JP2011526205A - Method and apparatus for removing cooling water from ingot using water jet - Google Patents
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Abstract
例示的な実施形態は、鋳造の際に生ずるインゴットの表面を冷却するのに用いる冷却水を取り除くことに関する。冷却水は、水ジェットと接触した際に冷却水を表面から取り除く水ジェットを所定の角度で所定の運動量を伴って表面に向けることにより取り除かれ、除去する位置よりも下の位置で冷却水が再びインゴット表面に接触するのを防止する経路に従う。このための装置は、水ジェットを形成するためのノズルと、充分な圧力および流速の水をノズルに供給するための装置とを含む。 Exemplary embodiments relate to removing the cooling water used to cool the surface of the ingot that occurs during casting. The cooling water is removed by directing the water jet that removes the cooling water from the surface when it comes into contact with the water jet at a predetermined angle toward the surface with a predetermined momentum. Follow a path that prevents contact with the ingot surface again. An apparatus for this includes a nozzle for forming a water jet and an apparatus for supplying water of sufficient pressure and flow rate to the nozzle.
Description
本発明は、金属インゴットの鋳造に関する。より詳細には、本発明は、インゴットに冷却水を付与および取り除くことによる、インゴットが鋳造装置から出てきた際のこのようなインゴットの冷却に関する。 The present invention relates to casting a metal ingot. More particularly, the present invention relates to cooling such an ingot as it exits the casting apparatus by applying and removing cooling water from the ingot.
ダイレクトチル(DC)鋳造(電磁鋳造(EMC)を含む方法)、ローリングスラブインゴット(rolling slab ingot)、鍛造インゴット(forging ingot)、引き抜きインゴット(extrusion ingot)等を製造するためのホットトップ(hot top)技術のような、各種の金属インゴットの鋳造方法がある。これら各種の鋳造方法は、インゴット表面の凝固を確実にするようにおよびインゴットが完全に凝固する前にインゴットの内部から溶融金属が流れ出す可能性を低減するように、それらがモールドから出てくる際にインゴットの外面に冷媒を適用することを含み得る。しばしばインゴットは垂直に鋳造されるがしかし、例えば水平ダイレクトチル鋳造(HDC)のような、水平鋳造もまた実施されている。垂直ダイレクトチル鋳造の場合、とりわけ、冷却水がモールドの底部の周囲のインゴットの外側表面に向けられ、冷却水がインゴットの側面を流れ落ちる。 Hot top for manufacturing direct chill (DC) casting (method including electromagnetic casting (EMC)), rolling slab ingot, forging ingot, drawing ingot, etc. There are various metal ingot casting methods, such as technology. These various casting methods are used as they exit the mold to ensure solidification of the ingot surface and to reduce the possibility of molten metal flowing out of the ingot before it completely solidifies. Applying a refrigerant to the outer surface of the ingot. Often ingots are cast vertically, but horizontal casting is also practiced, such as horizontal direct chill casting (HDC). In the case of vertical direct chill casting, inter alia, cooling water is directed to the outer surface of the ingot around the bottom of the mold and the cooling water flows down the side of the ingot.
いくつかの目的のために、モールド出口から所定の距離でインゴットの表面から冷却水を取り除くことが望ましい。これのことは、表面が水冷ではなく空冷になることから、この位置からインゴットの冷却速度が減少する。例えば、Zinnigerによる1980年12月9日発行の米国特許公報第4,237,961号に示されるように、冷却水は、物理的なワイパーまたは金属表面に接触するスキージ(squeegee)のような装置を用いて取り除いてもよいがしかし、インゴットの表面はまだ熱く、ワイパー装置は早々に劣化する(とりわけ、溶融金属をワイパーのエラストーマ材料または支持構造体の金属と接触させるように金属の流れ出しがある場合)。鋳造工程の早い段階においてこの種の機械的ワイパーを用いることもまた困難であり得る。インゴットのバット(または端部、butt)(底部)の形状が機械的な拭き取りを困難にする(とりわけ、薄いインゴットの場合)。例えば、DC鋳造において、初期充填(またはイニシャルフィル、initial fill)、スタートダウン(start down)、第1カール(curl)および第2カールの間に、金属は、モールドから垂れるまたは流れ出すことがあり、溶融金属がワイパーに集まり、インゴットを拭うことができるようになる前にエラストーマの接触材料を燃やす。従って、ワイパーは通常、バットカール(butt-curl)の発生の後まで使用されない(すなわちインゴットが10〜14インチ現れた後のみ)。インゴットに機械的に係合するワイパーは、ファイナルカールの前に係合させることができない(つまり、繰り返すがインゴットの最初の10〜14インチは、如何なる水も取り除かれる前に実質的に冷却される)。ワイパーの係合の後、バット部分と連続部分(run portion)との異なる温度は、鋳造、予熱および圧延の際に更なる加工上の問題またはスクラップの形成をもたらし得る、多様な金属学的構造ならびに応力を生ずる。 For some purposes, it is desirable to remove cooling water from the surface of the ingot at a predetermined distance from the mold exit. This is because the cooling rate of the ingot is reduced from this position because the surface is not air cooled but air cooled. For example, as shown in US Pat. No. 4,237,961, issued Dec. 9, 1980 by Zinnigger, cooling water is a device such as a squeegee that contacts a physical wiper or metal surface. However, the surface of the ingot is still hot and the wiper device deteriorates prematurely (especially there is a metal flow to bring the molten metal into contact with the wiper elastomeric material or the metal of the support structure) If). It can also be difficult to use this type of mechanical wiper early in the casting process. The shape of the ingot butt (or butt) (bottom) makes mechanical wiping difficult (especially for thin ingots). For example, in DC casting, during initial fill, start down, first curl and second curl, the metal may droop or flow out of the mold, Burn the elastomer contact material before the molten metal collects in the wiper and can wipe the ingot. Thus, the wiper is typically not used until after the occurrence of butt-curl (ie only after the ingot has appeared 10-14 inches). A wiper that mechanically engages the ingot cannot be engaged before the final curl (i.e., the first 10-14 inches of the ingot are substantially cooled before any water is removed) ). After wiper engagement, different temperatures in the butt and run portions can result in further processing problems or scrap formation during casting, preheating and rolling, a variety of metallurgical structures As well as stress.
例えば1995年4月5日発行のZeiglerによる米国特許第2,705,353号に示されるように、鋳造金属から冷却水を吹き飛ばす、例えば圧縮空気のような、ガスのジェットを用いて冷却水を取り除くことが知られている。しかしながら、圧縮可能なガスの圧縮に伴う非効率が原因で、圧縮空気ワイパーは導入および使用のコストが高い。Wagstaffらによる米国特許第5,685,359号は直接2次冷却に用いるための、重なり合うスプレーパターンを有する冷却剤スプレーホール(または穴)を示しているがしかし、該スプレーホールは冷却水の除去には用いられていない。 For example, as shown in US Pat. No. 2,705,353 issued by Zeigler on April 5, 1995, cooling water is blown from a cast metal using a jet of gas such as compressed air. It is known to remove. However, due to the inefficiencies associated with compressible gas compression, compressed air wipers are expensive to install and use. US Pat. No. 5,685,359 to Wagstaff et al. Shows a coolant spray hole (or hole) with an overlapping spray pattern for direct secondary cooling, but the spray hole removes cooling water. Is not used.
Ohatakeらによる米国特許第5,431,214号は、冷却水ジェットを記載しているが、しかし、このようなジェットもまた冷却水の除去には用いられていない。 U.S. Pat. No. 5,431,214 by Ohtake et al. Describes a cooling water jet, but such a jet is also not used for cooling water removal.
このようなインゴットから表面の冷却水を取り除く改良された方法についての要望がある。 There is a need for an improved method of removing surface cooling water from such ingots.
本発明の例示的な実施形態は、金属インゴットの表面から冷却水を取り除く方法を提供し、該方法では冷却水は該表面を鋳造方向に流れる。この方法は、1またはそれ以上の水スプレーを、該表面を流れる冷却水が該スプレーと衝突(または接触、encounter)した際に該冷却水を該表面から分離するのに効果的な角度および流速でインゴットの表面に向けることを含む。好ましくは、十分な水が取り除かれ、自然膜沸騰(または膜沸騰、natural boiling)を起こすことができ、これにより水スプレーの短い距離内で全ての水を取り除く。 Exemplary embodiments of the present invention provide a method of removing cooling water from the surface of a metal ingot, where the cooling water flows through the surface in the casting direction. This method provides an angle and flow rate effective to separate one or more water sprays from the surface when the cooling water flowing through the surface impinges (or contacts) the spray. Including pointing to the surface of the ingot. Preferably, enough water is removed to allow natural film boiling (or natural boiling), thereby removing all water within a short distance of the water spray.
別の例示的実施形態は、金属インゴットの表面から冷却水を取り除く装置を提供し、該装置では、冷却水が該表面を鋳造方向に流れる。該装置は、水スプレーを該表面に向けるように構成された1またはそれ以上のノズルを含み、該ノズルは、該表面を流れる冷却水が該水スプレーと接触した際に水スプレーが該冷却水を該表面から分離するのに用いるのに効果的になるように、位置し、方向付けられ(またはある角度に向けられ、angle)ている。該装置は、またノズルに水を供給するための1以上の導管(または水路、conduit)と、ノズルに供給する水を加圧するための1以上の加圧装置とを含んでいる。 Another exemplary embodiment provides an apparatus for removing cooling water from the surface of a metal ingot, where the cooling water flows through the surface in the casting direction. The apparatus includes one or more nozzles configured to direct a water spray toward the surface, the nozzle causing the water spray to flow when the cooling water flowing through the surface contacts the water spray. Is positioned and oriented (or angled) so that it is effective for use in separating the surface from the surface. The apparatus also includes one or more conduits (or conduits) for supplying water to the nozzle and one or more pressure devices for pressurizing the water supplied to the nozzle.
これらの例示的な実施形態によれば、インゴットが鋳造される際に、その表面から冷却水を取り除くのに、水ジェットまたはスプレーが用いられる。水ジェットを形成するための装置は、除去用の媒体が水(この水はインゴットを冷却するのに用いる水と同じ水源から取ってよい。)であろうことを考慮すると、設置および運転が経済的である。ジェットは流れ出す溶融金属の影響を受けず、製造されるインゴットの形状の如何なる変化にも追従することから、該方法および装置は、鋳造操作の間に早期に用いてよく、また、鋳造モールドの出口に隣接してよい。 According to these exemplary embodiments, a water jet or spray is used to remove cooling water from the surface of the ingot as it is cast. The apparatus for forming the water jet is economical to install and operate, considering that the removal medium will be water (this water may be taken from the same water source used to cool the ingot). Is. Since the jet is unaffected by the flowing molten metal and follows any changes in the shape of the ingot produced, the method and apparatus may be used early during the casting operation and the casting mold outlet May be adjacent to
添付の図を参照して本発明は以下により詳細に示される。 The present invention is illustrated in more detail below with reference to the accompanying figures.
本発明の例示的実施形態は、アルミニウム、マグネシウムまたは銅合金のインゴットのような、例えば非鉄金属または軽金属のインゴットのような、新たに形成された金属インゴットを冷却する水の流れを用いた多くの種類の装置と共に用いてよい。しかしながら、例示的な実施形態は、とりわけ、DC鋳造装置と共に用いるのに適しており、好ましくかつ例示的な実施形態がより理解されうるように、このような装置の1つの形態を図1に示し、以下に簡潔に記載する。しかしながら、本発明はこの種の装置に限定されるものではないことに留意されたい。 Exemplary embodiments of the present invention are based on a number of water streams that cool newly formed metal ingots, such as non-ferrous or light metal ingots, such as aluminum, magnesium or copper alloy ingots. It may be used with any type of device. However, the exemplary embodiment is particularly suitable for use with a DC casting apparatus, and one form of such an apparatus is shown in FIG. 1 so that the preferred and exemplary embodiments can be better understood. A brief description is given below. However, it should be noted that the present invention is not limited to this type of device.
図1は、金属インゴットを製造するダイレクトチル鋳造モールドの垂直断面であり、インゴットの外表面から冷却水を取り除くための既知の配置を示す。この装置は、2007年5月10日に発行された、Wagstaffらによる米国特許公開第2007/0102136号に開示されている(この公報の開示は、この参照により明確に本明細書に取り込まれる。)。モールドは概して10で示され、開口した上部入口11と開口した下部出口12とを備える。矢印13により示されるように、モールドの入口に溶融金属が導入される。モールドは、モールドの内壁を冷却する再循環冷却水15が満たされた主冷却チャンネル14を含む。溶融金属は、モールド壁の付近を冷却し、モールドから現れるエンブリオニックインゴット(または、初期のインゴット、embryonic ingot)16を形成する。エンブリオニックインゴットは、完全に凝固したインゴット19を形成するようにモールドの出口12から離れた場所で完全な凝固を生ずるまでインゴットが降下するとともに厚さが増加する固体金属シェル18に囲まれた溶融金属溜り(または溶融金属サンプ、molten metal sump)17を有する。冷却水20の流れまたはジェットがモールドの下部出口12に隣接するチャンネル(または水路)14からインゴットの表面に注がれ、溶融金属溜まりの周りの固体外側シェル18を形成および維持するのを助力する。冷却水は、エンブリオニックインゴットの側面に沿って流れ落ちるがしかし、モールドの出口から距離Xに位置する機械式ワイパー21により取り除かれる。このようにして取り除かれた冷却水20は、インゴット19から離れ、更なる冷却効果を有しない流れ22を形成する。柔軟で可撓性のある材料またはエラストーマ材料から成り、インゴットの外面に物理的に接触し冷却水を取り除くワイパーは、アニュラス(または環帯、annulus)な形態である。ワイパーは、金属等より成る堅いホルダー(図示せず)により保持されている。図1の装置では、距離Xはインゴットが「自己均質化(self homogenized)」するように構成される。当然ながら、冷却水がモールドから所定の位置で取り除いてよい理由は他にもあり、従って例示的実施形態はこの1つの目的に限定されるものではない。
FIG. 1 is a vertical section of a direct chill casting mold for producing a metal ingot, showing a known arrangement for removing cooling water from the outer surface of the ingot. This device is disclosed in U.S. Patent Publication No. 2007/0102136 issued to Wagstaff et al., Issued May 10, 2007 (the disclosure of this publication is specifically incorporated herein by this reference). ). The mold is indicated generally at 10 and comprises an open
本発明の好ましい例示的実施形態では、21で示す種類の機械式ワイパーは、インゴットの表面から冷却水を取り除く一連の水ジェット(またはウォータジェット)に置き換えてもよい。これは例として添付の図、図2〜図11に示されている。図2は、ダイレクトチル鋳造モールドから下部に離れたインゴットの水平断面であり、ここで冷却水が取り除かれる。下方に流れる冷却水20の表面層を有するインゴット19(またはエンブリオニックインゴット16)は、狭い水平方向の間隔で、ダイレクトチル鋳造モールド10の底壁26(図4および図5を参照されたい)から下方に延在する短い固体の垂直壁25(例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼のような金属より成る)により完全に取り囲まれている。この壁25は、必須ではないがしかし、隣接する領域で同時に鋳造され得る他のインゴットに水が噴き出すのを防止するシールドとして機能する。壁25は、図示する実施形態において、全てが同じ垂直高さに位置する多くの穴(hole)またはスロット(slot)27により貫通されている。細長いノズル28が、壁の外側からそれぞれのスロットを通って延在し、インゴットの表面29から短い距離で終端となっている。図2に最も良く示されているように、インゴット19のそれぞれの側面で、ノズル28は、加圧した水をノズルに供給するマニホルド30に接続され、マニホルドは可撓性を有する高圧ホース(high pressure flexible hose)31、32および33により直列に(または順に、in series)一緒に接続されている。直列の配置のうち、第1のマニホルドは、可撓性を有する高圧ホース34により加圧した水を供給するための装置35(例えば、ポンプのような)に接続されている。このようにして加圧した水が供給されると、それぞれのノズルは、水のジェット36(図3)をインゴットの表面29に向けて噴霧する。それぞれのノズルが水の平坦な扇形状(the shape of flat fan)を有するジェット36を形成していることが判るだろう。従って、ジェット36は、垂直側面図において概して平坦であるがしかし、平面図において外側に拡がっており、水平に拡がるのと比べて、それらは遙かに小さい距離、垂直に拡がっている。扇状のジェット36は、好ましくは、図示するように部分的に重なり合っている。水ジェットの頂点の角度は(図3の平面図に示すように)、好ましくは、少なくとも65°であり、72°またはそれ以上であってよい。ノズルは、好ましくは、互いに(および/またはインゴットから)インゴットの表面で1インチ〜2インチの重なりを与えるのに効果的な距離だけ間隔をあけている。この配置はとりわけ好ましいが、一方で、後述する実施形態により、他の形状の水ジェット(例えば、円筒状ジェット)を形成するノズルもまた代わりに用いてもよいこと、およびジェットの重なりは常に必要なわけではないことが判るだろう。
In a preferred exemplary embodiment of the present invention, a mechanical wiper of the type indicated by 21 may be replaced with a series of water jets (or water jets) that remove cooling water from the surface of the ingot. This is shown by way of example in the attached figures, FIGS. FIG. 2 is a horizontal section of the ingot away from the direct chill casting mold where the cooling water is removed. An ingot 19 (or an embryonic ingot 16) having a surface layer of cooling
マニホルド30は、任意のサイズおよび形状であってよいが、しかし好ましくは、断面が正方形(例えば、一辺が11/4インチの)であり、ノズル28は、好ましくは互いに約5インチ以下の間隔により配置されている。ただし、これは、特定のモールドおよび間隔の配置に適合するように変わり得る。標準的なDC鋳造装置について、マニホルド30は、例えば、長さ1720mm(インゴットの長辺側)および長さ560mm(インゴットの短辺側)であってよい。ノズル28に供給する水の圧力は、ほとんど又は全ての冷却水のインゴット表面から取り除くのに適している必要があり、好ましくは、少なくとも80psi、最大約150psiであり、より好ましくは100〜120psiの範囲であり、それぞれのノズルにおいて、モールド外周の周りの距離1リニアインチあたり、1分あたり少なくとも0.4ガロン(gpm/in)、最大約1.5gpm/in(理想的には0.6〜1.0gpm/inの範囲)の流速を与える。モールド吐出流量(または排出量、discharge flaw rate)(ワイパーより前にモールドから排出された全ての水に関する流量)が、好ましくは少なくとも0.6gpm/in、最大1.5gpm/inであり、好ましくは0.7〜1.0gpm/inの範囲である。詰まるまたは他の注意が必要な場合、1以上のマニホルドの交換を行なうために容易に接続を断つおよび再接続できるように、高圧ホース31、32、33および34は好ましくは、着脱容易な取り付け具(quick release fittings)により、マニホルドに取り付けられる。さらに、マニホルド30は、好ましくは、それらをインゴット19の近く移動するもしくはインゴット19からより遠くに移動する、および/または鋳造モールドの近くに移動もしくは鋳造モールドからより離れて移動することができる装置(図示せず)上に支持される。また、ノズルを水平軸の周りに回転可能にして、状況に応じて決定するように、インゴット表面対するスプレーの角度を調整可能にすることが望ましい。
ジェットの動作は、図4および図5に最も良く示されており、これらの図は鋳造モールド10の底壁26の領域における詳細な垂直断面図である。マニホルド30は、簡単にするため、これらの図では省略されているがしかし、壁25のすぐ外側に位置する。図4は、ジェットが始まる前の状況を示す。ノズル28は、垂直壁25を通って延在し、鋳造モールドの出口12から現れるインゴット19の表面29の方を向いている。冷却水20がモールドのチャンネル14の底部の開口部から表面29に流れ、水は連続層内をインゴットの外面に沿って下方に流れる(矢印Aで示すように)。水ジェットの稼働がないと、冷却水はインゴットの底部または集水プールに到達するまでこのようにインゴットを流れ落ちる。図5に示すように、モールドの底部から距離Xにおいて冷却水を取り除くように、ノズル28に加圧した水が供給され、インゴットの表面29に接触する平坦な扇形のジェット36を形成する。ジェットが十分な運動量(水の体積および流速)と、冷却水の流れの方向に対して逆流する動きの成分を有する、表面29に対する適切な角度α(好ましくは65°〜75°の範囲、より好ましくは68°〜72°)とを有する場合、ジェットは冷却水を剥ぎ取り(または取り去り、strip)、インゴット表面29から離れた後の冷却水を上向きの流れ40(矢印Bで示すように)にさせる。これは、ノズル28が、好ましくは、水平から15°〜25°(より好ましくは19°〜22°)の角度で上向きに向けられている(流れ20が下方に流れる場合)こと意味する。最も効果的な角度は、特定の状況で試験および実験により決定され得るのであるが。ジェットの重なりは、インゴットから、流れる水を取り除くのをさらに助ける。重なり合った領域で水により形成された運動量は、「相互作用噴水(interactive fountain)」効果により、流れる水をインゴットから吹き散らす(spray away)のを助けるためである。理想的には、このようにして十分な量の水が取り除かれ、高温のインゴットのおかげで早急に乾燥する薄い残留フィルムのみが残る。
The operation of the jet is best illustrated in FIGS. 4 and 5, which are detailed vertical sectional views in the region of the
好ましくは、冷却水の上向きの流れは、インゴットとモールドとの間の接点に衝突することなく、かつモールドのキャビティーに入ることなく、鋳造モールドの底壁26に当たり跳ね返り、その後、垂直壁25の内面42を流れ落ち(矢印Cで示すように)、距離Xを越えて冷却水とインゴットの表面29との更なる接触はない。冷却水は、従って、装置の機械的部分からの如何なる直接接触もなく、表面から剥ぎ取られる。
Preferably, the upward flow of cooling water bounces off the
距離Xを過ぎてインゴットの冷却の所望の減少を達成するように、十分な冷却水が表面29より取り除かれる必要があることに留意すべきである。理想的には、全てまたは実質的に全ての水がこのように取り除かれるがしかし、距離Xを過ぎて少量の冷却水が残存することから、これはいつも必須というわけではない(おそらく、可能である)。しかしながら、これらの残存量は、インゴットの熱によって起こる蒸発のために、通常、迅速に消滅、または瞬時にさえ消滅する。また、特定の場合に望ましい冷却効果によれば、少量の冷却水がたとえ蒸発により直ちに消失しなくても、それは容認し得る。好ましくは、位置Xより上の冷却水の体積の少なくとも90%、より好ましくは少なくとも95%、更により好ましくは少なくとも99が水ジェット自身により取り除かれ、蒸発により迅速にまたは実質的には即時にさえ取り除かれるサブフィルム(sub-film)のみを残す。
It should be noted that sufficient cooling water needs to be removed from the
ノズルのインゴットからの間隔は、好ましくは以下の考慮事項に従い最適化される。ノズルがインゴットにより接近して配置されるほど、水がインゴットの表面に接触する際、水の運動量はより大きくなるがしかし、鋳造操作の間、モールドまたはインゴットから溶融金属が流れ出した場合、ノズルが損傷するリスクがより大きくなる。また、ノズルがインゴットにより接近して配置されるほど、インゴットの周囲全体を囲むように衝突する水の一定のラインを提供するために、より多くの数のノズルが必要であろう。従って、ノズルのインゴットからの間隔は、可能な限り、ジェットの水の運動量がインゴットから冷却水を取り除く(または剥ぎ取る、strip)のに効果的な値より低く減少させることがないようにしなければならない。 The spacing of the nozzle from the ingot is preferably optimized according to the following considerations. The closer the nozzle is placed to the ingot, the more momentum the water will have when the water contacts the surface of the ingot, but if the molten metal flows out of the mold or ingot during the casting operation, the nozzle will There is a greater risk of damage. Also, the closer the nozzle is placed to the ingot, the more nozzles will be needed to provide a constant line of water that impinges around the entire circumference of the ingot. Therefore, the distance from the nozzle ingot should be such that, as much as possible, the momentum of the jet water should not be reduced below that which is effective for removing (or stripping) the cooling water from the ingot. Don't be.
そこでインゴット表面に水ジェットが付与される距離Xは、所望の水を取り除く操作の理由に依存する。上述のように、水の除去は、距離Xが、インゴットの温度が水を取り除いた後、均質化の温度まで上昇できる距離である「その場均質化(in-situ homogenization)」のために必要となり得る。冷却水の除去は、別の実施形態では、インゴット内の応力除去のために実施されてよい。硬質合金(hard alloy)に用いられるより一般的なワイピング(または拭き取り、wiping)の場合、より長い距離Xが用いられ、残留した冷却水の瞬間沸騰はそれほど重要ではないかもしれない。 Therefore, the distance X at which the water jet is applied to the ingot surface depends on the reason for the operation of removing the desired water. As mentioned above, water removal is necessary for “in-situ homogenization” where the distance X is the distance at which the ingot temperature can rise to the homogenization temperature after removing the water. Can be. Cooling water removal may be performed in another embodiment for stress relief in the ingot. For the more common wiping used for hard alloys, longer distances X are used and the instantaneous boiling of the remaining cooling water may not be as important.
場合によっては、距離Xはインゴットの異なる側面で異なるように選択されてよいことに留意すべきである。インゴットの短辺側(インゴット端部)は、インゴットの長辺側(圧延面)に必要なジェットとの接触点と比べ、より高い(モールドにより近い)ジェットとの接触点を有してよい。また、より薄いインゴットは、より厚いインゴットに必要な水との接触点と比べ、より高い水との接触点を有してよい。しかしながら、流れる水が、インゴットの異なる側面の異なる力(例えば、水平ダイレクトチル鋳造の場合の重力)により影響を受けていない限り、水ジェットの流速および圧力は、通常、インゴットの全ての側面で同じであろう。このような場合、それぞれのインゴットの面から所望の程度の水の取り除きを達成するように、流速および/または圧力は、インゴットの異なる側面で変えられるであろう。 It should be noted that in some cases the distance X may be selected to be different on different aspects of the ingot. The short side (ingot end) of the ingot may have a higher point of contact with the jet (closer to the mold) than the point of contact with the jet required on the long side (rolled surface) of the ingot. A thinner ingot may also have a higher contact point with water compared to the contact point with water required for a thicker ingot. However, unless the flowing water is affected by different forces on different sides of the ingot (for example, gravity in the case of horizontal direct chill casting), the water jet flow rate and pressure are usually the same on all sides of the ingot. Will. In such cases, the flow rate and / or pressure will be varied on different sides of the ingot to achieve the desired degree of water removal from each ingot face.
冷却水を取り除く効果を生ずるためのノズルの理想の角度は、ジェットの角度を手作業で調整する(例えば、マニホルド30を回転させることにより)および結果を観察することにより決定することができる。これは、鋳造装置の予備運転および、それに続く、同じ特性の全ての鋳造操業について同じ角度に維持することにより実施されてよい。 The ideal angle of the nozzle to produce the cooling water removal effect can be determined by manually adjusting the angle of the jet (eg, by rotating the manifold 30) and observing the results. This may be done by maintaining the same angle for the preliminary operation of the casting apparatus and subsequent all casting operations of the same characteristics.
本発明の例示的な実施形態は、上述のWagstaffによる米国特許第5,685、359号に示される冷却水付与手段とともに用いた場合、とりわけ効果的であり得ることに留意すべきである。この冷却手段は、鋳造モールドの出口で、インゴットの冷却を木亭にスプリットジェット(または分割ジェット、split jet)/デュアルジェット(または二重ジェット、dual jet)配置を用いる。 It should be noted that the exemplary embodiments of the present invention may be particularly effective when used with the cooling water application means shown in US Pat. No. 5,685,359 by Wagstaff, mentioned above. This cooling means uses a split jet (or split jet) / dual jet (or dual jet) arrangement for cooling the ingot at the exit of the casting mold.
安全上、性能上およびメンテナンス上の理由のために、水が通るホースおよびマニホルドは、フィルター、遮断弁および他の一般的な装置が必要であろう。例えば、ノズルを詰まりから保護するように、50メッシュのフィルターを備えてもよい。このようなフィルターは、装置の性能の喪失を最小化するように、加圧した水を供給するための装置の供給側に配置してよい。装置35は、例えば150psi以上の水圧と、1分あたり115ガロン以上の水の流量を形成することができるポンプであってよい。適切なポンプは、例えば、310 South Sequoia Parkway, Canby, OR 97013, U.S.A.のPioneer Pump社より得ることができる(例えば、モデルSC32C10)。冷却に使用されるのと同じ水をノズルに使用してもよく、あるいは異なる水源から供給してもよい。水は実質的に純粋であってよいがしかし、エチレングリコールのような添加物を含んでもよい。水がそのような添加物を含む場合、当然ながら冷却水と異なる水源から供給されなければならない。水は、また意図しない添加物を含んでよい(とりわけ、リサイクルした冷却流水を用いる場合)。水は、ノズルに供給される際、概して、室温である。
For safety, performance and maintenance reasons, water hoses and manifolds will require filters, shut-off valves and other common equipment. For example, a 50 mesh filter may be provided to protect the nozzle from clogging. Such a filter may be placed on the supply side of the device for supplying pressurized water so as to minimize loss of device performance. The
ノズル28は、好ましくは、1分あたり約0.8ガロン〜約1.0ガロン(または、1.5ガロン以上)の水を120psiの圧力で少なくとも65°(好ましくは72°)の円弧に亘って供給する能力がある。このようはノズルは、例えばP.O.Box 7900, Wheaton, Illinois 60189-7900 U.S.AのSpraying Systems社から得ることができる。ノズルは、好ましくは、シールド壁25を通り十分に突き出て、シールド壁25の内面に沿った冷却水流の逆流との接触による妨害を避けるように、エクステンダー(extender)とともに用いられる。
The
別の実施形態を図6に示す。この実施形態では、モールド10の底面26は、排水口(またはスカッパー、scupper)50を備え、インゴット19から取り除かれた冷却水20がノズル28の高さまで壁25を降下する前に、この冷却水20を集める。これは、冷却水がノズル25の操作または水ジェット36の形状もしくは出力(power)を妨げ得るまたは悪影響を与え得る可能性を避ける。排水口50に集められた水は、モールドの端部に流れ、インゴットから離れて流される、または適切なチャンネル(図示せず)を介して取り除かれる。
Another embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the
平面図において波形形状を有するシールド壁25を用いる、更に別の配置を図7に示す。ノズル28は、壁25がインゴット19の表面29に最も接近する位置で壁25を通り突出する。図5に示す方法によりインゴットとから後方に離れるように曲がった(curling back away)後、ジェット36によりモールドから取り除かれた冷却水20は、インゴットに最も接近した壁25の位置の間に形成された垂直チャンネル52内を流れる傾向がある。これは、冷却水をノズル28およびジェット36から遠ざけ、これによりジェットを妨害する如何なる可能性をも最小限にする。
Still another arrangement using a
図8〜10は、上述の扇形状のジェットに代えて、狭い円筒状の水ジェットを用いる実施形態を示す。図8では、ジェット36(上述の実施形態と同じく、上方に曲げられ(また角度付けられ、angle)ている)は冷却水20の層をインゴット19の表面29まで、貫通し、その後、冷却水をインゴットの表面から分離するように広がる。図9の場合、インゴット19と接触した後、ジェット36は、互いに接触し、ノズルの位置の間に結合された「相互作用噴水(interactive fountain)」54を形成するように、充分に広がる。この効果は、ノズルの圧力と流速を充分調整することにより生み出される。冷却水の層は、インゴットから完全に分離する。
8 to 10 show an embodiment in which a narrow cylindrical water jet is used instead of the above fan-shaped jet. In FIG. 8, a jet 36 (which is bent upward (and angled as in the above embodiment)) penetrates the layer of cooling
図10の場合、インゴット表面からの冷却水の分離を最大化するように、ノズルを互いの方に曲げる(または角度付ける)ことにより、図9に示す効果が積み上げられている。 In the case of FIG. 10, the effects shown in FIG. 9 are built up by bending (or angling) the nozzles toward each other to maximize cooling water separation from the ingot surface.
図11は、水平DC鋳造に適用される本発明の例示的な実施形態を示す。水平ダイレクトチル鋳造装置では、水を拭き取るジェットが、インゴットの底面と比較して、鋳造モールドから異なる距離でインゴットの上面と接触するようにノズルの位置を調整する必要があるかもしれない。加えて、図示する実施形態では、インゴットの上側で排水口(またはスカッパー)50を用い、インゴットから剥ぎ取った(または取り除いた)冷却水20を集めて取り除く。剥ぎ取った冷却水を集めて除去するこのような手段がないと、剥ぎ取った冷却水がインゴットの上に再び落ちて、インゴットの冷却特性に悪影響を与えるだろう。インゴットの下側では、冷却水20は、図示するようにインゴット19から自然に落下してもよく、または別の実施形態では、冷却水を取り除くように、モールドから異なる距離で一連の水ジェットを同様に適用してよい。しかしながら、モールドの上側で用いられる排水口50のような排水口はモールドの下側では不要であろう。インゴットから取り除かれた冷却水は、重力の作用下、とにかくインゴットから離れるように流れるだろうからである。図6の実施形態に示すように、排水口50は、モールドの端部に集められた冷却水を取り除き、それをインゴットまたはノズルに接触させることなく廃棄する。
FIG. 11 shows an exemplary embodiment of the present invention applied to horizontal DC casting. In a horizontal direct chill casting apparatus, it may be necessary to adjust the position of the nozzle so that the jet of wiping water contacts the top surface of the ingot at a different distance from the casting mold compared to the bottom surface of the ingot. In addition, in the illustrated embodiment, the drain (or scapper) 50 is used above the ingot to collect and remove the cooling
上述した実施形態は好ましいものであるが、各種の改良および代替手段が可能である。既に述べたように、例示的な実施形態は、図1のDC鋳造装置のみならず各種の鋳造装置に用いてよい。さらに、本発明は各種の金属に用いるのに適しており、とりわけ、アルミニウム、マグネシウムおよび銅の合金に用いるのに適している。アルミニウム合金の鋳造に用いるのがとりわけ好ましい。 Although the embodiments described above are preferred, various improvements and alternatives are possible. As already mentioned, the exemplary embodiment may be used with various casting apparatus as well as the DC casting apparatus of FIG. Furthermore, the present invention is suitable for use with a variety of metals, particularly for aluminum, magnesium and copper alloys. It is particularly preferred to use it for casting aluminum alloys.
Claims (26)
1以上の水スプレーを、前記冷却水が前記1以上の水スプレーに衝突する際に前記表面を流れる前記冷却水を前記表面から分離するのに効率的になるような角度と流速で、前記表面に向けることを含む方法。 A method of removing the cooling water from the surface of the metal ingot in which the cooling water flows in the casting direction on the surface,
One or more water sprays at an angle and a flow rate that is efficient to separate the cooling water flowing through the surface from the surface when the cooling water collides with the one or more water sprays; A method comprising directing to.
前記スプレーが全て、前記ダイレクトチル鋳造モールドから所定の距離で前記表面に向けられている方法。 The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the method is applied to an ingot emerging from a direct chill casting mold having an orifice that provides the cooling water to the surface of the ingot.
The method wherein all of the spray is directed to the surface at a predetermined distance from the direct chill casting mold.
前記スプレーが、前記ダイレクトチル鋳造モールドから前記所定の距離で前記インゴットの前記4つの側面全に向けられている請求項11に記載の方法。 The ingot is generally rectangular and has four sides;
The method of claim 11, wherein the spray is directed to all four sides of the ingot at the predetermined distance from the direct chill casting mold.
水スプレーを前記表面に向けるように構成された1つ以上のノズルであって、前記水スプレーが、前記冷却水が前記スプレーに衝突する際に前記表面を流れる前記冷却水を前記表面から分離させるために用いるのに効率的になるような位置および角度に配置されたノズルと、
前記ノズルに水を供給するための1以上の導管と、
前記ノズルに供給する水を加圧するための加圧装置と、
を含む装置。 An apparatus for removing the cooling water from the surface of the metal ingot in which the cooling water flows in the casting direction on the surface,
One or more nozzles configured to direct a water spray toward the surface, the water spray separating the cooling water flowing through the surface from the surface when the cooling water collides with the spray; Nozzles arranged at positions and angles that are efficient to use for
One or more conduits for supplying water to the nozzle;
A pressurizing device for pressurizing water supplied to the nozzle;
Including the device.
前記モールドは、前記冷却水を前記インゴットの前記表面に与えるオリフィスを備え、
前記ノズルが、前記ダイレクトチル鋳造モールドの出口から所定の距離に位置する装置。 The apparatus according to any one of claims 14 to 23, comprising a direct chill casting mold for manufacturing the ingot.
The mold includes an orifice that provides the cooling water to the surface of the ingot;
An apparatus in which the nozzle is located at a predetermined distance from the outlet of the direct chill casting mold.
前記ノズルが、前記ダイレクトチル鋳造モールドから前記所定の距離で前記インゴットの前記4つの側面の上に位置する請求項24に記載の装置。 The ingot is generally rectangular and has four sides;
25. The apparatus of claim 24, wherein the nozzle is located on the four sides of the ingot at the predetermined distance from the direct chill casting mold.
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