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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6441801
(24)【登録日】2018年11月30日
(45)【発行日】2018年12月19日
(54)【発明の名称】圧力差を使用する物質の連続鋳造
(51)【国際特許分類】
B22D 11/113 20060101AFI20181210BHJP
B22D 11/10 20060101ALI20181210BHJP
【ＦＩ】
B22D11/113
B22D11/10 360Z
【請求項の数】38
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2015-534512(P2015-534512)
(86)(22)【出願日】2013年9月5日
(65)【公表番号】特表2015-530259(P2015-530259A)
(43)【公表日】2015年10月15日
(86)【国際出願番号】US2013058116
(87)【国際公開番号】WO2014051945
(87)【国際公開日】20140403
【審査請求日】2016年9月1日
(31)【優先権主張番号】13/629,696
(32)【優先日】2012年9月28日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】501187033
【氏名又は名称】エイティーアイ・プロパティーズ・エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100140109
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 新次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100075270
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 泰
(74)【代理人】
【識別番号】100101373
【弁理士】
【氏名又は名称】竹内 茂雄
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100117411
【弁理士】
【氏名又は名称】串田 幸一
(72)【発明者】
【氏名】アーノルド，マシュー・ジェイ
【審査官】
酒井 英夫
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭４９−０７２１３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特公昭４９−００９９３７（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】
特開平０５−０３１５６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６３−１６５０４７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２２Ｄ １１／００−１１／２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物質を溶融し鋳造するためのシステム（２０）であって、
鋳造物質のための鋳型（３６）を備え、溶融圧力に達する溶融チャンバ（３０）と、
二次チャンバ（５０）であって、
前記二次チャンバ（５０）内に位置付けられた複数の領域（６２）であって、前記溶融チャンバに隣接して位置付けられた第１の領域（６２ａ）と、最後の領域（６２ｇ）と、前記第１の領域（６２ａ）と前記最後の領域（６２ｇ）との中間に位置付けられた、より低い圧力領域とを備える複数の領域と、
少なくとも１つの圧力管理要素（６４）であって、前記圧力管理要素が、バッフルと、鋳造物質を中心開口（６６）を通って受け取るための前記中心開口（６６）と、を備え、前記各圧力管理要素の前記バッフルが、前記二次チャンバ（５０）の前記内周から前記中心開口（６６）に延び、各圧力管理要素（６４）が、前記複数の領域（６２）の隣接領域間のガスの流れを制御し、前記第１の領域（６２ａ）は、前記溶融圧力より大きな第１の圧力に達する、少なくとも１つの圧力管理要素と、を備える、二次チャンバと、
前記二次チャンバに隣接して位置付けられた引き出しチャンバ（８０）であって、大気圧に達する、引き出しチャンバ（８０）と、を備え、
前記鋳造物質は、前記鋳型（３６）から、前記二次チャンバ（５０）の前記少なくとも１つの圧力管理要素（６４）の前記中心開口（６６）を通って、前記引き出しチャンバ（８０）の中に、渡される、システム。
鋳造物質のための鋳型（３６）を備え、溶融圧力に達する溶融チャンバ（３０）と、
二次チャンバ（５０）であって、
前記二次チャンバ（５０）内に位置付けられた複数の領域（６２）であって、前記溶融チャンバに隣接して位置付けられた第１の領域（６２ａ）と、最後の領域（６２ｇ）と、前記第１の領域（６２ａ）と前記最後の領域（６２ｇ）との中間に位置付けられた、より低い圧力領域とを備える複数の領域と、
少なくとも１つの圧力管理要素（６４）であって、前記圧力管理要素が、バッフルと、鋳造物質を中心開口（６６）を通って受け取るための前記中心開口（６６）と、を備え、前記各圧力管理要素の前記バッフルが、前記二次チャンバ（５０）の前記内周から前記中心開口（６６）に延び、各圧力管理要素（６４）が、前記複数の領域（６２）の隣接領域間のガスの流れを制御し、前記第１の領域（６２ａ）は、前記溶融圧力より大きな第１の圧力に達する、少なくとも１つの圧力管理要素と、を備える、二次チャンバと、
前記二次チャンバに隣接して位置付けられた引き出しチャンバ（８０）であって、大気圧に達する、引き出しチャンバ（８０）と、を備え、
前記鋳造物質は、前記鋳型（３６）から、前記二次チャンバ（５０）の前記少なくとも１つの圧力管理要素（６４）の前記中心開口（６６）を通って、前記引き出しチャンバ（８０）の中に、渡される、システム。
【請求項2】
前記複数の領域が、前記第１の領域に隣接した第２の領域を備え、前記第２の領域が、前記第１の圧力より小さな第２の圧力に達する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記二次チャンバの前記複数の領域における圧力を調整する複数のポンプを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記第１の領域に対応する前記ポンプが、鋳造物質の一部分が前記第１の領域を通って広がるときに、記溶融圧力から前記第１の圧力に前記第１の領域の圧力を調整する、請求項３に記載のシステム。
【請求項5】
前記最後の領域が前記引き出しチャンバに隣接して位置付けられ、前記最後の領域に対応する前記ポンプが、鋳造物質の一部分が前記最後の領域を通って広がるときに、前記最後の領域における圧力を前記溶融圧力から最後の圧力に調整し、前記最後の圧力は大気圧より大きい、請求項３に記載のシステム。
【請求項6】
前記複数の領域は、前記第１の領域と前記最後の領域との間に中間領域を備え、前記中間領域に対応する前記ポンプが、鋳造物質の一部分が前記中間領域を通って広がるときに、前記中間領域における圧力を前記溶融圧力から中間圧力に調整し、前記中間圧力は、前記第１のおよび最後の圧力より小さい、請求項３に記載のシステム。
【請求項7】
前記複数のポンプが、前記第１の領域から前記中間領域までの隣接領域間の圧力を減少させ、前記中間領域から前記最後の領域までの隣接領域間の圧力を増加させる、請求項６に記載のシステム。
【請求項8】
前記複数の領域の各領域の中に圧力を生成するために前記各領域におけるガスの量を調整する複数のポンプを備え、前記第１の領域から前記中間領域までの前記領域における前記ガスは、不活性ガスから本質的に成る、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記引き出しチャンバを前記二次チャンバから離して動かす引き出しカートを備え、前記引き出しチャンバは、前記二次チャンバから離して動かされると大気圧に達する、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記二次チャンバから引き出された鋳造物質の方へ延びるローラを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
物質を鋳造するための方法であって、
鋳造物質のための鋳型（３６）を備える溶融チャンバ（３０）、二次チャンバ（５０）、および引き出しチャンバ（８０）における圧力を溶融圧力に制御することと、
前記溶融チャンバ（３０）の溶融物質から前記二次チャンバ（５０）の中に前記鋳造物質（２６）を渡すことであって、前記二次チャンバ（５０）が、前記二次チャンバ（５０）に位置付けられた複数の領域（６２）を備え、前記複数の領域（６２）が、前記溶融チャンバ（３０）に隣接した第１の領域（６２ａ）を備える、渡すことと、
前記二次チャンバ（５０）から前記引き出しチャンバ（８０）の中に前記鋳造物質（２６）を渡すことと、
前記鋳造物質（２６）が前記第１の領域（６２ａ）を通過するときに、前記第１の領域（６２ａ）の圧力を前記溶融圧力から前記溶融圧力より大きな第１の圧力に制御することと、
前記鋳造物質（２６）が前記二次チャンバ（５０）から前記引き出しチャンバ（８０）の中に渡るときに、前記引き出しチャンバ（８０）の圧力を前記溶融圧力から大気圧に制御することと、を含む、方法。
鋳造物質のための鋳型（３６）を備える溶融チャンバ（３０）、二次チャンバ（５０）、および引き出しチャンバ（８０）における圧力を溶融圧力に制御することと、
前記溶融チャンバ（３０）の溶融物質から前記二次チャンバ（５０）の中に前記鋳造物質（２６）を渡すことであって、前記二次チャンバ（５０）が、前記二次チャンバ（５０）に位置付けられた複数の領域（６２）を備え、前記複数の領域（６２）が、前記溶融チャンバ（３０）に隣接した第１の領域（６２ａ）を備える、渡すことと、
前記二次チャンバ（５０）から前記引き出しチャンバ（８０）の中に前記鋳造物質（２６）を渡すことと、
前記鋳造物質（２６）が前記第１の領域（６２ａ）を通過するときに、前記第１の領域（６２ａ）の圧力を前記溶融圧力から前記溶融圧力より大きな第１の圧力に制御することと、
前記鋳造物質（２６）が前記二次チャンバ（５０）から前記引き出しチャンバ（８０）の中に渡るときに、前記引き出しチャンバ（８０）の圧力を前記溶融圧力から大気圧に制御することと、を含む、方法。
【請求項12】
前記溶融チャンバ、二次チャンバ、および引き出しチャンバを、それらにおける前記圧力を前記溶融圧力に制御する前に、実質的真空に排気することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記溶融チャンバ、二次チャンバ、および引き出しチャンバを、実質的真空に排気した後に、前記溶融チャンバ、二次チャンバ、および引き出しチャンバを、不活性ガスで充填することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記二次チャンバの前記複数の領域が、前記第１の領域に隣接する第２の領域を含み、前記方法は、前記第２の領域の圧力を前記第１の圧力より小さな第２の圧力に制御することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記二次チャンバの前記複数の領域が、前記引き出しチャンバに隣接して操作可能に位置付けられる最後の領域を含み、前記方法は、前記最後の領域の圧力を大気圧より大きな最後の圧力に制御することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記二次チャンバの前記複数の領域が、中間領域を含み、前記方法は、前記複数の領域のうちの、前記第２の領域と前記中間領域との間に位置付けられた領域における圧力を制御することを含み、前記圧力は、前記溶融圧力から、前記第２の領域から前記中間領域に順次減る圧力に調整される、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記第２の領域と前記中間領域との間に位置付けられた前記複数の領域の圧力は、隣接領域の間で１０Ｔｏｒｒから１００Ｔｏｒｒだけ順次減る、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記複数の領域のうちの、前記中間領域と前記最後の領域との間の領域における圧力を制御することを含み、前記圧力は、前記溶融圧力から、前記中間領域から前記最後の領域に順次増える圧力に調整される、請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
前記物質を溶融するために前記溶融チャンバ内の物質にエネルギーを加えることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項20】
前記鋳造物質を前記二次チャンバを通して、前記引き出しチャンバの中に移動させるように、引き出し機構は、前記鋳造物質を動かすことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項21】
前記引き出しチャンバの前記圧力を前記溶融圧力から大気圧に制御するために、前記引き出しチャンバを前記二次チャンバから解放することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項22】
前記鋳造物質に接触するように１組のローラを延ばすことを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項23】
切断デバイスで前記鋳造物質を切断することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項24】
前記鋳造物質の切断部分をカートの上にアンロードすることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項25】
前記溶融圧力が大気圧よりも大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項26】
前記二次チャンバの前記複数の領域の各領域における圧力が別々に制御されるように適合される、請求項１１に記載の方法。
【請求項27】
前記二次チャンバの前記複数の領域における圧力が複数のポンプによって制御される、請求項２６に記載の方法。
【請求項28】
前記複数のポンプによって引き出されたガスを回収し再利用することをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項29】
前記ガスが不活性ガスを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項30】
前記回収されたガスが、ガス源に戻る前に、圧縮され浄化される、請求項２８に記載の方法。
【請求項31】
鋳造方法であって、
鋳造物質のための鋳型（３６）を備える溶融チャンバ（３０）、二次チャンバ（５０）、および引き出しチャンバ（８０）における圧力を溶融圧力に制御することと、
前記二次チャンバ（５０）の中に前記溶融チャンバ（３０）内の物質から作られた鋳造物質（２６）を渡すことであって、前記二次チャンバ（５０）が、前記二次チャンバ（５０）に位置付けられた複数の領域（６２）を備え、前記複数の領域（６２）が、前記溶融チャンバ（３０）に隣接した第１の領域（６２ａ）を備える、渡すことと、
前記二次チャンバ（５０）から前記引き出しチャンバ（８０）の中に鋳造物質（２６）を渡すことと、
動的エアロックを形成し大気内の非不活性ガスから前記溶融チャンバを保護するために、前記鋳造物質（２６）が前記第１の領域（６２ａ）を通過するときに、前記第１の領域（６２ａ）の圧力を前記溶融圧力から前記溶融圧力より大きな第１の圧力に制御することと、
前記鋳造物質（２６）が前記二次チャンバ（５０）から前記引き出しチャンバ（８０）の中に渡るときに、前記引き出しチャンバ（８０）の圧力を前記溶融圧力から大気圧に制御することと、を含む、方法。
鋳造物質のための鋳型（３６）を備える溶融チャンバ（３０）、二次チャンバ（５０）、および引き出しチャンバ（８０）における圧力を溶融圧力に制御することと、
前記二次チャンバ（５０）の中に前記溶融チャンバ（３０）内の物質から作られた鋳造物質（２６）を渡すことであって、前記二次チャンバ（５０）が、前記二次チャンバ（５０）に位置付けられた複数の領域（６２）を備え、前記複数の領域（６２）が、前記溶融チャンバ（３０）に隣接した第１の領域（６２ａ）を備える、渡すことと、
前記二次チャンバ（５０）から前記引き出しチャンバ（８０）の中に鋳造物質（２６）を渡すことと、
動的エアロックを形成し大気内の非不活性ガスから前記溶融チャンバを保護するために、前記鋳造物質（２６）が前記第１の領域（６２ａ）を通過するときに、前記第１の領域（６２ａ）の圧力を前記溶融圧力から前記溶融圧力より大きな第１の圧力に制御することと、
前記鋳造物質（２６）が前記二次チャンバ（５０）から前記引き出しチャンバ（８０）の中に渡るときに、前記引き出しチャンバ（８０）の圧力を前記溶融圧力から大気圧に制御することと、を含む、方法。
【請求項32】
前記複数の領域が、最後の領域および前記第１の領域と前記最後の領域との間の中間領域をさらに備え、前記方法が、前記最後の領域の圧力を大気圧より大きな最後の圧力に制御することと、ガスを前記中間領域の方へ導くために前記中間領域内の圧力を減少させることとを、さらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項33】
前記二次チャンバの領域内の圧力が、前記第１の領域から前記中間領域へ順次減るように調整される、請求項３２に記載の方法。
【請求項34】
前記二次チャンバの領域内の圧力が、前記中間領域から前記最後の領域へ順次増えるように調整される、請求項３２に記載の方法。
【請求項35】
前記二次チャンバの前記複数の領域内の圧力が、複数のポンプによって制御される、請求項３１に記載の方法。
【請求項36】
連続鋳造炉（２２）のためのチャンバ（５０）であって、
内周と、
前記チャンバ（５０）内に位置付けられた複数の領域（６２）であって、
前記炉（２２）の溶融チャンバ（３０）に隣接して位置付けられた第１の領域（６２ａ）であって、前記溶融チャンバ（３０）が、溶融圧力に達し、鋳造物質のための鋳型（３６）を備え、前記第１の領域が、前記溶融圧力より大きな第１の圧力に達する、第１の領域（６２ａ）と、
前記第１の領域（６２ａ）に隣接して位置付けられた第２の領域（６２ｂ）であって、前記第２の領域（６２ｂ）が、前記第１の圧力より小さな第２の圧力に達する、第２の領域と、
前記炉の引き出しチャンバ（８０）に隣接した最後の領域（６２ｇ）であって、大気圧より大きな最後の圧力に達する、最後の領域（６２ｇ）と、
前記第２の領域（６２ｂ）と前記最後の領域（６２ｇ）との間の中間領域（６２ｅ）であって、前記最後の圧力より小さな圧力に達する、中間領域（６２ｅ）とを備える、複数の領域（６２）と、
前記複数の領域（６２）の隣接領域間のガスの流れを制御するための少なくとも１つのバッフルであって、各バッフルが開口（６６）を備え、各バッフルが前記チャンバ（５０）の前記内周から前記開口（６６）に延びる、少なくとも１つのバッフルと、を備える、チャンバ。
内周と、
前記チャンバ（５０）内に位置付けられた複数の領域（６２）であって、
前記炉（２２）の溶融チャンバ（３０）に隣接して位置付けられた第１の領域（６２ａ）であって、前記溶融チャンバ（３０）が、溶融圧力に達し、鋳造物質のための鋳型（３６）を備え、前記第１の領域が、前記溶融圧力より大きな第１の圧力に達する、第１の領域（６２ａ）と、
前記第１の領域（６２ａ）に隣接して位置付けられた第２の領域（６２ｂ）であって、前記第２の領域（６２ｂ）が、前記第１の圧力より小さな第２の圧力に達する、第２の領域と、
前記炉の引き出しチャンバ（８０）に隣接した最後の領域（６２ｇ）であって、大気圧より大きな最後の圧力に達する、最後の領域（６２ｇ）と、
前記第２の領域（６２ｂ）と前記最後の領域（６２ｇ）との間の中間領域（６２ｅ）であって、前記最後の圧力より小さな圧力に達する、中間領域（６２ｅ）とを備える、複数の領域（６２）と、
前記複数の領域（６２）の隣接領域間のガスの流れを制御するための少なくとも１つのバッフルであって、各バッフルが開口（６６）を備え、各バッフルが前記チャンバ（５０）の前記内周から前記開口（６６）に延びる、少なくとも１つのバッフルと、を備える、チャンバ。
【請求項37】
連続鋳造炉（２２）のためのチャンバ（５０）であって、
内周と、
前記チャンバ（５０）内に位置付けられた複数の領域（６２）であって、
前記炉（２２）の溶融チャンバ（３０）に隣接して位置付けられた第１のより高い圧力領域（６２ａ）であって、前記溶融チャンバ（３０）が、鋳造物質のための鋳型（３６）を備える、第１のより高い圧力領域（６２ａ）と、
前記炉の引き出しチャンバに隣接して位置付けられた第２のより高い圧力領域（６２ｇ）と、
前記第１のより高い圧力領域（６２ａ）と前記第２のより高い圧力領域（６２ｇ）との間に位置付けられたより低い圧力領域（６２ｄ）とを、備える、複数の領域と、
前記複数の領域（６２）の隣接領域間のガスの流れを制御するための少なくとも１つのバッフルであって、各バッフルが開口（６６）を備え、各バッフルが前記チャンバ（５０）の前記内周から前記開口（６６）に延びる、少なくとも１つのバッフルと、を備える、チャンバ。
内周と、
前記チャンバ（５０）内に位置付けられた複数の領域（６２）であって、
前記炉（２２）の溶融チャンバ（３０）に隣接して位置付けられた第１のより高い圧力領域（６２ａ）であって、前記溶融チャンバ（３０）が、鋳造物質のための鋳型（３６）を備える、第１のより高い圧力領域（６２ａ）と、
前記炉の引き出しチャンバに隣接して位置付けられた第２のより高い圧力領域（６２ｇ）と、
前記第１のより高い圧力領域（６２ａ）と前記第２のより高い圧力領域（６２ｇ）との間に位置付けられたより低い圧力領域（６２ｄ）とを、備える、複数の領域と、
前記複数の領域（６２）の隣接領域間のガスの流れを制御するための少なくとも１つのバッフルであって、各バッフルが開口（６６）を備え、各バッフルが前記チャンバ（５０）の前記内周から前記開口（６６）に延びる、少なくとも１つのバッフルと、を備える、チャンバ。
【請求項38】
前記二次チャンバが、前記第１の領域と前記最後の領域との間に位置付けされた中間領域をさらに備え、前記第１の領域が、第１の動作圧力を有する第１のより高い圧力領域を備え、前記最後の領域が、第２の動作圧力を有する第２のより高い圧力領域を備え、前記中間領域が、前記第１の動作圧力および前記第２の動作圧力よりも小さな第３の動作圧力を有するより低い圧力領域を備える、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、溶融物質を鋳造するためのシステム、方法、ツール、技法、および戦略に関するものである。一定の実施形態では、本開示は、溶融物質の連続鋳造に関する。
【背景技術】
【0002】
プラズマアークまたは電子ビーム低温炉床溶融炉などの炉は、例えば、数期間にわたって物質を溶融し鋳造することができる。連続鋳造動作の間、溶融物質は、鋳型に連続的に入ることができ、鋳造物質、またはインゴットは、鋳型から連続的に生み出すことができる。例えば、溶融物質は、鋳型の頂部の中に流れることができる一方、引き出し機構は、鋳造物質を鋳型の底部から生み出すことを可能にするように連続的に移動する。連続鋳造は、例えば、鋳造周期間の鋳型の変更と関連する遅延などの、鋳造動作に対する妨害の頻度を減らすことができる。鋳造動作の間の妨害を減らすことは、鋳造効率を増やし得る。
【0003】
いくつかの物質は、溶融されるときにまたは高い温度で反応性を示す。このようにして反応性を示す物質は、溶融された状態にあるときまたは特定の温度に加熱されるか特定の温度を上回るときに、容易に化学的に結合することになるか、そうではない場合には、一定の元素もしくは化合物にさらされると化学的に変化する。例えば、非常に高い温度における溶融チタンおよび固体鋳造チタンは、二酸化チタンを形成するように気体酸素と、また、窒化チタンを形成するように気体窒素と、反応性を示し容易に化学的に結合する。二酸化チタンおよび窒化チタンは、鋳造チタン内にハードアルファ（ｈａｒｄ ａｌｐｈａ）欠陥を形成し得、それを意図された用途に不適切にさせる。その結果として、溶融チタンおよび高温鋳造チタンは、好ましくは、鋳造動作の一定段階の間に真空にまたは不活性雰囲気に維持される。電子ビーム低温炉床炉では、高真空または実質的真空が、電子ビーム銃を動作させることを可能にするために溶融および鋳造チャンバにおいて維持される。プラズマアーク低温炉床炉では、プラズマトーチが、プラズマを作り出すために、例えば、ヘリウムまたはアルゴンなどの不活性ガスを使用する。従って、プラズマアーク低温炉床炉では、プラズマトーチのための不活性ガスの存在が、亜大気圧から正圧までの範囲にあり得る圧力を炉内に生じさせる。プラズマアークまたは電子ビーム低温炉床溶融炉の溶融チャンバが、例えば酸素または窒素などの、非不活性ガスで浸透される場合、非不活性ガスは、その中の溶融物質を汚染する可能性がある。それ故、外部雰囲気からのガスは、溶融チタンを含有する炉の溶融チャンバに入ることを完全にまたは実質的に阻止されるべきである。
【0004】
チタンまたはそれに含有される別の反応性物質の汚染に影響を受けない連続鋳造システムを提供することが有利であろう。より一般に、チタン、他の反応性物質、ならびに金属および金属合金に一般に有用である改良された連続鋳造システムを提供することが有利であろう。
【発明の概要】
【0005】
本開示の態様は、物質を溶融し鋳造するためのシステムの非限定的実施形態に関する。システムは、溶融チャンバ、二次チャンバ、および引き出しチャンバを備える。溶融チャンバは、それにおいて溶融圧力に操作可能に達するように構造化される。更に、二次チャンバは、複数の領域および少なくとも１つの圧力管理要素を備える。複数の領域は、溶融チャンバに隣接して位置付けられた第１の領域を備え、第１の領域は、溶融圧力より大きな第１の差圧にそれにおいて操作可能に達するように構造化される。各圧力管理要素は、複数の領域の隣接領域間のガスの流れを制御する。更に、引き出しチャンバは二次チャンバに隣接して位置付けられ、引き出しチャンバは、それにおいて大気圧に操作可能に達するように構造化される。
【0006】
二次チャンバは内周を備え得、各圧力管理要素は、バッフルと、中心開口を通って鋳造物質を受け取るための当該中心開口と、を備え得る。各圧力管理要素のバッフルは、内周から中心開口まで延び得る。溶融チャンバは、物質を鋳造するための鋳型を備え得る。鋳造物質は、鋳型から、二次チャンバの少なくとも１つの圧力管理要素の中心開口を通って、引き出しチャンバの中に、渡され得る。複数の領域は、第１の領域に隣接した第２の領域を備え得、第２の領域は、第１の差圧より小さな第２の差圧に操作可能に達するように構造化され得る。システムは、二次チャンバの複数の領域における圧力を調整するように構造化された複数のポンプを備え得る。システムは、引き出しチャンバを二次チャンバから離して動かすように構造化された引き出しカートを備え得、引き出しチャンバは、二次チャンバから離して動かされた後にそれにおいて大気圧に達するように構造化され得る。システムは、二次チャンバから引き出された鋳造物質の方へ操作可能に延びるように構造化されたローラを備え得る。
【0007】
本開示の別の態様は、物質を鋳造するための方法の非限定的実施形態に関する。方法は、溶融チャンバ、二次チャンバ、および引き出しチャンバ内の圧力を制御することを含む。溶融チャンバ内の圧力は、溶融圧力に制御される。方法はまた、鋳造物質を溶融チャンバから二次チャンバの中に渡すことを含み、二次チャンバは複数の領域を備え、複数の領域は、溶融チャンバに隣接した第１の領域を備える。方法は、物質を二次チャンバから引き出しチャンバの中に渡すことを更に含む。方法はまた、第１の領域の圧力を溶融圧力から溶融圧力より大きな第１の差圧に制御することを含む。方法は、引き出しチャンバの圧力を溶融圧力から大気圧に制御することを更に含む。
【0008】
方法は、二次チャンバの第２の領域の圧力を第１の差圧より小さな第２の差圧に制御することを含み得、第２の領域は第１の領域に隣接する。方法は、二次チャンバの最後の領域の圧力を大気圧より大きな最後の差圧に制御することを含み得、最後の領域は、引き出しチャンバに隣接して操作可能に位置付けられる。方法は、二次チャンバの第２の領域と中間領域との間に位置付けられた領域における圧力を制御することを含み得、圧力は、溶融圧力から、第２の領域から中間領域まで順次減る圧力に調整される。方法は、中間領域と最後の領域との間に位置する二次チャンバの領域内の圧力を制御することを含み得、圧力は、溶融圧力から、中間領域から最後の領域まで順次増える圧力に調整される。方法は、物質を溶融するために溶融チャンバ内の物質にエネルギーを加えることを含み得る。方法は、二次チャンバを通って、引き出し機構を使用して引き出しチャンバの中に、鋳造物質を渡すことを含み得る。方法は、溶融圧力から大気圧に引き出しチャンバの圧力を制御するために、二次チャンバから引き出しチャンバを解放することを含み得る。方法は、鋳造物質に接触するように１組のローラを延ばすことを含み得る。方法は、鋳造物質を切断デバイスで切断することを含み得る。方法は、鋳造物質の切断部分をアンローディングカートの上にアンロードすることを含み得る。
【0009】
本開示の更に別の態様は、連続鋳造炉のためのチャンバの非限定的実施形態に関する。チャンバは、内周、複数の領域、および複数の領域の隣接領域間のガスの流れを制御するための少なくとも１つのバッフルを備える。複数の領域は、炉の溶融チャンバに隣接して位置付けられた第１の領域を備え、溶融チャンバは、溶融圧力に操作可能に達するように構造化され、第１の領域は、溶融圧力より大きな第１の差圧に操作可能に達するように構造化される。複数の領域はまた、第１の領域に隣接して位置付けられた第２の領域を備え、第２の領域は、第１の差圧より小さな第２の差圧に操作可能に達するように構造化される。各バッフルは開口を備え、各バッフルは、チャンバの内周から開口まで延びる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
この明細書に開示され説明された様々な非限定的実施形態は、金属および金属合金のための連続鋳造システムに関する。一定の非限定的実施形態では、金属または金属合金は、反応性物質である。本明細書に説明され例示された１つの限定されない用途は、溶融および鋳造システムの溶融チャンバと引き出しチャンバとの間の二次チャンバであり、溶融チャンバは、プラズマアークまたは電子ビーム低温炉床溶融に適合される。しかしながら、二次チャンバは、例えば、コアレス誘導および／またはチャネル型誘導溶融に適合された溶融チャンバなどの、任意の溶融チャンバと共に使用され得ることが理解されるであろう。
【0012】
様々な非限定的実施形態では、連続鋳造システムは、溶融チャンバ、引き出しチャンバ、および溶融チャンバと引き出しチャンバとの間に位置付けられた二次チャンバを含むことができる。いくつかの実施形態では、溶融チャンバは、その中に位置付けられた物質にエネルギーを加え得、その物質を溶融し得るエネルギー源を含むことができる。溶融物質は、鋳造のために溶融チャンバの鋳型の中に渡され得る。物質は、適切に固化されると、鋳型から取り外され得、二次チャンバを通って引き出しチャンバの中に引き出され得る。物質の全てまたは領域は、鋳型から取り外されると、依然として溶融され得るか、部分的に溶融され得ることが理解されるであろう。最初に、所望の溶融圧力が、溶融チャンバ、二次チャンバ、および引き出しチャンバの全体にわたって達せられ得る。所望の溶融圧力は、例えば、真空、大気圧より小さい中間の圧力、または大気圧を上回る正圧であり得る。所望の溶融圧力が正圧である場合、ガスは、連続鋳造システムに導入され得る。不活性ガスは、物質が非不活性ガスと反応し得る連続鋳造システムのチャンバおよび／または範囲内で使用され得る。例えば、不活性ガスは、溶融されると反応する、例えばチタンなどの物質を溶融し鋳造するための溶融チャンバ内で使用され得る。少なくとも１つの実施形態では、溶融チャンバは、連続鋳造動作の全体にわたって所望の溶融圧力に維持され得る。更に、いくつかの実施形態では、引き出しチャンバにおける圧力は、大気圧に調整され得る。例えば、引き出しチャンバは、連続鋳造システムを出る延長鋳造または鋳造物質のためのスペースを提供するために二次チャンバから解放され得る。引き出しチャンバが二次チャンバから離して動かされると、引き出しチャンバは、大気圧に達することができる。
【0013】
様々な非限定的実施形態では、二次チャンバにおける圧力が、連続鋳造動作の間に調整され得るか制御され得る。例えば、二次チャンバは、複数の領域を含むことができる。その上、圧力管理要素、ならびに圧力管理要素内で開口を通って位置付けられた鋳造物質は、複数の領域の隣接領域間のガスの流れを制御し得る。換言すれば、二次チャンバにおける隣接領域は、制御され得、異なる圧力に維持され得る。様々な非限定的実施形態では、溶融チャンバに隣接した第１の領域は、所望の溶融圧力より少なくともわずかに高い圧力に調整され得る。少なくとも１つの実施形態では、二次チャンバの第１の領域と中間領域との間の領域は、順次および徐々に減る圧力に調整され得る。いくつかの実施形態では、引き出しチャンバに隣接した二次チャンバの最後の領域は、大気圧よりもわずかに高い圧力に調整され得る。少なくとも１つの実施形態では、中間領域と最後の領域との間の領域は、順次徐々に増える圧力に調整され得る。換言すれば、第１の領域は、第１の高圧力領域であり得、中間領域は、より低い圧力領域であり得、最後の領域は、第２の高圧力領域であり得る。
【0014】
様々な非限定的実施形態では、二次チャンバは、溶融チャンバと引き出しチャンバとの間に動的エアロックを形成できる。例えば、第１の領域におけるより高い圧力および二次チャンバの第１の領域から後続領域まで減少する圧力は、ガスを、第１の領域および溶融チャンバから離して、二次チャンバの後続領域の方へ、導くか誘導することができる。ガスを溶融チャンバから離して導くことによって、溶融チャンバ内の反応性物質の汚染が回避され得る。更に、二次チャンバの最後の領域におけるより高い圧力は、引き出しチャンバからおよび／または二次チャンバの最後の領域に隣接した外部雰囲気から、ガスが最後の領域の中に流れることを阻止し得る。二次チャンバの中への大気ガスの浸透を制限することによって、溶融チャンバ内の反応性物質の汚染が更に阻止され得る。
【0015】
図１〜１０を参照すると、連続鋳造システム２０の非限定的実施形態は、物質を溶融するおよび／または鋳造するための炉２２を含み得る。様々な非限定的実施形態では、炉２２は、プラズマアーク低温炉床溶融炉または電子ビーム低温炉床溶融炉を含み得る。代替の実施形態では、別の適切な炉が、連続鋳造システム２０内で物質を溶融するために使用され得る。いくつかの実施形態では、連続鋳造システム２０は、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および／または引き出しチャンバ８０を含み得る。炉２２は、例えば、溶融チャンバ３０に位置付けられた物質２４を溶融することができる。少なくとも１つの実施形態では、二次チャンバ５０は溶融チャンバ３０に隣接し得、引き出しチャンバ８０は二次チャンバ５０に隣接し得る。例えば、二次チャンバ５０は、溶融チャンバ３０と引き出しチャンバ８０との間に位置付けられ得る。
【0016】
図１を主に参照すると、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０および引き出しチャンバ８０は、共に密閉され得るか解放可能に密閉され得る。例えば、溶融チャンバ３０は、二次チャンバ５０に対して密閉され得、二次チャンバ５０は、引き出しチャンバ８０に対して密閉され得る。様々な非限定的実施形態では、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および／または引き出しチャンバ８０間のシールは、鋳造動作の間に解かれ得る。例えば、本明細書において説明されるように、引き出しチャンバ８０は、引き出しチャンバ８０が、二次チャンバ５０から離して動かされ得、それらの間のシールを解き得るように、二次チャンバ５０に対して移動可能に位置付けられ得る（図７）。様々な非限定的実施形態では、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０は、全体にわたって均一なもしくは実質的に均一な圧力に達し得るおよび／またはその圧力を維持し得る。例えば、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０は、共に密閉され得、所望の溶融圧力に制御され得る。様々な非限定的実施形態では、チャンバ３０、５０、８０の少なくとも２つが、異なる圧力に制御され得る。例えば、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０における圧力は、炉２２の溶融チャンバ３０の中への非不活性ガスの浸透を阻止する動的エアロックを提供するために連続鋳造動作の間に調整され得る。例えば、所望の溶融圧力は正圧であり得る。最初に、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０は、正の、所望の溶融圧力に制御され得る。様々な非限定的実施形態では、チャンバ３０、５０、８０全体にわたる圧力が、わずかなまたはほんのわずかな圧力変動だけがチャンバ３０、５０、８０内に存在するように、均一あるいは実質的に均一であり得る。その後、引き出しチャンバ８０は、例えば、大気圧に達するように外部雰囲気に開かれ得、溶融チャンバ３０は、それにおいて所望の溶融圧力を維持することができる。そのような実施形態では、二次チャンバ５０全体にわたる圧力が、引き出しチャンバ８０内にあるおよび／または二次チャンバ５０の外側にある外部雰囲気による溶融チャンバ３０の浸透を阻止する動的エアロックを形成するように調整され得る。
【0017】
図１を依然として参照すると、連続鋳造システム２０は、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および／または引き出しチャンバ８０内の圧力を制御するポンピングシステムを含み得る。ポンピングシステムは、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０を例えば真空に排気することができ、ならびに／またはチャンバ３０、５０、８０内の圧力を例えば様々な正圧に調整することができる。様々な非限定的実施形態では、ポンピングシステムは、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０を同じ圧力に制御し得る。更にまたは代わりに、ポンピングシステムは、チャンバ３０、５０、８０の少なくとも２つを異なる圧力に制御し得る。従って、ポンピングシステムは、様々なチャンバ３０、５０、８０内の圧力を調整するために複数のポンプ、ガス源、および／またはガスブリードを含み得る。例えば、溶融チャンバ３０は、溶融チャンバポンピングシステムを備え得、二次チャンバ５０は、二次チャンバポンピングシステムを備え得、引き出しチャンバ８０は、引き出しチャンバポンピングシステムを備え得る。各ポンピングシステムは、例えば、ガス源およびブリード、すなわち、充填戻しシステムを含み得る。その上、二次チャンバポンピングシステムは、差圧ポンプ６０を含み得る。本明細書において説明されるように、差圧ポンプ６０は、例えば、二次チャンバ５０の様々な領域６２における圧力を制御し得る。その上、本明細書において説明されるように、ポンピングシステムは、連続鋳造システム２０内のガスの少なくとも一部分が回収され得、精製され得、連続鋳造システム２０を通して再利用され得るように、閉ループまたは部分的に閉ループのシステムを形成できる。
【0018】
図２を主に参照すると、連続鋳造システム２０の溶融チャンバ３０は、溶融および鋳造のためにその中で物質２４を受け取ることができる。炉２２のエネルギーまたは熱源３２は、溶融チャンバ３０の中に延び得、その中に位置付けられた物質２４にエネルギーを与え得る。例えば、エネルギー源３２は、物質２４の表面にわたって高強度の電子ビームまたはプラズマアークを作り出すことができる。様々な非限定的実施形態では、溶融チャンバ３０は、例えば、水冷式の銅炉床などの、容器または炉床３４を含み得る。依然として図２を主に参照すると、炉床３４は、物質２４を保持することができる一方、熱源３２は、物質２４を溶融するために炉床３４内に位置付けられた物質２４にエネルギーを与える。
【0019】
様々な非限定的実施形態では、溶融チャンバ３０は、るつぼまたは鋳型３６を含み得る。溶融物質２４は、例えば、鋳型３６に入ることができ、例えば、鋳造物質２６として鋳型３６を出ることができる。次に図３を参照すると、鋳型３６は、鋳造物質２６が連続鋳造動作の間に鋳型３６の底部を出ることができるように、底部が開放された鋳型であり得る。更に、鋳型３６は、鋳造物質２６の意図された形状に対応する内周を有することができる。環状内周は、例えば、シリンダーを作り出すことができ、矩形内周は、例えば、矩形角柱を作り出すことができる。様々な非限定的実施形態では、鋳型３６は、例えば、約６インチから約３２インチの直径を有する環状内周を有することができる。更に、様々な非限定的実施形態では、鋳型３６は、例えば、約３６インチ×約５４インチである矩形内周を有することができる。様々な非限定的実施形態では、鋳型３６は、水冷式の銅鋳型であり得る。いくつかの実施形態では、鋳型３６は、溶融チャンバ３０の外周の一部分を形成でき、溶融チャンバ３０に対しておよび／または二次チャンバ５０に対して密閉され得る。例えば、鋳型３６は、溶融チャンバ３０と二次チャンバ５０との間に密閉された通路を形成できる。
【0020】
図２および３を主に参照すると、ダブテールプレート４０が、その中に可動底部表面を形成するために鋳型３６に挿入され得る。ダブテールプレート４０は、鋳型３６から取り外され得るか引き出され得、例えば、連続鋳造動作の間に溶融炉２２を通って引き抜かれ得る。少なくとも１つの実施形態では、ダブテールプレート４０は、水冷式の銅プレートであり得る。様々な非限定的実施形態では、ダブテールプレート４０は、引き出し要素４２に接続され得、それは、引き出しラム８２に接続され得る。引き出しラム８２は、例えば、液圧シリンダーまたはボールねじアセンブリなどの延長および収縮機構を含み得る。様々な非限定的実施形態では、引き出しラム８２は、二次チャンバ５０を通って引き出しチャンバ８０の中に引き出し要素４２および取り付けられたダブテールプレート４０を引くことができる。少なくとも１つの実施形態では、始動ブロック４４は、ダブテールプレート４０に挿入され得、ロッキングピン４６は、ダブテールプレート４０に始動ブロック４４を解放可能に固定することができる。様々な非限定的実施形態では、始動ブロック４４は、鋳型３６からのダブテールプレート４０および鋳造物質２６の引き出しに役立ち得、ならびにＧｅｌｔｚｅｒらの米国特許第６，２７３，１７９号に説明されるように、ダブテールプレート４０からの鋳造物質２６（図８）の端部の後続の切り離しに役立ち得、その米国特許の開示全体は、本明細書に参照によって組み込まれる。
【0021】
図２を再び参照すると、エネルギー源３２は、物質２４を溶融するために炉床３４内に位置付けられた物質２４にエネルギーを加え得る。様々な非限定的実施形態では、溶融物質２４は、炉床３４から鋳型３６の中に流れ得る。少なくとも１つの実施形態では、炉床３４は、溶融物質２４を鋳型３６の中に注ぐために傾けるか倒すことができる。他の実施形態では、溶融物質２４は、炉床３４から鋳型３６の中にあふれ出てもよい。図２を依然として参照すると、溶融物質２４は、底部が開放された鋳型３６の中に流れ得る。様々な非限定的実施形態では、溶融物質２４が鋳型２６の中に流れると、溶融物質２４は、例えば、ダブテールプレート４０および／または始動ブロック４４を覆い得、例えば、鋳型３６の側面に接触し得る。
【0022】
様々な非限定的実施形態では、溶融物質２４は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、および／またはそれらの合金などの物質を備え得、それらは、周辺の雰囲気に存在するガスと一定の温度において反応性を示し得る。例えば、チタンは、溶融されるときおよび高温で反応性を示し得る。溶融および鋳造の間に反応性物質を保護するために、溶融チャンバ３０における雰囲気、ならびに連続鋳造システム２０の他の範囲であって、物質が実質的に熱く、それ故に反応性を示す範囲が、制御され得る。例えば、溶融チャンバ３０内の圧力は、実質的に真空まで排気され得、および／または溶融チャンバ３０は、不活性ガスで充填され得る。炉２２が電子ビーム低温炉床溶融炉であるとき、溶融チャンバ３０の圧力は、ほぼ真空であり得、例えば、また、炉２２がプラズマアーク低温炉床溶融炉であるとき、溶融チャンバ３０は、例えば、亜大気圧または大気圧を上回る正圧まで、不活性ガスを充填し戻され得る。
【0023】
図２および３を再び参照すると、鋳型３６を充填する溶融物質２４は、溶融チャンバ３０と二次チャンバ５０との間に溶融シール２８を形成できる。様々な非限定的実施形態では、溶融物質２４は、鋳型３６の一部分の側壁に隣接し得る。例えば、図２および３を依然として参照すると、溶融物質２４は、鋳型３６を充填する物質の頂部部分または表面に沿って鋳型３６の内周に隣接し得る。様々な非限定的実施形態では、溶融シール２８は、それがない場合には二次チャンバ５０および／または外部雰囲気から溶融チャンバ３０に入り得るとともに、それにおける溶融物質２４と反応し得るガスの流れを制限するならびに／あるいは阻止するバリアを提供し得る。様々な非限定的実施形態では、鋳造物質２６は、鋳型３６を出た直後に固化され得るか実質的に固化され得る。鋳造物質２６の少なくとも外側の、周囲領域は、それが鋳型３６を出る際に鋳造物質２６の整合性を維持するために適切に固化される必要があることが理解されるであろう。図３を主に参照すると、溶融物質２４が鋳型３６における所望の高さに一旦達すると、ダブテールプレート４０は、引き出しラム８２によって鋳型３６の開いた底部を通って収縮され得る。引き出しラム８２は、引き出し固定部４２、ダブテールプレート４０を、そこに付着された鋳造物質２６と共に、鋳型３６から二次チャンバ５０の方へ、引くことができる。様々な非限定的実施形態では、鋳型３６における溶融物質２４の高さが、連続鋳造動作の間に実質的に同じままであるように、鋳型３４からの鋳造物質２６の引き出しの割合が、溶融物質２４が炉床３４から鋳型３６に入る割合に一致し得る。例えば、鋳造物質２６の引き出しの割合は、約１００ポンド／時間から約２０００ポンド／時間までであり得る。様々な非限定的実施形態では、引き出しの割合は、例えば、約１５００ポンド／時間から約５０００ポンド／時間までであり得る。引き出しの割合は、溶融炉の設計、例えば、それらの断面などの鋳造物質２６の寸法、ならびに／あるいは、例えば、それらの密度などの鋳造および溶融物質２４、２６の特性に依存し得る。
【0024】
図４〜６を主に参照すると、溶融チャンバ３０は、二次チャンバ５０に固定され得る。例えば、溶融チャンバ３０は、締め付けられ得、ボルト留めされ得、留められ得、あるいは、別の方法で、二次チャンバ５０に固定され得る。少なくとも１つの実施形態では、例えば、ｏリングまたはガスケットが、溶融チャンバ３０と二次チャンバ５０との間に、それらの間に真空気密シールをもたらすために位置付けられ得る。様々な非限定的実施形態では、溶融チャンバ３０および二次チャンバ５０は、それらの間に位置付けられた鋳型３６が、取り外され得、別の鋳型と取り換えられ得、および／または交換され得るように、解放可能に共に固定され得る。様々な非限定的実施形態では、本明細書において説明されるように、鋳型３６は、溶融チャンバ３０と二次チャンバ５０との間に密閉された通路を形成できる。更に、二次チャンバ５０は、例えば、溶融チャンバ３０に隣接しておよび／または溶融チャンバ３０の下に位置付けられ得る。様々な非限定的実施形態では、二次チャンバ５０は、例えば、所望の溶融圧力に操作可能に制御され得る溶融チャンバ３０と、例えば、大気圧に操作可能に制御され得る引き出しチャンバ８０との間に動的シールまたはエアロックを形成できる。いくつかの実施形態では、二次チャンバ５０は、冷却システム（図示しない）を含み得る。二次チャンバ５０の壁は、水および／または他の冷却液体が、鋳造物質２６による二次チャンバ５０の過熱を阻止するために、また、二次チャンバ５０内の鋳造物質２６を冷却し続けるために、チャネルを通ってポンピングされ得るように、例えば、チャネルを含み得る。
【0025】
図４〜６を依然として参照すると、二次チャンバ５０は、複数の領域の隣接領域６２間のガスの流れを制御する少なくとも１つの圧力管理要素６４を含み得る。例えば、圧力管理要素６４は、二次チャンバ５０の各領域６２において所望の圧力を維持するように適合され得る。いくつかの実施形態では、二次チャンバ５０は、例えば、一連の圧力管理要素６４を含み得る。圧力管理要素６４は、例えば、Ｇｕｉｃｈａｒｄらの米国特許第３，８８８，３００号に説明されるように、バッフルまたはダイアフラム壁であり得、その米国特許の開示全体は、本明細書に参照によって組み込まれる。様々な非限定的実施形態では、圧力管理要素６４は、例えば、二次チャンバ５０の内周から二次チャンバ５０の中心の方へ延び得る。少なくとも１つの実施形態では、圧力管理要素６４は、開口６６を含み得、その開口は、例えば、圧力管理要素６４の中心にまたは中心の近くに位置付けられ得る。開口６６は、鋳造物質２６が二次チャンバ５０を通って引き出される際に、その開口を通って鋳造物質２６を受け取るように構造化され得る。例えば、二次チャンバ５０が円筒形であり、例えば、鋳造物質２６が円筒形であるとき、圧力管理要素６４は、そこを通る環状開口を有する環状円盤であり得る。様々な非限定的実施形態では、圧力管理要素６４を通る開口６６は、鋳造物質２６が隣接領域６２を通って位置付けられるときに、ガスの流れを制限し、二次チャンバ５０の隣接領域６２間の圧力の移行を抑えるように寸法を定められ得る。その上、ローラアセンブリ（図示しない）は、Ｇｕｉｃｈａｒｄらの米国特許第３，８８８，３００号に説明されるように、二次チャンバ５０内におよび／または圧力管理要素６４間に位置付けられ得、そこを通って広がる鋳造物質２６を支持し、その米国特許の開示全体は、本明細書に参照によって組み込まれる。
【0026】
図６を主に参照すると、鋳造物質２６が二次チャンバ５０の領域６２を通って広がるとき、圧力管理要素６４は、例えば、鋳造物質２６の方へ二次チャンバ５０の内周から延び得る。様々な非限定的実施形態では、（複数の）圧力管理要素６４、二次チャンバ５０の内周、および鋳造物質２６は、二次チャンバ５０における領域６２の境界を定義し得る。例えば、二次チャンバ５０における第３の差圧領域６２ｃは、第２の圧力管理要素６４ｂ、第３の圧力管理要素６４ｃ、二次チャンバ５０の内周、および鋳造物質２６によって境とされ得る。様々な非限定的実施形態では、領域６２はまた、チャンバ３０、５０、８０の１つにおける別の表面によっても境とされ得る。例えば、第１の差圧領域６２ａは、鋳型３６の表面、第１の圧力管理要素６４ａ、二次チャンバ５０の内表面、および鋳造物質２６によって境とされ得る。様々な非限定的実施形態では、各圧力管理要素６４を通る開口６６は、鋳造物質２６が圧力管理要素６４に接触すること無く圧力管理要素６４を通り抜けるための十分なスペースを提供し得る。開口６６は、圧力管理要素６４とそこを通って広がる鋳造物質２６との間の距離が最小限にされるように、例えば、鋳型３６の断面よりもわずかにだけ大きくすることができる。少なくとも１つの実施形態では、鋳造物質２６と圧力管理要素６４との間の距離は、例えば、約２ｍｍから約５ｍｍまでであり得る。他の実施形態では、鋳造物質２６と圧力管理要素６４との間の距離は、例えば、約２ｍｍ未満であり得る。
【0027】
様々な非限定的実施形態では、圧力管理要素６４は、例えば、ステンレス鋼などの金属であり得る。圧力管理要素６４は、例えば、Ｇｕｉｃｈａｒｄらの米国特許第３，８８８，３００号に説明されるように、水および／または他の冷却液体が内部チャネルを通って炉２２を冷却するためにポンピングされ得る、当該内部チャネル（図示しない）を含み得、その米国特許の開示全体は、本明細書に参照によって組み込まれる。少なくとも１つの実施形態では、圧力管理要素６４内のチャネルは、水および／または他の冷却液体が、チャンバ壁を通って、また、そこから延びる圧力管理要素６４を通って、循環することができるように、チャンバ壁内のチャネルに接続することができる。様々な非限定的実施形態では、図４を主に参照すると、圧力管理要素６４は、ブラシ６８を含み得る。ブラシ６８は、圧力管理要素６４の内部周囲から鋳造物質２６の方へ延び得、圧力管理要素６４と鋳造物質２６との間のスペースを更に削減し得る。ブラシ６８は、例えば、ステンレス鋼などの金属であり得る。様々な非限定的実施形態では、ブラシ６８は、鋳造物質２６とブラシ６８との間の接触が圧力管理要素６４にダメージを与えないように、十分に柔軟であり得る。その上、様々な非限定的実施形態では、鋳造物質２６とブラシ６８との間の接触は、鋳造物質２６を汚染しない。
【0028】
図５および６を主に参照すると、圧力管理要素６４は、二次チャンバ５０内の隣接差圧領域６２間に延び得る。例えば、第１の圧力管理要素６４ａは、第１の差圧領域６２ａと第２の差圧領域６２ｂとの間に延び得、第２の圧力管理要素６４ｂは、第２の差圧領域６４ｂと第３の差圧領域６２ｂ間に延び得、第３の圧力管理要素６４ｃは、第３の差圧領域６２ｃと第４の差圧領域６２ｄとの間に延び得る、などである。様々な非限定的実施形態では、第１の差圧領域６２ａは、溶融チャンバ２０に隣接し得、および／または溶融チャンバ２０の真下にあり得る。その上、第２の差圧領域６２ｂは、例えば、第１の差圧領域６２ａに隣接し得、および／または第１の差圧領域６２ａの真下にあり得る。様々な非限定的実施形態では、最後のまたは末端の差圧領域６４ｇが、引き出しチャンバ８０に隣接し得、および／または引き出しチャンバ８０の真上にあり得る。その上、少なくとも１つの実施形態では、中間差圧領域６２ｄは、例えば、第２の差圧領域６２ｂと最後の差圧領域６２ｇとの間に位置付けられ得る。一定の非限定的実施形態では、少なくとも１つの付加差圧領域６２ｃが、例えば、第２の差圧領域６２ｂと中間差圧領域６２ｄとの間に位置付けられ得、および／または少なくとも１つの付加差圧領域６２ｅ、６２ｆが、例えば、中間差圧領域６２ｄと最後の差圧領域６２ｇとの間に位置付けられ得る。
【0029】
図５および６を依然として参照すると、二次チャンバ５０は、例えば、７つの差圧領域６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｇと、例えば、７つの圧力管理要素６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６４ｇを含み得る。二次チャンバ５０内の領域６２および対応する圧力管理要素６４の数は、例えば、溶融および鋳造物質２４、２６の特性ならびに／あるいは所望の溶融圧力と大気圧との間の圧力差に少なくとも依存し得る。
【0030】
様々な非限定的実施形態では、図５を主に参照すると、差圧ポンプ６０が、二次チャンバ５０の各差圧領域６２における圧力を調整し得る。例えば、差圧ポンプ６０は、領域６２からガスを抜き得る。少なくとも１つの実施形態では、ポンプ６０は、領域６２を真空または実質的真空に操作可能に排気し得る。その上、ガス源５２、５４および対応するガスブリード５６、５８は、領域６２にそれにおける圧力を増加させるためにガスをポンピングし得る。様々な非限定的実施形態では、第１の複数のガスブリード５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄが、第１のガス源５２から延び得、第２の複数のガスブリード５８ａ、５８ｂ、５８ｃが、第２のガス源５４から延び得る。ガスブリード５６、５８は、例えば、約１ＳＣＦＭから約２５ＳＣＦＭのガスをそれぞれの領域６２に導入することができる。第１のガス源５２は、例えば、第１のガスまたはガスの第１の組み合わせを保持することができ、第２のガス源５４は、例えば、第２のガスまたはガスの第２の組み合わせを保持することができる。本明細書において説明されるように、様々な非限定的実施形態では、少なくとも１つのガス源５２、５４が、例えば、不活性ガスまたは不活性ガスの組み合わせを保持することができる。様々な非限定的実施形態では、ガス源５２、５４が、ガスを複数ガスブリード５６、５８に分配することができる。その上、差圧ポンプ６０、ガス源５２、５４、およびガスブリード５６、５８は、二次チャンバ５０が溶融チャンバ３０と引き出しチャンバ８０との間の動的エアロックを形成するように、二次チャンバ５０の差圧領域６２内の圧力を制御し得る。
【0031】
様々な非限定的実施形態では、差圧ポンプ６０が、最初に、領域６２を真空または実質的真空に排気し得、その後、ガスブリード５６、５８が、所望の溶融圧力に等しいあるいは実質的に等しい圧力に達するようにガスを領域６２に導入し得る。例えば、領域６２は、例えば、約１００ｍＴｏｒｒから約１０ｍＴｏｒｒの実質的真空に排気され得る。その後、ガスブリード５６、５８は、例えば、約４００Ｔｏｒｒから約１０００Ｔｏｒｒの所望の溶融圧力に達するようにガスを導入することができる。様々な非限定的実施形態では、ポンピングシステムは、例えば、二次チャンバ５０全体にわたって所望の溶融圧力±２５Ｔｏｒｒに圧力を制御し得る。二次チャンバ５０内のガスの存在は、鋳造物質２６からの熱の伝達を向上させ得、それは、鋳造物質２６の固化速度を増加させ得る。換言すれば、鋳造物質２６は、冷却し得、それ故、例えば、二次チャンバ５０が真空または実質的真空を維持するときよりも、二次チャンバ５０が不活性ガスで充填されるときにより速く固化することができる。
【0032】
図５および６を参照すると、鋳造物質２６が二次チャンバ５０の領域６２を通って位置付けられるとき、鋳造物質２６、バッフル６４、および二次チャンバ５０の内周は、領域６２の境界であって、例えば、その境界において所望の圧力が達せられ得るおよび／または維持され得る、境界を定義し得る。領域６２の境界が一旦定義されると、差圧ポンプ６０、ガス源５２、５４、および／またはガスブリード５６、５８は、二次チャンバ５０の領域６２内の圧力を調整することができる。様々な非限定的実施形態では、差圧ポンプ６０は、二次チャンバ５０の様々な領域６２内の圧力を異なる圧力に制御し得る。例えば、一定の非限定的実施形態では、二次チャンバ５０の第１の差圧領域６２ａ内の圧力が、所望の溶融圧力を少なくともわずかに上回るように増やされ得る。例えば、第１の差圧領域６２ａ内の圧力は、所望の溶融圧力が約８２５Ｔｏｒｒから約８７５Ｔｏｒｒであるときに、約８８０Ｔｏｒｒから約９３０Ｔｏｒｒに制御され得る。換言すれば、溶融チャンバ３０と第１の差圧領域６２ａとの間の圧力差は、例えば、約１０Ｔｏｒｒから約５０Ｔｏｒｒであり得る。更に、一定の非限定的実施形態では、第２の差圧領域６２ｂ内の圧力が、第１の差圧領域６２ａ内の圧力よりもわずかに下回るように制御され得る。例えば、第２の差圧領域６２ｂ内の圧力は、約８２５Ｔｏｒｒから約８５０Ｔｏｒｒに制御され得る。様々な非限定的実施形態では、第１の差圧領域６２ａと第２の差圧領域６２ｂとの間の圧力差は、約１０Ｔｏｒｒから約５０Ｔｏｒｒであり得る。従って、一定の非限定的実施形態では、第１の差圧領域６２ａは、二次チャンバ５０内の後続領域６２ｂ、６２ｃなどから溶融チャンバ５０を分離する高圧力領域であって、外部雰囲気内の非不活性ガスによる溶融チャンバ３０の浸透を阻止する高圧力領域であり得る。
【0033】
図５および６を依然として参照すると、第２の差圧領域６２ｂと中間差圧領域６２ｄとの間の二次チャンバ５０の後続領域６２ｃ内の圧力は、例えば、徐々に減らされ得る。様々な非限定的実施形態では、圧力は、例えば、隣接領域６２間で約１０Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒだけ徐々に減らされ得る。領域６２および第２の差圧領域６２ｂと中間差圧領域６２ｄとの間の圧力管理要素６４の数ならびにサイズは、変動し得る。少なくとも１つの実施形態では、付加領域６２の数が、溶融物質２４および鋳造物質２６の物質特性、ならびに溶融チャンバ３０および引き出しチャンバ８０内の圧力に依存し得る。様々な非限定的実施形態では、付加領域６２の数が、鋳造物質２６からの熱伝達の割合に依存し得る。例えば、少なくとも１つの領域６２は、第２の差圧領域６２ｂと中間圧力領域６２ｄとの間に位置付けられ得る。一定の非限定的実施形態では、２つから５つの領域６２が、第２の差圧領域６２ｂと中間圧力領域６２ｄとの間に位置付けられ得る。様々な非限定的実施形態では、５つ以上の領域６２が、例えば、第２の差圧領域６２ｂと中間圧力領域６２ｄとの間に位置付けられ得る。鋳造物質２６が中間領域６２ｄに達した後に十分に冷却されるように、十分な数の領域６２が、溶融チャンバ３０と二次チャンバ５０の中間領域６２ｄとの間に位置付けられ得る。鋳造物質２６は、引き出しチャンバ内の外部雰囲気への露出が汚染を引き起こさないような程度まで冷却され得る。例えば、二次チャンバ５０の下部領域６２ｅ、６２ｆ、６２ｇにおけるならびに外部雰囲気における非不活性ガスによる鋳造チタン２６の反応や汚染を避けるために、鋳造チタン２６が中間差圧領域６２ｄに達すると、鋳造チタン合金は、約１０００未満〜１２００°Ｆまで冷却され得る。
【0034】
依然として図５および６を主に参照すると、中間差圧領域６２ｄ内の圧力は、二次チャンバ５０の隣接領域内の圧力未満に制御され得る。例えば、中間差圧領域６２ｄの真上および真下にある領域内の圧力は、中間差圧領域６２ｄ内の圧力を超え得る。換言すれば、中間差圧領域６２ｄは、第１の差圧領域６２ａと最後の差圧領域６２ｇとの間の低圧力領域であり得る。一定の非限定的実施形態では、中間差圧領域６２ｄ内の圧力は、例えば、約２５０Ｔｏｒｒから約３００Ｔｏｒｒであり得る。様々な非限定的実施形態では、中間差圧領域６２ｄ内の圧力は、例えば、約１００Ｔｏｒｒから約４００Ｔｏｒｒであり得る。
【0035】
図５および６に例示された実施形態を依然として参照すると、中間差圧領域６２ｄと最後の差圧領域６２ｇとの間の二次チャンバ５０の後続領域６２ｅ、６２ｆ内の圧力は、徐々に増やされ得る。様々な非限定的実施形態では、圧力が、例えば、隣接領域６２間で約１０Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒだけ徐々に増やされ得る。領域６２および中間差圧領域６２ｄと最後の差圧領域６２ｇとの間の圧力管理要素６４の数ならびにサイズは、変動し得る。少なくとも１つの実施形態では、付加領域６２の数が、溶融物質２４および鋳造物質２６の物質特性、ならびに溶融チャンバ３０および引き出しチャンバ８０内の圧力に依存し得る。様々な非限定的実施形態では、付加領域６２の数は、最後の差圧領域６２ｇ内の圧力を大気圧よりもわずかに大きくなるように徐々に増やすのに十分であり得る。例えば、少なくとも１つの領域６２が、中間差圧領域６２ｄと最後の圧力領域６２ｇとの間に位置付けられ得る。一定の非限定的実施形態では、２つから５つの領域６２が、中間差圧領域６２ｄと最後の圧力領域６２ｇとの間に位置付けられ得る。様々な非限定的実施形態では、５つ以上の領域６２が、中間差圧領域６２ｄと最後の差圧領域との間に位置付けられ得る。
【0036】
最後の差圧領域６２ｇは、引き出しチャンバ８０に隣接し得るおよび／または引き出しチャンバ８０より上にあり得る。様々な非限定的実施形態では、最後の差圧領域６２ｇが、大気圧よりも少なくともわずかに大きい圧力に達し得る。例えば、一定の非限定的実施形態では、最後の差圧領域６２ｇ内の圧力は、約７４０Ｔｏｒｒから約８５０Ｔｏｒｒであり得、および／または最後の差圧領域６２ｇ内の圧力と大気圧との間の差は、例えば、約１０Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒであり得る。換言すれば、最後の差圧領域６２ｇは、二次チャンバ５０内の第２の高圧力領域であり得る。
【0037】
本明細書において説明されるように、溶融シール２８は、溶融チャンバ３０と引き出しチャンバ８０との間にシールを提供する。溶融シール２８が解かれる場合でも、二次チャンバ５０の動的エアロックが、溶融チャンバ３０の汚染を阻止するように第２のシールを提供し得る。更に、二次チャンバ５０は、鋳造物質２６が非不活性ガスに反応性を示す温度に依然としてある二次チャンバ５０内に位置付けられた鋳造物質２６の汚染を阻止することができる。ガスは、第１の差圧領域６２ａ、すなわち、比較的高い圧力領域から離れて、中間差圧領域６２ｄ、すなわち、比較的低い圧力領域の方へ導かれるので、第１の差圧領域６２ａは、汚染を阻止することができる。換言すれば、ガスは、溶融チャンバ３０から離れて、二次チャンバ５０の中間領域６２ｄの方へ導かれる。その上、溶融シール２８が解かれた場合に、溶融チャンバ３０内のガスは、二次チャンバ５０を目指して溶融チャンバ３０から漏れようとしないので、第１の差圧領域６２ａは、溶融チャンバ３０内の圧力変動を減らすことができる。逆に、例えば、溶融シール２８が解かれ、溶融チャンバ３０が正圧で動作され、第１の差圧領域６２ａが真空またはより低い正圧で動作された場合、ガスは、二次チャンバ５０を目指して溶融チャンバ３０から漏れようとし、それ故、溶融チャンバ３０内の圧力変動を作り出す。
【0038】
その上、二次チャンバ５０の外側のおよび／または引き出しチャンバ８０内の非不活性ガスは、最後の差圧領域６２ｇ、すなわち、高圧力領域から離れて、外部雰囲気、すなわち、より低い圧力領域の方へ導かれるので、最後の差圧領域６２ｇは、溶融チャンバ３０の汚染を阻止することができる。換言すれば、最後の差圧領域６２ｇは高圧力領域であるので、外部雰囲気における非不活性ガスは、外部雰囲気から二次チャンバ５０の最後の差圧領域６２ｇの中に流れようとしない。その上、最後の差圧領域６２ｇから中間差圧領域６２ｄに減っていく圧力は、最後の差圧領域６２ｄの方ではなくて、中間差圧領域６２ｄの方へガスの流れを導くことになる。
【0039】
図６を再び参照すると、第１のガス源５２は、例えば、第１のガスまたはガスの第１の組み合わせを保持することができ、第２のガス源５４は、例えば、第２のガスまたはガスの第２の組み合わせを保持することができる。その上、様々な非限定的実施形態では、少なくとも第１のガスまたはガスの第１の組み合わせは、不活性ガスまたは不活性ガスの組み合わせ、例えばヘリウムおよび／またはアルゴンなどであり得る。第１のガス源５２は、第１の差圧領域６２ａ、または第１の高圧力領域から、中間差圧領域６２ｄ、または低圧力領域を通って、二次チャンバ５０内の領域６２にガスを供給することができる。換言すれば、第１のガス源５２は、低圧力領域または中間差圧領域６２ｄを通って溶融チャンバ３０に隣接した第１の高圧力領域６２ａから徐々に減る圧力の領域６２に接続され得る。溶融チャンバ３０に隣接した領域６２における不活性ガスの存在は、溶融シール２８が解かれる場合、非不活性ガスではなくて、不活性ガスが、溶融チャンバ３０に入り得、それ故、溶融チャンバ３０内の溶融物質２４の汚染が実質的に阻止され得ることを確実にし得る。差圧ポンプ６０およびガスブリード５６は、それにおける圧力を調整するために、それらの領域６２から不活性ガスを引き抜き得、ならびに／あるいは不活性ガスをそれらの領域６２に導入し得る。本明細書において説明されるように、鋳造物質２６が中間差圧領域６２ｄを出る前に、鋳造物質２６は、それが非不活性ガスに対して反応性を示さないように、十分に冷却され得る。しかしながら、鋳造物質２６は、第１の差圧領域６２ａと中間差圧領域６２ｄとの間で十分に熱くすることができ、反応性を示し得る。従って、例えば、ガスを差圧領域６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄに供給する第１のガス源５２は、それらを通って広がる潜在的に反応性を示す鋳造物質２６の汚染を避けるために、不活性ガスを供給するべきである。
【0040】
依然として図６を主に参照すると、第２のガス源５４が、中間差圧領域６２ｄの後ろに位置付けられた二次チャンバ５０内の領域６２に、また、最後の差圧領域６２ｇまたは第２の高圧力領域を通って、ガスを供給し得る。例えば、非不活性のガスまたは複数ガス、例えば圧縮空気などが、その中に位置付けられた鋳造物質２６の汚染の危険性を冒さずに、第２のガス源５４によって供給され得る。例えば、鋳造物質２６は、それが非不活性ガスに対して反応性を示さないように、それが中間領域６２ｄから排出されるときに十分に冷却され得る。代替の実施形態では、第２のガス源５４は、同様に、不活性ガスを含み得るか、不活性ガスから本質的に成り得る。
【0041】
様々な非限定的実施形態では、差圧ポンプ６０が、ガス回収システム（図示しない）に接続され得る。連続鋳造システム２０において使用される不活性ガスは、高価であり得、それ故、ガス回収システムは、将来の使用のために不活性ガスを回収し再利用しようとし得る。例えば、ガス回収システムは、二次チャンバ５０の領域６２からガスをポンピングし得、引き出されたガスを圧縮し得、浄化システムを通してガスを処理し得、そのガスをガス源５２、５４に戻し得る。換言すれば、ガスは、システムを通して再利用され得る。様々な非限定的実施形態では、ガス回収システムの浄化システムは、溶融炉２２の外部にあり得る。いくつかの実施形態では、例えば、不活性ガスが第１のガス源５２によって二次チャンバ５０の上部領域６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄに供給される場合、ならびに、例えば、非不活性ガスが第２のガス源５４によって二次チャンバ５０の下部領域６２ｅ、６２ｆ、６２ｇに供給されるとき、第１の差圧領域６２ａから中間差圧領域６２ｄに徐々に減っていく圧力が、例えば、それらの領域６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄにおいて使用された不活性ガスの回収を可能にし得る。少なくとも１つの実施形態では、少量の非不活性ガスが、中間差圧領域６２ｄに流れ得、それは、隣接の下部領域６２ｅから、連続鋳造動作の間により低い圧力に制御される。様々な非限定的実施形態では、隣接領域６２間のガスの流れの量が、最小限にされ得る。例えば、ガスの流れの量は、鋳造物質２６と圧力管理要素６４との間のスペース、ならびに隣接領域６２間の圧力差に依存し得る。様々な非限定的実施形態では、中間差圧領域６２ｄに対応する中間差圧ポンプ６４ｄが、中間差圧領域６２ｄからガスを引き出し得る。回収処理の間、例えば、ポンプ６４ｄによって引き出された少量の非不活性ガスは、不活性ガスがチャンバ内の連続鋳造システム２０および／または物質２４、２６が反応性を示す領域を通って再利用され得るように、ガスが第１のガス源５２に戻される前に除去され得る。逆に、低圧力領域６２ｄまで徐々に減らされるのではなくて第１の差圧領域６２ａの後に二次チャンバ５０内の圧力が大気圧まで増やされた場合には、第１の差圧領域６２ａにおける不活性ガスが、例えば、外部雰囲気に漏れ得る。
【0042】
様々な非限定的実施形態では、図６および７を主に参照すると、引き出しチャンバ８０が、二次チャンバ５０に隣接して位置付けられ得る。いくつかの実施形態では、引き出しチャンバ８０が、二次チャンバ５０に対して移動可能に位置付けられ得る。引き出しチャンバ８０が二次チャンバ５０に隣接して位置付けられるとき、二次チャンバ５０および引き出しチャンバ８０は、共に密閉され得る。ｏリングまたはガスケット７０（図６）が、例えば、引き出しチャンバ８０と二次チャンバ５０との間に、それらの間に真空気密シールをもたらすために位置付けられ得る。更にまたは代わりに、液圧式駆動ロック（図示しない）が、例えば、二次チャンバ５０に対して引き出しチャンバ８０を密閉することができる。様々な非限定的実施形態では、引き出しチャンバ８０が、溶融チャンバ３０と同じ圧力に、すなわち、所望の溶融圧力に制御され得る。本明細書において説明されるように、引き出しチャンバ８０は、連続鋳造動作の間に大気圧に操作可能に達し得、二次チャンバ５０は、所望の溶融圧力に維持され得る溶融チャンバ３０と、引き出しチャンバ８０との間に動的エアロックを提供し得る。
【0043】
図１を主に参照すると、解放または引き出しカート１００が、引き出しチャンバ８０に隣接しておよび／または引き出しチャンバ８０の下に位置付けられ得る。引き出しカートは、プラットフォーム１０２を含み得、そのプラットフォーム１０２は、例えば、引き出しチャンバ８０を支持し得る。いくつかの実施形態では、引き出しカート１００の動作は、引き出しチャンバ８０を上げおよび／または下げ得る。例えば、引き出しカート１００は、第２の引き出しラム１０４を含み得、それは、引き出しプラットフォーム１０２を二次チャンバ５０に対して上向きや下向きに操作可能に動かし得る。様々な非限定的実施形態では、引き出しラム１０４が、二次チャンバ５０から引き出しチャンバ８０を解放するために引き出しプラットフォーム１０２を下向きに引き抜き得る。引き出しチャンバ８０の解放は、引き出しチャンバ８０を外部雰囲気に対して開くことができる。換言すれば、引き出しチャンバ８０と二次チャンバ５０との間のシールは、引き出しチャンバ８０が二次チャンバ５０から離れて分離されるか動かされるときに解かれ得る。しかしながら、引き出しチャンバ８０が外部雰囲気に対して開き大気圧に達するときでさえ、溶融チャンバ３０内の溶融物質２４は、本明細書において説明された、二次チャンバ５０の溶融シール２８および動的エアロックによって雰囲気内の非不活性ガスから保護されたままとすることができる。図１および８を参照すると、引き出しカート１００が、誘導トラックまたはレール１０６上に位置付けられ得る。引き出しカート１００は、例えば、車輪を含み得、また、動作位置（図１）と準備位置（図８）との間でトラックまたは複数トラック１０６に沿って転がり得る。様々な非限定的実施形態では、第２の引き出しラム１０４がプラットフォーム１０２を引き出して、引き出しチャンバ８０を下げるために一旦折り畳まれると、引き出しカート１００は、準備位置に動くことができる。
【0044】
図７を再び参照すると、連続鋳造システム２０は、第１の組のローラ９２を含み得る。様々な非限定的実施形態では、第１の組のローラ９２が、収縮位置（図５）と延長位置（図７）との間で動くように構成され得る。例えば、第１の組のローラが延長位置にあるときに第１の組のローラ９２が鋳造物質２６に接触し得るように、第１の組のローラ９２は、鋳造物質２６の方へ延び得る。様々な非限定的実施形態では、第１の組のローラ９２は、引き出しチャンバ８０が収縮されたおよび／または二次チャンバ５０から解放された後に、鋳造物質２６に接触し得る。例えば、第１の組のローラ９２が、引き出しチャンバ８０の収縮の前に鋳造物質２６まで延びることを阻止されるように、第１の組のローラ９２は、引き出しチャンバ８０によってブロックされ得る。一定の非限定的実施形態では、第１の組のローラ９２は、鋳造物質２６の引き出し速度を制御することに役立ち得る。換言すれば、第１の組のローラ９２の回転の速度は、鋳造物質２６が鋳型３６を出る速度に影響を及ぼし得る。
【0045】
次に図８を参照すると、連続鋳造システム２０が、第２の組のローラ９４を含み得る。様々な非限定的実施形態では、第２の組のローラ９４が、収縮位置（図５）と延長位置（図８）との間を動くように構成され得る。例えば、第２のローラ９４が延長位置にあるときに、第２の組のローラ９４のローラが鋳造物質２６に接触するように、第２の組のローラ９４は、鋳造物質２６の方へ延び得る。様々な非限定的実施形態では、第２の組のローラ９４は、引き出しチャンバ８０が収縮されたおよび／または二次チャンバ５０から解放された後に、鋳造物質２６に接触し得る。例えば、第２の組のローラ９４が、引き出しチャンバ８０の収縮の前に鋳造物質２６まで延びることを阻止されるように、第２の組のローラ９４は、引き出しチャンバ８０によってブロックされ得る。いくつかの実施形態では、第２の組のローラ９４は、鋳造物質２６の引き出し速度を制御するのに役立ち得る。換言すれば、一定の非限定的実施形態では、第２の組のローラ９２の回転の速度は、鋳造物質２６が二次チャンバ５０を出る速度に影響を及ぼし得る。更に、第２の組のローラ９４は、本明細書において説明されるように、鋳造物質２６をアンローディングデバイスの上に導き得る。様々な非限定的実施形態では、依然として図８を主に参照すると、切断デバイス９６は、鋳造物質２６が二次チャンバ５０を通って引き抜かれた後に、鋳造物質２６を切断することができる。切断デバイス９６は、例えば、第１の組のローラ９２の下で、および／または、例えば、第２の組のローラ９４の上で、鋳造物質２６を切断することができる。
【0046】
次に図８および９を参照すると、一定の非限定的実施形態では、第１のアンローディングデバイス１１０が、テレスコーピング支持機構１１２および／または把持部１１４を含み得る。把持部１１４は、例えば、第１のおよび／または第２の組のローラ９２、９４の下で、鋳造物質２６を固定するか把持することができる。更に、様々な非限定的実施形態では、テレスコーピング支持機構１１２が、把持部１１４を保持することができる。少なくとも１つの実施形態では、テレスコーピング支持機構１１２は、把持部１１４によって保持された鋳造物質２６を低くするために折り畳むか部分的に折り畳むことができる。テレスコーピング支持機構１１２は、例えば、垂直構成（図８）から水平構成（図９）に鋳造物質２６を動かすように折り畳むことができる。図９を主に参照すると、第１のアンローディングデバイス１１０は、例えば、連続鋳造システム２０から離れて鋳造物質２６の切断部分を動かすように誘導トラック１０６に沿って動かすまたは転がすことができる。
【0047】
次に図１０を参照すると、様々な非限定的実施形態では、連続鋳造システム２０は、第２のアンローディングデバイス１１８を含み得る。様々な非限定的実施形態では、第２のアンローディングデバイス１１８が、付加ローラ１２２を保持する支持部材１２０を含み得る。一定の実施形態では、付加ローラ１２２は、支持部材１２０によっておよび／または付加ローラ１２２によって形成された経路に沿って鋳造物質２６を進ませることができる。ローラ１２２は、例えば、曲線経路に沿って鋳造物質２６を進ませることができ、また、例えば、垂直構成から水平構成に鋳造物質２６を進ませることができる。様々な非限定的実施形態では、支持部材１２０が鋳造物質２６を所望の構成に導いた後に、切断デバイス９６は、鋳造物質２６の部分を切断することができる。
【0048】
図１〜１１を主に参照すると、連続鋳造システム２０の動作は、開始段階２０２および連続鋳造段階２０４を含み得る。様々な非限定的実施形態では、引き出しチャンバ８０が、鋳造動作の開始段階２０２の間に二次チャンバ５０に対して密閉され得る。一定の非限定的実施形態では、引き出しチャンバ８０が二次チャンバ５０から解放されると、鋳造動作の連続鋳造段階２０４が始まり得る。開始段階２０２のステップ２１０で、ポンピングシステムは、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０を真空または実質的真空に排気し得る。例えば、一定の非限定的実施形態では、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０における圧力が、約１００ｍＴｏｒｒから約１０ｍＴｏｒｒの範囲に真空排気され得る。様々な非限定的実施形態では、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０は、低い漏れ率を有し得る。例えば、様々な非限定的実施形態では、チャンバ３０、５０、８０が、約１０ｍＴｏｒｒ増加／分から約５ｍＴｏｒｒ増加／分未満までの漏れ率を有し得る。溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０間のシールの整合性は、確認され得る。ステップ２１２で、ポンピングシステムは、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０内の圧力を所望の溶融圧力に制御し得る。例えば、所望の溶融圧力が正圧であると、チャンバ３０、５０、８０は、所望の溶融圧力に達するように不活性ガスで充填し戻され得る。
【0049】
様々な非限定的実施形態では、所望の溶融圧力が、溶融チャンバ３０、二次チャンバ５０、および引き出しチャンバ８０全体にわたって一旦達せられると、ステップ２１４が開始され得る。ステップ２１４で、エネルギーが、物質２４を溶融するために溶融チャンバ３０内の物質２４に加えられ得る。その後、ステップ２１６で、溶融物質２４は、溶融チャンバ３０から、二次チャンバ５０を通って、引き出しチャンバ８０の中に、渡され得る。例えば、物質は、溶融物質２４として鋳型３６に入ることができ、鋳造物質２６として鋳型３６を出ることができる。鋳造物質２６は、次いで、例えば、二次チャンバ５０を通り、引き出しチャンバ８０の中に渡る。
【0050】
その上、開始段階２０２のステップ２１８で、第１の差圧領域６２ａ内の圧力が、所望の溶融圧力よりも少なくともわずかに大きな第１の差圧に制御され得る。その上、ステップ２２０で、第２の差圧領域６２ｂ内の圧力が、第１の差圧よりも少なくともわずかに小さい第２の差圧に制御され得る。換言すれば、第１の差圧領域６２ａは、二次チャンバ５０の後続領域６２から溶融チャンバ３０を分離するとともに外部雰囲気における非不活性ガスによる溶融チャンバ３０の汚染を阻止する高圧力領域であり得る。
【0051】
更に、開始段階２０２のステップ２２２で、（複数の）後続領域６２における圧力が、例えば、第２の差圧領域６２ｂと中間差圧領域６２ｄとの間で徐々に減らされ得る。更に、ステップ２２４で、中間差圧領域６２ｄが、例えば、二次チャンバ５０の領域６２において最も低い圧力である中間差圧に制御され得る。換言すれば、中間差圧領域６２ｄは、第１の差圧領域６２ａと最後の差圧領域６２ｇとの間の低圧力領域であり得る。その上、ステップ２２６で、中間差圧領域６２ｄと最後の差圧領域６２ｇとの間の後続領域内の圧力は、例えば、大気圧の方へ徐々に増やされ得る。更に、ステップ２２８で、最後の差圧領域６２ｇにおける圧力が、例えば、大気圧よりも少なくともわずかに大きいように制御され得る。
【0052】
鋳造物質２６が、領域６２の側面を定義する圧力管理要素６４を通って一旦位置付けられると、隣接領域６２は、異なる圧力を維持するか実質的に維持することができる。従って、様々な非限定的実施形態では、各領域における圧力が、鋳造物質２６がそれぞれの領域６２を通って広がった後に、いつでも制御され得る。様々な非限定的実施形態では、二次チャンバ５０の領域６２における圧力が、鋳造物質２６が二次チャンバ５０全体を通過し引き出しチャンバ８０に入った後に、異なる動作圧力、すなわち、第１の差圧、中間差圧、最後の差圧などに、同時に制御され得る。換言すれば、ステップ２１８、２２０、２２２、２２４、２２６、および２２８は、同時に開始され得る。例えば、鋳造物質２６が引き出しチャンバ８０に一旦入ると、ポンピングシステムは、ステップ２１８、２２０、２２２、２２４、２２６、および２２８を開始するように作動され得る。更にまたは代わりに、領域６２における圧力が、鋳造物質２６が二次チャンバ５０を通って進む際に、順次制御され得る。例えば、ステップ２１８は、後にステップ２２０が続き得、ステップ２２０は、後にステップ２２２が続き得、ステップ２２２は、後にステップ２２４が続き得、ステップ２２４は、後にステップ２２６が続き得、ステップ２２６は、後にステップ２２８が続き得る。様々な非限定的実施形態では、各領域６２における圧力が、鋳造物質が領域６２を通過した後に調整され得る。他の実施形態では、それらのステップは、異なる順序で実行され得る。
【0053】
また、ステップ２３０における開始段階２０２の間、引き出しチャンバ８０が大気圧に制御され得る。様々な非限定的実施形態では、引き出しチャンバ８０が、大気圧に達するように二次チャンバ５０から解放され得る。換言すれば、引き出しチャンバ８０の解放は、二次チャンバ５０と引き出しチャンバ８０との間のシールを解くことができる。その上、引き出しチャンバ８０が二次チャンバから解放されると、連続鋳造システム２０は、鋳造物質２６が鋳型３６から広がり続けるように動作することができる。様々な非限定的実施形態では、引き出しチャンバ８０は、鋳造物質２６の広がっている長さのためのスペースを提供するように二次チャンバ５０から解放される。
【0054】
鋳造動作の連続鋳造段階２０４の間、溶融物質２４は、二次チャンバ５０を通って溶融チャンバ３０から渡され続け得る。すなわち、ステップ２３２。様々な非限定的実施形態では、引き出しチャンバ８０が、二次チャンバ５０から解放されおよび／または取り外されたままであり得る。従って、鋳造物質２６は、外部雰囲気の中に、全体にわたって様々な差圧に制御される、二次チャンバ５０を通って、所望の溶融圧力に維持される、溶融チャンバ３０から流れ続け得る。二次チャンバ５０の溶融シール２８や動的エアロックは、引き出しチャンバ内および／または二次チャンバ５０の外側の外部雰囲気による溶融チャンバ３０の汚染を阻止することができる。その上、様々な非限定的実施形態では、ステップ２３４で、鋳造物質が、第１のおよび／または第２の組のローラ９２、９４間で転がされ得、ステップ２３６で、鋳造物質２６が、切断デバイス９６によって切断され得、ならびに／あるいは、ステップ２３８で、鋳造物質２６が、例えばアンローディングデバイス１１０、１１８の１つによってアンロードされ得る。鋳造物質２６は、例えば、鋳造物質２６が切断デバイス９６によって切断される前および／または切断された後に、第１のおよび／または第２の組のローラ９２、９４間で転がされ得る。更に、鋳造物質２６は、例えば、鋳造物質２６がアンローディングデバイス１１０、１１８の１つによってアンロードされる前および／またはアンロードされた後に、切断デバイス９６によって切断され得る。連続鋳造動作の連続鋳造段階２０４は、付加物質２４が鋳型３６の中に供給されなくなるまで続き得る。
【0055】
本明細書において説明された装置、システム、および方法の様々な実施形態は、反応性金属や金属合金の鋳造と関係して考察されたが、本発明は、そのように限定されず、溶融されるときにまたは高い温度において反応性を示すか否かを問わず、任意の金属または金属合金の鋳造と関係して使用され得ることが理解されるであろう。
【0056】
様々な実施形態が、開示されたデバイスおよび方法の要素、ステップ、ならびに使用の全体的な理解をもたらすために、この明細書において説明され例示された。この明細書において説明され例示された様々な実施形態は、限定されないおよび包括的でないことが理解される。それ故、本発明は、この明細書に開示された様々な限定されないおよび包括的でない実施形態の説明によって限定されない。適切な状況において、様々な実施形態と関係して説明された特徴や特性は、他の実施形態のステップ、構成要素、要素、特徴、態様、特性、限定、および同様のものと組み合わされ得、修正され得、または再編成され得る。そのような修正や変形は、この明細書の範囲内に含まれることが意図される。そのように、特許請求の範囲は、この明細書において明確にもしくは本質的に説明された、あるいは、そうではない場合、この明細書によって明確にもしくは本質的に裏付けられた、任意の要素、ステップ、限定、特徴、および／または特性を記載するように補正され得る。更に、出願人は、そのような特徴が本明細書において明示的に説明されるかにかかわらず、先行技術に存在する要素、ステップ、限定、特徴、および／または特性を肯定的に放棄するために特許請求の範囲を補正する権利を有する。従って、任意のそのような補正は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２、第１段落、および３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１３２（ａ）の要件に従う。この明細書において開示され説明された様々な実施形態は、本明細書において様々に説明されたような、ステップ、限定、特徴、および／または特性を備え得、それらから成り得、あるいはそれらから本質的に成り得る。
【0057】
任意の特許、刊行物、または本明細書において識別される他の開示物は、別段示されない限り、しかしながら、組み込まれた物が既存の定義、記述、またはこの明細書に明確に規定された他の開示物と矛盾しないという範囲でだけ、その全体がこの明細書に参照によって組み込まれる。そのように、また、必要な範囲で、この明細書に規定されたような明確な開示は、本明細書に参照によって組み込まれる任意の矛盾する物に優先する。この明細書に参照によって組み込まれると言われる、任意の物、またはそれらの一部分であって、しかしながら、既存の定義、記述、または本明細書に規定された他の開示物と矛盾するものが、その組み込まれた物と既存の開示物との間に矛盾が生じないという範囲でだけ組み込まれる。出願人は、本明細書に参照によって組み込まれる任意の主題、またはそれの一部分を明確に記載するためにこの明細書を補正する権利を有する。
【0058】
文法的冠詞「１つの（ｏｎｅ）」、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、この明細書において使用される場合や使用される際に、別段示されない限り、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を含むことが意図される。それ故、それらの冠詞は、その冠詞の文法的目的語の１つまたは１つ以上のこと（すなわち、「少なくとも１つの」こと）を言うためにこの明細書において使用される。例として、「構成要素」は、１つまたは複数の構成要素を意味し、それ故、１つ以上の構成要素が企図される可能性があり、説明された実施形態の実施において用いられ得るか使用され得る。更に、別段、使用法の文脈が要求しない限り、単数名詞の使用は複数形を含み、複数名詞の使用は単数形を含む。以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
［形態１］
物質を溶融し鋳造するためのシステムであって、
溶融圧力に操作可能に達するように構造化された溶融チャンバと、
二次チャンバであって、
前記溶融チャンバに隣接して位置付けられた第１の領域を備える複数の領域と、
少なくとも１つの圧力管理要素であって、各圧力管理要素が、前記複数の領域の隣接領域間のガスの流れを制御し、前記第１の領域は、前記溶融圧力より大きな第１の差圧に操作可能に達するように構造化される、少なくとも１つの圧力管理要素と、を備える、二次チャンバと、
前記二次チャンバに隣接して位置付けられた引き出しチャンバであって、大気圧に操作可能に達するように構造化された、引き出しチャンバと、を備える、システム。
［形態２］
前記二次チャンバは内周を備え、各圧力管理要素が、
バッフルと、
鋳造物質を中心開口を通って受け取るための前記中心開口と、を備え、前記各圧力管理要素の前記バッフルが、前記内周から前記中心開口に延びる、形態１に記載のシステム。
［形態３］
前記溶融チャンバは、鋳造物質のための鋳型を備え、前記鋳造物質は、前記鋳型から、前記二次チャンバの前記少なくとも１つの圧力管理要素の前記中心開口を通って、前記引き出しチャンバの中に、渡されるように構造化される、形態２に記載のシステム。
［形態４］
前記複数の領域が、前記第１の領域に隣接した第２の領域を備え、前記第２の領域が、前記第１の差圧より小さな第２の差圧に操作可能に達するように構造化される、形態１に記載のシステム。
［形態５］
前記二次チャンバの前記複数の領域における圧力を調整するように構造化された複数のポンプを備える、形態１に記載のシステム。
［形態６］
前記第１の領域に対応する前記ポンプが、鋳造物質の一部分が前記第１の領域を通って広がるときに、記溶融圧力から前記第１の差圧に前記第１の領域の圧力を調整するように構造化される、形態５に記載のシステム。
［形態７］
前記複数の領域が、前記引き出しチャンバに隣接した最後の領域を備え、前記最後の領域に対応する前記ポンプが、鋳造物質の一部分が前記最後の領域を通って広がるときに、前記最後の領域における圧力を前記溶融圧力から最後の差圧に調整するように構造化され、前記最後の差圧は大気圧より大きい、形態５に記載のシステム。
［形態８］
前記複数の領域は、前記第１の領域と前記最後の領域との間に中間領域を備え、前記中間領域に対応する前記ポンプが、鋳造物質の一部分が前記中間領域を通って広がるときに、前記中間領域における圧力を前記溶融圧力から中間差圧に調整するように構造化され、前記中間差圧は、前記第１のおよび最後の差圧より小さい、形態５に記載のシステム。
［形態９］
前記複数のポンプが、前記第１の領域から前記中間領域までの隣接領域間の圧力を操作可能に減少させ、前記中間領域から前記最後の領域までの隣接領域間の圧力を操作可能に増加させる、形態８に記載のシステム。
［形態１０］
前記複数の領域の各領域の中に圧力を生成するために前記各領域におけるガスの量を調整するように構造化された複数のポンプを備え、前記第１の領域から前記中間領域までの前記領域における前記ガスは、不活性ガスから本質的に成る、形態１に記載のシステム。
［形態１１］
前記引き出しチャンバを前記二次チャンバから離して動かすように構造化された引き出しカートを備え、前記引き出しチャンバは、前記二次チャンバから離して動かされると大気圧に達するように構造化される、形態１に記載のシステム。
［形態１２］
前記二次チャンバから引き出された鋳造物質の方へ操作可能に延びるように構造化されたローラを備える、形態１に記載のシステム。
［形態１３］
物質を鋳造するための方法であって、
溶融チャンバ、二次チャンバ、および引き出しチャンバにおける圧力を溶融圧力に制御することと、
前記溶融チャンバから前記二次チャンバの中に鋳造物質を渡すことであって、前記二次チャンバが複数の領域を備え、前記複数の領域が、前記溶融チャンバに隣接した第１の領域を備える、渡すことと、
前記二次チャンバから前記引き出しチャンバの中に前記物質を渡すことと、
前記第１の領域の圧力を前記溶融圧力から前記溶融圧力より大きな第１の差圧に制御することと、
前記引き出しチャンバの圧力を前記溶融圧力から大気圧に制御することと、を含む、方法。
［形態１４］
前記溶融チャンバ、二次チャンバ、および引き出しチャンバを、それらにおける前記圧力を前記溶融圧力に制御する前に、実質的真空に排気することを含む、形態１３に記載の方法。
［形態１５］
前記二次チャンバの第２の領域の圧力を前記第１の差圧より小さな第２の差圧に制御することを含み、前記第２の領域が前記第１の領域に隣接する、形態１３に記載の方法。
［形態１６］
前記二次チャンバの最後の領域の圧力を大気圧より大きな最後の差圧に制御することを含み、前記最後の領域が、前記引き出しチャンバに隣接して操作可能に位置付けられる、形態１５に記載の方法。
［形態１７］
前記第２の領域と中間領域との間に位置付けられた領域における圧力を制御することを含み、前記圧力は、前記溶融圧力から、前記第２の領域から前記中間領域に順次減る圧力に調整される、形態１６に記載の方法。
［形態１８］
前記中間領域と前記最後の領域との間の領域における圧力を制御することを含み、前記圧力は、前記溶融圧力から、前記中間領域から前記最後の領域に順次増える圧力に調整される、形態１６に記載の方法。
［形態１９］
前記物質を溶融するために前記溶融チャンバ内の物質にエネルギーを加えることを含む、形態１３に記載の方法。
［形態２０］
前記鋳造物質を前記二次チャンバを通して、前記引き出しチャンバの中に渡すことを含み、引き出し機構は、前記鋳造物質をそれらを通して渡すように動く、形態１３に記載の方法。
［形態２１］
前記引き出しチャンバの前記圧力を前記溶融圧力から大気圧に制御するために、前記引き出しチャンバを前記二次チャンバから解放することを含む、形態１３に記載の方法。
［形態２２］
前記鋳造物質に接触するように１組のローラを延ばすことを含む、形態１３に記載の方法。
［形態２３］
切断デバイスで前記鋳造物質を切断することを含む、形態１３に記載の方法。
［形態２４］
前記鋳造物質の切断部分をアンローディングカートの上にアンロードすることを含む、形態２３に記載の方法。
［形態２５］
連続鋳造炉のためのチャンバであって、
内周と、
複数の領域であって、
前記炉の溶融チャンバに隣接して位置付けられた第１の領域であって、前記溶融チャンバが、溶融圧力に操作可能に達するように構造化され、前記第１の領域が、前記溶融圧力より大きな第１の差圧に操作可能に達するように構造化される、第１の領域と、
前記第１の領域に隣接して位置付けられた第２の領域であって、前記第２の領域が、前記第１の差圧より小さな第２の差圧に操作可能に達するように構造化される、第２の領域と、を備える、複数の領域と、
前記複数の領域の隣接領域間のガスの流れを制御するための少なくとも１つのバッフルであって、各バッフルが開口を備え、各バッフルが前記チャンバの前記内周から前記開口に延びる、少なくとも１つのバッフルと、を備える、チャンバ。