JP2009090323A - Continuous casting machine and continuous casting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非鉄金属、特にアルミニウムの連続鋳造における湯面制御、特にトラフから鋳型に注湯する際のストッパ・フロート制御をおこなう連続鋳造装置及び連続鋳造方法に関するものである。 The present invention relates to a continuous casting apparatus and a continuous casting method for controlling a molten metal surface in continuous casting of a non-ferrous metal, particularly aluminum, particularly a stopper / float control when pouring from a trough to a mold.
自動車や家電用薄板材に用いられるアルミニウム板材若しくはアルミニウム合金板の鋳造法として、溶解炉もしくは保持炉に注入された溶湯を、トラフを経て、ダミーバーによって下部まで連続的に引き抜く連続鋳造装置を用いた連続鋳造が行われている。 As a casting method for aluminum plate materials or aluminum alloy plates used for thin plate materials for automobiles and home appliances, a continuous casting device was used to continuously draw the molten metal injected into the melting furnace or holding furnace to the lower part by a dummy bar through a trough. Continuous casting is performed.
この連続鋳造において鋳塊の下降に伴ってトラフから鋳型に溶湯を導入する際の流量制御の方法として、図16に示す様にスパウト100・フロート101による制御方法(図16(a))とともに、ストッパ102・フロート103による制御方法(図16(b))がある(軽金属基礎技術講座第五版(軽金属学会:2006年8月発行 アルミニウムの連続鋳造 図12掲示)。
In this continuous casting, as a method of controlling the flow rate when the molten metal is introduced from the trough into the mold as the ingot descends, as shown in FIG. 16, with the control method (FIG. 16 (a)) using the
ストッパ102・フロート103による制御方法にはフロート部に注湯された溶湯がフロート部でもまれる際に酸化物を巻き込みやすいという品質上の問題があり、その対策として注湯速度/あるいは注湯量を小さくする必要があった。このため、大型のスラブを製造する際にはストッパ102・フロート103による制御方法が主に使用されている。
The control method using the
ストッパ102・フロート103による制御方法ではトラフ104に所定の深さの溶湯が溜まった状態で、円柱状に加工されたストッパ102による開度調整を行って溶湯量制御が行なわれる。
しかし、所定の深さの溶湯が溜まった状態でもトラフ104内の溶湯は流動しており、このためストッパ102の下流側の溶湯には、流動する液体の流れが円柱状の物体にさえぎられる際に、下流側に発生するカルマン渦が発生し、そのカルマン渦が溶湯表面の酸化物を巻き込むことがあった。巻き込まれた酸化物は鋳塊内部に点在し、最終製品における介在物となって、製品特性を劣化させる原因となっていた。
In the control method using the
However, the molten metal in the trough 104 flows even when the molten metal of a predetermined depth is accumulated, and therefore, the molten liquid downstream of the
このとき巻き込まれる酸化物はフィルム状であり、そのサイズはカルマン渦のサイズとほぼ同じく、5〜20mmである。また巻き込まれる介在物は溶湯中に浮遊しているものであって、そのサイズは概ね10μm〜1000μmである。 The oxide involved at this time is in the form of a film, and its size is 5 to 20 mm, which is almost the same as the size of the Karman vortex. Moreover, the inclusions entrained are floating in the molten metal, and the size is approximately 10 μm to 1000 μm.
このカルマン渦は、通常、湯面深さが小さい場合に流動方向の下流側に顕著に発生し、そのカルマン渦がスパウトに到達する場合に溶湯表面の酸化皮膜が介在物として巻き込まれる。したがって、この対策としては湯面深さを所定量維持することによってカルマン渦の発生とこれに起因する酸化皮膜の巻き込みを防止することが必要となる。 This Karman vortex is normally generated on the downstream side in the flow direction when the molten metal surface depth is small, and when the Karman vortex reaches the spout, an oxide film on the surface of the molten metal is engulfed as an inclusion. Therefore, as a countermeasure, it is necessary to prevent the generation of Karman vortex and the entrainment of the oxide film due to this by maintaining a predetermined amount of the molten metal surface depth.
しかし、定常状態における湯面深さを所定量維持することは容易にできても、非定常状態(スタート時や終了時)における湯面深さを所定深さに維持することは、作業者が常時監視する状態で操業する態勢をとる必要もあり、作業者の負荷が大きかった。 However, even if it is easy to maintain a predetermined amount of the molten metal surface depth in the steady state, it is possible for the operator to maintain the molten metal surface depth in the unsteady state (at the start or at the end) at the predetermined depth. It was necessary to be ready to operate with constant monitoring, and the load on the workers was heavy.
特許文献1にはトラフの底面に形成した溶湯の流出口を上下動により開閉するストッパ本体を回転自在に支持するとともに下流部に攪拌羽根を取り付け、該ストッパ本体の回転により溶湯にストッパ本体に沿う上昇流を生じさせ、タンディシュ湯面高さが下がった場合でもロングストッパ周辺の上昇流によりダンディシュ湯面の介在物がノズルに吸引されることを防止できる連続鋳造用ロングストッパが開示された。
In
しかし、特許文献1の対策は溶湯を敢えて攪拌するものであり、そのための連続鋳造装置の複雑化とコスト増は避けられず、また攪拌により動的エネルギを溶湯に加えることにより溶湯の活性を徒に高めてしまうという問題がある。
そこでストッパを一体型の流線形にすることによって円柱状の物体にさえぎられる際に、下流側に発生するカルマン渦を防止する手段も考えられる。しかし、ストッパの形状を流線形に加工するには費用がかかり、またハンドリングの上でも破損しやすいなどの欠点がある。
However, the countermeasure of
Therefore, a means for preventing Karman vortices generated on the downstream side when the stopper is blocked by a cylindrical object by making it an integral streamline is also conceivable. However, it is expensive to process the stopper shape into a streamline shape, and there are drawbacks such as easy breakage in handling.
本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、連続鋳造製品における介在物の低減とストッパ・スパウト流量制御を両立させることができる連続鋳造装置及び連続鋳造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a continuous casting apparatus and a continuous casting method capable of achieving both reduction of inclusions in a continuously cast product and control of a stopper / spout flow rate.
本発明の発明者らは、円柱型のストッパの、トラフにおける溶湯流動方向の下流側に生じるカルマン渦の発生箇所や巻き込み状況を詳細に検討し、少なくともトラフにおける溶湯流動方向の下流側に、溶湯の流動方向と平行な方向の溶湯流を形成させることで、カルマン渦の発生を抑制できるとともに、溶湯表面の酸化皮膜や溶湯内に浮遊している各種非金属介在物の巻き込みを抑制できることを明らかにした。 The inventors of the present invention have studied in detail the occurrence of the Karman vortex and the state of entrainment of the cylindrical stopper on the downstream side of the molten metal flow direction in the trough, and at least on the downstream side of the molten metal flow direction in the trough It is clear that by forming a molten metal flow in a direction parallel to the flow direction of the steel, generation of Karman vortices can be suppressed and entrainment of various nonmetallic inclusions floating in the oxide film on the molten metal surface and in the molten metal can be suppressed. I made it.
すなわち本発明の連続鋳造装置は、取鍋あるいは、溶解炉もしくは保持炉からの溶湯が供給されるトラフと、そのトラフと鋳型間に配設される溶湯注入孔を有するスパウトと、溶湯注入孔の開口に着脱して閉塞・開放してスパウト通過溶湯量の調整を行うストッパとを有し、トラフにおける溶湯流動方向に沿って前記ストッパの軸芯位置を通る貫通孔を前記ストッパに具備したことを特徴とする。 That is, the continuous casting apparatus of the present invention includes a trough to which molten metal from a ladle, a melting furnace or a holding furnace is supplied, a spout having a molten metal injection hole disposed between the trough and the mold, and a molten metal injection hole. And a stopper for adjusting the amount of molten metal passing through the spout by attaching and detaching to the opening, and having a through hole passing through the axial position of the stopper along the molten metal flow direction in the trough. Features.
また本発明の連続鋳造方法は、取鍋あるいは、溶解炉もしくは保持炉からの溶湯をトラフに供給し、トラフと鋳型間に配設されるスパウトの溶湯注入孔にストッパを着脱してスパウト通過溶湯量の調整を行う連続鋳造方法において、トラフにおける溶湯流動方向に沿って前記ストッパの軸芯位置を通る貫通孔を前記ストッパに設けることを特徴とする。 Further, the continuous casting method of the present invention supplies molten metal from a ladle, a melting furnace or a holding furnace to a trough, and attaches / detaches a stopper to a molten metal injection hole of a spout disposed between the trough and the mold, thereby passing the spout through molten metal. In the continuous casting method in which the amount is adjusted, the stopper is provided with a through-hole passing through the axial center position of the stopper along the molten metal flow direction in the trough.
前記貫通孔の幅は5mm以上であることが好ましい。 The width of the through hole is preferably 5 mm or more.
前記貫通孔の下端がトラフ底面から50〜100mm、上端がトラフ底面から200mm以上であるのが望ましい。 It is desirable that the lower end of the through hole is 50 to 100 mm from the trough bottom surface, and the upper end is 200 mm or more from the trough bottom surface.
前記溶融金属をアルミニウムまたはアルミニウム合金としてもよい。 The molten metal may be aluminum or an aluminum alloy.
[作用]
図1に示される様に、流体流れ1中の流体流れに垂直方向のストッパ2後方におけるカルマン渦3の発生をきっかけとしてスパウト10内に流れ込む高速の溶湯による負圧効果と相俟ってカルマン渦糸4が発生し、トラフ湯面1aに存在する溶湯酸化膜や介在物をスパウト10内に引き込み最終的製品に介在物が混入される。
[Action]
As shown in FIG. 1, the Karman vortex coupled with the negative pressure effect due to the high-speed molten metal flowing into the
発明者らの検討した結果によれば、溶湯面の酸化被膜や溶湯内に浮遊している各種非金属介在物を巻き込むような有害なカルマン渦3の発生箇所は溶湯流速、湯面高さやストッパ2の直径に依存し、図2に示す領域αで最も顕著であり、この領域αは、ストッパ2直径が2rである時に、ストッパ2下流側で、以下(i)(ii)式で定義される領域であった。
(i)ストッパ2中心からの溶湯流れ方向への距離L
r<L≦2r
(ii)ストッパ2中心からの溶湯流れ方向と垂直方向への距離w
−0.5r≦w≦0.5r
According to the results of the examination by the inventors, the occurrence point of harmful Karman
(I) Distance L from the center of the
r <L ≦ 2r
(Ii) The distance w from the center of the
−0.5r ≦ w ≦ 0.5r
本発明の連続鋳造装置及び連続鋳造方法によればストッパの軸芯部を通る位置を貫通するように具備した貫通孔によって、ストッパの下流側に溶湯流の適切な流れを形成することができ、渦が発生しても溶湯面の酸化皮膜を巻き込むような有害な渦には至らず、カルマン渦がスパウトに到達して溶湯表面の酸化皮膜が介在物として巻き込まれることを防止することができる。
したがって本発明の連続鋳造装置及び連続鋳造方法によれば湯面深さを所定深さにすることで介在物の巻き込みが抑制される定常状態だけでなく、湯面深さが小さい場合に流動方向の下流側にカルマン渦が顕著に発生する湯面深さが150mmを下回る鋳造スタート時や終了時などの非定常状態においても、カルマン渦がスパウトに到達して溶湯表面の酸化皮膜が介在物として巻き込まれることを防止することができる。
According to the continuous casting apparatus and the continuous casting method of the present invention, an appropriate flow of the molten metal flow can be formed on the downstream side of the stopper by the through hole provided so as to penetrate the position passing through the axial core portion of the stopper, Even if the vortex is generated, a harmful vortex that involves the oxide film on the surface of the molten metal is not reached, and the Karman vortex reaches the spout and the oxide film on the surface of the molten metal can be prevented from being involved as an inclusion.
Therefore, according to the continuous casting apparatus and the continuous casting method of the present invention, not only the steady state in which inclusion inclusion is suppressed by setting the molten metal surface depth to a predetermined depth, but also the flow direction when the molten metal surface depth is small. Karman vortex reaches the spout and the oxide film on the surface of the melt as inclusions even in the unsteady state such as casting start and end when casting surface depth is less than 150mm where Karman vortex is significantly generated downstream of Involvement can be prevented.
本発明の連続鋳造装置及び連続鋳造方法によれば、酸化皮膜の巻き込みを抑制できるため、鋳塊品質が向上するとともに、加工後の製品品質も向上する。 According to the continuous casting apparatus and the continuous casting method of the present invention, the entrainment of the oxide film can be suppressed, so that the ingot quality is improved and the product quality after processing is also improved.
以下に本発明の連続鋳造装置を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図3に示す様に本発明の連続鋳造装置5では、溶湯は、まず図示しない取鍋あるいは、溶解炉もしくは保持炉からトラフ6に供給される。
Hereinafter, the best mode for carrying out the continuous casting apparatus of the present invention will be described in detail.
As shown in FIG. 3, in the
次いでトラフ6出口部分でトラフ6のすぐ下部にある水冷された鋳型7に接触した溶湯は急冷凝固し、凝固した鋳片8の先端が図示しないダミーバーで引き抜かれ、ダミーバーで引き抜かれた鋳片8は、鋳型7を経て凝固しながら連続的に引き抜かれる。トラフ6と鋳型7間には注入孔9を有するスパウト10が配設され、ストッパ2によってスパウト10通過溶湯量の調整が行われる。
Next, the molten metal contacting the water-cooled mold 7 immediately below the
係る本実施の形態の連続鋳造装置5では、ストッパ2は断面円形状とされ、トラフ6における溶湯流動方向に沿ってストッパ2のストッパ2軸芯部を通る位置を貫通する貫通孔11が設けられ、それにより溶湯流を貫通孔11を通過させて流動させ、直径2rのストッパ2の下流側の前記領域αにおいて、溶湯流動方向に沿って、溶湯流動方向と平行な方向の流れを強制的につくることで、有害な渦の発生を抑制し、溶湯表面の酸化皮膜の巻き込みを防止する。
In the
貫通孔11の大きさが小さい場合には、貫通孔11における酸化皮膜の付着や閉塞により酸化皮膜を巻き込みやすくなることと、貫通孔11通過時の圧力損失が大きくなって溶湯流速が小さくなり、渦の解消に至らないことから、貫通孔11の幅は好ましくは5mm以上、より好ましくは10mm以上、さらに好ましくは15mm以上が良い。一方、貫通孔11が大きすぎるとストッパ2の実体強度が小さくなり、ハンドリング時に破損しやすくなるので、貫通孔11の幅はストッパ2直径に対して50%以下が、より好ましくは40%以下が良い。
When the size of the through-
貫通孔11の形状としては特に制限はないが、円形ドリルにて溶湯深さ方向に連続的に貫通孔11を開け、その後内面を四角形や楕円形に加工しても良い。
Although there is no restriction | limiting in particular as a shape of the through-
図4は貫通孔11の適正な位置を示し、貫通孔11aはその下端とトラフ6の底面6aとの間に50mmの間隔が設けられる態様を示し、貫通孔11bはその下端とトラフ6の底面6aとの間に50〜200mmの間の値の間隔が設けられる態様を示し、貫通孔11cはその下端とトラフ6の底面6aとの間に200mmの間隔が設けられる態様を示す。
FIG. 4 shows an appropriate position of the through
湯面高さが十分に高くない場合には、貫通孔11はトラフ6内における湯面位置に相応する高さ位置まで達して設けられてあることが必要である。しかし、トラフ6の底面6aから200mmを越える位置については、十分に湯面高さが高く酸化被膜や介在物の巻き込みを生じることはない。したがって、図4にも示すようにストッパ2における貫通孔11は必ずしも湯面位置に相応する高さ位置まで達している必要はない。また、ストッパ2先端部に近い位置に達して貫通孔11が設けられている場合には貫通孔11を通して酸化被膜や介在物を巻き込みやすくなり逆効果になる。
When the molten metal surface height is not sufficiently high, the through-
以上のことから貫通孔11の位置は、トラフ6の底面6aから測った高さ位置として50〜200mmの範囲に位置することが好ましく、より好ましくは100〜200mmの範囲に位置することが良い。
また、ストッパ2軸芯から離れた位置に貫通孔11を設けた場合には、ストッパ2下流側での流れの不均一を生じてしまい、所望の効果が得られない。
From the above, the position of the through
In addition, when the through
また鋳造の対象となる溶融金属としてはアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが特に好適であるが、鉄鋼など他の金属や合金としてもよい。 The molten metal to be cast is particularly preferably aluminum or an aluminum alloy, but may be other metals or alloys such as steel.
図5は本発明の一実施の形態の連続鋳造装置におけるストッパ2が有する貫通孔11の態様を模式的に示す。
この実施の形態ではストッパ2が有する貫通孔11はストッパ2側面から視認した形状を四角形とし、ストッパ2における貫通孔11の貫通位置は、トラフ6内の溶湯流に沿ってストッパ2の軸心を通過する位置とされる。
FIG. 5 schematically shows an aspect of the through
In this embodiment, the through
図6は本発明の他の実施の形態の連続鋳造装置におけるストッパ2が有する貫通孔11の態様を示す。
この実施の形態ではストッパ2が有する貫通孔11はストッパ2側面から視認した形状を真円形とし、ストッパ2における貫通孔11の貫通位置は、トラフ6内の溶湯流に沿ってストッパ2の軸心を通過する位置とされる。
FIG. 6 shows an aspect of the through
In this embodiment, the through
図7は本発明のさらに他の実施の形態の連続鋳造装置におけるストッパ2が有する貫通孔11の態様を示す。
この実施の形態ではストッパ2が有する貫通孔11はストッパ2側面から視認した形状を楕円形とし、ストッパ2における貫通孔11の貫通位置は、トラフ6内の溶湯流に沿ってストッパ2の軸心を通過する位置とされる。
FIG. 7 shows an aspect of the through
In this embodiment, the through
図8は本発明の別の実施の形態の連続鋳造装置におけるストッパ2が有する貫通孔11の態様を示す。
この実施の形態ではストッパ2が有する貫通孔11はストッパ2側面から視認した形状を略菱形とし、ストッパ2における貫通孔11の貫通位置は、トラフ6内の溶湯流に沿ってストッパ2の軸心を通過する位置とされる。
FIG. 8 shows an aspect of the through
In this embodiment, the through
図9は本発明のさらに別の実施の形態の連続鋳造装置におけるストッパ2が有する貫通孔11の態様を示す。
この実施の形態ではストッパ2が有する貫通孔11はストッパ2側面から視認した形状を台形とし、ストッパ2における貫通孔11の貫通位置は、トラフ6内の溶湯流に沿ってストッパ2の軸心を通過する位置とされる。
FIG. 9 shows an aspect of the through
In this embodiment, the through
図10は本発明のさらに別の実施の形態の連続鋳造装置におけるストッパ2が有する貫通孔11の態様を示す。
この実施の形態ではストッパ2は縦列した一対の貫通孔11を有し、各貫通孔11のストッパ2側面から視認した形状は円形とされ、ストッパ2における各貫通孔11の貫通位置は、トラフ6内の溶湯流に沿ってストッパ2の軸心を通過する位置とされる。
FIG. 10 shows an aspect of the through
In this embodiment, the
図11には本発明のさらに他の実施の形態の連続鋳造装置を示す。
上述の各実施の形態ではスパウト10の入口における流量制御の場合であったのに対し、この実施の形態では、スパウト10の出口における流量制御の場合のストッパ2下流側におけるストッパ2が有する貫通孔11の態様を示す。
この実施の形態でも前述の各実施の形態と同様にトラフ6内におけるストッパ2軸芯部を通る位置を貫通する貫通孔11をストッパ2下流側におけるカルマン渦の発生箇所に対応する適正な位置に配置することで、ストッパ2の周囲では、カルマン渦流(カルマン流)の発生が抑制され、トラフ6の湯面に存在する溶湯酸化膜や介在物がスパウト10内に引き込まれることが防止される共に適正なストッパ2・スパウト流量制御が行われる。
FIG. 11 shows a continuous casting apparatus according to still another embodiment of the present invention.
In each of the embodiments described above, the flow rate control at the inlet of the
Also in this embodiment, the through-
実施例
図5に示す本発明の実施の形態の連続鋳造装置を用いて、本発明の連続鋳造方法の実施例として5182合金の鋳塊(400mm厚×1600mm幅)を連続鋳造機で鋳造した。 このときトラフ6内における湯面深さは130mmとした。鋳造した後に、底部300mm、頭部200mmを切断し、その後長辺側表面を片側10mm面削し、ソーキングをした後に、熱間圧延後冷間圧延を行って、1.6mm厚の板とした。そのコイルの板からサンプル30cm×30cmを切り出し、水蒸気雰囲気で450℃×1Hの加熱を行ってふくれ欠陥の個数を調査した。
また、他の条件は実施例と同一として、以下に示す各比較例の連続鋳造方法を行い、実施例と同様にして、欠陥の個数を調査した。以上の実施例及び比較例の調査結果を表1に示す。
Example Using a continuous casting apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 5, an ingot (400 mm thickness × 1600 mm width) of 5182 alloy was cast by a continuous casting machine as an example of the continuous casting method of the present invention. At this time, the hot water surface depth in the
In addition, the other conditions were the same as in the example, and the continuous casting method of each comparative example shown below was performed, and the number of defects was investigated in the same manner as in the example. Table 1 shows the results of the above examples and comparative examples.
図12は比較例1を示しストッパ2に貫通孔11を形成することなく鋳造した。
図13は比較例2を示し円形のストッパ2が有する貫通孔11を四角形で幅3mm、トラフ底面から測った貫通孔11位置の下端〜上端を100〜200(mm)として鋳造を行った。
図14は比較例3を示し円形のストッパ2が有する貫通孔11を四角形で幅20mm、トラフ底面から測った貫通孔11位置の下端〜上端を20〜50(mm)として鋳造を行った。
図15は比較例4を示し円形のストッパ2が有する貫通孔11を四角形で幅20mm、トラフ底面から測った貫通孔11位置の下端〜上端を100〜200(mm)とし、係る貫通孔11を溶湯流に沿ってストッパ2の軸心から外れ対置に設けて鋳造を行った。
FIG. 12 shows Comparative Example 1 and was cast without forming the through
FIG. 13 shows Comparative Example 2 in which the through-
FIG. 14 shows Comparative Example 3 in which the
FIG. 15 shows Comparative Example 4 in which the
表1に示される様に実施例1〜実施例3では介在物個数(ふくれ欠陥個数/900cm2)が0であり、実施例4でも介在物個数が2であるのに対し、何れの比較例も介在物個数(ふくれ欠陥個数/900cm2)が20程度に達し、最も低い比較例2でも介在物個数は11に達しており、本発明の連続鋳造方法によれば酸化皮膜の巻き込みを抑制でき、鋳塊品質向上に格段に優れることが認められる。 As shown in Table 1, in Examples 1 to 3, the number of inclusions (the number of blister defects / 900 cm 2 ) is 0, and in Example 4, the number of inclusions is 2, whereas any of the comparative examples In addition, the number of inclusions (the number of blister defects / 900 cm 2 ) reaches about 20, and the number of inclusions reaches 11 even in the lowest comparative example 2. According to the continuous casting method of the present invention, the inclusion of the oxide film can be suppressed. It is recognized that the ingot quality is remarkably improved.
2・・・ストッパ、6・・・トラフ、10・・・スパウト、9・・・注入孔、11・・・貫通孔。 2 ... stopper, 6 ... trough, 10 ... spout, 9 ... injection hole, 11 ... through hole.
Claims (5)
The continuous casting method according to any one of claims 2 to 4, wherein the molten metal is aluminum or an aluminum alloy.
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2018108788A1 (en) | 2016-12-12 | 2018-06-21 | Vesuvius Group, S.A. | Stopper equipped with an integrated temperature measurement device |
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- 2007-10-09 JP JP2007263068A patent/JP2009090323A/en active Pending
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WO2018108788A1 (en) | 2016-12-12 | 2018-06-21 | Vesuvius Group, S.A. | Stopper equipped with an integrated temperature measurement device |
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