JP2012040614A5

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Publication number: JP2012040614A5
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Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2014-04-03
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Description

集積金属加工設備

伝統的に、金属鋳物を形成する従来のプロセスにおいて、鋳型、例えば、所望の鋳物の外部特徴が規定された内部室を有する金型または砂型は、融解金属で充填される。鋳物の内部特徴を規定する砂中子が鋳型の中に受け取られるか配置され、融解金属が中子の周りで凝固するにつれて、鋳物の内部詳細が形成される。鋳物の融解金属が凝固した後、鋳物は一般的に処理炉へ移動される。それは、鋳物を熱処理し、砂の中子および／または鋳型から砂を除去し、必要に応じて他の加工を行うためである。熱処理プロセスは、鋳物の金属または金属合金を調整し、所与の応用に望まれる物理特性を達成する。

典型的には、鋳物が鋳込みステーションから熱処理ステーションへ移送される間、また特に、鋳物がかなりの時間にわたって放置される場合、鋳物は鋳物場または金属加工設備の周囲環境へ露出されるかも知れない。その結果、鋳物は融解または半融解温度から急速に冷却する傾向がある。鋳物を凝固させるため、鋳物の或る程度の冷却は必要であるが、鋳物の温度が更に降下し、鋳物がプロセス臨界温度（本明細書では、「プロセス制御温度」とも呼ばれる）よりも下に滞留する時間が長くなると、鋳物を所望の熱処理温度まで加熱して鋳物を熱処理するために必要な時間は多くなる。例えば、或る種の金属では、所望の結果を達成するためには、鋳物の温度がそのプロセス制御温度よりも下へ降下する時間の１分ごとに少なくとも約４分の余分の熱処理時間が必要となることが発見された。したがって、所望の物理特性を達成するためには、鋳物の金属の温度がプロセス制御温度よりも下へ１０分間降下しても、少なくとも約４０分の追加の熱処理時間が必要となる。したがって、典型的には、所望の熱処理効果を達成するため、鋳物は２〜６時間、或る場合には、それよりも長く熱処理される。これはエネルギーの利用を大きくし、したがって熱処理コストを大きくする結果となる。

（要旨）
簡単に説明すると、本発明は、一般的に、金属または金属合金から形成された鋳物を注入、形成、熱処理、および更に加工するための集積金属加工設備から構成される。集積金属加工設備は、一般的に、融解金属、例えば、アルミニウムまたは鉄、または金属合金が鋳型またはダイ、例えば、永久金型、半永久鋳型、または砂型へ注入される鋳込みステーションを含む。鋳型は、鋳込みステーションの注入または鋳造位置から移送位置へ遷移される。移送位置では、鋳物が鋳型から除去されるか熱処理ラインへ移送される。移送機構は、典型的には、ロボットアーム、クレーン、オーバヘッドホイストまたはリフト、推進器、コンベヤ、または類似の搬送機構を含む。更に、鋳型から鋳物を除去し、鋳物を熱処理ラインへ移送するため、同じ機構が使用されてよい。鋳込みステーションから移送位置および／または熱処理ラインへのこの遷移の間に、鋳物の融解金属は、鋳物を形成するために十分な程度へ冷却される。

熱処理ラインまたはユニットは、一般的に、プロセス温度制御ステーション、典型的には１つまたは複数の炉室を有する熱処理ステーションまたは炉、および任意的に、一般的に熱処理ステーションの下流側に置かれた焼き入れステーションを含む。プロセス温度制御ステーションは、一般的に、長い室またはトンネルであって、鋳物は熱処理ステーションへ導入される前にそこを通って受け取られる。室は、一連の熱源、例えば、放射加熱器、赤外線、誘導、対流、伝導、または他のタイプの加熱エレメントを含んでよい。プロセス温度制御ステーションの壁および天井は、更に、鋳物および／または鋳型が室を通過するとき、それらへ熱を放射または指向する傾向のある放射材料を含んでよい。代替として、鋳物または鋳型が鋳込みステーションから熱処理ステーションへ移送されるとき、放射加熱エレメント、例えば、赤外線および誘導加熱エレメント、対流、伝導、または他のタイプの熱源を含む一連の熱源が、鋳物または鋳型に熱を指向するように使用されてよい。更に、加熱エレメントまたは熱源を移送機構へ直接取り付けて、鋳物および／または砂型を加熱することができる。

鋳物および／または鋳物含有鋳型がプロセス温度制御ステーションを通過するとき、鋳物の冷却は、プロセス制御温度またはそれより高い温度までに阻止される。プロセス制御温度は、一般的に、鋳物金属に要求される溶体化熱処理温度よりも下の温度であり、鋳物は凝固するのに十分な量または程度まで冷却されるが、それよりも下では、鋳物を溶体化熱処理温度まで上昇させた後に鋳物を熱処理するのに必要な時間は指数的に増加する。鋳物は、熱処理ステーションへ入るまで、プロセス制御温度またはそれより高い温度に維持される。

鋳物の冷却を阻止し、その後で実質的に鋳物金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度に鋳物を維持することによって、鋳物を熱処理するために必要な時間は顕著に短縮可能である。したがって、鋳物の鋳込みステーション出力は増大可能であり、鋳物の全体的加工および熱処理時間は短縮可能である。

鋳物は、熱処理炉へ入る前に、入口区域を通過する。鋳物の温度は監視され、温度がプリセットまたは前もって規定された拒絶温度よりも下へ降下したかどうかが決定される。鋳物の温度が拒絶温度よりも低いか等しい場合、任意の適切な手段を使用して鋳物は熱処理ラインから除去されてよい。鋳物が受け入れられる場合、それは熱処理のために熱処理炉へ進む。

熱処理ユニットは、砂中子および／または鋳型の除去および／または再生を助ける特徴を含んでよい。その後で、鋳物は、付加的加工、例えば、焼き入れ、熟成（ａｇｉｎｇ）、および／または更なる熱処理を受けてよい。

本発明の様々な目的、特徴、および利点は、添付の図面と組み合わせて下記の詳細な説明を精査したとき、当業者に明らかとなるであろう。
本発明は、例えば以下を提供する。
（項目１）
金属鋳物を形成および熱処理するシステムであって、
熱処理ステーションの上流側に配置され、熱源と連絡する温度探知装置を含むプロセス温度制御ステーションを備え、
上記温度探知装置および上記熱源が連絡して、鋳物金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度に鋳物の温度を維持する、
システム。
（項目２）
上記プロセス温度制御ステーションが、更に、上記温度探知装置および上記熱源と連絡するコントローラを備え、該コントローラが鋳物へ加えられる熱の量を制御し、鋳物金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度に鋳物の温度を維持する、項目１に記載のシステム。
（項目３）
上記熱源が、鋳物金属の熱処理温度を超えて鋳物を加熱することなく鋳物の冷却を阻止するのに十分な熱を鋳物へ加える、項目１に記載のシステム。
（項目４）
プロセス制御温度が鋳物金属の熱処理温度よりも低い、項目１に記載のシステム。
（項目５）
プロセス制御温度が、その温度よりも下では、鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理が必要となるような温度である、項目１に記載のシステム。
（項目６）
プロセス制御温度が、その温度よりも下では、鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、鋳物の所望の特性を獲得するため少なくとも約４分の熱処理が必要となるような温度である、項目１に記載のシステム。
（項目７）
金属がアルミニウム／銅の合金であり、プロセス制御温度が約４００℃〜約４７０℃である、項目１に記載のシステム。
（項目８）
金属が鉄の合金であり、プロセス制御温度が約１０００℃〜約１３００℃である、項目１に記載のシステム。
（項目９）
金属鋳物を形成および熱処理するシステムであって、
鋳物の入口区域を有する熱処理炉を含む熱処理ステーションと、
上記入口区域の中にある温度測定装置と、
該温度測定装置と連絡する移送機構とを備え、
上記温度測定装置が拒絶温度を検出すると、上記移送機構が、上記炉へ入る前の鋳物を除去する
システム。
（項目１０）
拒絶温度が、鋳物金属のプロセス制御温度よりも約１０℃〜約２０℃だけ下であり、プロセス制御温度が、それより下の温度では、鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理が必要となるような温度である、項目９に記載のシステム。
（項目１１）
拒絶温度が、熱処理炉の温度よりも約１０℃〜約２０℃だけ下である、項目９に記載のシステム。
（項目１２）
金属鋳物を形成および熱処理する集積設備であって、
融解金属を鋳型へ注入して鋳物を形成する鋳込みステーションと、
該鋳込みステーションの下流側にあり、熱源および移送機構と連絡する温度探知装置を含むプロセス温度制御ステーションと、
該プロセス温度制御ステーションの上流側にある熱処理炉とを備え、
上記温度探知装置および上記熱源が、鋳物金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度に鋳物の温度を維持するように構成され、
上記移送機構が、上記温度探知装置から拒絶信号を受け取ると、上記炉へ入る前の鋳物を除去する
集積設備。
（項目１３）
上記プロセス温度制御ステーションが、更に、上記温度探知装置および上記熱源と連絡するコントローラを備え、該コントローラが鋳物へ加えられた熱の量を制御して、鋳物金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度に鋳物の温度を維持する、項目１２に記載の集積設備。
（項目１４）
鋳物の温度が、
（ａ）プロセス制御温度が、それより下の温度では、鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理が必要となるような温度である場合の、鋳物金属のプロセス制御温度、または
（ｂ）熱処理炉の温度
よりも約１０℃〜約２０℃だけ下であるとき、上記移送機構が拒絶信号を受け取る、項目１２に記載の集積設備。
（項目１５）
短縮された熱処理時間を有する鋳物を形成する方法であって、
融解金属を鋳型へ注入して鋳物を形成する工程、
鋳物の温度を監視する工程、
鋳物の温度と前もって決められたプロセス制御温度とを比較する工程、
鋳物の温度がプロセス制御温度よりも低い場合、熱を鋳物へ加える工程、
鋳物を熱処理炉の中へ置く工程、および
鋳物を熱処理する工程
を包含する、方法。
（項目１６）
熱を鋳物へ加える工程が、十分な熱を鋳物へ加えて、上記プロセス制御温度またはそれより上の温度に鋳物の温度を維持しながら、融解金属が凝固できるようにする工程を包含する、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
プロセス制御温度が、その温度よりも下では、鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理が必要となるような温度である、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
鋳物を形成および熱処理する方法であって、
融解金属を鋳型へ注入して鋳物を形成する工程、
鋳物の温度を監視する工程、
鋳物の温度と前もって規定された拒絶温度とを比較し、温度が拒絶温度よりも低いか等しい場合、鋳物を拒絶する工程、
鋳物の温度と前もって決められたプロセス制御温度とを比較し、温度が拒絶温度よりも高いがプロセス制御温度よりも低い場合、熱を鋳物へ加える工程、および
鋳物を熱処理する工程
を包含する、方法。
（項目１９）
拒絶温度が、鋳物金属のプロセス制御温度よりも約１０℃〜約２０℃だけ下であり、プロセス制御温度が、それよりも下の温度では、鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理が必要となるような温度である、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
拒絶温度が、熱処理炉の温度よりも約１０℃〜約２０℃だけ下である、項目１８に記載の方法。

図１Ａは、本発明の様々な様相に従った例示的金属加工システムの略図である。図１Ｂは、本発明の様々な様相に従って複数の鋳込みステーションから熱処理ユニットへ鋳物を収集および移送することを示す他の例示的金属加工システムの略図である。図１Ｃは、本発明の様々な様相に従って鋳型からチルを除去する他の例示的金属加工システムの略図である。図１Ｄは、本発明の様々な様相に従った更なる他の例示的システムの略図であって、加熱装置を含む移送機構を示す図である。図２Ａは、本発明の様々な様相に従った例示的プロセス温度制御ステーションおよび熱処理ステーションの平面図である。図２Ｂは、図２Ａで示されるプロセス温度制御ステーションおよび熱処理ステーションの側面図である。図３は、本発明の様々な様相に従った例示的ロット加工システムの斜視図である。図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の様々な様相に従った対流熱源を含む例示的プロセス温度制御ステーションを示す。図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の様々な様相に従った対流熱源を含む例示的プロセス温度制御ステーションを示す。図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の様々な様相に従って直接熱／入射熱源を含む他の例示的プロセス温度制御ステーションを示す。図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の様々な様相に従って直接熱／入射熱源を含む他の例示的プロセス温度制御ステーションを示す。図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の様々な様相に従って放射熱源を含む他の例示的プロセス温度制御ステーションを示す。図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の様々な様相に従って放射熱源を含む他の例示的プロセス温度制御ステーションを示す。

（詳細な説明）
ここで図面を詳細に参照する。幾つかの図面を通して、同様の番号は同様の部品を指す。図１Ａ〜図３は、冶金学的鋳物を加工する例示的集積金属加工設備またはシステム５および方法を概略的に示す。金属鋳造プロセスは、一般的に当業者に公知であり、従来の鋳造プロセスは、参照を目的として簡単に説明されるだけである。当業者によって理解されるように、本発明は任意のタイプの鋳造プロセスで使用可能である。そのようなプロセスには、アルミニウム、鉄、鋼、および／または他の種類の金属および金属合金鋳物を形成する金属鋳造プロセスが含まれる。したがって、本発明は、特定の鋳造プロセスまたは特定の種類の金属または金属合金と共に使用されるように限定されるものではなく、また限定されるべきではない。

図１Ａで示されるように、融解金属または典型的には金属合金Ｍが、鋳込みまたは鋳造ステーション１１でダイまたは鋳型１０へ注入され、鋳物１２、例えば、シリンダヘッド、エンジンブロック、または類似の鋳込み部品が形成される。砂および有機質粘結剤、例えば、フェノール樹脂から形成される鋳造中子１３は、鋳型１０の中に受け取られるか配置され、鋳物の中に中空キャビティおよび／または鋳造詳細または中子受けを作り出す。代替として、鋳型の各々は、当技術分野で公知のように、典型的には金属、例えば、鋼、鋳鉄、または他の材料から形成された永久鋳型またはダイであってよい。そのような鋳型は、開放および鋳物の除去を容易にするため、クラムシェル型構造を有してよい。更に、代替として、鋳型は「精密砂型」タイプの鋳型および／または「生型」であってよい。これらは、一般的に、砂鋳造中子１３と同じように、当技術分野で公知の粘結剤、例えば、フェノール樹脂または他の粘結剤と混合された砂材料、例えば、けい砂またはジルコン砂から形成される。鋳型は、更に、半永久砂型であってよい。半永久砂型は、典型的には、砂および粘結剤材料、金属、例えば、鋼、または双方のタイプの材料の組み合わせから形成された外部鋳型壁を有する。

理解されるように、「鋳型」の用語は、今後は、前述した全てのタイプの鋳型を一般的に意味する。そのような鋳型の中には、特定タイプの鋳型が指示される場合を除いて、永久または金属のダイ、半永久および精密砂型タイプの鋳型、および他の金属鋳造鋳型が含まれる。更に理解されるように、下記で説明される様々な実施形態において、特定タイプの鋳型および／または熱処理プロセスが指示されていない限り、本発明は、永久鋳型から除去された鋳物、または熱処理、砂型分解、および砂再生を組み合わせるため砂型の中に残っている鋳物を熱処理するために使用可能である。

図１Ａで示されるように、鋳型１０の各々は、一般的に、側壁１４、上部壁またはトップ１６、および下部壁またはボトム１７を含む。これらは集約的に内部キャビティ１８を規定する。融解金属は内部キャビティの中に受け取られて、鋳物１２へ形成される。注入開口１９は、一般的に、各々の鋳型の上部壁またはトップ１６の中に形成され、内部キャビティと連通して、鋳込みステーション１１で各々の鋳型を介して内部キャビティ１８の中へ融解金属を通過させる。図１Ａ〜図１Ｃで示されるように、鋳込みステーション１１は、一般的に、融解金属Ｍを鋳型の中へ注入するためのとりべまたは類似の機構２１を含む。鋳込みステーション１１は、更に、コンベヤ２２、例えば、カルーセル、ピストン、割り出し、または類似の搬送機構を含む。搬送機構は、融解金属が鋳型の中へ注入される注入または鋳造位置２３から移送点または移送位置２４へ１つまたは複数の鋳型を移動する。移送点または移送位置２４では、鋳物が鋳型から除去されるか、鋳物を含んだ鋳型が鋳込みステーションから熱処理ユニット２６または熱処理ラインへ移送される。融解金属が鋳型の中へ注入された後、鋳型は移送位置へ搬送される。移送位置では、金属が鋳物へ凝固するために必要な程度に、ダイの中で所望の範囲または温度へ冷却される。次に、鋳物は所望の熱処理温度で熱処理される。

鋳物の金属が冷却されるにつれて、それは本明細書で「プロセス制御温度」または「プロセス臨界温度」と呼ばれる温度または温度範囲に達し、この温度の下では、鋳物を熱処理温度へ上昇させて熱処理を実行するために必要な時間が顕著に増加することが発見された。当業者に理解されるように、本発明によって加工されている鋳物のプロセス制御温度は、鋳物に使用されている特定の金属および／または金属合金、鋳物のサイズと形状、および多数の他の因子に依存して変化する。

１つの様相において、プロセス制御温度は、幾つかの合金または金属について約４００℃であってよい。他の様相において、プロセス制御温度は約４００℃〜約６００℃であってよい。他の様相において、プロセス制御温度は約６００℃〜約８００℃であってよい。更に、他の様相において、プロセス制御温度は約８００℃〜約１１００℃であってよい。更に、他の様相において、プロセス制御温度は、幾つかの合金または金属、例えば、鉄について、約１０００℃〜約１３００℃であってよい。１つの特定の例において、アルミニウム／銅の合金は、約４００℃〜約４７０℃のプロセス制御温度を有してよい。この例において、プロセス制御温度は、一般的に、大部分の銅合金について溶体化熱処理温度、典型的には、約４７５℃〜約４９５℃よりも下である。本明細書では特定の例が提供されたが、プロセス制御温度は、鋳物に使用されている特定の金属および／または金属合金、鋳物のサイズと形状、および多数の他の因子に依存して、任意の温度であってよいことが理解されるであろう。

鋳物の金属が所望のプロセス制御温度の範囲の中にあるとき、鋳物は、典型的には、所望のように十分に冷却されて凝固する。しかし、鋳物の金属がそのプロセス制御温度よりも下へ冷却される場合、鋳物の金属がプロセス制御温度よりも下へ冷却された各１分について少なくとも約４分間鋳物を追加的に加熱して、所望の熱処理温度、例えば、アルミニウム／銅の合金で約４７５℃〜約４９５℃、アルミニウム／マグネシウムの合金で約５１０℃〜約５７０℃へ到達する必要があることが発見された。したがって、鋳物が、ほんの短い時間でも、プロセス制御温度よりも下へ冷却される場合、鋳物を適正および完全に熱処理するために必要な時間が顕著に増加する。更に、理解すべきは、例えば、図１Ｂ、図１Ｃ、および図１Ｄで示されるように、幾つかの鋳物が単一のロットとして熱処理ステーションで加工されるロット処理システムでは、鋳物の全体のロットの熱処理時間は、一般的に、そのロットの中の最も低い温度を有する鋳物に要求される熱処理時間に基づく。その結果、加工されているロットの中の鋳物の１つが、プロセス制御温度よりも下の温度へ、例えば１０分間冷却される場合、典型的には、例えば少なくとも追加の４０分の間全体のロットを熱処理して、鋳物の全てが適正および完全に熱処理されることを確実にする必要がある。

したがって、本発明の様々な様相は、金属鋳物を加工する集積加工設備またはシステム５（図１Ａ〜図３）および方法へ向けられる。様々なシステムは、金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度までに融解金属の冷却を阻止し、所望の熱処理温度と等しいか、それより下になるようにして鋳物を凝固させながら、鋳込みステーション１１から熱処理システムまたはユニット２６へ（鋳型の中の、または鋳型から離れた）鋳物を移動および／または遷移するように設計される。したがって、本発明の様々な様相は、鋳物の温度を監視して、鋳物がプロセス制御温度またはそれより上の温度へ実質的に維持されることを確実にするシステムを含む。例えば、鋳物の上または鋳物に隣接して、または鋳物が鋳込みステーションから熱処理炉へ移動する通路に沿って間隔を取られたロケーションに、熱電対または他の類似の温度探知装置またはシステムを配置して、実質的な連続監視を提供することができる。代替として、十分な頻度であると決定された時間間隔の周期的監視を使用してよい。そのような装置は熱源と通信し、温度測定または探知装置および熱源が協力して、実質的に鋳物金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度に鋳物の温度を維持するようにしてよい。理解されるように、鋳物の温度は、鋳物の上または中の１つの特定のロケーションで測定されるか、鋳物の上または中の複数のロケーションで温度を測定することによって計算された平均温度であるか、または特定の応用で要求または所望される他の方法で測定されてよい。こうして、例えば、鋳物の温度は、鋳物の上または中の複数のロケーションで測定されてよく、全体的な温度値は、検出された最低温度、検出された最高温度、検出された中央値温度、検出された平均温度、またはこれらの任意の組み合わせまたは変形として計算または決定されてよい。

更に、熱処理炉へ入る前に、鋳物は入口または拒絶領域１１０を通過してよい。領域１１０では、各々の鋳物の温度が監視され、温度を熱処理温度へ上げるために過度のエネルギー量を必要とする範囲まで鋳物が冷却されたかどうかが決定される。入口領域は、様々な図面で概略的に示されるように、プロセス制御温度ステーションの中に含まれるか、別個の領域であってよい。鋳物の温度は、任意の適切な温度探知または測定装置、例えば、熱電対によって監視され、鋳物の温度がプリセットまたは前もって規定された拒絶温度の下まで到達または降下したかどうかが決定される。１つの様相において、前もって規定された拒絶温度は、鋳物の金属のプロセス制御温度よりも（例えば、約１０℃〜約２０℃だけ）下の温度であってよい。他の様相において、前もって規定された拒絶温度は、熱処理炉またはかまどの熱処理温度よりも（例えば、約１０℃〜約２０℃だけ）下の温度であってよい。鋳物が前もって規定された温度と等しいかそれよりも下の温度まで冷却された場合、制御システムは拒絶信号を移送または除去機構へ送ってよい。欠陥条件または信号の検出に応答して、主題の鋳物は、更なる評価のために識別されるか、移送ラインから除去されてよい。鋳物は、非限定的にロボットアームまたは他の自動装置を含む任意の適切な機構または装置によって除去されるか、作業員の手作業によって除去されてよい。

前述したように、鋳物の温度は、鋳物の上または中の１つの特定のロケーションで測定されるか、鋳物の上または中の複数のロケーションで温度を測定することによって計算された平均温度であるか、特定の応用で必要とされるか所望される任意の他の方法で測定されてよいことが理解されるであろう。したがって、例えば、鋳物の温度は鋳物の上または中の複数のロケーションで測定されてよく、全体的値は、検出された最低温度、検出された最高温度、検出された中央値温度、検出された平均温度、またはこれらの任意の組み合わせまたは変形であるように計算または決定されてよい。

鋳物を移動および／または加工する集積設備５およびプロセスの第１の実施形態は、図１Ａ、図２Ａ、および図２Ｂで示される。図１Ｂおよび図３は、鋳物を形成および処理する集積設備５およびプロセスの追加の代替実施形態を示す。この代替実施形態では、鋳物はロット加工タイプの配列で収集され、熱処理を介して加工される。しかし、本発明の原理は、ロットタイプの設備、および設備、したがって本発明を介して鋳物が個別に加工される連続加工タイプの設備へ、等しく応用可能であることが当業者によって理解されるであろう。したがって、今後説明される実施形態は、連続タイプの加工設備またはロットタイプの加工設備へ限定されず、また限定されるべきではない。図１Ｃおよび図１Ｄは、追加の加工ステップ、例えば、鋳物からのチル除去（図１Ｃ）および複数の熱処理炉への鋳物の送り（図１Ｄ）を実行する本発明の更なる代替実施形態を示す。更に、当業者に理解されるように、今後説明および図示される実施形態の様々な特徴を組み合わせて、本発明の追加の実施形態を形成することができる。

図１Ａ、図２Ａ、および図２Ｂで示される例示的システムにおいて、鋳物１２は、一般的に、移送機構２７によって移送または鋳込みステーション１１で鋳型１０から除去される。図２Ａおよび図２Ｂで示されるように、移送システムまたは機構２７は、典型的には、ロボットアームまたはクレーン２８を含む。しかし当業者によって理解されるように、鋳物および／または鋳型を移動させるための様々な他のシステムおよび装置、例えば、オーバヘッドブームまたはホイスト、コンベヤ、プッシュロッド、または他の類似のマテリアルハンドリング機構も使用可能である。図１Ａ、図１Ｂ、および図２Ａで示されるように、ロボットアーム２８は、一般的に、鋳型または鋳物を係合および保持する係合または把持部またはクランプ２９、および矢印３２および３２’（図２Ａ）で示されるように、アーム２８を枢着して鋳込みステーションの移送点２４と熱処理ラインとの間で移動可能にする台３１を含む。更に、図１Ｂで示されるように、移送機構は複数の鋳込みステーション１１および１１’から鋳型および／または鋳物を移送するように使用可能であり、複数の熱処理ラインまたはユニット２６（図１Ｃ）へ鋳型および／または鋳物を移送することができる。

鋳物を含む鋳型は、典型的には、鋳込みステーション１１からピックアップまたは移送点２４（図２Ａ）へ移動される。移送点２４では、移送機構２７が、一般的に、鋳物を含んだ鋳型をピックアップするか、鋳物１２を鋳型から除去し、鋳物を熱処理ユニット２６へ輸送する。したがって、同じマニピュレータまたは移送機構を使用して、鋳込みステーションから鋳物を除去し、熱処理ユニットへ鋳物を導入することができる。典型的には、熱源または加熱エレメント３３は、鋳物へ熱を加えるため鋳物の移送点２８に隣接して配置される。熱源は、典型的には、任意のタイプの加熱エレメントまたは熱源、例えば、伝導、放射、赤外線、伝導、対流、および直接入射タイプの熱源を含むことができる。図２Ａで示されるように、複数の熱源３３を使用して、鋳込みステーションから熱処理ラインへの移送作業中に、最も効果的に熱を鋳物へ加えるように配置することができる。

典型的には、図１Ｄで示されるように、永久または金属のダイまたは鋳型の場合、鋳型は移送点で開放され、鋳物は移送機構によって除去される。次に、移送機構は、集積加工設備５の熱処理ユニット、ライン、またはシステム２６の１つまたは複数の入口コンベヤ３４（図１Ｂおよび図２Ａ）へ鋳物を移送する。鋳型が開放されて鋳物が除去されるにつれて、熱源３３（図２Ａ）は、熱を鋳物へ直接加えて、鋳物場またはプラントの周囲環境へ露出される間の鋳物の冷却を阻止または制御する。なぜなら、鋳物は熱処理ユニットへ移送されているので、実質的に鋳物金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度に鋳物を維持するためである。

半永久または砂型の中で形成されている鋳物の加工については、鋳物は典型的には熱処理の間鋳型の中に残り、鋳型は砂を保持している粘結剤材料の熱劣化によって熱処理の間に分解されるので、移送機構２７は、鋳物を含む全体の鋳型を移送点から入口コンベヤ３４へ移送する。したがって、熱源３３は熱を鋳型自身へ加えることを継続し、加えられる熱の量は、鋳型の中の鋳物の温度を実質的に鋳物金属のプロセス制御温度またはそれより上に維持し、鋳型の過剰または時期尚早な劣化を生じないように制御される。

この後で、「鋳物」を輸送、加熱、処理、または移動または加工するための参照が行われるとき、特に指摘する場合を除いて、そのような説明は、鋳型を除いた単独の鋳物の除去および加工、および米国特許第５，２９４，９９４号、同第５，５６５，０４６号、同第５，７３８，１６２号、同第６，２１７，３１７号、および２０００年９月９日に出願された係属中の米国特許出願第０９／６６５，３５４号、および２００２年１月１８日に出願された係属中の米国特許出願第１０／０５１，６６６号に開示されるように、熱処理、鋳型および中子の分解、および砂の再生のために鋳物が砂型の中に残るプロセスの双方を含むことが理解される。これらの特許および特許出願の開示は、参考としてその全体が本明細書中に援用される。

図１Ａ、図２Ａ、および図２Ｂで示されるように、鋳物は、最初、入口コンベヤ３４（図２Ａおよび図２Ｂ）またはコンベヤ３４および３４’（図１Ｂ）によって予室またはプロセス温度制御ステーションまたはモジュール３６の中へ割り出しまたは搬送される。図２Ａおよび図２Ｂで示されるように、プロセス温度制御ステーションまたはモジュールは、一般的に、加熱された内室３７を含み、鋳物および／または鋳物を含む鋳型は、内室３７を通って、チェーンコンベヤ、ローラ、または類似の搬送機構３８の上を熱処理ラインの加工通路に沿って搬送される。鋳物は上流側または入口端３９で室３７へ入り、下流側または出口端４１を介して室３７から出て、一般的に、熱処理ライン２６の熱処理炉またはステーション４２の中へ直接導入される。プロセス温度制御ステーションの入口および出口端３９および４１は、開放されているか、扉または図２Ｂの４３で示されるような類似の閉鎖構造体を含んで、室３７の密閉を助け、そこからの過度の熱損失を防止することができる。典型的には、鋳物はプロセス温度制御ステーション３６から熱処理ステーション４２の中へ直接送られる。熱処理ステーションおよびプロセス温度制御ステーションは接続されて、更に熱の潜在的損失を防止し、所望される場合、熱を共有することができる。

室３７は、一般的に、放射室であって一連の熱源４５を含む。熱源４５は放射室の中に取り付けられ、室の壁４６および／または天井４７に沿って配置される。典型的には、複数の熱源４５が使用され、１つまたは複数の異なったタイプの熱源または加熱エレメントを含む。熱源または加熱エレメントの中には、放射熱源、例えば、赤外線、電磁、および誘導エネルギー源、伝導、対流、および直接入射タイプの熱源、例えば、ガスの火炎を室の中に導入するガス燃焼バーナ管が含まれる。更に、放射室３７の側壁および天井は、高温放射材料、例えば、金属、金属膜または類似の材料、セラミック、または熱を放射することのできる複合材料から形成されるか、それらで被覆されてよい。放射被覆は、一般的に、壁および天井に非粘着面を形成する。室の壁および天井が加熱されるにつれて、壁および天井は鋳物の方へ熱を放射する傾向があり、同時に、表面は、一般的に、砂型および／または中子の粘結剤の燃焼からの廃ガスおよび残留物、例えば、煤などを焼き払う十分な温度へ加熱され、それが室の壁および天井に収集および蓄積されることを防止する。

図４Ａ〜図６Ｂは、様々な例示的プロセス温度制御ステーションを示す。図４Ａおよび図４Ｂは、対流タイプの熱源４５を含むプロセス温度制御ステーション３６を示す。対流熱源の各々は、一般的に、導管５２によって熱媒体の源へ接続された１つまたは複数のノズルまたはブロワ５１を含む。この様相において、ブロワ５１は、室３７の天井４７および側壁４６のあたりに配列または配置され、熱媒体、例えば、空気または他の気体および／または流体を室の中へ、および室に含まれる鋳物および／または鋳型に向かって導く。対流ブロワは、一般的に、矢印５３で示されるように、鋳物の周りに乱流熱流体の流れを作り出す傾向があり、実質的に鋳物および／または砂型の全ての側面へ熱を加える。その結果、鋳物の温度は、実質的に金属のプロセス制御温度またはその上の温度に維持される。更に、鋳物が砂型の中で加工される場合、プロセス温度制御ステーション内での加熱は、鋳型を加熱する傾向があり、鋳型の温度を分解または燃焼温度へ向かって上昇させる。分解または燃焼温度で、鋳型の中の粘結剤材料は燃焼、熱分解、または駆逐されることを開始する。

他の様相において、ブロワまたはノズル５２は、プロセス温度制御ステーションの前に、その入口端に隣接して配置され、より高い速度および／または温度で動作して、鋳物および／または鋳型の冷却をより迅速に阻止する。室の中央および／または端に面して、例えば、プロセス温度制御ステーションの出口に配置されたノズルまたはブロワ５２は、より低い温度および速度で作動可能であり、砂型の完全な劣化を防止し、同時に鋳物の凝固を可能にする。

代替として、図５Ａおよび図５Ｂは、他の例示的プロセス温度制御ステーション３６’を示す。ステーション３６’において、熱源４５’は、一般的に、１つまたは複数の放射加熱器５４、例えば、赤外線加熱エレメント、電磁エネルギー源、または類似の放射加熱源を含む。１つの様相において、放射加熱器５４は、複数の位置に配列されるか、プロセス温度制御ステーション３６の放射室３７の壁４６および天井４７のあたりに所望のロケーションおよび方位のセットとして配列される。これは、例えば、対流ブロワ５１の配列と類似している。対流熱源５２と同じく、室の入口端に隣接した放射加熱器は、より高い温度で作動可能であり、鋳物がプロセス温度制御ステーションへ入るとき、砂型の中の鋳物の冷却をより迅速に阻止する。更に、真空ブロワ、ポンプ、または吐き出しファン／システム５６が導管５７を介して放射室へ接続され、放射室３７の中に負圧を作り出す。その場合、砂中子および／または砂型の粘結剤のバーニングまたは燃焼から生成された熱および／または廃ガスは、室から引き出され、放射加熱エレメントの過熱が防止される。

更に、他の例示的プロセス温度制御ステーション３６”が、図６Ａおよび図６Ｂで提供される。これらの図は直接入射タイプの熱源４５”を示す。直接入射熱源は、放射室３７の中の選択位置または方位におけるセットまたはアレーとして配列された一連のバーナまたはノズル５８を含む。これらのバーナ５８は、一般的に、導管５９によって燃料源、例えば、天然ガスなどへ接続される。直接入射熱源のノズルまたはバーナ要素は、実質的に鋳物の側面、上部、および下部の方へ熱を導いて加える。したがって、鋳物は実質的に均一に加熱され、鋳物から解放された砂材料は更に熱へ直接露出され、その粘結剤材料が焼き払われる。

当業者によって理解されるように、異なった熱源を組み合わせて放射室の中で使用することができる。更に、複数の室を順次に使用して、実質的にプロセス制御温度またはその上の温度までに鋳物の冷却を阻止し、その後では、鋳物が熱処理ステーションへ入るまで鋳物の温度を維持することができる。

他の様相において、融解金属を注入するときに生成されたオフガスは、矢印６０で示されるように、プロセス温度制御ステーション３６の放射室へ導かれ、熱の共用および鋳物金属の加熱からのエネルギー回復を可能にしてよい。更に他の様相において、熱処理ステーション４２内の鋳物の砂中子および／または砂型の粘結剤の分解および燃焼および鋳物の熱処理の結果として生成された過剰熱は、図１Ａの点線矢印６１によって示されるように、プロセス温度制御ステーションへ戻され、プロセス温度制御ステーションの放射室の内部環境の加熱を助けることができる。廃ガスおよび熱のそのような再捕捉は、プロセス温度制御ステーションの室を所望または必要な温度へ加熱して、そこを通る鋳物の冷却を阻止するために必要なエネルギー量を低減することを助ける。

図２Ｂ、図４Ａ、図５Ａ、および図６Ａで追加的に示されるように、収集ホッパまたはシュート６２が、プロセス温度制御ステーション３６の底に沿って、その放射室３７の下に配置されるように形成されてよい。このホッパ６２は、一般的に、側壁６３を含み、側壁６３の低い端６４は下方へ傾斜する。傾斜した側壁は、プロセス温度制御ステーションの中で粘結剤の熱劣化が始まるにつれて、鋳物の砂中子および／または砂型から離脱した砂を収集する。砂は、典型的には、ホッパ６２の開放された低い端の下に位置する収集コンベヤ６６に向かって下方へ導かれる。典型的には、流動化システムまたは機構６７が、ホッパ６２の壁の低い部分６４に沿って配置される。フリューダイザは、典型的には、参考として本明細書中に援用される米国特許第５，２９４，９９４号、同第５，５６５，０４６号、および同第５，７３８，１６２号に開示および請求されるようなバーナ、ブロワ、分配器、または類似の流動化ユニットを含む。これらの流動化ユニットは、熱媒体、例えば、空気または他の流体の流れを砂へ加え、粘結剤の更なる劣化を促進し、鋳物から離脱した砂および粘結剤の集塊を分解するのを助け、鋳物の砂中子および／または砂型の砂を、実質的に純粋な形態で再生することを助ける。再生された砂はコンベヤ６６の上に収集され、プロセス温度制御ステーションから搬送される。

更に、図１Ａ、図２Ａ、図２Ｂ、図４Ａ、図５Ａ、および図６Ａで示されるように、鋳物の砂中子および／または砂型の粘結剤材料の燃焼によって生成された過剰熱および廃ガスは、プロセス温度制御ステーション３６の放射室３７の外へ収集または引き出され、図１Ａの矢印６８によって示されるように、熱処理ステーション４２へ導かれることが可能である。プロセス温度制御ステーションから熱処理ステーションへの過剰熱および廃ガスのこのチャネリングは、プロセス温度制御ステーションの室の中で生成された熱の潜在的回復、および熱処理室の中の砂型および／または中子の粘結剤の劣化から生じる廃ガスの更なる加熱および／または燃焼を可能にする。図１Ａで示されるように、ブロワまたは類似の空気分配機構６９は、更に、一般的に、熱処理ステーションに沿って取り付けられ、典型的には、鋳物の熱処理中に生成された廃ガス、および鋳物の砂中子および／または砂型からの粘結剤材料の結果のバーンオフ（ｂｕｒｎ−ｏｆｆ）を排出する。これらの廃ガスはブロワによって収集され、典型的には焼却炉７１へ導かれる。焼却炉７１は、これらの廃ガスを更に処理および焼却して、これらのガスを再加工し、鋳造および熱処理プロセスによって生成された汚染物の量を低減する。更に、フィルタを利用して、プロセス温度制御ステーションから来る廃ガスを、熱処理ステーションへ導入される前に濾過するか、および／または熱処理ステーションから焼却炉へ来るガスを濾過することが可能である。

プロセス温度制御ステーションは、結果として、熱処理ステーションまたは室の前方にあって鋳物を維持できる温床領域として機能する。その温床領域において、鋳物が熱処理ステーションへ導入されるのを待機している間、鋳物の温度は、プロセス制御温度またはそれより上であるように、しかし所望の熱処理温度よりも下であるように、維持または阻止される。こうして、システムは、鋳込みラインが、より迅速かつ効率的な速度で稼働することを可能にし、鋳物が熱処理ステーションへ送られることを待機しながら待ち行列または列として放置され、その間に周囲温度へ露出されて、プロセス制御温度よりも下へ冷却されることがなくなる。その後で、鋳物は、図１Ａ、図１Ｃ、図２Ａ、および図２Ｂで示されるように個々に、または図１Ｂ、図１Ｃ、および図３で示されるようにロットとして、熱処理ステーション４２へ送られ、熱処理、砂中子および／または砂型の分解および除去、および或る場合には、砂の再生が行われる。

熱処理ステーション４２（図２Ｂ）は長い炉であってよい。長い炉は１つまたは複数の炉室７５を含み、炉室７５は順次に取り付けられる。コンベヤ７６は炉を通るように延ばされ、それを通って鋳物を輸送する。対流熱源、例えば、熱媒体、例えば、空気または他の流体を適用するブロワまたはノズル、伝導熱源、例えば、流動化ベッド、誘導、放射、および／または他のタイプの熱源を含む熱源７７（図２Ａ）が、室７５の壁および／または天井の中に取り付けられて、鋳物の周りに可変の段階および量で加熱および任意の空気流を提供し、鋳物を適正な熱処理温度へ加熱してよい。そのような所望の熱処理温度および熱処理時間は、当業者に公知であるように、鋳物が形成されている金属または金属合金のタイプに従って変わるであろう。

本発明と共に使用するのに適した様々な熱処理炉の例は、米国特許第５，２９４，９９４号、同第５，５６５，０４６号、および同第５，７３８，１６２号で説明される。これらの特許の開示は、参考として本明細書中に援用される。本発明と共に使用される熱処理炉またはステーションの更なる例は、米国特許第６，２１７，３１７号、２０００年９月９日に出願された米国特許出願第０９／６６５，３５４号、および２００２年１月１８日に出願された第１０／０５１，６６６号に例示および開示される。これらの開示も、参考としてその全体が本明細書中に援用される。そのような熱処理ステーションまたは炉は、鋳物の熱処理中に離脱した中子および／または鋳型からの砂を再生する特徴を含んでよい。

熱処理の後、鋳物は、典型的には、熱処理ステーションから除去され、後処理および更なる加工のために焼き入れステーション７８（図１Ａ）へ移動される。焼き入れステーションは、典型的には、冷却流体、例えば、水または他の既知の冷媒を有するクエンチタンクを含み、冷却流体、例えば、空気、水、または類似の冷媒を適用する一連のノズルを有する室を含むことができる。その後で、鋳物は、必要に応じて更なる後処理および加工のために除去されてよい。

他の例示的集積設備５は、図１Ｂに示される。設備５は、クレーンまたはロボットアーム２８として示される移送機構２７を含む。移送機構２７は複数の鋳込みラインまたはステーション１１および１１’から鋳物を除去する。この例において、鋳込みラインまたはステーション１１および１１’は、カルーセル型のシステムとして示され、鋳型は注入または鋳造位置２３と移送点２４との間を回転する。移送機構２７は、鋳物を含んだ砂型と係合および輸送するか、鋳型から鋳物を除去して鋳物を熱処理ユニット２６の１つまたは複数の入口コンベヤ３４および３４’へ移送する。鋳物はプロセス温度制御ステーション３６へ個々に移動されて熱処理ステーション４２へ導入されるか、バスケットまたは搬送トレー７９の中に集められて、ロットで処理されてよい。

図１Ｂで示された例示的システム５において、プロセス温度制御ステーション３６は、一般的に、長い放射トンネル８１として形成される。トンネル８１は室８２を規定し、鋳物および／または鋳物含有砂型は室８２を通って移動または搬送される。放射トンネル８１は、それに沿って取り付けられた一連の熱源８３、例えば、図２Ａ、図２Ｂ、および図４Ａ〜図６Ｂの実施形態に関して前に説明した様々な熱源４５、４５’、および４５”を含む。典型的には、放射トンネル８１の室８２の壁８４および天井は、耐火材料から形成されるか被覆され、放射トンネル内で生成された熱が鋳物に向かって反射および／または放射される。鋳物は、放射トンネル８１の端で収集ステーション８６のバスケット７９または類似の搬送トレーの中に収集および／または堆積されてよい。そのようなバスケット７９またはトレーは、鋳物および／または鋳型を含んで熱処理ステーション４２を通るように使用されてよい。鋳物は、代替的に、バスケットの中に収集され、図１Ｃおよび図３で示されるように、鋳物がプロセス温度制御ステーション３６の放射室またはトンネルを通過する前に、熱処理ステーションの中でロットとして加工されてよい。

本発明に従った更なる他の例示的集積設備５が、図１Ｃの略図で示される。この実施形態において、長い放射トンネルまたは室８１（図１Ｂに関して説明された）として示されるプロセス温度制御ステーション３６は、チル除去ステーション８７へ接続または流れ込む。チル除去ステーション８７は、熱処理ステーション４２と連通して鋳物を送り込む。典型的には、鋳物は半永久鋳型または砂型の中に含まれたまま移動および熱処理または加工される。半永久鋳型または砂型は、更に「チル」を取り付けられている。チルは、一般的に、金属板であり、典型的には、鋼または類似の材料から形成され、鋳物の表面の所望のデザイン特徴を形成するデザインリリーフを有し、融解金属材料の注入時または注入前に鋳型の中に置かれる。したがって、チルは鋳物の熱処理またはチルの再生および再使用の前に除去されなければならない。砂型の燃焼が一般的に少なくとも部分的に始まる放射トンネル８１の室８２を通過した後、チルは容易に除去可能であり、鋳型および鋳物が熱処理ステーション４２へ移動するのを顕著に遅延させることはない。チル除去ステーションにおけるチルの除去に続いて、鋳物を含んだ鋳型は、一般的に、熱処理ステーションへ直接渡され、熱処理、砂中子および砂型の分解、および砂の再生が行われる。

図１Ｄは、本発明に従った更に他の例示的設備を示す。この実施形態において、鋳物は、一般的に、鋳型から除去され、入口コンベヤ９０または９１へ輸送されて、１つまたは複数の熱処理炉またはステーション９２へ直接送り込まれる。代替として、鋳物が砂型の中で形成されている場合、鋳型の全体が移送点２８から入口コンベヤ９０または９１の１つへ輸送される。図１Ｄで示されるように、鋳型からの鋳物の除去および鋳物の後続の移送、または鋳物が残っている鋳型の鋳込みステーションからの除去および熱処理ステーション９２への輸送は、一般的に、同じ輸送機構またはマニピュレータによって行われ得る。

この実施形態において、熱源９３は移送機構２７へ取り付けられ、鋳物が鋳込みラインの移送点から熱処理炉９２の入口コンベヤ９０または９１の１つへ移動されるとき鋳物および／または砂型へ熱を直接加える。前述したように、熱源は、放射エネルギー源、例えば、赤外線または電磁エミッタ、誘導、対流、および／または伝導熱源、または当業者に明らかな他のタイプの熱源を含んでよい。移送機構２７へ取り付けられた熱源９３からの熱は、鋳物または鋳型が入口コンベヤへ移送されるとき１つまたは複数の表面、例えば、鋳物または鋳型の最上部および／または側面へ向けられて、鋳物および／または鋳型の冷却を阻止し、それによって鋳造金属の温度を実質的に金属のプロセス制御温度またはそれより上の温度に維持する。

追加の熱源９４が、図１Ｄで示されるように入口コンベヤ９０および９１の上または隣接して取り付けられるか、矢印９６、９６’、９７、および９７’で示されるように移送機構の移動通路に沿って取り付けられ、鋳物の温度を維持することができる。更に、ブロワ、ファン、または類似の空気移動装置（図示されず）を移送機構に隣接して配置するか、その移動通路９６、９６’、９７、および９７’に沿って配置し、熱媒体、例えば、空気または他の熱流体を移送機構に適用することができる。ブロワは、鋳物および／または鋳型へ加えられた熱を分配し、鋳物が鋳込みラインから熱処理炉９２へ移送される間、鋳物の不均等な加熱または冷却を最小にする。こうして、移送機構の上に取り付けられるか、或る配列では鋳物の移動通路に沿って取り付けられたそのような熱源または要素の使用は、プロセス温度制御ステーションの機能を実行し、冷却を阻止して鋳物が実質的にプロセス制御温度またはそれより上の温度になるように維持することを助ける。

本発明の更に他の様相は、図３で示される。この例において、鋳物および／または砂型は、移送機構２７によって収集バスケットまたは搬送トレー１００の中に直接置かれ、ロット加熱プロセスのためにプロセス温度制御ステーションへ送り込まれる。そのような配列において、鋳物１２は、一般的に、搬送トレー１００の一連の仕切りまたは室１０１の中へ積み込まれる。鋳物は、２０００年９月９日に出願され、参考としてその全体が本明細書中に援用される米国特許出願第０９／６６５，３５４号で開示および請求されるように、既知の割り出し位置へ置かれ、鋳物がプロセス温度制御ステーション１０２および熱処理ステーション１０３へ移動および通過するとき、中子を除去し他の機能を行うため指向された熱を加えられる。この実施形態において、トレー１００は、典型的には、鋳物がその中へ積み込まれるとき、矢印１０６および１０６’で示されるように、プロセス温度制御ステーションの室１０４の中へ、またはその外へ割り出される。その結果、トレーの様々な他の仕切り１０１がロットの残りの鋳物を積み込まれる間、プロセス制御または臨界温度よりも下へ鋳物を冷却する周囲環境への鋳物の露出は最小にされる。

更に、図３で示されるように、トレー１００の仕切り１０１の各々に指向された熱源１０７を提供することも可能である。例えば、第１の仕切り１０１’が鋳物１２’を積み込まれてプロセス温度制御ステーション１０２の中へ割り出されるとき、第１の熱源１０７’が、その特定の室の中の鋳物および／または砂型の方へ熱を指向する。その後で、連続した鋳物または鋳型がバスケットの他の室または仕切りの中へ積み込まれるとき、それらの仕切りへ指向された追加の熱源１０７が係合する。こうして、プロセス温度制御ステーションの室１０４の加熱は、必要に応じて特定の領域または区域へ制限または指向可能であり、鋳物は更に効率的に加熱される。

図３が更に示すように、一連のブロワまたは他の類似の空気移動装置１０８が、プロセス温度制御ステーションの屋根に取り付けられ、砂中子および／または砂型粘結剤材料の劣化によって生成された廃ガスを排出することができる。ガスおよび付加的廃熱は、熱を再生し汚染物を低減するため導管１０９を介して熱処理ステーション１０３へ向けられてよく、プロセス温度制御ステーション１０２の室の側面および天井に燃焼可能排棄物が収集されるのを防止する助けとなる。

したがって、本発明の上記の詳細な説明を勘案すると、本発明は広い有用性および応用性を有することが当業者によって容易に理解されるであろう。本明細書で説明された適合以外の本発明の多くの適合、および多くの変形、修正、および均等の配列が、本発明および上記の詳細な説明から明らかであるか、合理的に示唆され、それらは本発明の趣旨または範囲から逸脱しないであろう。

本発明は、特定の様相に関して本明細書で詳細に説明されたが、この詳細な説明は、本発明を例証および例示するだけであり、単に本発明の完全かつ権能付与的開示を提供する目的で行われたことを理解すべきである。本明細書で記述された詳細な説明は、本発明の限定、または本発明のそのような他の実施形態、適合、変形、修正、および均等配列の排除を意図するものではなく、またそのように解釈されるべきではない。本発明は、本明細書に添付された特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定される。

Claims

短縮された熱処理時間を有する鋳物を形成する方法であって、
融解金属を鋳型へ注入して鋳物を形成する工程、
該鋳物の温度を監視する工程、
該鋳物の温度と前もって決められたプロセス制御温度とを比較する工程であって、ここで、該プロセス制御温度が、その温度よりも下では、該鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、該鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理が必要となるような温度である、工程、
該鋳物の温度がプロセス制御温度よりも低い場合、熱を該鋳物へ加える工程、
該鋳物を熱処理炉の中へ置く工程、および
該鋳物を熱処理する工程
を包含する、方法。
前記熱を前記鋳物へ加える工程が、十分な熱を該鋳物へ加えて、前記プロセス制御温度またはそれより上の温度に該鋳物の温度を維持しながら、前記融解金属が凝固できるようにする工程を包含する、請求項１に記載の方法。
鋳物を形成および熱処理する方法であって、
融解金属を鋳型へ注入して鋳物を形成する工程、
該鋳物の温度を監視する工程、
該鋳物の温度と前もって規定された拒絶温度とを比較し、該温度が該拒絶温度よりも低いか等しい場合、該鋳物を拒絶する工程、
該鋳物の温度と前もって決められたプロセス制御温度とを比較し、該温度が該拒絶温度よりも高いが該プロセス制御温度よりも低い場合、熱を該鋳物へ加える工程、および
該鋳物を熱処理する工程
を包含し、
ここで、該プロセス制御温度が、その温度よりも下では、該鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、該鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理が必要となるような温度である、
方法。
前記拒絶温度が、前記鋳物の金属のプロセス制御温度よりも１０℃〜２０℃だけ下である、請求項３に記載の方法。
前記拒絶温度が、前記熱処理炉の温度よりも１０℃〜２０℃だけ下である、請求項３に記載の方法。
鋳物を形成しそして熱処理する方法であって、
該鋳物の金属についてのプロセス制御温度を前もって決定する工程であって、ここで、該プロセス制御温度が、その温度よりも下では、鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理が必要となるような温度である、工程；
該鋳物の該金属についての該前もって決められたプロセス制御温度よりも下の拒絶温度を前もって規定する工程；
注入ステーションにおいて、融解金属を鋳型中に注入して鋳物を形成する工程；
移動の通路に沿って該鋳物を該注入ステーションから加熱処理炉へ移送し、そして該融解金属を該鋳型内で十分に凝固させて該鋳物を形成する工程；
該鋳物が該移動の通路に沿って該注入ステーションから該加熱処理炉へ移動されるにつれて、該移動の通路に沿って、少なくとも１つの温度探知装置で、連続的にまたは決定された間隔で周期的に該鋳物の温度を監視する工程；
該鋳物の監視された温度を該前もって決められたプロセス制御温度と比較して、そして、該監視された温度と該前もって決められたプロセス制御温度との該比較に応答して、（ｉ）１つまたは複数の熱源を、該鋳物の該移動の通路に沿って該注入ステーションから該熱処理ステーションまで制御し、そして（ｉｉ）該鋳物の温度が該プロセス制御温度よりも低い場合、該制御された熱源から該鋳物へ熱を加える工程；
該加熱処理炉に入るよりも前に規定される拒絶領域を該鋳物を通過させる工程；
該鋳物が該拒絶領域中にあるときに、少なくとも１つの温度探知装置で該鋳物の温度を監視して、該鋳物の拒絶領域温度を決定する工程；
該鋳物の該監視された拒絶領域温度を該前もって規定された拒絶温度と比較し、そして、該監視された拒絶領域温度と該前もって規定された拒絶温度との比較に応答して、該拒絶領域温度が該拒絶温度よりも低いか等しい場合には、該鋳物を拒絶する工程；および
拒絶されない場合には、該加熱処理炉中で該鋳物を熱処理する工程
を包含する方法。
前記拒絶温度が前記鋳物の金属についてのプロセス制御温度よりも約１０℃〜約２０℃だけ下である、請求項６に記載の方法。
前記拒絶温度が、前記加熱処理炉の温度よりも約１０℃〜約２０℃だけ下である、請求項６に記載の方法。
前記熱を前記鋳物に加える工程が、十分な熱を該鋳物へ加えて、前記プロセス制御温度またはそれより上の温度に該鋳物の温度を維持しながら、前記融解金属が凝固できるようにする工程を包含する、請求項６に記載の方法。
金属鋳物を形成しそして熱処理するための集積システムであって、該システムは、
融解金属を鋳型中に注入して鋳物を形成するための注入ステーション；
鋳物を受け取りそして熱処理するための、該注入ステーションから下流側の熱処理ステーション；
該熱処理ステーションから上流側に配置されるプロセス制御温度ステーション；
該プロセス制御温度ステーションの一部であるかまたは該プロセス制御温度ステーションとは別個である拒絶領域；および
該注入ステーションと該熱処理ステーションとの間を鋳物を移送するための移送機構であって、該移送機構は該拒絶領域の該制御システムと連絡し、そして、該制御システムによって、該鋳物の温度が該前もって規定された拒絶温度に等しいかまたはそれよりも下であることが検出されると、該鋳物が該熱処理ステーションに入るよりも前に鋳物を除去するように構成されている、移送機構
を備え、
ここで、該プロセス温度制御ステーションは、
該注入ステーションと該熱処理ステーションとの間に、鋳物の移動の通路に沿って配置され、必要に応じて熱を該鋳物に加えて、該鋳物が該移動の通路に沿って該注入ステーションから該熱処理ステーションに移動される際に該鋳物を前もって決定された該鋳物の金属についてのプロセス制御温度またはそれよりも高く維持するための一連の熱源；
少なくとも１つの温度探知装置であって、（ｉ）該鋳物が該移動の通路に沿って該注入ステーションから該熱処理ステーションへ移送される際に連続的にまたは決定された間隔で周期的にのいずれかで、該鋳物の温度を監視するために配置されており、そして（ｉｉ）該一連の熱源と連絡している、少なくとも１つの温度探知装置；および
該少なくとも１つの温度探知装置および該一連の熱源と連絡しているコントローラであって、該コントローラは、熱処理の前に、該鋳物の金属についての該プロセス制御温度にまたはそれより高く該鋳物の温度を維持するために該一連の熱源により鋳物に加えられる熱の量を制御し、ここで、該プロセス制御温度が、該鋳物の金属についての該熱処理温度よりも下の温度であり、その結果、該鋳物が十分な程度に冷却されて該鋳物を凝固させることが可能になり、しかし、その温度よりも下では、該鋳物の温度が低下する時間の１分ごとに、該鋳物の所望の特性を獲得するため１分を超える熱処理時間が必要となるような温度である、コントローラ
を備え、
ここで、該拒絶領域は、
該拒絶領域中の鋳物の温度を監視するために配置された少なくとも１つの温度探知装置であって、該少なくとも１つの温度探知装置は、該プロセス制御温度ステーションの該少なくとも１つの温度探知装置または別個の少なくとも１つの温度探知装置のいずれかである、少なくとも１つの温度探知装置、および
該プロセス制御温度ステーションの該コントローラまたは別個の制御システムのいずれかである制御システムであって、該制御システムは、該拒絶領域の該少なくとも１つの温度探知装置と連絡し、該制御システムは、該拒絶領域中の鋳物の温度が、該鋳物の金属の該プロセス制御温度よりも低い前もって規定された拒絶温度よりも低いときを決定するように構成されている、制御システム；
を備える、
集積システム。
請求項１０に記載のシステムであって、ここで、前記熱源が、前記鋳物の金属に必要とされる熱処理温度を超えて該鋳物を加熱することなく該鋳物の冷却を阻止するのに十分な熱を該鋳物へ加える、システム。
請求項１０に記載のシステムであって、ここで、前記プロセス制御温度が、その温度よりも下では、前記鋳物の温度が低下する時間の各１分ごとに、該鋳物の所望される特性を獲得するため少なくとも約４分間の熱処理が必要となるような温度である、システム。
前記金属がアルミニウム／銅の合金であり、そして前記プロセス制御温度が４００℃〜４７０℃である、請求項１０に記載のシステム。
前記金属が鉄合金であり、そして前記プロセス制御温度が１０００℃〜１３００℃である、請求項１０に記載のシステム。