CN106457368A - 混合喷射器喷嘴和流量控制装置 - Google Patents

混合喷射器喷嘴和流量控制装置 Download PDF

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Abstract

揭示用于减小铸造金属中的宏观偏析的技术。技术包含提供能够增加在正铸造的铸锭的流体区域中的混合的喷射器喷嘴。技术还包含提供非接触流量控制装置以混合和/或施加压力到正被引入到模腔的熔融金属。所述非接触流量控制装置可基于永久磁体或电磁体。技术另外可包含在将所述熔融金属引入到所述模腔前主动冷却和混合所述熔融金属。

Description

混合喷射器喷嘴和流量控制装置
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2014年5月21日申请、题目为《熔融铝的基于磁性的搅拌(MAGNETICBASED STIRRING OF MOLTEN ALUMINUM)》的美国临时申请案第62/001,124号和2014年10月7日申请、题目为《基于磁体的氧化物控制(MAGNET-BASED OXIDE CONTROL)》的美国临时申请案第62/060,672号的权益，所述两个临时申请案在此被以引用的方式全部并入。
技术领域
本发明大体涉及金属铸造，且更具体地说，涉及控制熔融金属到模腔的递送。
背景技术
在金属铸造工艺中，将熔融金属传送到模腔。对于一些类型的铸造，使用具有假或移动底部的模腔。随着熔融金属通常从顶部进入模腔，假底部降低与熔融金属的额定流量有关的速率。已在侧部固化的熔融金属可用以将液体和部分地将液体金属保留在熔融物贮槽中。金属可为99.9％固体(例如，全固体)、100％液体和其间的任何状态。归因于随着熔融金属冷却固体区域的增大的厚度，熔融物贮槽可呈V形、U形或W形。固体与液体金属之间的分界面有时被称作固化分界面。
随着熔融物贮槽中的熔融金属变为在大致0％固体到大致5％固体之间，可出现成核且金属的小晶体可形成。这些小(例如，纳米大小)晶体开始形成为核，其在优先方向上继续生长以随着熔融金属冷却形成枝晶。随着熔融金属冷却到枝晶凝聚点(例如，在用于饮料罐端的5182铝中为632℃)，枝晶开始粘在一起。取决于熔融金属的温度和百分比固体，在铝的某些合金中，晶体可包含或俘获不同粒子(例如，金属间化合物或氢气泡)，例如，FeAl6、Mg2Si、FeAl3、Al8Mg5和粗H2的粒子。
另外，当在熔融物贮槽的边缘附近的晶体在冷却期间收缩时，尚未固化液体组成物或粒子可被排斥或挤出晶体(例如，从晶体的枝晶之间出来)且可在熔融物贮槽中累积，从而导致粒子或不太可溶的掺合元素在铸锭内的不均匀平衡。这些粒子可独立于固化分界面移动，且具有多种密度和有浮力的响应，从而导致在固化铸锭内的优先沉淀。另外，贮槽内可存在淤塞区域。
掺合元素在晶粒的长度尺度上的不均质分布被称为显微偏析。相比之下，宏观偏析为在大于晶粒(或许多晶粒)的长度尺度(例如，多达数米的长度尺度)上的化学不均质性。
宏观偏析可导致不良材料性质，确切地说，其可对于某些用途(例如，航空框)不良。不同于显微偏析，宏观偏析不能通过均质化来固定。虽然在滚动期间一些宏观偏析金属间化合物可被分解(例如，FeAl6、FeAlSi)，但一些金属间化合物呈抵抗在滚动期间被分解的形状(例如，FeAl3)。
虽然新的热液体金属到金属贮槽内的添加创造一些混合，但额外混合可为需要的。在公共领域中的一些当前混合方法不能良好地起作用，因为其增加了氧化物产生。
另外，铝的成功混合包含在其它金属中不存在的难题。铝的接触混合可导致结构减弱氧化物和导致不良铸造产物的夹杂物的形成。铝的非接触混合可为困难的，这是归因于铝的热、磁性和电导率特性。
在一些铸造技术中，熔融金属流动至在模腔的顶部附近的分配包，其沿着熔融物贮槽的顶表面引导熔融金属。分配包的使用将导致熔融物贮槽中的温度分层，以及晶粒在流速和势能最低的铸锭的中心中的沉积。
解决金属铸造工艺中的合金离析的一些方法可导致非常薄的锭，这提供每个铸锭较少的金属铸造(归因于铸锭长度的限制)、归因于机械障和屏障的被污染的铸锭和铸造速度的不当波动。常通过增大铸造速度来进行增大混合效率的尝试，由此增大质量流率。然而，这样做可导致热裂痕、热撕裂、渗出和其它问题。也可能需要减轻合金宏观偏析。
附图说明
说明书参照以下附图，其中不同图中的相似参考标号的使用是希望说明相似或类似组件。
图1为根据本发明的某些方面的金属铸造系统的部分横截面图。
图2为根据本发明的某些方面的喷射器喷嘴组合件的横截面描绘。
图3为根据本发明的某些方面的永久磁体流量控制装置的投影透视图。
图4为根据本发明的某些方面的电磁体驱动式螺杆流量控制装置的透视性横截面图。
图5为根据本发明的某些方面的电磁体驱动式螺杆流量控制装置的横截面侧视图。
图6为根据本发明的某些方面的电磁体驱动式螺杆流量控制装置的俯视图。
图7为根据本发明的某些方面的电磁体线性感应流量控制装置的透视图。
图8为根据本发明的某些方面的电磁性螺旋感应流量控制装置的正视图。
图9为根据本发明的某些方面的永久磁体可变间距流量控制装置的俯视图。
图10为根据本发明的某些方面的在仅旋转定向上的图9的永久磁体可变间距流量控制装置的侧视图。
图11为根据本发明的某些方面的在向下压力定向上的图9的永久磁体可变间距流量控制装置的侧视图。
图12为根据本发明的某些方面的向心降液管流量控制装置的横截面侧视图。
图13为根据本发明的某些方面的直流电传导流量控制装置的横截面侧视图。
图14为根据本发明的某些方面的多腔室进料管的横截面侧视图。
图15为根据本发明的某些方面的图14的多腔室进料管的仰视图。
图16为根据本发明的某些方面的Helmholtz谐振器流量控制装置的横截面侧视图。
图17为根据本发明的某些方面的半固体铸造进料管的横截面侧视图。
图18为根据本发明的某些方面的具有多个出口喷嘴的板进料管的正横截面图。
图19为根据本发明的某些方面的图18的板进料管的仰视图。
图20为根据本发明的某些方面的图18的板进料管的俯视图。
图21为根据本发明的某些方面的展示喷射器附件的图18的板进料管的侧立面图。
图22为根据本发明的某些方面的展示喷射器喷嘴的图18的板进料管的侧横截面图。
图23为根据本发明的某些方面的图22的进料管的特写横截面图。
图24为根据本发明的某些方面的使用图18的进料管的金属铸造系统的部分横截面图。
图25为根据本发明的某些方面的用于铸造钢坯的金属铸造系统的横截面图。
图26为根据本发明的某些方面的图25的套管的一部分的透视图。
图27为根据本实施例的某些方面的具有成角度的过道的套管的一部分的透视性横截面图。
图28为根据本实施例的某些方面的具有升腾或弯曲的过道的套管的一部分的透视性横截面图。
图29为根据本实施例的某些方面的具有螺纹过道的套管的一部分的透视性横截面图。
图30为根据本实施例的某些方面的具有喷射器喷嘴的套管的一部分的透视性横截面图。
图31到图35为展示不使用本文中描述的技术铸造的样本铸锭的区段的从中心到表面依序更浅的部分的枝晶臂间距的显微照相图像。
图36到图40为展示根据本发明的某些方面的使用本文中描述的技术铸造的样本铸锭的区段的从中心到表面依序更浅的部分的枝晶臂间距的在对应于图31到图35的位置的位置处拍摄的显微照相图像。
图41到图45为展示不使用本文中描述的技术铸造的样本铸锭的区段的从中心到表面依序更浅的部分的粒度的在对应于图31到图35的位置的位置处拍摄的显微照相图像。
图46到图50为展示根据本发明的某些方面的使用本文中描述的技术铸造的样本铸锭的区段的从中心到表面依序更浅的部分的粒度的在对应于图31到图35的位置的位置处拍摄的显微照相图像。
图51为描绘根据本发明的某些方面的正常样本的粒度的图表。
图52为描绘根据本发明的某些方面的增强型样本的粒度的图表。
图53为描绘根据本发明的某些方面的图51的正常样本的宏观偏析偏差的图表。
图54为描绘根据本发明的某些方面的图52的增强型样本的宏观偏析偏差的图表。
具体实施方式
本发明的某些方面和特征涉及用于减小铸造金属中的宏观偏析的技术。技术包含提供能够增加在正铸造的铸锭的流体区域中的混合的喷射器喷嘴。技术还包含提供非接触流量控制装置以混合和/或施加压力到正被引入到模腔的熔融金属。非接触流量控制装置可基于永久磁体或电磁体。技术可另外包含在将熔融金属引入到模腔前主动冷却和混合熔融金属。
在铸造工艺期间，熔融金属可通过进料管进入模腔。二级喷嘴可为可操作地耦合到铸造系统的现有进料管或建置到新铸造系统的新进料管内。二级喷嘴提供流量倍增和熔融物贮槽温度和组成梯度的均质化。二级喷嘴在不增大到模腔内的质量流率的情况下增大混合效率。换句话说，二级喷嘴在不需要正将新金属引入到熔融物贮槽(例如，模腔或其它容器中的液体金属)的速率的增大的情况下增大混合效率。
二级喷嘴可被称为喷射器喷嘴。二级喷嘴使用从进料管的流动以诱发在熔融物贮槽内的流动。文丘里效应(Venturi effect)可创造低压地带，其将金属从熔融物贮槽吸入到二级喷嘴内且通过二级喷嘴的出口出来。这增大的流动容积可辅助熔融物贮槽温度和组成梯度的均质化，从而导致减少的宏观偏析。喷射器喷嘴不受铸造速度限制(就其体积流率来说)。
二级喷嘴产生比在无二级喷嘴的情况下通常将可能要高的熔融金属容积喷射。改善的喷射防止在初级相铝中富含的晶粒的沉积。改善的喷射使温度梯度均质化，这导致通过铸锭的横截面的更均匀的固化。
二级喷嘴也可在过滤器或炉应用中使用。二级喷嘴可在主要熔融炉中用以通过混合熔融金属来提供热均质化。二级喷嘴可在脱气器中用以增大熔融金属(例如，铝)中的氩与氯气的混合。当需要增大的均质化且在流动容积通常为操作的限制因素的情况下，二级喷嘴可尤其有用。就晶粒结构和化学组成来说，二级喷嘴可提供更均质的铸锭，这可允许较高质量产品和较少下游加工时间。二级喷嘴可提供温度或熔融金属内的溶质的均质化。
二级喷嘴可为高铬钢合金。二级喷嘴可由陶瓷材料或耐火材料或适合于浸没在熔融物贮槽中的任何其它材料制成。
还揭示的是用于在进料管中的熔融金属中引入压力的机制。铸造技术大体通过使用重力推动熔融金属通过进料管来操作。进料管的长度与流体静压一起确定在进料管的底部处的主喷嘴直径，这决定了退出进料管的熔融金属的喷射和混合效率。可在不改变熔融金属的总质量流率的情况下通过提供穿过具有较小直径的主喷嘴的更加压的流动来改善混合效率。也可通过将压力引入到熔融金属(当在进料管中时)来改善混合效率。施加到进料管中的熔融金属的压力(例如，正或负)的控制可用以控制进料管中的金属的额定流量。在不需要将可移动销引入到进料管内的情况下控制流动速率可为非常有利的。
虽然本文中描述的技术可供任何金属使用，但所述技术可尤其供铝使用。在一些情况下，抽吸机构与喷射器喷嘴的组合可尤其供增大铸造铝中的混合效率使用。在一些情况下，抽吸机构可为必要的以提供高于熔融铝的天然流体静压的足够的额外压力，使得进入熔融物贮槽的熔融铝的喷射可在熔融物贮槽内产生足够的主要和/或次要流。此流体静压可不存在于其它金属(例如，钢)中。主要流为由进入贮槽的新金属自身诱发的流。次要流(或交感流)为由主要流诱发的流。举例来说，在熔融物贮槽的顶部部分(例如，上半部)内的主要流可诱发在贮槽的底部部分(例如，下半部)或顶部部分的其它部分中的次要流。
将压力引入到进料管中的熔融金属的机构的一个实例为永久磁体流量控制装置，其包含放置于进料管的侧上的转子上的永久磁体。随着转子自旋，旋转的永久磁体诱发在馈入喷口中的熔融金属中的压力波。进料管可经成形以增大旋转磁体的效率。进料管可升腾到在转子附近的薄横截面以允许将转子更靠近地放置在一起，同时使相同的总横截面积作为进料管的其余部分。可在一个方向上旋转磁体以加速流速，或在相反方向上旋转磁体以减速流速。
将压力引入到进料管中的熔融金属的机构的另一实例为电磁体驱动式螺杆流量控制装置，其包含放置于装备有螺旋螺杆的进料管周围的电磁体。螺旋螺杆可永久地并入到进料管内或可去除式地放置于进料管中。螺旋螺杆被固定使得其不旋转。电磁线圈放置于进料管周围且被供电以诱发熔融金属中的磁场，从而使熔融金属在进料管内自旋。自旋动作使熔融金属冲击螺旋螺杆的倾斜面。在第一方向上自旋熔融金属可迫使熔融金属朝向进料管的底部，从而增大在进料管内的熔融金属的总流动速率。在相反或相对方向上自旋熔融金属可迫使熔融金属沿进料管向上，从而减小在进料管内的熔融金属的总流动速率。电磁线圈可为来自三相定子的线圈。可使用其它电磁来源。作为一个非限制性实例，可使用永久磁体替代电磁体来诱发熔融金属的旋转移动。
将压力引入到进料管中的熔融金属的机构的另一实例为电磁线性感应流量控制装置，其包含定位于进料管周围的线性感应电动机。线性感应电动机可为三相线性感应电动机。线性感应电动机的线圈的启动可对熔融金属加压以向上或向下移动进料管。可通过变化磁场和频率来达成流量控制。
将压力引入到进料管中的熔融金属的机构的另一实例为电磁螺旋感应流量控制装置，其包含包围进料管的电磁线圈以在进料管的熔融金属内产生电磁场。电磁场可对熔融金属加压以在进料管内向上或向下移动。电磁线圈可为来自三相定子的线圈。每一线圈可按不同角度产生电磁场，从而导致随着熔融金属从进料管的顶部移动到底部，熔融金属遇到改变方向的磁场。随着熔融金属向下移动进料管，在熔融金属中诱发旋转移动，从而提供进料管中的额外混合。可以相同角度(例如，间距)将每一线圈缠绕于进料管周围，但间隔开。可将不同振幅和频率应用于每一线圈，相互120°异相。可使用可变间距线圈。
将压力引入到进料管中的熔融金属的机构的另一实例为永久磁体可变间距流量控制装置，其包含被定位以围绕平行于进料管的纵向轴线的旋转轴线旋转的永久磁体。磁体的旋转产生熔融金属的圆周旋转移动。可调整永久磁体的旋转轴线的间距以诱发熔融金属在进料管内向上或向下的移动。变化旋转磁体的旋转轴线的间距对熔融金属加压。通过间距和旋转速度的控制来达成流量控制。
将压力引入到进料管中的熔融金属的机构的又一实例为向心降液管流量控制装置，其包含产生圆周运动的任何流量控制装置(例如，基于永久磁体或基于电磁体的流量控制装置)。向心降液管可为经成形以当进料管内的熔融金属被向心加速时限制流速或增大流速的进料管。替代地，向心降液管自身旋转以诱发熔融金属在进料管内的向心加速。
将压力引入到进料管中的熔融金属的机构的另一实例为直流电(DC)传导流量控制装置，其包含具有延伸到进料管的内部以接触熔融金属的电极的进料管。电极可为石墨电极或任何其它合适的高温电极。可跨电极施加电压以驱动电流通过熔融金属。磁场产生器可在垂直于电流移动通过熔融金属的方向的方向上产生跨熔融金属的磁场。移动电流与磁场之间的相互作用产生力以根据右手规则(磁场与电场的叉积)在进料管内对熔融金属向上或向下加压。在其它情况下，可使用交流电，例如，具有交变磁场。可通过调整磁场、电流或两者的强度、方向或两者来达成流量控制。可使用任何形状进料管。
可单独或结合流量控制装置(例如，本文中描述的流量控制装置中的一个)使用多腔室进料管。多腔室进料管可具有二、三、四、五、六或更多个腔室。每一腔室可由流量控制装置个别地驱动以将或多或少的流引导到熔池的某些区。多腔室进料管可整体上由单一流量控制装置驱动。多腔室进料管可被驱动使得其腔室同时或个别地释放熔融金属(例如，首先从第一腔室且接着第二腔室)。多腔室进料管可将脉冲式流量控制提供到每一腔室，从而使熔融金属随来自每一腔室的增大或减小的压力同时或个别地流动。
将压力引入到进料管中的熔融金属的机构的另一实例为Helmholtz谐振器流量控制装置，其包含自旋永久磁体或电磁体以产生移动磁场。自旋永久磁体或电磁可产生振荡磁场，所述振荡磁场在熔融金属中产生交替力(例如，通过迫使金属向上一个磁性源且向下另一磁性源)以创造振荡。可将振荡场强加于静止场的顶部。进料管内的熔融金属中的振荡压力波可传播到熔融物贮槽内。熔融金属中的振荡压力波可增大晶粒改进。振荡压力波可使形成晶体破坏(例如，在晶体的末端)，这可提供额外成核位点。这些额外成核位点可允许在熔融金属中使用较少晶粒细化剂，这对铸造铸锭的所要的组成是有益的。此外，额外成核位点可允许将铸锭铸造得更快且更可靠，而无如此多的热开裂风险。传感器可耦合到控制器以感测熔融金属内部的压力场。可对Helmholtz谐振器扫频通过一系列频率，直到出现最有效的频率(例如，具有最多的相长干扰)。
半固体铸造进料管可供本文中描述的各种流量控制装置中的一或多个使用。半固体铸造进料管包含温度调节装置以调节流过进料管的金属的温度。温度调节装置可包含冷却管(例如，水填充的冷却管)，如水冷坩埚。温度调节装置可包含电感加热器或其它加热器。可使用至少一个流量控制装置在金属内产生恒定剪切力，从而允许在固体的某一部分处铸造金属。在成核势垒中的一定量被解决的情况下，按较高速度铸造而无模具改变是可能的。进料管内的金属的粘性可随着其被剪切而降低。由流量控制装置(例如，电磁体或永久磁体流量控制装置)产生的力可克服融合的潜热。通过从进料管中的熔融金属提取热量中的一些，需要从模具中的熔融金属提取较少热量，这可允许更快的铸造。随着金属退出进料管，金属可在大致2％与大致15％固体之间，更明确地说，在大致5％与大致10％固体之间。可使用闭合回路控制器控制搅拌、加热、冷却或其任何组合。固体的百分率可由热敏电阻、热电偶或在进料管的出口处或附近的其它装置测量。可从进料管的外部或内部测量温度测量装置。可使用金属的温度来基于相图估计固体的百分率。以此方式铸造可增大掺合元件在晶体的小集合内扩散的能力。另外，以此方式铸造可允许晶体被形成以在进入熔融物贮槽前成长一段时间。固化晶体的成长可包含使晶体的形状变圆使得可将其更紧密地装填在一起。
在一些情况下，前述喷嘴和泵可与导流器一起使用。导流器可为可浸没于熔融铝内且被定位以按特定方式引导流的装置。
在一些情况下，可能需要诱发特定大小(例如，足够大以诱发热轧期间的再结晶，但不大得足以造成故障)的金属间化合物的形成。举例来说，在一些铸造铝中，在等效直径上具有小于1μm的大小的金属间化合物并不实质上有益；在等效直径上具有大于约60μm的大小的金属间化合物可为有害的且大得足以潜在地造成冷轧后的经轧制薄片产物的最终规格方面的故障。因此，具有约1μm到60μm、5μm到60μm、10μm到60μm、20μm到60μm、30μm到60μm、40μm到60μm或50μm到60μm的大小(在等效直径上)的金属间化合物可为合乎需要的。非接触诱发的熔融金属流可帮助在四处充分地分布金属间化合物使得这些半大的金属间化合物能够更易于形成。
在一些情况下，可能需要诱发更易于在热轧期间分裂的金属间化合物的形成。可易于在轧制期间分解的金属间化合物倾向于比增加的混合或搅拌更频繁地出现，尤其到淤塞区域内，例如，贮槽的拐角和中心和/或底部。
归因于在熔融金属的固化期间形成的晶体的优先沉淀，晶体的淤塞区域可出现在熔融物贮槽的中间部分中。这些晶体在淤塞区域中的累积可造成铸锭形成方面的问题。淤塞区域可达成高达大致15％到大致20％的固体百分率，但在那个范围外的其它值是可能的。在无使用本文中所揭示的技术的增加的混合的情况下，熔融金属不良好地流动到淤塞区域内，且因此，可在淤塞区域中形成的晶体累积且不贯穿熔融物贮槽而混合。
另外，随着从在固化分界面中形成的晶体排出掺合元件，其可累积于低淤塞区域中。在无使用本文中所揭示的技术的增加的混合的情况下，熔融金属不良好地流动到低淤塞区域内，且因此，在低淤塞区域内的晶体和较重粒子通常将不贯穿熔融物贮槽而良好地混合。
另外，来自上部淤塞区域和低淤塞区域的晶体可朝向贮槽的底部落下且收集于贮槽的底部附近，从而在过渡金属区域的底部形成固体金属的中心弓起。此中心弓起可导致铸造金属中的不良性质(例如，掺合元件的不良浓度、金属间化合物和/或不当的大晶粒结构)。在无使用本文中所揭示的技术的增加的混合的情况下，熔融金属可能不足够低地流动以四处移动且混合已累积于贮槽的底部附近的这些晶体和粒子。
可使用增加的混合增大熔融物贮槽和所得铸锭内的均质性，例如，通过混合晶体与重粒子。增加的混合也可围绕熔融物贮槽移动晶体和其它粒子，从而减慢固化速率且允许掺合元件贯穿形成金属晶体扩散。另外，增加的混合可允许形成晶体以更快地成长和在较长时间内成长(例如，归因于减慢的固化速率)。
本文中描述的技术可用以诱发贯穿熔融金属贮槽的交感流。归因于熔融金属贮槽的形状和熔融金属的性质，在一些情况下，主要流可不到达熔融物贮槽的全部深度。然而，交感流(例如，由主要流诱发的流)可通过主要流的恰当方向和强度来诱发，且可到达熔融物贮槽的淤塞区域(例如，熔融物贮槽的底部中间)。
用本文中描述的技术铸造的铸锭可具有均匀粒度、唯一粒度、沿着铸锭的外部表面的金属间分布、在铸锭的中心中的非典型宏观偏析效应、增加的均质性或其任何组合。使用本文中描述的技术和系统铸造的铸锭可具有额外有益性质。更均匀的粒度和增加的均质性可减少或消除对于将晶粒细化剂添加到熔融金属的需求。本文中描述的技术可创造增加的混合，而无空蚀且无增加的氧化物产生。增加的混合可导致在固化铸锭内更薄的液体-固体分界面。在一实例中，在铝铸锭的铸造期间，如果液体-固体分界面为大致4毫米宽，那么当使用非接触熔融流诱导物搅拌熔融金属时，可将其减小多达75％或更大(到大致1毫米宽或更小)。
在一些情况下，本文所揭示的技术的使用可减小所得铸造产品中的平均粒度，且可诱发遍及铸造产品的相对均匀粒度。举例来说，使用本文所揭示的技术铸造的铝铸锭可仅具有处于或低于大致280μm、300μm、320μm、340μm、360μm、380μm、400μm、420μm、440μm、460μm、480μm或500μm、550μm、600μm、650μm或700μm的粒度。举例来说，使用本文所揭示的技术铸造的铝铸锭可具有处于或低于大致280μm、300μm、320μm、340μm、360μm、380μm、400μm、420μm、440μm、460μm、480μm、500μm、550μm、600μm、650μm或700μm的平均粒度。相对均匀粒度可包含处于或低于200、175、150、125、100、90、80、70、60、50、40、30、20或更小的最大粒度标准差。举例来说，使用本文所揭示的技术铸造的产品可具有处于或低于45的最大粒度标准差。
在一些情况下，本文所揭示的技术的使用可减小所得铸造产品中的枝晶臂间距(例如，结晶金属中的枝晶的邻近枝晶分枝之间的距离)，且可诱发遍及铸造产品的相对均匀枝晶臂间距。举例来说，使用非接触熔融流诱导物铸造的铝铸锭可具有约10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm的跨全部铸锭的平均枝晶臂间距。相对均匀枝晶臂间距可包含处于或低于16、15、14、13、12、11、10、9、8.5、8、7.5、7、6.5、6、5.5、5或更小的最大枝晶臂间距标准差。举例来说，具有28μm、39μm、29μm、20μm和19μm的平均枝晶臂间距(例如，在跨处于普通横截面的铸造铸锭的厚度的位置处测量)的铸造产品可具有大致7.2的最大枝晶臂间距标准差。举例来说，使用本文中揭示的技术铸造的产品可具有处于或低于7.5的最大枝晶臂间距标准差。
在一些情况下，本文中描述的技术可允许宏观偏析(例如，金属间化合物和/或金属间化合物收集之处)的更精确控制。金属间化合物的增大的控制可允许在铸造中产生最优晶粒结构，尽管开始于将通常妨碍最优晶粒结构的形成的熔融材料具有掺合元件或较高回收的内容物的含量。举例来说，回收的铝可大体具有比新或原始铝高的铁含量。在铸造中使用的回收的铝越多，通常铁含量越高，除非进行了额外耗时且成本集中式的处理以稀释铁含量。在较高铁含量的情况下，可能有时难以生产合乎需要的产品(例如，始终具有小晶体大小且无不良金属间结构)。然而，金属间化合物的增大的控制(例如，使用本文中描述的技术)可实现合乎需要的产品的铸造，甚至用具有高铁含量(例如，多达100％回收的铝)的熔融金属。100％回收的金属的使用可对于环境和其它商业需求来说强烈地需要。
在一些情况下，可使用板型喷嘴。板型喷嘴可由可机械加工陶瓷建构而成，而非依赖于对于形成圆喷嘴所必要的可铸造陶瓷。从可机械加工陶瓷(或其它材料)制造的喷嘴可从与铝和各种铝的合金不太有反应的合乎需要的材料制造。因此，可机械加工陶瓷喷嘴可需要替换的频率比可铸造陶瓷喷嘴少。板型喷嘴设计可实现此类可机械加工陶瓷的使用。
板型喷嘴设计可包含陶瓷材料或耐火材料的一或多个板，已机械加工到所述一或多个板内的一或多个过道用于熔融金属的通过。举例来说，板型喷嘴设计可为由夹在一起的两个板组成的平行板喷嘴。夹在一起的两个板中的一个或两个可具有在其中机械加工的过道，熔融金属可流过所述过道。在一些情况下，熔融金属泵可包含在板型喷嘴设计中。举例来说，板型喷嘴可包含永久磁体以诱发通过过道和电极的静态或移动磁场以传递电荷通过过道内的熔融金属。归因于弗菜明定理(Fleming′s law)，当力(例如，抽吸力)穿过永久磁体和电极时，其可在熔融金属中诱发。在一些情况下，板型喷嘴设计中包含的抽吸机构可克服归因于非圆过道的增大的湍流的压力损失。非圆过道内的增大的湍流在进入熔融物贮槽前可提供熔融金属的增添的混合益处。在一些情况下，板型喷嘴设计包含喷射器。喷射器可由到板型喷嘴的附接点固持在适当地方。
在一些情况下，给定所要的铸造速度和特定合金，可选择喷射器喷嘴的尺寸。知晓铸造速度和特定合金，为确定或估计熔融金属的平均密度和熔融物贮槽的深度。可使用这些值确定对于在贮槽的底部产生理想量的混合所必要的喷射器喷嘴的大小。归因于从来自喷射器喷嘴的主要流诱发的交感熔融金属流，可发生在贮槽的底部处的混合。
如果使用喷射器喷嘴和/或泵，那么可能需要不使用将妨碍在熔融物贮槽内的主要流或交感流的任何种类的撇渣器或分配包。
本文中描述的技术中的一或多个可与被设计以在熔融金属已进入熔融物贮槽后诱发在熔融物贮槽上的流的非接触流诱导物的使用组合。举例来说，非接触流诱导物可包含旋转放置于熔融物贮槽的表面上方的永久磁体。可使用其它合适的流诱导物。本文中关于此类流诱导物描述的技术的组合可提供甚至更好的混合和更多对粒度和/或金属间化合物形成和分布的控制。
给出这些说明性实例以向读者介绍此处所论述的一般标的物，且并不希望限制所揭示的概念的范围。以下章节参看图式描述各种额外特征和实例，其中相似数字指示相似元件，且方向性描述用以描述说明性实施例，但像所述说明性实施例，不应用以限制本发明。本文中的说明中包含的元件未必是不按比例绘制。
图1为根据本发明的某些方面的金属铸造系统100的部分横截面图。例如浇口盘的金属源102可沿着进料管136供应熔融金属126。可围绕进料管136使用撇渣器106以帮助分配熔融金属126和减少金属氧化物在熔融金属126的上表面114处的产生。底部块122可由液压缸124提升以与模腔116的壁交汇。随着熔融金属开始在模具内固化，可稳定地降低底部块122。铸造金属112可包含已固化的侧120，而添加到铸造件的熔融金属126可用以连续地拉长铸造金属112。在一些情况下，模腔116的壁界定中空空间且可含有冷却剂118(例如，水)。冷却剂118可作为来自中空空间的喷射而退出且沿着铸造金属112的侧120流动以帮助固化铸造金属112。正被铸造的铸锭可包含固化的金属130、过渡金属128和熔融金属126。
熔融金属126可退出在浸没于熔融金属126中的主喷嘴108处的进料管136。二级喷嘴110可位于主喷嘴108的出口附近。二级喷嘴110可邻近主喷嘴108固定或附接到进料管136或主喷嘴108。二级喷嘴110可使用来自金属源102的新金属流创造产生到二级喷嘴110内的熔融金属126的流132的文丘里效应。到二级喷嘴110内的熔融金属126的流132产生来自二级喷嘴110的流出134，如下文更详细地描述。
进料管136可另外包含流量控制装置104，其非限制性实例更详细地描述于下文。流量控制装置可定位于金属源102与主喷嘴108之间。流量控制装置104可为非接触式流量控制装置。流量控制装置104可为基于永久磁体或基于电磁体的流量控制装置。流量控制装置104可诱发进料管136内的熔融金属126中的压力波。流量控制装置104可增加进料管136内的混合，可增大退出进料管136的熔融金属126的流速，可减小退出进料管136的熔融金属126的流速，或其任何组合。
图2为根据本发明的某些方面的喷射器喷嘴组合件200的横截面描绘。喷射器喷嘴组合件200包含来自邻近二级喷嘴110定位的进料管的主喷嘴108。主喷嘴108和二级喷嘴110都可以浸没于熔融物贮槽(例如，已存在于模腔或其它容器中的熔融金属)内。主喷嘴108包含出口开口206，新金属流202穿过所述出口开口。新金属流202为并非已为熔融物贮槽的部分的熔融金属的流。随着新金属流202退出主喷嘴108的出口开口206，新金属流202穿过二级喷嘴110中的限制204且接着离开二级喷嘴110的出口开口210。穿过限制204的新金属流202创造产生文丘里效应的低压区，这使现有金属(例如，已在熔融物贮槽中的金属)通过流入开口208传送到二级喷嘴110内。现有金属流入132为到流入开口208内的现有金属的流。来自二级喷嘴110的组合流出134包含来自新金属流202的新金属和来自现有金属流入132的现有金属。使用二级喷嘴110由此使用新金属流202的能量增加熔融物贮槽的混合，而不需要按增大的流动速率添加新金属。二级喷嘴110的使用也可允许主喷嘴108的出口开口206在大小上较小，同时仍然获得在熔融物贮槽中相同量或更多的混合。
图3为根据本发明的某些方面的永久磁体流量控制装置300的透视图。永久磁体306可放置于转子304周围。可使用任何合适数目个永久磁体306，使得当旋转转子304时，邻近转子304产生改变的磁场。可将两个或更多个转子304放置于进料管302的相对侧上。进料管302可为任何合适形状。在非限制性实例中，进料管302具有对应于由永久磁体306创造的磁场的形状的升腾的形状。升腾的形状可从第一圆形横截面310移动到具有薄矩形横截面312的区，到具有第二圆形横截面314的区。第一圆形横截面310、矩形横截面312和第二圆形横截面314的总横截面积可相同，但不必是这样。转子304在相应第一方向316上的旋转(其中每一转子可在与其它转子相反的方向316上旋转)可创造通过进料管302的改变的磁场，这可通过在熔融金属中产生压力波来诱发流动方向308上的增加的金属流。转子304在与第一方向316相反的方向上的旋转可创造通过进料管302的改变的磁场，这可通过在熔融金属中产生压力波来诱发流动方向308上的减少的金属流。可控制转子304的速度以控制在流动方向308上的金属流。转子304距进料管302的距离可另外加以控制以控制在流动方向308上的金属流。
图4为根据本发明的某些方面的电磁体驱动式螺杆流量控制装置400的透视性横截面图。进料管402可包含螺旋螺杆410。螺旋螺杆410可永久或可去除地并于进料管402中。进料管402可具有上部末端404和下部末端406。金属可从金属源流动到上部末端404内且通过下部末端406流出。通常，进料管402可被定向使得重力将在流动方向408上逐渐使熔融金属从上部末端404流动到下部末端406。
图5为根据本发明的某些方面的电磁体驱动式螺杆流量控制装置500的横截面侧视图。图4的进料管402(包含定位于上部末端404与下部末端406之间的螺旋螺杆410)可位置邻近磁场源502。磁场源502可由围绕且邻近进料管402放置的电磁线圈504组成。电磁线圈504可为来自三相定子的线圈，其用以在进料管402内产生改变的电磁场。改变的电磁场可诱发在进料管402内的熔融金属的旋转移动。产生诱发在顺时针方向506(例如，当从进料管402的顶部查看时，顺时针)上的旋转移动的电磁场可使在流动方向408上通过螺旋螺杆410的倾斜面按压熔融金属，从而产生流动方向408上的增大的压力和流量。产生诱发在与顺时针方向506相反的方向(例如，当从进料管402的顶部查看时，逆时针)上的旋转移动的电磁场可使在与流动方向408相反的方向上通过螺旋螺杆410的倾斜面按压熔融金属，从而产生流动方向408上的减小的压力和流量。充分改变的磁场可能够停止熔融金属在进料管402内的流动或甚至使熔融金属在与流动方向408相反的方向上流动。作为非限制性实例，螺旋螺杆410可为具有附接到其的螺杆部分的销，例如，挤压螺杆。如果螺旋螺杆410可去除，那么其可旋转固定，例如，在螺旋螺杆410的顶部附近。螺旋螺杆410可用夹钳、扁销或其它合适机构旋转固定。
图6为根据本发明的某些方面的图5的电磁体驱动式螺杆流量控制装置500的俯视图。进料管402可包含螺旋螺杆410。磁场源502可位于进料管402周围。磁场源502可包含来自三相定子的电磁线圈。第一组电磁线圈602可在第一相位中产生磁场，第二组电磁线圈604可在第二相位中产生第二磁场，且第三组电磁线圈606可在第三相位中产生第三磁场。每一组电磁线圈602、604、606可包含一个、两个或更多个实际电磁线圈，因此，包围进料管402的电磁线圈的数目为三的倍数。第一相位、第二相位与第三相位可相互偏移，例如，120°。
随着磁场源502产生诱发在顺时针方向506上的熔融金属在进料管402中的移动的磁场，可沿着进料管402对熔融金属加力且离开进料管402的下部末端。
图7为根据本发明的某些方面的电磁体线性感应流量控制装置700的透视图。电磁线性电感器702、704、706定位于空腔710周围。可将进料管放置于空腔内。进料管可具有任何合适形状，例如，如上参看图3所描述的升腾的形状。线性电感器702、704、706可在偏移的相位中操作，例如，在按120°偏移的三个相位中。由线性电感器702、704、706进行的电磁场的感应可诱发在流动方向708或与流动方向708相反的方向上在进料管内的熔融金属中的压力或移动。流量控制可通过变化施加到线性电感器702、704、706的磁场和频率来达成。
图8为根据本发明的某些方面的电磁性螺旋感应流量控制装置800的正视图。将电磁线圈804、806、808缠绕于进料管802周围。电磁线圈804、806、808可在偏移的相位中操作，例如，在按120°偏移的三个相位中。第一线圈804可在第一相位中操作，第二线圈806可在第二相位中操作，且第三线圈808可在第三相位中操作。线圈804、806、808可按相对于进料管802的纵轴816类似或不同的俯仰角定位。替代地，线圈804、806、808各按相对于纵轴816的可变俯仰角定位。
通过变化对每一线圈804、806、808供电的驱动电流的频率、振幅或两者来达成流量控制。可用相同频率和振幅但120°异相来驱动每一线圈804、806、808。线圈804、806、808当被供电时在进料管802内产生螺旋旋转磁场。旋转磁场诱发进料管802中的熔融金属的旋转移动(例如，当从顶部检视时，在顺时针或逆时针方向上)，以及在流动方向818或与流动方向818相反的方向上的进料管802中的纵向压力或移动。
图9为根据本发明的某些方面的永久磁体可变间距流量控制装置900的俯视图。将一组旋转永久磁体906定位于进料管902周围。旋转永久磁体906可为转子与永久磁体组合(如上参看图3所描述)，或其它旋转永久磁体。随着旋转永久磁体906在第一方向908上旋转，其产生诱发在方向910上的在进料管902中的熔融金属的旋转移动的改变的磁场。旋转永久磁体906在与第一方向908相反的方向上的旋转可诱发熔融金属在与方向910相反的方向上的移动。旋转永久磁体906定位于框904中以变化旋转轴线的间距。
图10为根据本发明的某些方面的在仅旋转定向上的图9的永久磁体可变间距流量控制装置900的侧视图。旋转永久磁体906的旋转轴线1002平行于进料管902的纵轴1004。旋转永久磁体906定位于框904中且在第一方向908上旋转。随着旋转永久磁体906旋转，其诱发在方向910上的金属在进料管902内部的旋转流动。在仅旋转定向上，旋转轴线1002与纵轴1004平行，从而导致无额外压力在纵向方向(例如，向上或向下，如图10中所见)上被施加到熔融金属。
图11为根据本发明的某些方面的在向下压力定向上的图9的永久磁体可变间距流量控制装置900的侧视图。旋转永久磁体906的旋转轴线1002不平行于进料管902的纵轴1004。可调整旋转轴线1002的间距，例如，通过调整旋转永久磁体906的心轴1008在框904内(例如，在框的顶部部分、框的底部部分或两者内)的位置。当旋转轴线1002的间距不与进料管902的纵轴1004平行时，旋转永久磁体906的旋转诱发在纵向方向(例如，向上或向下，如图11中所见)上的在进料管902内的熔融金属中的压力。当旋转永久磁体906在第一方向908上旋转时，净金属流在方向1006(垂直于旋转永久磁体906的旋转轴线1002的方向)上出现。
可通过旋转永久磁体906的旋转速度和旋转永久磁体906的旋转轴线1002的间距来控制纵向流动和旋转流动的控制。
图12为根据本发明的某些方面的向心降液管流量控制装置1200的横截面侧视图。向心降液管1202可供诱发进料管内的熔融金属的旋转运动(例如，向心运动或圆周运动)的任何流量控制装置1204使用。流量控制装置1204可为一对旋转永久磁体1214，例如，以上参看图11描述的旋转永久磁体。
熔融金属可通过上部开口1206进入向心降液管1202。归因于重力，熔融金属可大体穿过向心降液管1202且离开下部开口1210。随着流量控制装置1204诱发在向心降液管1202内的熔融金属中的圆周运动1216，熔融金属将被拉出向心降液管1202的内壁1208。内壁1208可成角度地倾斜，使得冲击内壁1208的熔融金属将被迫使向上或向下(例如，如图12中所见)。如图12中所见，内壁1208成角度以当按圆周运动1216诱发在向心降液管1202内部的熔融金属时提供向上压力。因此，虽然归因于重力，熔融金属将通常在流动方向1212上流动，但圆周运动1216的增加的诱发可使熔融金属按较小强度在流动方向1212上流动或甚至在与流动方向1212相反的方向上流动。在一些情况下，内壁1208可成角度以响应于在向心降液管1202内的熔融金属中的圆周运动1216的诱发提供在流动方向1212上的增大的压力和流动强度。
图13为根据本发明的某些方面的直流电传导流量控制装置1300的横截面侧视图。进料管1302可包含被定位以接触进料管1302内的熔融金属的第一电极1304和第二电极1306。电极1304、1306可定位在进料管1302的孔洞内。电极1304、1306可为石墨电极。第一电极1304可为阴极且第二电极1306可为阳极。电极1304、1306可耦合到电源1308。电源1308可为直流(DC)电力的源或交流(AC)电力的源。电源1308可产生在电极1304、1306之间通过进料管1302中的熔融金属的电流。在一些情况下，电源1308可为提供通过电极1304、1306的可控制电力(例如，AC或DC)的控制器。此可控制电力可基于测量(例如，过去的时间、铸造件的长度或其它可测量的变量)来控制。
磁场源1310可位于进料管1302之外(例如，在进料管1302后，如图13中所见)。磁场源1310可为邻近进料管1302定位的永久磁体或电磁体以诱发大致在电极1304、1306之间通过进料管1302的磁场，其中电流由电源1308产生。
在垂直于磁场的方向上在熔融金属中流动的电流的相互作用可导致在纵向方向(例如，流动方向1312)上对熔融金属加压的力。可通过控制通过电极1304、1306的电流和由磁场源1310产生的磁场来控制流量。
图14为根据本发明的某些方面的多腔室进料管1400的横截面侧视图。多腔室进料管1400包含具有通过进料管1402的多个过道(例如，腔室)的进料管1402。进料管1402可包含第一过道1412和第二过道1414。第一过道1412从第一入口点1404延伸到第一出口喷嘴1408。第二过道1414从第二入口点1406延伸到第二出口喷嘴1410。替代地，可接合第一入口点1404与第二入口点1406。第一出口喷嘴1408和第二出口喷嘴1410可在不同方向上引导熔融金属。第一出口喷嘴1408可在第一方向1416上引导熔融金属，且第二出口喷嘴1410可在第二方向1418上引导熔融金属。
在一些情况下，过道1412、1414中的每一个可分开来或联合地控制，例如，用如本文中所描述的流量控制器。可控制第一过道1412和第二过道1414以同时或分开来释放熔融金属。可控制第一过道1412和第二过道1414以在不同时间相互同相或异相地按不同强度释放熔融金属。
图15为根据本发明的某些方面的图14的多腔室进料管1400的仰视图。进料管1402包含第一出口喷嘴1408和第二出口喷嘴1410。
图16为根据本发明的某些方面的Helmholtz谐振器流量控制装置1600的横截面侧视图。进料管1602可定位于两个转子1604、1606之间。每一转子1604、1606可包含附接到其的永久磁体1608、1610。可使用比在图16中所展示多或少的永久磁体。第一转子1604和其永久磁体1608可按第一速度在第一方向1614上自旋。第二转子1606和其永久磁体1610可按第二速度在第二方向1616上自旋。第一方向1614可与第二方向1616相同。第一速度与第二速度可相同。第一转子1604与第二转子1606相互异相旋转，使得当第一转子1604的两个永久磁体1608从进料管1602偏移时(例如，其中两个永久磁体1608在转子1604的顶部和底部，如图16中所见)，第二转子1606的永久磁体1610中的至少一个在进料管1602最附近。
通过相互异相地旋转这些永久磁体1608、1610，可在进料管1602内的熔融金属中诱发振荡压力波。可传导此类振荡压力波通过熔融金属且到熔融物贮槽内。
图17为根据本发明的某些方面的半固体铸造进料管1700的横截面侧视图。熔融金属1710穿过由温度控制装置1714包围的进料管1702。温度控制装置1714可帮助在熔融金属1710穿过进料管1702时控制其温度。温度控制装置1714可为流体填充管1704(例如，水填充管)的系统。通过管1704再循环冷却剂流体(例如，水)可从熔融金属1710去除热量。随着从熔融金属1710去除热量，熔融金属1710可开始固化且固体金属1712(例如，成核位点或晶体)可开始形成。
为了保持熔融金属1710在进料管1702内充分固化，流量控制装置1706可放置于进料管1702周围以在熔融金属1710中产生恒定剪切力。任一合适流量控制装置1706(例如，本文中描述的流量控制装置)可用以在熔融金属1710中产生恒定剪切力，例如，通过在进料管1702内的改变磁场的产生。
控制器1716可监测熔融金属1710内的固体金属1712的百分比。控制器1716可使用回馈回路以当固体金属1712的百分比超过设定点时，提供通过温度控制装置1714的较少冷却，且当固体金属1712的百分比低于设定点时，提供较多冷却。固体金属1712的百分比可通过直接测量或基于温度测量的估计来确定。在非限制性实例中，将温度探针1708邻近进料管1702的出口放置于熔融金属1710中，以测量退出进料管1702的熔融金属1710的温度。退出进料管1702的熔融金属1710的温度可用以估计固体金属1712在熔融金属1710中的百分比。温度探针1708耦合到控制器1716以提供用于回馈回路的信号。在替代实例中，可将温度探针1708放置于其它地方。如果需要，可使用非接触温度探针提供用于回馈回路的信号。
温度控制装置1714可放置于流量控制装置1706与进料管1702之间。在一些情况下，温度控制装置1714与流量控制装置1706可集成在一起(例如，可将电线的线圈放置于连续管1704之间)。可将流量控制装置1706放置于温度控制装置1714与进料管1702之间。
温度控制装置1714和流量控制装置1706可供任一合适的进料管(例如，本文中描述的进料管)使用，以执行半固体铸造。
图18为根据本发明的某些方面的具有多个出口喷嘴1808、1810的板进料管1800的正横截面图。板进料管1800包含进料管1802，其具有通过进料管1802的至少一个过道1812(例如，腔室)。过道1812从入口1804延伸到第一出口喷嘴1808和第二出口啧嘴1810。如果需要，板进料管1800可包含多个过道。第一出口喷嘴1808和第二出口喷嘴1810可在不同方向上引导熔融金属。第一出口喷嘴1808可在第一方向1816上引导熔融金属，且第二出口喷嘴1810可在第二方向1818上引导熔融金属。
第一电极1820和第二电极1822可定位于进料管1802的相对侧上且可电接触过道1812。在一些情况下，电极1820、1822由石墨制造，但其可由能够承受熔融金属的高温的任何合适传导性材料制造。控制器(例如，图24中展示的控制器2410)可给电极1820、1822供应电流，因此诱发穿过过道1812内的熔融金属的电流流动。当与放置于进料管1802前和后的磁体(例如，磁体2012和2104，在图21到图22中展示)组合以产生通过过道1812中的熔融金属的磁场时，可在向上或向下方向上将力施加到过道1812内的熔融金属以分别减小或增大通过进料管1802的熔融金属的流量。
磁体和电极1820、1822可被定位，使得磁场的方向和在过道内穿过电极1820、1822(例如，通过过道内的熔融金属)的电流的方向都被垂直于进料管的长度定向(例如，如图18中所见，向上和向下)。
图19为根据本发明的某些方面的图18的板进料管1800的仰视图。进料管1802包含第一出口喷嘴1808和第二出口喷嘴1810，其中的每一个可在形状上为矩形。可看到电极1820、1822。
图20为根据本发明的某些方面的图18的板进料管1800的俯视图。进料管1802包含在形状上为矩形的入口1804。可看到电极1820、1822。
图18到图20中未展示喷射器附件和喷射器喷嘴。
图21为根据本发明的某些方面的展示喷射器附件2108的图18的板进料管1800的侧立面图。进料管1802可包含电极1820和永久磁体2102、2104。永久磁体2102、2014可位于进料管1802的后方(例如，左边)和前方(例如，右边)以产生通过进料管1802的磁场。在一些情况下，可使用电磁体替代永久磁体。永久磁体2102、2014和电极1820可沿着进料管1802的壁位于大致相等高度。
展示喷射器附件2108附接到进料管1802。在一些交替情况下，喷射器附件2108可附接到不同于进料管1802的某物，例如，模腔。具有多个喷射器喷嘴2110的单一喷射器附件2108可邻近进料管1802定位，其中每一喷射器喷嘴2110邻近进料管1802的出口喷嘴1808、1810定位。在一些情况下，多个喷射器附件2108(每一者具有单一喷射器喷嘴2110)可邻近进料管1802定位，其中每一喷射器喷嘴2110邻近进料管1802的出口喷嘴1808、1810定位。
如图21中所展示，喷射器附件2108可耦合到进料管1802的一侧，但喷射器附件2108可以任一合适方式耦合到进料管1802的任一合适位置。在一些情况下，喷射器附件2108可通过可去除扣件2106(例如，螺杆、螺栓、销或其它扣件)的使用可去除地耦合到进料管1802。在一些情况下，给定所要的铸造速度和正被铸造的特定掺合，可从一系列可用喷射器喷嘴大小选择理想喷射器喷嘴2110大小。不良(即，关于所要的铸造速度和合金)喷射器附件2108可从进料管1802去除，且具有所要的喷射器喷嘴2110的所要的喷射器附件2108可被选择且附接到进料管1802。因此，可提供不同尺寸或大小的多个喷射器喷嘴2110用于供单一进料管1802使用，其中的任一个可基于所要的铸造速度和合金来选择。在一些交替情况下，仅为每一进料管1802提供单一喷射器喷嘴2110大小，然而，可作出类似确定以针对特定铸造速度和合金来选择适当进料管1802和喷射器喷嘴2110。
如本文中所使用，喷射器喷嘴和喷射器附件可由任何合适材料(例如，耐火材料或陶瓷材料)制成。
图22为根据本发明的某些方面的展示喷射器喷嘴2110的图18的板进料管1800的侧横截面图。进料管1802可包含永久磁体2102、2104。永久磁体2102、2104不必延伸到过道1812内。进料管1802包含出口喷嘴1808。喷射器喷嘴2110邻近出口喷嘴1808定位。喷射器喷嘴2110可由如上所述的喷射器附件2108固持在适当地方。
喷射器喷嘴2110可包含两个翼2204，其被成形以提供限制，流出喷嘴1808的熔融金属在铸造工艺期间流过所述限制。如本文中所描述，流出喷嘴1808的熔融金属穿过限制且离开喷射器出口2206。虽然熔融金属通过限制流出喷嘴1808，但在金属贮槽中存在的熔融金属被载运通过喷射器开口2202。
图23为根据本发明的某些方面的图22的进料管1802的特写横截面图。主要流2302退出进料管1802，离开出口喷嘴1808。随着主要流2302穿过喷射器喷嘴2110，补充流入2304被吸引到喷射器喷嘴2110内。组合主要流2302与补充流入2304作为组合流2306退出喷射器喷嘴2110。
图24为根据本发明的某些方面的使用图18的进料管1802的金属铸造系统2400的部分横截面图。来自金属源2402的熔融金属穿过进料管1802且到熔融物贮槽2412内。控制器2410可耦合到进料管1802的电极1820、1822以连同定位于进料管1802前和后的磁体提供动力，以控制通过进料管1802的流量。
虽然在图24中不可见，但进料管1802可包含喷射器喷嘴以增大熔融金属退出进料管1802的速度(例如，关于图21到图23展示和描述的喷射器喷嘴2110)。熔融金属退出进料管1802可诱发熔融金属在熔融物贮槽2412的顶部部分中的主要流2404。此主要流2404可诱发熔融物贮槽2412中的次要流2406、2408。次要流2406可增加在处于熔融物贮槽2412的中心附近的淤塞区域中的混合。次要流2408可增加在处于熔融物贮槽2412的底部附近的淤塞区域中的混合。
图25为根据本发明的某些方面的用于铸造钢坯的金属铸造系统2500的横截面图。金属铸造系统2500可包含用于使用本文中描述的某些技术连续地铸造圆形钢坯的套管2502。套管2502可由陶瓷材料(例如，耐火陶瓷)制成，但可使用其它合适材料。套管2502可由扣环2506紧固到模具主体2504。模具主体2504和扣环2506可由铝制成，但可使用其它合适材料。金属铸造系统2500可包含模具插入件2508，其被设计以使用在模具插入件2508周围和/或内传送以及通过口2510喷出模具插入件2508的循环的冷却剂流体(例如，水)冷却穿过且离开套管2502的熔融金属。模具插入件2508可为铝或其它合适材料。模具内衬2512可位于模具插入件2508与熔融金属之间的熔融金属退出套管2502的点处。当接触模具内衬2512时，熔融金属可固化外层，在此之后，通过在从模具内衬2508物理提取坯料时使冷却剂撞击此壳来提取剩余热量。模具内衬2512可由石墨或任何其它合适的材料制成。各种扣件2514可用以将各种部分保持到模具主体2504上。O形环2516可被定位以将接合点密封以防泄漏。
来自金属源的熔融金属穿过套管2502内的过道2520且到模具插入件2508内。套管2502可具有小于模具插入件2508的直径(具体地说，模具内衬2512的内径)的出口开口2518。
套管2502可包含如上所述的任一合适流量控制装置。如图25中所展示，套管2502包含流量控制装置，所述流量控制装置包含用于产生通过过道2520的磁场的至少一个磁性源(未展示)。磁性源可为邻近套管2502的一部分和/或在所述一部分内定位的一对静态(例如，非旋转)永久磁体。磁性源可在位置2522产生大体进入或离开页面(如图25中所见)的通过过道2520的磁场。流量控制装置可进一步包含位于套管2502中邻近位置2522的一对电极2524、2526。每一电极2524、2526可被定位以与过道2520接触，从而允许电流从一个电极2524传送，通过过道2520内的熔融金属，到另一电极2526。电极2524、2526可由能够传导电的任何合适材料(例如，石墨、钛、钨和铌)制成。通过在同时产生通过位置2522的磁场的同时使电流穿过位置2522，流量控制装置可基于弗菜明定理诱发在沿着纵轴2528的向前或向后方向上的力(例如，压力)。举例来说，被引导进入页面(如图25中所见)的磁场与从电极2524传送到电极2526的电流组合可产生力以增大从金属源、通过套管2502且到模具插入件2508和模具内衬2512的熔融金属的压力和流量。如上所述，可按需要使用DC或AC电流。
在一些情况下，可邻近磁体放置冷却装备以便将磁体冷却到所要的操作温度。
图26为根据本发明的某些方面的图25的套管2502的一部分的透视图。将套管2502看作侧向切割。看到永久磁体2602、2604定位于过道2520的相对侧上。看到电极2524、2526定位于过道2520的相对侧上，与永久磁体2602、2604偏移90°。虽然将电极2524、2526和永久磁体2602、2604展示于垂直于纵轴2528的单一侧向平面上，但其可位于不同平面上且所述平面可未必与纵轴2528垂直(例如，当需要诱发在不同于沿着纵轴2528的向前或向后的方向上的流时)。
电极2524、2526被展示为穿透过道2520的内壁，这是由于电极2524、2526必须与过道2520内的熔融金属电接触。永久磁体2602、2604不必穿透过道2520的内壁。电极2524、2526的定向(例如，在电极2524、2526之间延长的线)可垂直于永久磁体2602、2604的定向(例如，在永久磁体2602、2604之间延长的线)定位。
图27到图30描绘具有具不同形状以提供熔融金属的不同流出的出口开口的不同类型的套管。跨这些图的不同流出可改变流出的形状、方向、流动速率和其它因素。可单独或与本文中揭示的流量控制装置一起使用不同出口开口。虽然展示具有使用磁体源和电极的流量控制装置，但本文中揭示的其它流量控制装置可供这些不同类型的套管使用。
图27为根据本实施例的某些方面的具有成角度的过道2720的套管2702的一部分的透视性横截面图。套管2702可类似于图25的套管2502，除了其过道2720可成角度使得过道的直径针对在出口附近的过道的一部分线性减小之外。具体地说，过道的成角度的部分可位于永久磁体2704、2706与电极2708之间。过道2720可成角度，使得过道的最小直径在出口开口2718处。
图28为根据本实施例的某些方面的具有升腾或弯曲的过道2820的套管2802的一部分的横截面图。套管2802可类似于图25的套管2502，除了其过道2820可升腾或弯曲使得过道的直径减小到限制2822接着再次增大之外。直径的这些改变可针对过道的在出口附近的一部分而发生。具体地说，过道2820的升腾或弯曲的部分可位于永久磁体2804、2806与电极2808之间。在一些情况下，紧接在限制2822前的部分和/或限制2822自身可位于永久磁体2804、2806与电极2808之间。限制2822可位于出口开口2818的近端，使得穿过过道2820的熔融金属将穿过限制2820，且在退出出口开口2818前穿过过道2820的在直径上关于限制2820增大的小部分。
图29为根据本实施例的某些方面的具有螺纹过道2920的套管2902的一部分的横截面图。套管2902可类似于图25的套管2502，除了其过道2920可包含沿着其内径用于过道的在出口附近的至少一部分的螺纹2922之外。具体地说，过道2920的有螺纹的部分可位于永久磁体2904、2906与电极2908之间。在一些情况下，全部过道2920可有螺纹。在一些情况下，过道2920的仅从出口开口2918处或附近延伸到或经过永久磁体2904、2906和电极2908的一部分有螺纹。
图30为根据本实施例的某些方面的具有喷射器喷嘴3024的套管3002的一部分的横截面图。套管3002可类似于图25到图29的套管2502、2702、2802、2902中的任一者。如所展示，套管3002具有在限制3026处结束的升腾的过道3020，但套管3002可呈其它形状。
喷射器喷嘴3024邻近套管3002的出口开口3018定位。喷射器喷嘴3024可由翼梁(未展示)或其它连接固持在适当地方。这些翼梁或其它连接可将喷射器喷嘴3024耦合到套管3002或到另一结构(例如，模具主体、模具内衬、模具插入件或其它部分)。保持喷射器喷嘴3024与出口开口3018成间隔开的关系以提供补充开口3022。喷射器喷嘴3024的入口直径3028可等于和/或大于出口开口3018的直径。随着熔融金属流出出口开口3018且通过喷射器喷嘴3024，补充金属流可穿过补充开口3022且通过喷射器喷嘴3024与主要金属流(例如，流过过道3020且离开出口开口3018的金属)一起被带出。
喷射器喷嘴3024可被成形以从其入口到其出口(例如，大体从上到下，如图30中所见)在内径上减小。可使用其它形状，此形状具有在入口与出口之间的限制(例如，大体从上到下在直径减小且接着增大的形状，如图30中所见)。
在一些实施例中，喷射器喷嘴3024定位于套管3002的凹座3030中。凹座3030可被成形以允许形成坯料的金属贮槽中的熔融金属流动到补充开口3022内，如上所述。在一些实施例中，流量控制装置(例如，磁体3004、3006和电极3008)沿着套管3008足够远地定位(例如，如图30中所见，大体向下)，使得其可实现在凹座3030内的熔融金属的流动。
在一些情况下，将额外电极(未展示)安装于凹座3030中以将相同或不同力提供到凹座3030中的熔融金属，如与由电极3008提供到过道3020中的熔融金属的力相比。在此类情况下，电极3008可在一个方向上提供电流以提供力来推动过道3020中的熔融金属向下且通过出口开口3018，而额外电极(未展示)可在相反方向上提供电流以提供力来推动凹座3030中的熔融金属向上且通过补充开口3022。当使用额外电极时，磁体3004、3006或其它合适磁性源可被定位以产生通过过道3020和凹座3030两者的磁场。
参看图25到图30描述的各种套管设计可改善熔融金属的温度和组成的均质化，可使宏观偏析最小化，可优化粒度(例如，通过晶粒的增加的成长)，且可改善形成坯料中的贮槽形状。
图31到图50为描绘通过或不使用本文中描述的技术制造的产品的枝晶臂间距的曲线图。图31到图35和图41到图45表示不使用本文中描述的技术铸造的铸锭(“正常样本”)，而图36到图40和图46到图50表示使用本文中描述的技术铸造的铸锭(“增强型样本”)。两个铸锭是用直接冷铸(DC)工艺在600mm×1750mm低液位复合(LHC)铸模中铸造的。固化传统0.10％Si、0.50％Fe纯度(P1050)，其中存在与在多达0.50％Fe纯度合金的P1020下通常发现的晶粒细化剂或改质剂不同的任何额外晶粒细化剂或改质剂。无一批含有来自先前铸锭铸造件的任何材料，从而确保绝对不存在可用以修改铸锭贮槽中的固化条件的微米大小的粒子晶粒刺激。用市售铝紧凑型脱气器(ACD)对熔融金属脱气。随后用每英寸具有50个孔(ppi)的标称开口的网状发泡陶瓷过滤熔融金属。在过滤后，将熔融金属引入到LHC铸模。对于此比较中的两个实例，稳态条件是60mm/分钟降低速度，具有695℃到700℃的温度，如由在紧处于模具上方的槽道中的K型热电偶测量。在从水到热铸锭表面接触点的垂直方向向上方向上测量的模具中的金属液面是57mm。降液管的尖端浸没50mm到金属贮槽内。
通过将金属分布到热形成的组合包(例如，分布包)内来铸造正常样本铸锭，所述组合包向外朝向铸锭的短成分布金属。到熔融物贮槽或铸锭空腔内的金属流由常规销调节，所述销当打开时允许在金属静压下的金属填充分布包且流出到铸锭模具的短面。
不用组合包铸造增强型样本铸锭，而取而代之，使用喷射器喷嘴，例如，以上进一步详细描述的喷射器喷嘴(例如，见图1)。到熔融物贮槽或铸锭空腔内的金属流再次由常规销与降液管组合调节，但除了金属静压之外，喷口中的金属也用基于永久性磁体的泵(例如，流量控制装置)加压，例如以上描述的基于永久性磁体的泵。由喷射器喷嘴和/或基于永久性磁体的泵产生的增大的流速和动量在铸造期间通过肉眼在铸锭的头部清晰地看到。
两个铸锭在600mm×1750mm区段中分段，机械加工，且在用三酸浸蚀(例如，等份的HCl、HN03和水，每百mL水大致3mL的HF)蚀刻前抛光。接着对样本拍照，且在从切片的中心延伸的依序距离处从邻近切片制备微观结构样本。
图31到图35为根据本发明的某些方面的正常样本铸锭的区段的不同部分的显微照相图像。每一显微照相图像是在侧向中心(例如，铸锭的轧制面或宽度的中心)处但在不同深度拍摄。图31展示在处于铸锭的几何中心附近的深度处的铸锭的侧向中心。图32到图35连续展示铸锭的更浅部分，其中图35展示铸锭的最接近铸锭的表面的一部分。图31展示正常样本的平均枝晶臂间距在铸锭的中心附近为大致72.63微米。图32展示正常样本的枝晶臂间距在进一步朝向铸锭的表面处为大致80.37微米。图33展示正常样本的枝晶臂间距在进一步朝向铸锭的表面处为大致49.85微米。图34展示正常样本的枝晶臂间距在进一步朝向铸锭的表面处为大致37.86微米。图35展示正常样本的枝晶臂间距在铸锭的表面附近为大致30.52微米。枝晶臂间距从中心到表面的变化大，范围从约73微米到约30微米。平均枝晶臂间距为约54.2微米，具有约19.3的标准差。
图36到图40为根据本发明的某些方面的增强型样本铸锭的区段的不同部分的显微照相图像。图36到图40的每一图像是在与用于正常样本的图31到图35的位置对应的增强型样本的位置处拍摄。图36展示增强型样本的平均枝晶臂间距在铸锭的中心附近为大致27.76微米。图37展示增强型样本的枝晶臂间距在进一步朝向铸锭的表面处为大致39.46微米。图38展示增强型样本的枝晶臂间距在进一步朝向铸锭的表面处为大致29.09微米。图39展示增强型样本的枝晶臂间距在进一步朝向铸锭的表面处为大致20.22微米。图40展示增强型样本的枝晶臂间距在铸锭的表面附近为大致18.88微米。枝晶臂间距从表面到中心的变化相对小，范围从仅约19微米到约28微米(具有约39微米的中间最大值)。平均枝晶臂间距为约27.1微米，具有约7.4的标准差。这些类型的较小平均枝晶臂间距和/或枝晶臂间距的较小变化可指示已使用本文中描述的技术制备铸造产品。
图41到图45为根据本发明的某些方面的在图31到图35中展示的正常样本铸锭的区段的不同部分的显微照相图像。图41到图45的每一图像是在与图31到图35的位置对应的位置处拍摄。图41展示正常样本的平均粒度在铸锭的中心附近为大致1118.01微米。图42展示正常样本的平均粒度在进一步朝向铸锭的表面处为大致1353.38微米。图43展示正常样本的平均粒度在进一步朝向铸锭的表面处为大致714.29微米。图44展示正常样本的平均粒度在进一步朝向铸锭的表面处为大致642.85微米。图45展示正常样本的平均粒度在铸锭的表面附近为大致514.29微米。粒度从表面到中心的变化大，范围从约514微米到约1118微米。平均粒度为约868.6微米，具有约315.4的标准差。
图46到图50为根据本发明的某些方面的增强型样本铸锭的区段的不同部分的显微照相图像。图46到图50的每一图像是在与用于正常样本的图41到图45的位置对应的增强型样本的位置处拍摄。图46展示增强型样本的平均粒度在铸锭的中心附近为大致362.17微米。图47展示增强型样本的平均粒度在进一步朝向铸锭的表面处为大致428.57微米。图48展示增强型样本的平均粒并在进一步朝向铸锭的表面处为大致342.85微米。图49展示增强型样本的平均粒度在进一步朝向铸锭的表面处为大致321.42微米。图50展示增强型样本的平均粒度在铸锭的表面附近为大致306.12微米。粒度从表面到中心的变化相对小，范围从仅约306微米到约362微米(具有约429微米的中间最大值)。平均粒度为约352.2微米，具有约42.6的标准差。当将增强型样本与正常样本比较时，可易于看出本文中关于粒度描述的技术的清晰益处(例如，较小平均粒度和/或贯穿铸锭的粒度的较小变化)。
图51到图54为描绘针对粒度的各种测量和针对另一组正常(正常样本)和增强型样本(增强型样本)的宏观偏析偏差的图表。数据展示于图51到图54中的样本是按类似图31到图50的正常和增强型样本的方式制备的，其中正常样本是使用组合包和常规销与喷口铸造，而增强型样本不使用组合包而是取而代之使用喷射器喷嘴(例如，图1中展示的喷射器喷嘴)铸造。然而，对于图51到图54中展示的数据，合金和/或铸造参数不同。
图51为描绘根据本发明的某些方面的正常样本的粒度的图表5100。图表5100的左上角表示铸锭的区段的左上角，而图表5100的右下角表示铸锭的区段的中心(例如，铸锭自身的中心)。粒度从非常大(例如，大致220微米)延伸到适度小(例如，大致120微米)。
图52为描绘根据本发明的某些方面的增强型样本的粒度的图表5200。图表5200中的位置对应于针对图51的正常样本的图表5100中的相同位置。粒度都在大约90微米到120微米，无贯穿区段的实质上变化。当比较增强型样本与正常样本时，可易于看出本文中关于粒度描述的技术的清晰益处(例如，较小平均粒度和/或粒度的较小变化)。
图53为描绘根据本发明的某些方面的正常样本的宏观偏析偏差的图表5300。如本文中所使用，宏观偏析偏差为贯穿铸造的铸锭与所希望的合金组成的百分比偏差。图表5300中的位置对应于图51的图表5100中的相同位置。图表5300的左上角表示铸锭的区段的左上角，而图表5300的右下角表示铸锭的区段的中心(例如，铸锭自身的中心)。宏观偏析偏差从非常大(例如，大致5％)延伸到高度负(例如，大致，-10％)。
图54为描绘根据本发明的某些方面的增强型样本的宏观偏析偏差的图表5400。图表5400中的位置对应于针对图53的正常样本的图表5300中的相同位置。图表5400的左上角表示铸锭的区段的左上角，而图表5400的右下角表示铸锭的区段的中心(例如，铸锭自身的中心)。宏观偏析偏差总体上更小得多(例如，从约4％到约-2％)且更一致得多。当比较增强型样本与正常样本时，可易于看出本文中关于宏观偏析偏差描述的技术的清晰益处(例如，较小平均宏观偏析偏差和/或宏观偏析偏差的较小变化)。
包含所说明实施例的实施例的前述描述已仅出于说明和描述的目的提出，且不希望为详尽的或局限于所揭示的精确形式。所属领域的技术人员将显而易见众多修改、改编和其用途。
如下文所使用，对一系列实例的任何参照应被理解为分离性地参照那些实例中的每一个(例如，“实例1到4”应被理解为“实例1、2、3或4”)。
实施例1为一种系统，所述系统包括：进料管，其可耦合到熔融金属的来源；主喷嘴，其位于所述进料管的远端，其中所述主喷嘴可浸没于熔融物贮槽中用于将所述熔融金属递送到所述熔融物贮槽；以及二级喷嘴，其可浸没于所述熔融物贮槽中且可邻近所述主喷嘴定位，其中所述二级喷嘴包含限制，所述限制被成形以响应于来自所述来源的所述熔融金属穿过所述限制而产生低压区以使所述熔融物贮槽循环。
实例2为实例1的系统，其中所述熔融物贮槽为正铸造的铸锭的液体金属。
实例3为实例1的系统，其中所述熔融物贮槽为炉内的液体金属。
实例4为实例1到3的系统，其中所述二级喷嘴耦合到所述主喷嘴。
实例5为实例1到4的系统，另外包括邻近所述进料管的流量控制装置，用于控制所述熔融金属通过所述主喷嘴的流量。
实例6为实例5的系统，其中所述流量控制装置包含用于在所述进料管内产生改变的磁场的一或多个磁性源。
实例7为实例6的系统，其中所述一或多个磁性源被定位以诱发所述进料管内的所述熔融金属的旋转移动。
实例8为实例5到7的系统，进一步包括邻近所述进料管定位的温度控制装置，用于从所述进料管内的所述熔融金属去除热量。
实例9为实例8的系统，进一步包括：邻近所述进料管的温度探针，其用于测量所述熔融金属的温度；以及控制器，其耦合到所述温度探针和所述温度控制装置以响应于由所述温度探针测量的所述温度调整所述温度控制装置。
实例10为实例1到9的系统，其中所述主喷嘴在形状上为矩形。
实例11为实例1到10的系统，其中所述进料管进一步包含位于所述进料管的所述远端的第二主喷嘴，其中所述第二主喷嘴可浸没于所述熔融物贮槽中用于将所述熔融金属递送到所述熔融物贮槽：且其中所述系统进一步包括可浸没于所述熔融物贮槽中且可邻近所述第二主喷嘴定位的第二二级喷嘴，其中所述第二二级喷嘴包含第二限制，所述第二限制被成形以响应于来自所述来源的所述熔融金属穿过所述第二限制而产生第二低压区以使所述熔融物贮槽循环。
实例12为实例11的系统，另外包括邻近所述进料管的流量控制装置，用于控制通过所述主喷嘴和所述第二主喷嘴的所述熔融金属的流量。
实例13为实例12的系统，其中所述流量控制装置包含定位于所述进料管周围用于产生通过所述进料管的磁场的多个永久磁体，和电耦合到所述进料管内的路径用于传导电流通过所述进料管内的所述熔融金属的多个电极。
实例14为一种系统，所述系统包括：进料管，其可耦合到熔融金属的来源；喷嘴，其位于所述进料管的远端，其中所述喷嘴可浸没于熔融物贮槽中用于将所述熔融金属递送到所述熔融物贮槽；以及流量控制装置，其邻近所述进料管定位，其中所述流量控制装置包含至少一个磁性源用于诱发所述熔融金属在所述进料管内的移动。
实例15为实例14的系统，其中所述流量控制装置包含定位于至少一个转子周围的多个永久磁体，其中响应于所述至少一个转子的旋转产生改变的磁场。
实例16为实例15的系统，其中所述进料管具有邻近所述流量控制装置的升腾的形状，其中所述升腾的形状对应于所述改变的磁场的形状。
实例17为实例15或16的系统，其中所述至少一个转子的旋转轴线关于所述进料管的纵轴是可变的。
实例18为实例14到17的系统，其中所述流量控制装置包含定子，所述定子包含在第一相位中驱动的至少一个第一电磁线圈、在第二相位中驱动的至少一个第二电磁线圈和在第三相位中驱动的至少一个第三电磁线圈，其中所述第一相位与所述第二相位和所述第三相位偏移120°，其中所述第二相位与所述第三相位偏移120°，且其中响应于驱动所述定子产生改变的磁场。
实例19为实例18的系统，其中所述进料管包含螺旋螺杆，且其中所述改变的磁场诱发在所述进料管内的所述熔融金属中的旋转移动。
实例20为实例14到19的系统，其中所述熔融金属的所述移动为在所述进料管内的旋转移动，且其中所述进料管包含内壁，所述内壁被成角度地成形以响应于所述进料管中的所述熔融金属的所述旋转移动产生所述进料管中的所述熔融金属的纵向移动。
实例21为实例14到20的系统，进一步包括电源，其中所述进料管包含耦合到所述电源的多个电极，用于提供通过所述进料管中的所述熔融金属的电流。
实例22为实例14到21的系统，进一步包括邻近所述进料管定位的温度控制装置，用于从所述进料管内的所述熔融金属去除热量。
实例23为实例22的系统，进一步包括：邻近所述进料管的温度探针，其用于测量所述熔融金属的温度；以及控制器，其耦合到所述温度探针和所述温度控制装置以响应于由所述温度探针测量的所述温度调整所述温度控制装置。
实例24为实例14到23的系统，进一步包括可浸没于所述熔融物贮槽中且可邻近所述喷嘴定位的二级喷嘴，其中所述二级喷嘴包含限制，所述限制被成形以响应于来自所述来源的所述熔融金属穿过所述限制而产生低压区以使所述熔融物贮槽循环。
实例25为一种方法，其包括：通过进料管将熔融金属从金属源递送到金属贮槽；邻近所述进料管产生改变的磁场；以及响应于产生所述改变的磁场，诱发所述进料管中的所述熔融金属的移动。
实例26为实例25的方法，进一步包括由温度控制装置从所述进料管中的所述熔融金属去除热量；确定所述熔融金属中的固体金属的百分比；以及响应于确定所述熔融金属中的固体金属的所述百分比，控制所述温度控制装置。
实例27为实例25或26的方法，其中从所述金属源递送熔融金属包含：产生通过可浸没于熔融物贮槽中的主喷嘴的主要金属流；使所述主要金属流穿过具有限制的二级喷嘴；以及响应于使所述主要金属流穿过所述二级喷嘴而产生通过所述二级喷嘴的补充流入，其中所述补充流入来源于所述熔融物贮槽。
实例28为一种方法，其包括：通过进料管的主喷嘴递送熔融金属；使所述熔融金属穿过邻近所述主喷嘴定位且可浸没于熔融物贮槽内的二级喷嘴；以及响应于使所述熔融金属穿过所述二级喷嘴而诱发通过所述二级喷嘴的补充流入，其中所述补充流入来源于所述熔融物贮槽。
实例29为一种具有其中枝晶臂间距的最大标准差处于或低于16的结晶结构的铝产品，所述铝产品是通过以下操作获得：通过进料管的主喷嘴递送熔融金属；使所述熔融金属穿过邻近所述主喷嘴定位且可浸没于熔融物贮槽内的二级喷嘴；以及响应于使所述熔融金属穿过所述二级喷嘴而诱发通过所述二级喷嘴的补充流入，其中所述补充流入来源于所述熔融物贮槽。
实例30为实例29的铝产品，其中枝晶臂间距的所述最大标准差处于或低于10。
实例31为实例29的铝产品，其中枝晶臂间距的所述最大标准差处于或低于7.5。
实例32为实例29到31的铝产品，其中所述平均枝晶臂间距处于或低于38μm。
实例33为实例29到31的铝产品，其中所述平均枝晶臂间距处于或低于30μm。
实例34为实例29到33的铝产品，其中通过主喷嘴递送熔融金属包含使用耦合到所述进料管的流量控制装置诱发流动。
实例35为一种具有其中粒度的最大标准差处于或低于200的结晶结构的铝产品，所述铝产品是通过以下操作获得：通过进料管的主喷嘴递送熔融金属；使所述熔融金属穿过邻近所述主喷嘴定位且可浸没于熔融物贮槽内的二级喷嘴；以及响应于使所述熔融金属穿过所述二级喷嘴而诱发通过所述二级喷嘴的补充流入，其中所述补充流入来源于所述熔融物贮槽。
实例36为实例35的铝产品，其中粒度的所述最大标准差处于或低于80。
实例37为实例35的铝产品，其中粒度的所述最大标准差处于或低于33。
实例38为实例35到37的铝产品，其中所述平均粒度处于或低于700μm。
实例39为实例35到37的铝产品，其中所述平均粒度处于或低于400μm。
实例40为实例35到39的铝产品，其中通过主喷嘴递送熔融金属包含使用耦合到所述进料管的流量控制装置诱发流动。
实例41为实例35到40的铝产品，其中枝晶臂间距的所述最大标准差处于或低于10。
实例42为实例35到40的铝产品，其中枝晶臂间距的所述最大标准差处于或低于7.5。
实例43为实例35到40的铝产品，其中所述平均枝晶臂间距处于或低于38μm。
实例44为实例35到40的铝产品，其中所述平均枝晶臂间距处于或低于30μm。
实例45为一种设备，所述设备包括：进料管，其包含具有平行地耦合在一起的第一板和第二板的板喷嘴，其中所述进料管包含过道以用于朝向至少一个出口喷嘴引导熔融金属通过所述板喷嘴。
实例46为实例45的设备，进一步包括可浸没于熔融物贮槽中且可邻近所述板喷嘴的所述至少一个出口喷嘴定位的二级喷嘴，其中所述二级喷嘴包含限制，所述限制被成形以响应于来自所述板喷嘴的熔融金属穿过所述限制而产生低压区以使所述熔融物贮槽循环。
实例47为实例46的设备，其中所述二级喷嘴可去除式地可耦合到所述板喷嘴。
实例48为实例45的设备，其中所述至少一个出口喷嘴包含两个出口喷嘴用于在非平行方向上引导所述熔融金属。
实例49为实例48的设备，进一步包括可浸没于熔融物贮槽中的两个二级喷嘴，其中每一二级喷嘴可邻近所述板喷嘴的所述两个出口喷嘴中的相应一个定位，其中所述两个二级喷嘴中的每一个包含限制，所述限制被成形以响应于来自所述两个出口喷嘴中的所述相应者的熔融金属穿过所述限制而产生低压区以使所述熔融物贮槽循环。
实例50为实例45到49的设备，进一步包括耦合到所述进料管用于控制熔融金属通过所述板喷嘴的流量的流量控制装置。
实例51为实例50的设备，其中所述流量控制装置包含邻近所述进料管定位以产生通过所述过道的磁场的至少一个静态永久磁体，和定位于所述进料管中与所述过道接触的一对电极。
实例52为实例51的设备，其中所述一对电极和所述至少一个静态永久磁体被定位使得所述磁场的方向和穿过所述过道内的所述一对电极的电流的方向都是垂直于所述进料管的长度而定向。

Claims (42)

1.一种系统，其包括：
进料管，其可耦合到熔融金属的来源；
主喷嘴，其位于所述进料管的远端，其中所述主喷嘴可浸没于熔融物贮槽中用于将所述熔融金属递送到所述熔融物贮槽；以及
二级喷嘴，其可浸没于所述熔融物贮槽中且可邻近所述主喷嘴定位，其中所述二级喷嘴包含限制，所述限制被成形以响应于来自所述来源的所述熔融金属穿过所述限制而产生低压区以使所述熔融物贮槽循环。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述熔融物贮槽为正铸造的铸锭的液体金属。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述熔融物贮槽为炉内的液体金属。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述二级喷嘴耦合到所述主喷嘴。
5.根据权利要求1所述的系统，另外包括邻近所述进料管的流量控制装置，用于控制所述熔融金属通过所述主喷嘴的流量。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述流量控制装置包含用于在所述进料管内产生改变的磁场的一或多个磁性源。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述一或多个磁性源被定位以诱发所述进料管内的所述熔融金属的旋转移动。
8.根据权利要求6所述的系统，进一步包括邻近所述进料管定位的温度控制装置，用于从所述进料管内的所述熔融金属去除热量。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括：
邻近所述进料管的温度探针，其用于测量所述熔融金属的温度；以及
控制器，其耦合到所述温度探针和所述温度控制装置以响应于由所述温度探针测量的所述温度调整所述温度控制装置。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述主喷嘴在形状上为矩形。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述进料管进一步包含位于所述进料管的所述远端的第二主喷嘴，其中所述第二主喷嘴可浸没于所述熔融物贮槽中用于将所述熔融金属递送到所述熔融物贮槽；且其中所述系统进一步包括可浸没于所述熔融物贮槽中且可邻近所述第二主喷嘴定位的第二二级喷嘴，其中所述第二二级喷嘴包含第二限制，所述第二限制被成形以响应于来自所述来源的所述熔融金属穿过所述第二限制而产生第二低压区以使所述熔融物贮槽循环。
12.根据权利要求11所述的系统，另外包括邻近所述进料管的流量控制装置，用于控制通过所述主喷嘴和所述第二主喷嘴的所述熔融金属的流量。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述流量控制装置包含定位于所述进料管周围用于产生通过所述进料管的磁场的多个永久磁体，和电耦合到所述进料管内的路径用于传导电流通过所述进料管内的所述熔融金属的多个电极。
14.一种系统，包括：
进料管，其可耦合到熔融金属的来源；
喷嘴，其位于所述进料管的远端，其中所述喷嘴可浸没于熔融物贮槽中用于将所述熔融金属递送到所述熔融物贮槽；以及
流量控制装置，其邻近所述进料管定位，其中所述流量控制装置包含至少一个磁性源用于诱发所述熔融金属在所述进料管内的移动。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述流量控制装置包含定位于至少一个转子周围的多个永久磁体，其中响应于所述至少一个转子的旋转产生改变的磁场。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述进料管具有邻近所述流量控制装置的升腾的形状，其中所述升腾的形状对应于所述改变的磁场的形状。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一个转子的旋转轴线关于所述进料管的纵轴是可变的。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述流量控制装置包含定子，所述定子包含在第一相位中驱动的至少一个第一电磁线圈、在第二相位中驱动的至少一个第二电磁线圈和在第三相位中驱动的至少一个第三电磁线圈，其中所述第一相位与所述第二相位和所述第三相位偏移120°，其中所述第二相位与所述第三相位偏移120°，且其中响应于驱动所述定子产生改变的磁场。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述进料管包含螺旋螺杆，且其中所述改变的磁场诱发在所述进料管内的所述熔融金属中的旋转移动。
20.根据权利要求14所述的系统，其中所述熔融金属的所述移动为在所述进料管内的旋转移动，且其中所述进料管包含内壁，所述内壁被成角度地成形以响应于所述进料管中的所述熔融金属的所述旋转移动产生所述进料管中的所述熔融金属的纵向移动。
21.根据权利要求14所述的系统，进一步包括电源，其中所述进料管包含耦合到所述电源的多个电极，用于提供通过所述进料管中的所述熔融金属的电流。
22.根据权利要求14所述的系统，进一步包括邻近所述进料管定位的温度控制装置，用于从所述进料管内的所述熔融金属去除热量。
23.根据权利要求22所述的系统，进一步包括：
邻近所述进料管的温度探针，其用于测量所述熔融金属的温度；以及
控制器，其耦合到所述温度探针和所述温度控制装置以响应于由所述温度探针测量的所述温度调整所述温度控制装置。
24.根据权利要求14所述的系统，进一步包括可浸没于所述熔融物贮槽中且可邻近所述喷嘴定位的二级喷嘴，其中所述二级喷嘴包含限制，所述限制被成形以响应于来自所述来源的所述熔融金属穿过所述限制而产生低压区以使所述熔融物贮槽循环。
25.一种方法，包括：
通过进料管将熔融金属从金属源递送到金属贮槽；
邻近所述进料管产生改变的磁场；以及
响应于产生所述改变的磁场，诱发所述进料管中的所述熔融金属的移动。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括：
由温度控制装置从所述进料管中的所述熔融金属去除热量；
确定所述熔融金属中的固体金属的百分比；以及
响应于确定所述熔融金属中的固体金属的所述百分比，控制所述温度控制装置。
27.根据权利要求25所述的方法，其中从所述金属源递送熔融金属包含：
产生通过可浸没于熔融物贮槽中的主喷嘴的主要金属流；
使所述主要金属流穿过具有限制的二级喷嘴；以及
响应于使所述主要金属流穿过所述二级喷嘴而产生通过所述二级喷嘴的补充流入，其中所述补充流入来源于所述熔融物贮槽。
28.一种方法，包括：
通过进料管的主喷嘴递送熔融金属；
使所述熔融金属穿过邻近所述主喷嘴定位且可浸没于熔融物贮槽内的二级喷嘴；以及
响应于使所述熔融金属穿过所述二级喷嘴而诱发通过所述二级喷嘴的补充流入，其中所述补充流入来源于所述熔融物贮槽。
29.一种具有其中粒度的最大标准差处于或低于200的结晶结构的铝产品，所述铝产品是通过以下操作获得：
通过进料管的主喷嘴递送熔融金属；
使所述熔融金属穿过邻近所述主喷嘴定位且可浸没于熔融物贮槽内的二级喷嘴；以及
响应于使所述熔融金属穿过所述二级喷嘴而诱发通过所述二级喷嘴的补充流入，其中所述补充流入来源于所述熔融物贮槽。
30.根据权利要求29所述的铝产品，其中粒度的所述最大标准差处于或低于80。
31.根据权利要求29所述的铝产品，其中粒度的所述最大标准差处于或低于33。
32.根据权利要求29所述的铝产品，其中所述平均粒度处于或低于700μm。
33.根据权利要求29所述的铝产品，其中所述平均粒度处于或低于400μm。
34.根据权利要求29所述的铝产品，其中通过主喷嘴递送熔融金属包含使用耦合到所述进料管的流量控制装置诱发流动。
35.一种设备，包括：
进料管，其包含具有平行地耦合在一起的第一板和第二板的板喷嘴，其中所述进料管界定过道以用于朝向至少一个出口喷嘴引导熔融金属通过所述板喷嘴。
36.根据权利要求35的设备，进一步包括可浸没于熔融物贮槽中且可邻近所述板喷嘴的所述至少一个出口喷嘴定位的二级喷嘴，其中所述二级喷嘴包含限制，所述限制被成形以响应于来自所述板喷嘴的熔融金属穿过所述限制而产生低压区以使所述熔融物贮槽循环。
37.根据权利要求40的设备，其中所述二级喷嘴可去除式地可耦合到所述板喷嘴。
38.根据权利要求35的设备，其中所述至少一个出口喷嘴包含两个出口喷嘴用于在非平行方向上引导所述熔融金属。
39.根据权利要求38的设备，进一步包括可浸没于熔融物贮槽中的两个二级喷嘴，其中每一二级喷嘴可邻近所述板喷嘴的所述两个出口喷嘴中的相应一个定位，其中所述两个二级喷嘴中的每一个包含限制，所述限制被成形以响应于来自所述两个出口喷嘴中的所述相应者的熔融金属穿过所述限制而产生低压区以使所述熔融物贮槽循环。
40.根据权利要求35的设备，进一步包括耦合到所述进料管用于控制熔融金属通过所述板喷嘴的流量的流量控制装置。
41.根据权利要求40的设备，其中所述流量控制装置包含邻近所述进料管定位以产生通过所述过道的磁场的至少一个静态永久磁体，和定位于所述进料管中与所述过道接触的一对电极。
42.根据权利要求41的设备，其中所述一对电极和所述至少一个静态永久磁体被定位使得所述磁场的方向和穿过所述过道内的所述一对电极的电流的方向都是垂直于所述进料管的长度而定向。
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