特許 7216093 鋳造装置及び鋳造方法

(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】

(24)【登録日】2023-01-23

(45)【発行日】2023-01-31

(54)【発明の名称】鋳造装置及び鋳造方法

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/049 20060101AFI20230124BHJP

   B22D 11/00 20060101ALI20230124BHJP

   B22D 35/00 20060101ALI20230124BHJP

   B22D 11/103 20060101ALI20230124BHJP

【ＦＩ】

B22D11/049

B22D11/00 E

B22D35/00 C

B22D11/103 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020529677

(86)(22)【出願日】2018-11-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-18

(86)【国際出願番号】 EP2018080941

(87)【国際公開番号】W WO2019110250

(87)【国際公開日】2019-06-13

【審査請求日】2021-05-14

(31)【優先権主張番号】20171932

(32)【優先日】2017-12-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NO

(73)【特許権者】

【識別番号】591237869

【氏名又は名称】ノルスク・ヒドロ・アーエスアー

【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＳＫ ＨＹＤＲＯ ＡＳＡ

【住所又は居所原語表記】０２４０ ＯＳＬＯ，ＮＯＲＷＡＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100212657

【弁理士】

【氏名又は名称】塚原 一久

(72)【発明者】

【氏名】ホーコンセン、アリルド

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５１５６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１０７８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭５１－００２１７１（ＪＰ，Ｙ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｄ １１／０４９

Ｂ２２Ｄ １１／００

Ｂ２２Ｄ ３５／００

Ｂ２２Ｄ １１／１０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋳造品（３５）の連続又は半連続鋳造のための鋳造装置（１０）であって、
液体金属（２０）を供給するための貯留部（１５）であって、前記液体金属（２０）が液体アルミニウム又はアルミニウム合金であり、且つ前記鋳造品（３５）がアルミニウム又はアルミニウム合金製品である、前記貯留部（１５）と、
液体金属（２０）を少なくとも一時的に保持し且つ前記液体金属（２０）を少なくとも部分的に凝固させて鋳造品（３５）にするための金属キャビティ（３０）を有する直接チル鋳造用金型（２５）であって、
前記液体金属（２０）用の流路（５５）が前記貯留部（１５）と前記金型キャビティ（３０）との間に画定され、且つ
前記液体金属（２０）が重力（ｇ）によって前記貯留部（１５）から前記流路（５５）に沿って前記金型キャビティ（３０）に流れ込む動きをするように前記鋳造装置（１０）が構成され、
前記液体金属（２０）が、前記金型（２５）の第１の垂直方向上側（２６）を通じて前記金型キャビティ（３０）に入り、且つ
前記鋳造品（３５）が、前記金型（２５）の第２の垂直方向下側（２７）を通じて金型（２５）から出る、直接チル鋳造用金型（２５）と、
前記貯留部（１５）と前記金型キャビティ（３０）との間の前記流路（５５）に配置されたポンプ（６０）であって、
前記ポンプ（６０）が、前記貯留部（１５）から前記金型キャビティ（３０）内への前記液体金属（２０）の流れを制御するために、重力（ｇ）によって前記貯留部（１５）から前記流路（５５）に沿って前記金型キャビティ（３０）に流れ込む前記液体金属（２０）の動きに抗して作用する力を前記液体金属（２０）中に発生させるように動作可能であり、
前記ポンプ（６０）が直流電磁ポンプであり、
前記液体金属（２０）が層流で前記金型キャビティ（３０）に流入するように、分流器（９０）が、前記金型キャビティ（３０）内で前記液体金属（２０）の少なくとも一部を所定の方向に導くために前記ポンプ（６０）の下流側の前記流路（５５）に設けられ、
前記所定の方向は、前記貯留部（１５）と前記金型キャビティ（３０）との間の前記流路（５５）に対して垂直である、ポンプ（６０）と
を備える、鋳造装置（１０）。

【請求項2】

前記金型キャビティ（３０）内の液体金属（２０）の液面（ｈ）を検出するための、且つ前記金型キャビティ（３０）内の液体金属（２０）の前記液面（ｈ）を表す液面値を出力するためのセンサ（７５）と、
制御器（９５）であって、前記センサ（７５）及び前記ポンプ（６０）が前記制御器（９５）に動作可能に接続され、且つ前記液面値と前記設定値との差が最小限に抑えられるように、前記制御器（９５）が、前記液面値と前記金型キャビティ（３０）内の前記液体金属（２０）の所望の液面を表す所定の設定値とに基づいて前記ポンプ（６０）を動作させるように構成される、前記制御器（９５）と
を更に備える、請求項１に記載の鋳造装置（１０）。

【請求項3】

前記金型キャビティ（３０）内の雰囲気が前記鋳造装置（１０）の周囲の雰囲気から隔離されるように、前記金型（２５）の前記第１の側（２６）が少なくとも部分的に密閉され、且つ
前記金型キャビティ（３０）内の前記液体金属（２０）と前記第１の側（２６）との間の前記金型キャビティ（３０）内の前記雰囲気が、前記金型キャビティ（３０）内の前記液体金属（２０）の酸化を制御するために制御される、請求項２に記載の鋳造装置（１０）。

【請求項4】

前記センサ（７５）が、レーダ放射領域（８５ｃ）における前記金型キャビティ（３０）内の前記液体金属（２０）に入射する８０ＧＨｚ以上の周波数を有する電磁レーダ放射（７６）を放出するレーダセンサである、請求項２又は３に記載の鋳造装置（１０）。

【請求項5】

前記レーダセンサ（７５）と前記金型キャビティ（３０）内の前記液体金属（２０）との間のレーダビームパス内に、少なくとも部分的レーダ放射透過体（８５）が設けられ、且つ
前記少なくとも部分的レーダ放射透過体（８５）が、２つの外側表面（８５ａ、８５ｂ）を有し、前記２つの外側表面（８５ａ、８５ｂ）の各々は、前記少なくとも部分的レーダ放射透過体（８５）によって反射されたレーダ放射（７６）を前記レーダセンサ（７５）で、検出するのを回避するために、前記レーダ放射領域（８５ｃ）における前記金型キャビティ（３０）内の前記レーダセンサ（７５）と前記液体金属（２０）との間の直線に平行でない法線ベクトルを有する、請求項４に記載の鋳造装置（１０）。

【請求項6】

前記少なくとも部分的レーダ放射透過体（８５）が、前記金型の前記密閉された第１の側（２６）と一体に設けられる、請求項５に記載の鋳造装置（１０）。

【請求項7】

前記制御器（９５）が、前記鋳造品（３５）の鋳造作業中に前記所定の設定値を変更するように構成される、請求項２～６のいずれか一項に記載の鋳造装置（１０）。

【請求項8】

前記制御器（９５）が、前記鋳造品（３５）の前記鋳造作業の初期における前記金型キャビティ（３０）内の前記液体金属（２０）のより高い液面を表す値から前記鋳造品（３５）の前記鋳造作業の後期における前記金型キャビティ（３０）内の前記液体金属（２０）のより低い液面を表す値に前記所定の設定値を変更するように構成される、請求項７に記載の鋳造装置（１０）。

【請求項9】

前記金型（２５）が、前記鋳造品（３５）の能動冷却のための手段（４５、５０）を備える、請求項１～８のいずれか一項に記載の鋳造装置（１０）。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の鋳造装置を使用した鋳造品（３５）の連続又は半連続鋳造方法であって、
貯留部（１５）と金型キャビティ（３０）との間に画定された流路（５５）に沿って液体金属を前記貯留部（１５）から直接チル鋳造用金型（２５）の前記金型キャビティ（３０）内に重力を用いて供給することと、
前記鋳造品（３５）の鋳造中に前記金型キャビティ（３０）への前記液体金属（２０）の供給を制御して前記金型キャビティ（３０）内の液体金属（２０）の液面（ｈ）を制御するために、前記重力によって生じる前記流路（５５）に沿った前記液体金属（２０）の前記流れに抗して作用するポンプ（６０）を使用して前記液体金属（２０）に作用する力を発生させることと
を含む、方法。

【請求項11】

前記金型キャビティ（３０）内の前記液体金属（２０）の所望の液面（ｈ）を表す設定値を算出することと、
前記金型キャビティ（３０）内の液体金属（２０）の前記実際の液面（ｈ）を表す実際の値を測定することと、
前記設定値と前記実際の値との差が最小限に抑えられるように、前記ポンプ（６０）を使用して前記力の発生を制御することと
を更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

ポンプ（６０）を使用して前記力を発生させることが、前記流路（５５）に沿った前記液体金属（２０）の流れに対向する方向を有する力を生じさせる、前記液体金属（２０）に作用する電磁界を発生させることを含む、請求項１０又は１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、重力によって誘起される金属の流れに逆らうようにポンプを使用して液体金属の流れをより正確に且つ乱流を少なくして制御する金属の連続又は半連続鋳造のための鋳造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

連続又は半連続鋳造法では、液体金属が鋳造用金型の金型キャビティ内に供給される。金型キャビティ内では、液体金属が少なくとも部分的に凝固して鋳造品となり、この鋳造品は、鋳造品と金型との相対移動によって生じた金型キャビティの開放側を通じて金型キャビティから出る。半連続鋳造法は、例えば、圧延用鋼塊（金属薄板などの圧延製品を製造するために例えば熱間圧延及び冷間圧延される鋼塊）、鍛造用鋼塊（鍛造製品に鍛造される鋼塊）、又は押出用ビレット（例えば、押出製品を製造するために押出プレスで押出成形されるビレット）を鋳造するために使用される。連続鋳造法は、例えば、中間製品として別々の製造ステップで熱間圧延及び冷間圧延される圧延用鋼塊を製造せずに圧延製品を連続的に製造するために使用される。

【0003】

鋳造装置は、通常、例えば融解炉又は電解法から融解槽に供給された液体金属を保持するための融解炉又は融解槽などの、液体金属を保持及び／又は生成するための貯留部を備える。液体金属は、貯留部から、例えば分配樋として実現される流路を介して、鋳造用金型の金型キャビティ内に供給される。金型キャビティ内では、液体金属が冷えて、少なくとも部分的に凝固する。鋳造品は、上述のように金型と鋳造品との相対移動によって、例えばスタータブロックの移動によって生じた金型キャビティの開放側を通じて金型キャビティから出る。

【0004】

従来の鋳造装置が図１に示されており、特許文献１で説明されている。図１から明らかであるように、従来の鋳造装置では、液体金属が、（ここでは断面図で示され樋として実現された）流路１を介して貯留部から金型３の金型キャビティ２内に供給される。流路１は、液体金属が流路１から出て金型キャビティ２に流れ込む、ここではノズル４として実現された、出口を備える。液体金属の流れの駆動力は重力である。液体金属の流れを制御するために、ピン組立体の垂直方向への移動によって、液体金属がノズル４を通って流れるのに利用可能な有効断面積を増加又は減少させることができ、それによって、流路１から金型キャビティ２内への液体金属の体積流量を制御する、ピン組立体５が提供される。鋳造品は、スタータブロック６の下方への移動によって金型キャビティ２から出る。

【0005】

より乱流の少ない液体金属供給システムを有し且つ改善された表面品質などの改善された特性を有する鋳造品の製造を可能にする鋳造装置及び鋳造方法を有することが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】米国特許出願第２０１０／００３２４５５Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

発明者は、連続又は半連続鋳造作業中の金型と鋳造品との相対移動にもかかわらず金型キャビティ内の液体金属の液面が所定の値に一致するような金型キャビティ内の液体金属の液面の正確な制御に、鋳造品（鋳造製品としても知られる）の品質が強く依存することを見出した。発明者は、金型キャビティ内の低い金属静圧（図２のρ参照）と、液体金属が金型キャビティに入るときの液体金属の層流とによって、鋳造品の品質、特に表面品質が向上することを見出した。上で説明した従来の装置では、ピン組立体の移動に起因して、金型キャビティ内の金属液面の正確な制御が困難である。また、従来の鋳造装置では、ベンチュリ効果によって有効流れ断面が低減されて流速が増加するので、液体金属の乱流が発生する。乱流によって、鋳造すべき液体金属の酸化と鋳造品の品質問題とが生じることがある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この点に関して、前述の問題を回避又は解消するために、本発明の態様は、鋳造品の連続又は半連続鋳造（例えば、垂直直接チル鋳造）のための鋳造装置であって、液体金属を供給するための貯留部と、液体金属を少なくとも一時的に保持し且つ液体金属を少なくとも部分的に凝固させて鋳造品にするための金型キャビティを有する直接チル鋳造用金型であって、液体金属用の流路が貯留部と金型キャビティとの間に画定され、且つ液体金属が重力によって貯留部から流路に沿って金型キャビティに流れ込む動きをするように鋳造装置が構成され、液体金属が、金型の第１の垂直方向上側を通じて金型キャビティに入り、且つ鋳造品が、金型の第２の垂直方向下側を通じて金型から出る、直接チル鋳造用金型と、貯留部と金型キャビティとの間の流路に配置されたポンプであって、ポンプが、貯留部から金型キャビティ内への液体金属の流れを制御するために、重力によって貯留部から流路に沿って金型キャビティに流れ込む液体金属の動きに抗して作用する力を液体金属中に発生させるように動作可能である、ポンプとを備える、鋳造装置を提供する。鋳造品は、金型の第２の側を通じて直線状の垂直方向に直線的に金型から出てもよい。鋳造品の長手方向軸線は、少なくとも部分的な凝固から完全な凝固まで連続した直線であってよい。鋳造品は、押出用鋼塊又は圧延用スラブであってもよい。

【0009】

本発明によれば、液体金属の流れの制御性を向上させると同時に、流路に沿った液体金属の流れ断面積を従来の鋳造装置での流れ断面積よりも大きくすることができる。断面積が大きいほど、液体金属の乱流が少なくなり且つ層流が多くなることがある。例えば、本発明による流路の出口における最小流れ断面積は、溶融金属の流れを制御するためにピン組立体を使用する従来の鋳造装置よりも著しく大きい、２０００ｍｍ^２（平方ミリメートル）であってもよい。本発明によれば、貯留部から金型キャビティ内への液体金属の流れが重力によって駆動され、且つ流れ方向を変化させずに流れ方向と反対方向に作用する力を発生させることによって流れを制限するためにポンプが使用される。換言すれば、本発明によれば、ポンプは、流量調整器として使用されてもよい。本発明によれば、ポンプは、貯留部から金型キャビティ内への液体金属の流れを完全に停止するために使用されてもよい。

【0010】

本発明の実施形態によれば、鋳造装置は、金型キャビティ内の液体金属の液面を検出するための、且つ金型キャビティ内の液体金属の液面を表す液面値を出力するためのセンサと、制御器であって、センサ及びポンプが制御器に動作可能に接続され得、且つ液面値と設定値との差が最小限に抑えられるように、制御器が、液面値とキャビティ内の液体金属の所望の液面を表す所定の設定値とに基づいてポンプを動作させるように構成され得る、制御器とを更に備え得る。

【0011】

本発明の実施形態によれば、金型の第１の側が密閉されてもよく、且つ金型キャビティ内の液体金属と第１の側との間のガス雰囲気が、金型キャビティ内の液体金属の酸化を制御するために制御されてもよい。

【0012】

本発明の実施形態によれば、センサは、レーダ放射領域において金型キャビティ内の液体金属に入射し得る例えば８０ＧＨｚ以上の周波数を有する電磁レーダ放射を放出するレーダセンサであってもよい。実施形態によれば、センサは、レーザ距離センサ、容量型距離センサ、又は超音波距離センサであってもよい。８０ＧＨｚ以上のレーダ周波数を有する電磁レーダ放射は、センサと液体金属の表面との間の金型キャビティ内に存在し得る煙及び塵埃を通り抜け得るので、このようなレーダ周波数を有するレーダセンサによって特に良好な結果が達成され得る。

【0013】

本発明の実施形態によれば、レーダセンサと金型キャビティ内の液体金属との間のレーダビームパス内に、少なくとも部分的レーダ放射透過体（at least partially radar radiation transparent body）が設けられてもよく、少なくとも部分的レーダ放射透過体が、少なくとも部分的レーダ放射透過体によって反射されたレーダ放射の、レーダセンサでの検出を回避又は低減するために、レーダ放射領域における金型キャビティ内のセンサと液体金属の間の直線に平行でない法線ベクトルを各々有し得る、２つの外側表面を有し得る。

【0014】

本発明の実施形態によれば、少なくとも部分的レーダ放射透過体は、金型の閉じた第１の側と一体に設けられてもよい。本発明によれば、ポンプは、電磁ポンプ、特に直流電磁ポンプである。電磁ポンプは、可動機械部分がないことによって液体金属の流れの正確で且つ遅延のない制御を可能にするので、特に有効である。

【0015】

本発明の実施形態によれば、制御器は、鋳造品の鋳造作業中に所定の設定値を変更するように構成されてもよい。

【0016】

本発明の実施形態によれば、制御器は、鋳造品の鋳造作業の初期における金型キャビティ内の液体金属のより高い液面を表す値から同じ鋳造品の鋳造作業の後期における金型キャビティ内の液体金属のより低い液面を表す値に所定の設定値を変更するように構成されてもよい。

【0017】

本発明の実施形態によれば、金型は、第２の側を通じて直接チル鋳造用金型キャビティから出ている鋳造品に水を噴霧するための冷却水ノズルなどの、鋳造品の能動冷却のための手段を備え得る。

【0018】

本発明によれば、液体金属は液体アルミニウム又はアルミニウム合金であり、且つ鋳造品はアルミニウム又はアルミニウム合金製品である。

【0019】

本発明によれば、分流器は、金型キャビティ内で液体金属の少なくとも一部を所定の方向に導くためにポンプの下流側の流路に設けられる。分流器は、垂直方向ではない方向に液体金属の一部が導かれるように構成されてもよい。例えば、分流器は、垂直方向から外れる方向を有する長手方向中心軸線を有する液体金属用の流路を画定する断面を有する管状構造（液体金属が通って金型キャビティに流れ込み得る）を備え得る。前記断面は、矩形断面、例えば正方形断面から、分流器の出口に隣接する矩形断面に向かって、上流から下流方向に流路に沿って変化し、例えば連続的に変化してもよい。この断面は、鋳造品が圧延用スラブである場合に特に有用である。断面は、矩形断面、例えば正方形断面から、分流器の出口に隣接する円形断面に、上流から下流方向に流路に沿って変化し、例えば連続的に変化してもよい。この断面は、鋳造品が押出用ビレットである場合に特に有用である。分流器は、水平成分を有する方向に液体金属の少なくとも一部が導かれるように構成されてもよい。

【0020】

本発明の更なる態様によれば、上で説明した装置を使用した鋳造品の連続又は半連続鋳造方法であって、貯留部と金型キャビティとの間に画定された流路に沿って貯留部から直接チル鋳造用金型の金型キャビティ内に例えば重力のみを用いて液体金属を供給することと、金型キャビティ内への液体金属の供給を制御して、それによって金型キャビティ内の液体金属の液面を制御するために、重力によって生じる流路に沿った液体金属の流れに抗して作用するポンプを使用して液体金属に作用する力を発生させることとを含む、方法が提供される。

【0021】

本発明の実施形態によれば、本方法は、金型キャビティ内の液体金属の所望の液面を表す設定値を算出することと、金型キャビティ内の液体金属の実際の液面を表す実際の値を測定することと、鋳造作業中に設定値と実際の値との差が最小限に抑えられるように、ポンプを使用して力の発生を制御することとを更に含み得る。

【0022】

本発明の実施形態によれば、ポンプを使用して力を発生させることは、流路に沿った液体金属の流れに対向する方向を有する力を生じさせる、液体金属に作用する電磁界を発生させることを含み得る。

【0023】

本発明の全ての実施形態及び特徴は、互いに組み合わされてもよい。装置に関する特徴はまた、本方法にも関係し、その逆も然りである。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、従来技術による鋳造装置の図を示す。

【図2】図２は、本発明の実施形態による鋳造装置の概略図を示す。

【図3】図３は、本発明の実施形態による流路の概略図を示す。

【図4】図４は、本発明の実施形態による直流電磁ポンプの図２の線Ａ－Ａに沿った概略断面図を示す。

【図5】図５は、本発明の更なる実施形態による鋳造装置の概略図を示す。

【図6】図６は、本発明の更なる実施形態による鋳造装置の概略図を示す。

【図7】図７は、本発明の実施形態による、分流器を備える鋳造装置の概略図を示す。

【図8】図８は、本発明の実施形態による、制御器を備える鋳造装置の概略図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

添付の図面は必ずしも原寸に比例したものではなく、本発明を説明する種々の特徴のある程度簡略化された表現を提示するものであることを理解されたい。

【0026】

ここで本発明の種々の実施形態について詳細に言及し、それら実施形態の例を添付の図面に図示し、以下で説明する。本発明が例示的な実施形態と併せて説明されているが、本説明は、本発明をそれらの例示的な実施形態に限定するように意図されていないことが理解されるであろう。

【0027】

図２を参照すると、本発明による鋳造装置１０は、貯留部１５を備える。貯留部１５は、液体金属２０を供給してもよい。例えば、貯留部は、液体金属２０を貯留及び／又は生成するための融解炉若しくは分配樋又は他の任意の手段であってもよい。

【0028】

液体金属２０は、液体アルミニウム、液体アルミニウム合金、溶鋼又は他の任意の液体金属であってもよい。

【0029】

鋳造装置１０は、直接チル鋳造用金型２５を更に備える。鋳造用金型２５は、液体金属２０を受け入れ、液体金属２０を少なくとも一時的に保持し、且つ液体金属２０を少なくとも部分的に凝固させて鋳造品３５にするための、金型キャビティ３０を備える。金型キャビティ３０は、鋳造用金型２５の金型枠４０によって金型キャビティ３０の側面が囲まれてもよい。鋳造品３５は、例えば、圧延用鋼塊、押出用ビレット、Ｔバー、又は他の任意の鋳造品３５であってもよい。

【0030】

鋳造用金型２５は、第１の垂直方向上側２６と、第２の垂直方向下側２７とを有し得る。液体金属２０は、第１の側２６を通じて／通って金型キャビティ３０に入ってもよい。液体金属２０は、金型キャビティ３０内で少なくとも部分的に凝固して、鋳造品３５を生成してもよい。図２は、液体金属２０と、凝固が起こる部分凝固金属２１の領域と、金型キャビティ内の凝固金属２２とを概略的に示している。鋳造品３５は、鋳造品３５と鋳造用金型２５との相対移動によって第２の側２７を通じて金型キャビティ３０から出てもよい。鋳造品３５の鋳造工程は、任意選択的に非定常初期設定工程後に、新たな液体金属２０が貯留部１５から金型キャビティ３０内に供給される一方で鋳造品３５が製造されて下方向に連続的に移動する間に、液体金属２０、部分凝固金属２１及び凝固金属２２に対応する領域の空間的位置が動かないままである、定常工程において行われ得る。

【0031】

鋳造用金型２５は、金型キャビティ３０内の液体金属２０の能動冷却のための、及び／又は部分凝固金属２１の能動冷却のための、及び／又は鋳造品３５の能動冷却のための手段を備え得る。図２では、能動冷却のための手段は、金型枠４０内の中空水路４５によって実現される。図２における能動冷却のための手段は、水が開口５０を通じて中空水路４５から外に出て、鋳造品３５に接触して鋳造品３５を冷却し得るように、金型枠４０に設けられた開口５０を更に備える。冷却のために、水が中空水路４５内に供給されてもよく、金型枠４０を通る熱伝達によって金型キャビティ３０内の液体金属２０を冷却してもよく、また、開口５０を通じて中空水路４５から出て鋳造品３５を直接冷却してもよい。図２では、鋳造品３５を直接冷却している水が、鋳造品３５の側面の波形領域によって概略的に示されている。

【0032】

更に図３を参照すると、鋳造装置１０は、貯留部１５と金型キャビティ３０との間に画定される流路５５を備え得る。流路５５は、液体金属２０が貯留部１５から金型キャビティ３０に流れ込むことができるように、貯留部１５と金型キャビティ３０との間に流体接続部を画定するように構成されてもよい。鋳造装置１０は、液体金属２０が貯留部１５から金型キャビティ３０に流れ込む動きをするように構成されてもよい。この動きは、図２では重力を表すベクトルを記号化したｇと表示された矢印で示すように、重力によって生じ得る。流路５５は、流導管又は流路管又は流通路として実現されてもよい。

【0033】

図２及び図３を参照すると、本発明による鋳造装置１０は、貯留部１５と金型キャビティ３０との間の流路５５に配置されたポンプ６０を備える。ポンプ６０は、貯留部１５から金型キャビティ３０に流れ込む液体金属２０の動きに少なくとも部分的に（最大として完全に）逆らう、液体金属２０に作用する力を生み出すように動作させてもよい。よって、貯留部１５から金型キャビティ３０内への液体金属２０の流量は、ポンプ６０によって（例えば、重力によって誘起される流れを制限することで）制御されてもよい。ポンプ６０は、ポンプ６０によって発生させる最大限の力によって貯留部１５から金型キャビティ３０内への液体金属２０の流れが実質的に停止するが流れ方向は反転しないように動作させ又は構成されてもよい。ポンプ６０によって発生させる力は、図２及び図５～図８に上向き矢印で概略的に表されている。ポンプ６０の動作によって、金型キャビティ３０内の液体金属２０の液面ｈが制御されてもよい。発明者は、鋳造品３５の品質が鋳造作業中の金属液面ｈの正確な制御に強く依存することを見出した。図３における貯留部１５とポンプ６０との間の矢印よりも短いポンプ６０と金型キャビティ３０との間の矢印は、貯留部１５から金型キャビティ３０内への液体金属２０の、重力によって誘起される流量の低減によって実現される、制御を概略的に表している。

【0034】

ポンプ６０は、例えば、電磁ポンプ、特に、例えば図２及び図４に概略的に示すように可動部分のない誘導型直流（ＤＣ）電磁ポンプであってもよい。そのようなポンプはまた、本明細書において、以下では単に直流電磁ポンプとも呼ばれる。直流電磁ポンプ６０は、高反応性（すなわち、ポンプ６０への入力信号と、ポンプ６０によって発生させる、液体金属２０に作用する結果的に生じる力との間の短い時間遅延）と、良好な制御性（ポンプ６０に供給される電流の制御を通じて、ポンプ６０によって発生する力の量を正確に制御できる）とによって、液体金属２０の流れの非常に正確な制御を可能にするので、本発明による鋳造装置１０において特に有利である。図４は、図２の線Ａ－Ａに沿った直流電磁ポンプ６０の概略断面図を示している。図４を参照すると、直流電磁ポンプ６０は、流路５５の一部をなす内腔を画定するケーシング６１を備え得る。直流電磁ポンプ６０は、Ｎ磁極ＮとＳ磁極Ｓが流路５５の対向する側面に配置された永久磁石６５を更に備え得る。電磁ポンプ６０は、２つの電極７０が永久磁石６５のＮ極ＮとＳ極Ｓとの間の線に直交して配設されるように流路５５の側面に配設される２つの電極７０を更に備え得る。電極７０に電圧を印加することによる電極７０の動作によって、貯留部１５から金型キャビティ３０内に流路５５に沿ってケーシング６１内部の液体金属２０を流れる電流が起こり、これによって、液体金属２０にローレンツ力が発生し、このローレンツ力は、重力によって貯留部１５から金型キャビティ３０に流れ込む液体金属２０の動きに逆らう。これは、（ポンプ６０によって発生させる力を低減することによる）貯留部１０から金型キャビティ３０内への流量の制御可能な低減又は増加をもたらし、次いで、鋳造作業中に金型キャビティ３０内の液体金属２０の液面ｈの動的制御を可能にする。

【0035】

本発明の実施形態によれば、図５を参照すると、金型２５の第１の垂直方向上側２６は、金型キャビティ３０内の雰囲気を鋳造装置１０の周囲の雰囲気から隔離するように、少なくとも部分的に、例えば完全に気密に設けられてもよい。例えば、金型キャビティ３０内の雰囲気を鋳造装置１０の周囲の雰囲気から隔離するために金型２５の第１の側２６を少なくとも部分的に、例えば完全に閉じるための、ケーシング又は取り外し可能な蓋（図５では例示的に参照符号８０で参照される）が設けられてもよい。鋳造装置１０の周囲の雰囲気は、例えば鋳造所内の周囲空気であってもよい。鋳造装置１０は、例えば、金型キャビティ３０内の液体金属２０の酸化を制御するように、金型キャビティ３０内の雰囲気を制御する手段を更に備え得る。金型キャビティ３０内の雰囲気を制御する手段は、例えば、金型キャビティ３０内に不活性ガス又は還元性ガス雰囲気を作り出すガス注入システムによって実現されてもよい。

【0036】

図６を参照すると、鋳造装置１０は、金型キャビティ３０内の液体金属の液面ｈを検出するための、且つ金型キャビティ３０内の液体金属２０の液面ｈを表す液面値を出力するためのセンサ７５を更に備え得る。センサ７５は、例えば、レーザ距離センサ、容量型距離センサ、又はレーダ距離センサであってもよい。例えば、センサ７５は、８０Ｇｈｚ以上の周波数を有する電磁レーダ放射を放出するレーダセンサであってもよい。センサ７５から放出される電磁放射７６は、金型キャビティ３０内の液体金属２０に入射してもよく、液体金属２０の表面に反射されてもよく、且つ反射されたレーダ放射は、センサ７５内の検出器によって検出されてもよい。図６では、より明確にするために、センサ７５から放出された放射７６のみが示され、参照符号７６で参照される。次に、金型キャビティ３０内の液体金属２０の液面ｈは、放出された電磁レーダ放射７６と受信された電磁レーダ放射との時間差又は位相差から算出されてもよい。８０ＧＨｚ以上の周波数を有するレーダ放射を使用するセンサ７５は、そのような周波数を有するレーダ放射７６が煙及び固体析出物を通り抜けることができ、それによって、金型キャビティ３０内の金属液面ｈのより正確な測定を可能にし得るので、特に有効であることが分かっている。

【0037】

センサ７５（図５には図示せず）は、金型キャビティ３０の内部に、且つ少なくとも部分的に蓋又はケーシング８０の垂直下方に設けられてもよい。センサ７５はまた、蓋又はケーシング８０の垂直上方に設けられてもよく、且つ蓋又はケーシング８０における開口（例えば、センサシグナルに対して透過性であるが、ガスに対して不透過性である開口）を通じて液体金属２０の液面ｈを測定するためのシグナルを発し且つ受信してもよい。

【0038】

本発明の実施形態によれば、特にセンサ７５がレーダセンサ（例えば、８０ＧＨｚ以上のレーダ周波数を有するレーダセンサ）として実現される場合に、及び図６を参照すると、ケーシング又は取り外し可能な蓋８０は、レーダセンサ７５と金型キャビティ３０内の液体金属２０との間のレーダビームパス内に、少なくとも部分的レーダ放射透過体８５、例えば、部分的レーダ放射透過体を備え得る。少なくとも部分的レーダ放射透過体８５は、少なくとも部分的レーダ放射透過体８５によって反射されたレーダ放射の、レーダセンサ７５での検出を回避するために、レーダ放射領域８５ｃにおける金型キャビティ３０内のセンサと液体金属２０の間の直線に平行でない法線ベクトルを各々有する、２つの（外側）表面８５ａ、８５ｂを有し得る。レーダ放射領域８５ｃは、レーダセンサ７５からのレーダ放射にさらされる、金型キャビティ３０内の液体金属２０の表面上の領域である。上で説明し且つ図６に示すような構成を使用することによって、レーダセンサ７５が、少なくとも部分的レーダ放射透過体８５によって反射されるレーダ放射を検出しないので、検出精度を向上させることができ、それと同時に、金型キャビティ３０内部の雰囲気が、図５を参照して説明したように、鋳造装置１０の周囲の雰囲気から隔離され得る。少なくとも部分的レーダ透過体８５は、例えば、ガラスで作製されてもよく、且つ／又はケーシング又は取り外し可能な蓋８０と一体に設けられてもよい。

【0039】

図７は、本発明の更なる実施形態を示している。本発明による鋳造装置１０は、金型キャビティ３０内で液体金属２０の少なくとも一部を所定の方向に導くためにポンプ６０の下流側の流路５５に設けられる分流器９０を備え得る。図７の２つの矢印は、金型キャビティ３０に流れ込む液体金属２０の少なくとも一部分が金型キャビティ３０内で分流器９０によって所定の方向にどのように分流されるかを概略的に示している。分流器９０は、特に、垂直方向（すなわち、金型２５の第１の側２６から第２の側２７に向かう方向）に沿って見たときに金型２５が非対称形状を有する場合に、例えば、金型キャビティ３０への液体金属２０の流入と、金型キャビティ３０内の温度分布とを最適化し得る。分流器９０は、例えば、垂直方向から見たときに金型２５が矩形状、Ｔバー形状又は他の任意の非対称形状を有する場合に設けられてもよい。

【0040】

図８を参照すると、鋳造装置１０は、制御器９５を備え得る。制御器９５は、例えば、電子制御ユニットとして実現されてもよい。制御器９５は、ポンプ６０のポンプ機能を制御するために、ポンプ６０に動作可能に接続されてもよい。任意選択的に、鋳造装置１０がセンサ７５を備える場合、制御器９５は更に、センサ７５に動作可能に接続されてもよい。実際の値と設定値との差が最小限に抑えられるように、制御器９５は、センサ７５（実際の値）によって測定された液面値ｈと金型キャビティ３０内の液体金属２０の所望の液面ｈを表す所定の設定値とに基づいてポンプ６０を動作させるように構成されてもよい。つまり、制御器９５は、センサ７５からの信号に基づいてポンプ６０を動作させることによって、金型キャビティ３０内の液体金属２０の液面ｈを意図した値（設定値）に従って制御するように構成されてもよい。制御器９５は、例えば、比例（Ｐ）及び／又は積分（Ｉ）及び／又は微分（Ｄ）（閉ループ）フィードバック制御を使用するＰＩＤ制御アルゴリズム又は他の任意のアルゴリズムに従って動作してもよい。

【0041】

制御器９５は、鋳造品３５の鋳造作業の初期における金型キャビティ３０内の液体金属２０のより高い液面ｈを表す値から鋳造品３５の鋳造作業の後期における金型キャビティ３０内の液体金属２０のより低い液面ｈを表す値に所定の設定値を変更するように構成されてもよい。つまり、設定値は、例えば、鋳造作業が定常作業に達する前の鋳造品３５の鋳造作業の初期設定段階において変更されてもよい。そのような所定の設定値の変更は、鋳造の初期段階での金型キャビティの予め設定された充填率と、鋳造の初期段階中、鋳造パラメータ及び金属液面が鋳造終了まで一定に保たれる定常状態に至るまでの、鋳造速度の増加に伴う金属液面の緩やかな低下とによって、より良好な品質の鋳造品をもたらし得ることが分かっている。

【0042】

上記を考慮して、本発明による鋳造品３５の連続又は半連続鋳造方法は、貯留部１５と金型キャビティ３０との間に画定された流路５５に沿って貯留部１５から直接チル鋳造用金型２５の金型キャビティ３０内に重力を用いて液体金属２０を供給することと、鋳造品３５の鋳造中に金型キャビティ３０への液体金属２０の供給を制御して金型キャビティ３０内の液体金属２０の液面ｈを制御するために、重力によって生じる流路５５に沿った液体金属２０の流れに抗して作用するポンプ６０を使用して液体金属２０に作用する力を発生させることとを含み得る。

【0043】

本方法は、金型キャビティ３０内の液体金属２０の所望の液面ｈを表す設定値を算出することと、センサ７５を使用して、金型キャビティ３０内に存在する液体金属２０の実際の液面ｈを表す実際の値を測定することと、設定値と実際の値との差が最小限に抑えられるように、ポンプ６０、例えば直流電磁ポンプ６０を使用して力の発生を制御することとを更に含み得る。ポンプ６０を使用して力を発生させることは、流路５５に沿った液体金属２０の流れに対向する方向を有する力を生じさせる、液体金属２０に作用する電磁界を発生させることを含み得る。本明細書で説明する方法は、本発明の実施形態による鋳造装置１０を使用して実行されてもよい。

【0044】

本明細書で説明する全ての実施形態は、別段の明記がない限り、互いに組み合わされてもよい。鋳造装置１０に関して説明する特徴はまた、本明細書で説明する方法の対応する方法ステップとしても適用され、その逆も然りである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】