熱傳遞。在至少一個(gè)實(shí)施方案中，可替代地(或除此之外)，可將熱障涂層328施加到支撐結(jié)構(gòu)306，諸如施加在外框架214和內(nèi)框架216中的任一個(gè)的內(nèi)表面和/或外表面上。

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3的隔熱封罩300，并且因此可以參考圖3來最佳地理解，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。類似于隔熱封罩300，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還可包括定位在支撐結(jié)構(gòu)306的內(nèi)部中的輻射阻擋層314，如上文一般性地描述的。

然而，圖6中所描繪的輻射阻擋層314可將模具200僅部分地封閉在其中。更具體地，輻射阻擋層314的側(cè)壁316的長度(即，高度)可減少，以使得輻射阻擋層314不能沿隔熱封罩300的在支撐結(jié)構(gòu)306的底端302b處或附近的一部分插入模具200與支撐結(jié)構(gòu)306之間。將側(cè)壁316的下部部分移除可更改或以其他方式改變隔熱封罩600在縱向方向A上的一個(gè)或多個(gè)熱特性，由此在隔熱罐300的最頂部區(qū)域中產(chǎn)生較高的隔熱特性并且在最底部區(qū)域中產(chǎn)生較低的隔熱特性。

可通過移除輻射阻擋層314的側(cè)壁316的一部分而在縱向方向A上改變的示例性熱特性包括但不限于：輻射度、反射率、發(fā)射率、吸收率、表面特征(例如，粗糙度、涂層、涂料等)、R值(隔熱能力)、熱導(dǎo)率、比熱容、密度和熱擴(kuò)散率。

如應(yīng)當(dāng)理解的，代替移除側(cè)壁316的一部分，可通過以下方式來產(chǎn)生類似的效果：在縱向方向A上改變輻射阻擋層314的材料和/或熱特性，以使得輻射阻擋層314在結(jié)構(gòu)306的底端302b處或附近具有較低的輻射度并且在頂端302a處具有較高的輻射度。因此，通過隔熱封罩600的熱能損失速率可以在縱向方向A上分級(jí)，其中最多的熱能是從底端302b處或附近的最底部區(qū)域損失掉的，這可有利于更多地控制針對(duì)模具200的冷卻過程并且優(yōu)化熔融內(nèi)容物在模具200內(nèi)的定向凝固。通過定向凝固，可以更有效地推動(dòng)或以其他方式促使任何潛在的缺陷(例如，孔隙)朝向模具200的頂部區(qū)域，在所述頂部區(qū)域中可以稍后在修整操作期間將它們加工去除。

雖然本文所描述的隔熱封罩300、400、500和600各自包括具有外框架214和內(nèi)框架216的支撐結(jié)構(gòu)306以及定位在所述外框架214與所述內(nèi)框架216之間的隔熱材料308，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，在不脫離本公開的范圍的情況下，支撐結(jié)構(gòu)306的變型形式同樣是可能的。例如，在至少一個(gè)實(shí)施方案中，在給定隔熱封罩中使用的輻射阻擋層可為足夠有效的，從而使得可省略或以其他方式減少由支撐結(jié)構(gòu)306支撐的隔熱材料308。此外，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，在與本公開的范圍一致的情況下，所有圖3-6中所公開的實(shí)施方案可以任何組合的方式結(jié)合。

本文所公開的實(shí)施方案包括：

A.一種隔熱封罩，所述隔熱封罩包括：支撐結(jié)構(gòu)，所述支撐結(jié)構(gòu)至少具有內(nèi)框架并且提供頂端、底端和限定在所述底端中的開口，所述開口用于將模具接收在所述支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)部中；以及輻射阻擋層，所述輻射阻擋層定位在所述支撐結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部中，所述輻射阻擋層包括布置成面向所述模具的前表面和面向所述支撐結(jié)構(gòu)的后表面，其中所述輻射阻擋層插入所述模具與所述支撐結(jié)構(gòu)之間以便將從所述模具輻射的熱能朝向所述模具重新引導(dǎo)回去。

B.一種方法，所述方法包括：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)至少具有內(nèi)框架并且提供頂端、底端和限定在所述底端中的開口，所述開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輻射阻擋層，所述輻射阻擋層定位在所述支撐結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部中；以及利用所述輻射阻擋層將從所述模具輻射的熱能朝向所述模具重新引導(dǎo)回去，所述輻射阻擋層包括布置成面向所述模具的前表面和面向所述支撐結(jié)構(gòu)的后表面。

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)進(jìn)一步提供外框架，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)進(jìn)一步提供在所述底端處的基腳，并且所述隔熱材料至少部分地由所述基腳支撐。要素4：其中所述輻射阻擋層使用一個(gè)或多個(gè)機(jī)械緊固件和永久性附接中的至少一種耦接到所述內(nèi)框架。要素5：其中所述前表面是高度拋光的表面，這增加了所述前表面的反射率。要素6：其中所述輻射阻擋層由選自由以下組成的組的材料制成：氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硅、石英、碳化鈦、氮化鈦、硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、鐵、鉻、銅、碳素鋼、馬氏體時(shí)效鋼、不銹鋼、微合金化鋼、低合金鋼、鉬、鎳、鉑、銀、金、鉭、鎢、鈦、鋁、鈷、錸、鋨、鈀、銥、銠、釕、錳、鈮、釩、鋯、鉿以及基于其的任何合金。要素7：其中間隙限定在所述輻射阻擋層與所述支撐結(jié)構(gòu)之間，并且其中所述間隙至少部分地填充有隔熱材料。要素8：還包括熱障涂層，所述熱障涂層施加到所述輻射阻擋層的所述后表面與所述支撐結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)。要素9：還包括第二輻射阻擋層，所述第二輻射阻擋層定位在所述支撐結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部中并且插入所述輻射阻擋層與所述支撐結(jié)構(gòu)之間。要素10：其中第一間隙限定在所述輻射阻擋層與所述第二輻射阻擋層之間，并且第二間隙限定在所述第二輻射阻擋層與所述支撐結(jié)構(gòu)之間，并且其中所述第一間隙和所述第二間隙中的一者或兩者至少部分地填充有隔熱材料。要素11：還包括熱障涂層，所述熱障涂層施加到所述輻射阻擋層的所述后表面、所述第二輻射阻擋層的后表面以及所述支撐結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)。要素12：其中所述輻射阻擋層包括內(nèi)壁、外壁以及密封室，所述密封室限定在所述內(nèi)壁與所述外壁之間并且包含真空或選自由以下組成的組的氣體：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)狻⒁谎趸?、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13：其中所述內(nèi)框架和所述外壁是相同的。要素14：其中所述輻射阻擋層具有至少部分地在所述頂端與所述底端之間延伸的一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)側(cè)壁的長度減少以使得所述輻射阻擋層不能在所述底端處或附近插入所述模具與所述支撐結(jié)構(gòu)之間。要素15：其中所述輻射阻擋層的一個(gè)或多個(gè)熱特性在所述底端與所述頂端之間沿縱向方向改變。要素16：其中所述一個(gè)或多個(gè)熱特性是輻射度，并且其中所述前表面在所述底端處或附近具有較低的輻射度并且在所述頂端處或附近具有較高的輻射度。

要素17：還包括利用由所述支撐結(jié)構(gòu)支撐的隔熱材料來將所述模具隔離，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18：其中間隙限定在所述輻射阻擋層與所述支撐結(jié)構(gòu)之間并且所述間隙至少部分地填充有隔熱材料，所述方法還包括利用定位在所述間隙內(nèi)的所述隔熱材料來將所述模具隔離。要素19：其中所述隔熱封罩還包括第二輻射阻擋層，所述第二輻射阻擋層定位在所述支撐結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部中并且插入所述輻射阻擋層與所述支撐結(jié)構(gòu)之間，并且其中第一間隙限定在所述輻射阻擋層與所述第二輻射阻擋層之間，并且第二間隙限定在所述第二輻射阻擋層與所述支撐結(jié)構(gòu)之間，所述方法還包括利用至少部分地定位在所述第一間隙和所述第二間隙中的至少一個(gè)內(nèi)的隔熱材料來將所述模具隔離。要素20：其中所述輻射阻擋層包括內(nèi)壁、外壁以及密封室，所述密封室限定在所述內(nèi)壁與所述外壁之間并且包含真空或氣體，所述方法還包括利用包含在所述密封室內(nèi)的所述真空或所述氣體來將所述模具隔離，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21：其中所述輻射阻擋層表現(xiàn)出一個(gè)或多個(gè)熱特性，所述方法還包括在所述底端與所述頂端之間沿縱向方向改變所述一個(gè)或多個(gè)熱特性中的至少一個(gè)。要素22：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)。以上公開的特定實(shí)施方案只是說明性的，因?yàn)楸竟_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修改和實(shí)踐。此外，無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)利要求書中另有所述。因此，顯然以上公開的特定說明性實(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)為處于本公開的范圍內(nèi)。本文說明性公開的系統(tǒng)和方法可在缺少本文未特定公開的任何要素和/或本文所公開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”。上文所公開的所有數(shù)字和范圍可變化某一量。所有公開的具有下限和上限的數(shù)字范圍，均明確公開落在所述范圍內(nèi)的任何數(shù)字和任何包括的范圍。具體地說，本文公開的值的每個(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)利要求書中的術(shù)語具有其普通、常見意義。此外，如權(quán)利要求書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。如果本說明書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或術(shù)語用法的任何矛盾，那么應(yīng)采用與本說明書一致的定義。

如本文所使用的，在一系列項(xiàng)目之前的短語“至少一個(gè)”，以及用于分開所述項(xiàng)目中的任何一個(gè)的術(shù)語“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“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。通過舉例，短語“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)。