JP2015193031A - Casting apparatus and casting method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、金属材料を溶かした溶湯を金型内に充填して製品を製造する鋳造装置及び鋳造方法に関する。 The present invention relates to a casting apparatus and a casting method for manufacturing a product by filling a metal mold with molten metal.
従来より、アルミホイールやエンジンブロック等のアルミニウム複合製品などを低圧鋳造法又は低中圧鋳造法により製造するための竪型鋳造装置が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。この竪型鋳造装置は、キャビティを形成する下型(固定金型)及び上型(可動金型)と、キャビティ内へ溶湯を下方から鋳込みストーク(給湯管)を通じて供給充填する、装置本体と装脱着可能な1回の鋳込み必要量の溶湯を収容可能な容量の加圧注湯鍋(加圧室、坩堝)を有する鋳込み手段と、固定金型に形成された鋳込みストークと連通する溶湯流入ゲート(湯口)と、湯口を塞ぐ閉塞手段とを備える。
2. Description of the Related Art Conventionally, a vertical casting apparatus for manufacturing aluminum composite products such as an aluminum wheel and an engine block by a low pressure casting method or a low intermediate pressure casting method is known (for example, see
鋳込み手段は、加圧注湯鍋へ加圧ガスを導入するガスシリンダ及びピストンを有する加圧ガス導入手段を備え、ピストン速度を制御して溶湯のキャビティ内への充填速度を制御する。具体的に鋳造に際しては、加圧注湯鍋の溶湯湯面にガス圧を作用させることで鋳込みストークを介して溶湯をキャビティ内に充満させた後、湯口の閉塞ピンを前進(下降)させて湯口を閉塞し、その後直ちに加圧プランジャ(加圧手段)を油圧シリンダにより前進させることで、キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯をハブ湯溜り部(キャビティ第1湯溜り部)から加圧補給することが行われる。 The casting means includes a pressurized gas introducing means having a gas cylinder and a piston for introducing a pressurized gas into the pressurized hot pot, and controls the filling speed of the molten metal into the cavity by controlling the piston speed. Specifically, when casting, the gas pressure is applied to the molten metal surface of the pressurized pouring pan to fill the cavity with the molten metal through the casting stalk, and then the closing pin of the gate is advanced (lowered) to move the gate. After closing, the pressure plunger (pressurizing means) is immediately advanced by the hydraulic cylinder, so that the molten metal for the solidification shrinkage volume in the cavity is pressurized and supplied from the hub hot water reservoir (cavity first hot water reservoir). Is done.
上記特許文献1に開示された従来技術の竪型鋳造装置では、キャビティ内への溶湯充填とキャビティ第1湯溜り部への溶湯補給とが同時並行的に行われるため、キャビティ内に溶湯が流入し始めてからキャビティ内の溶湯が加圧手段により加圧されるまで時間がかかることとなる。
In the vertical casting apparatus of the prior art disclosed in the above-mentioned
その間に、既にキャビティ内に充填された溶湯が冷めて、加圧手段による加圧力が十分に伝達されなくなり引け巣を押し潰すことが困難となったり、湯温低下によって製品端部への湯廻りが悪化して外観不良が生じ易くなったりするという問題がある。また、キャビティ第1湯溜り部の周囲にはガス排出用の隙間(空隙)が配置されてはいるものの、離型剤等の差し込みでガスの抜けが悪くなると、エアが滞留するために鋳造収縮(凝固収縮)に見合う溶湯の充填や確保が困難になると共に、隙間への差し込みにより加圧手段の摺動の障害になる可能性も否めない。 In the meantime, the molten metal already filled in the cavity cools down, and the pressure applied by the pressurizing means is not sufficiently transmitted, making it difficult to crush the shrinkage nest, and the hot water around the end of the product due to the drop in hot water temperature. There is a problem that the appearance deteriorates and the appearance defect tends to occur. In addition, although there is a gas discharge gap (gap) around the cavity 1st hot water reservoir, if the gas escapes worse due to the insertion of a release agent etc., the air will stay and the casting shrinks. It is difficult to fill and secure the molten metal corresponding to (solidification shrinkage), and there is a possibility that the insertion of the molten metal may become an obstacle to the sliding of the pressurizing means.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯の加圧補給を不具合なく行い鋳造製品の品質を向上させることができる鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a casting apparatus and a casting method capable of solving the above-described problems caused by the prior art and improving the quality of a cast product by performing pressurized replenishment of molten metal for the solidification shrinkage volume in the cavity without any trouble. For the purpose.
本発明に係る鋳造装置は、下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、前記金型の近傍に配置されて溶湯を収容すると共に前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、前記キャビティに連通すると共に前記開口の上方に形成された湯溜りに対して、前記ゲートシールピンの進退方向と交差する方向に進退自在に配置され前記湯溜りに充填された溶湯を加圧する加圧ピンとを備えたことを特徴とする。 The casting apparatus according to the present invention includes a mold that forms a cavity having an opening below, and a molten metal that is disposed in the vicinity of the mold and that supplies molten metal into the cavity through stalk from below the opening. The gate seal pin is advanced and retracted with respect to a pressurizing chamber, a gate seal pin that is arranged to be movable forward and backward with respect to the opening, and communicates with the cavity and is formed above the opening. And a pressurizing pin that pressurizes the molten metal that is disposed so as to freely advance and retreat in a direction that intersects the direction and that is filled in the hot water pool.
本発明の一実施形態においては、前記加圧室の密閉空間にガスを供給して前記加圧室内を加圧する加圧手段と、前記キャビティからガスを排出して前記キャビティ内を減圧する減圧手段とを更に備える。 In one embodiment of the present invention, a pressurizing unit that supplies gas to the sealed space of the pressurizing chamber to pressurize the pressurizing chamber, and a depressurizing unit that discharges the gas from the cavity and decompresses the inside of the cavity. And further comprising.
本発明の他の実施形態においては、前記金型は、固定盤に設けられた固定金型に対して可動盤に設けられた可動金型が水平方向に開閉する横型である。 In another embodiment of the present invention, the mold is a horizontal mold in which a movable mold provided on the movable plate is opened and closed in a horizontal direction with respect to the fixed mold provided on the fixed platen.
本発明に係る鋳造方法は、下方に開口を有するキャビティを形成する金型と、前記金型の近傍に配置されて溶湯を収容すると共に前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、前記キャビティに連通すると共に前記開口の上方に形成された湯溜りに対して、前記ゲートシールピンの進退方向と交差する方向に進退自在に配置され前記湯溜りに充填された溶湯を加圧する加圧ピンとを備えた鋳造装置による鋳造方法であって、前記加圧室から溶湯を前記ストーク及び前記開口を通して前記湯溜り内に充満させる工程と、前記湯溜り内に充満させた溶湯を連続的に前記キャビティ内に充填する工程と、前記ゲートシールピンを前進させて前記開口を閉塞する工程と、前記開口を閉塞した後に前記加圧ピンを前進させて前記湯溜り内の溶湯を前記キャビティ内に加圧補給する工程とを備えたことを特徴とする。 The casting method according to the present invention includes a mold that forms a cavity having an opening below, and a molten metal that is disposed in the vicinity of the mold and supplies the molten metal into the cavity through stalk from below the opening. The gate seal pin is advanced and retracted with respect to a pressurizing chamber, a gate seal pin that is arranged to be movable forward and backward with respect to the opening, and communicates with the cavity and is formed above the opening. A casting method using a casting apparatus that includes a pressurizing pin that pressurizes a molten metal that is disposed so as to be able to advance and retreat in a direction that intersects a direction, and that is filled in the puddle, wherein the molten metal is passed from the pressurizing chamber through the stalk and the opening. A step of filling the puddle, a step of continuously filling the cavity with the molten metal filled in the puddle, and advancing the gate seal pin It was characterized by comprising a step of pressure supplied to the a step of closing the opening, the melt molten metal into the cavity in the reservoir by advancing the pressurizing pin after closing the opening.
本発明の一実施形態においては、前記加圧補給する工程では、前記キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯を前記湯溜り内から補給する。 In one embodiment of the present invention, in the pressurizing and replenishing step, the molten metal corresponding to the solidification shrinkage volume in the cavity is replenished from the hot water pool.
本発明によれば、キャビティ内の凝固収縮体積分の溶湯の加圧補給を不具合なく行い鋳造製品の品質を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the quality of a cast product by performing pressure replenishment of molten metal for the solidification shrinkage volume in the cavity without any trouble.
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る鋳造装置及び鋳造方法を詳細に説明する。 Hereinafter, a casting apparatus and a casting method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る鋳造装置を示す概略断面図である。 FIG. 1 is a schematic sectional view showing a casting apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る鋳造装置100は、溶湯1を保持する保持室11と、この保持室11と孔部12aを介して連通された状態で隣設され、保持室11から供給された溶湯1を収容して加圧する加圧室(坩堝)10とを形成する容器102を、金型部101の近傍に備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, a
加圧室10及び保持室11には、例えば溶湯1の溶融状態を維持するために必要な温度(例えば、約500℃〜700℃程度の温度)まで、内部に貯留された溶湯1を加熱するための図示しないヒータが設置されている。また、保持室11には、溶湯1の加圧室10への供給を制御するための孔部12aに嵌合するストッパ12が設けられている。
In the pressurizing
ストッパ12は、例えば鋳造装置100による鋳造工程の初期の状態において、加圧室10内に常に一定量の溶湯1が収容されるように、制御装置(図示せず)の制御に基づいて駆動されるストッパシリンダ12b及びストッパピン12cの進退動作に伴って孔部12aを開閉する。なお、容器102における保持室11の容積は、容器102の他の部分に比べて大きく構成されていることとする。
The
加圧室10及び保持室11の上端開口部は、固定板13によって閉塞され、加圧室10内の溶湯1の上面空間は密閉空間となっている。保持室11上の固定板13には、保持室11の内部に溶湯1を供給するための供給口13bが設けられている。また、加圧室10上の固定板13には、ガス供給路14が連通している。
The upper end openings of the
ガス供給路14は、図示しないガス供給部と接続され、例えば不活性ガスを加圧室10内に供給し加圧室10内の溶湯1をガス加圧すると共に、ストーク17内の湯面を降下させるための大気開放を行うために設けられている。なお、加圧室10上の固定板13には、加圧室10内の溶湯1の湯面に向けて延びる湯面検知棒16が設置されている。湯面検知棒16は、保持室11から孔部12aを通して加圧室10に溶湯1が送られる際に、加圧室10内の溶湯1の湯面レベルが所定レベルに達したか否かを検知する。
The
一方、金型部101には、板状で水平方向に対向するように平行配置された固定板20及びこの固定板20に対して水平方向に前進後退移動(進退動)する可動板30が備えられている。固定板20の可動板30との対向面20a側には、固定金型21が装着されている。また、可動板30の固定板20との対向面30a側には、固定金型21に対して水平方向に型閉及び型開される可動金型31が装着されている。
On the other hand, the
固定金型21には、軸方向が垂直方向となるように配置された略棒状のゲートシールピン22が装着されている。また、固定金型21の下方には、一端が開口した出湯口17aを形成し加圧室10と連通する筒状のストーク17の上端が接続固定されている。ストーク17の上端近傍には、不活性ガスを出湯口17a内に導入するガス導入路28が設けられている。
The fixed
なお、固定金型21におけるストーク17の上端が接続固定された部分は、可動金型31側に開口し、後述する可動金型31の加圧スリーブ33と共に湯溜り23を形成する湯溜り形成部24となっている。そして、湯溜り形成部24における湯溜り23とストーク17の出湯口17aとの間には、開口である湯口25が形成されている。
A portion of the fixed
固定板20の上端側には、ゲートシールピン22を湯口25に対して進退自在に垂直方向に動作させるピストンシリンダ26が設けられている。ゲートシールピン22は、このピストンシリンダ26により駆動されて、湯口25を開閉する。なお、固定板20の下方側面には、固定板20及び湯溜り形成部24を貫通するロッド27aを有し、鋳造後に湯溜り形成部24内に残った湯溜りを除去するためのピストン機構27が備えられている。
A
可動金型31には、軸方向が水平方向となるように可動板30及び可動金型31を貫通する加圧ロッド32aが設けられている。加圧ロッド32aの先端側には、略円柱状の加圧ピン32が、可動金型31に設けられた水平方向に延びる加圧スリーブ33内に収容された状態で装着されている。加圧スリーブ33は、その先端部が型閉時に湯溜り形成部24の開口周縁部と当接して湯溜り23を形成する。
The
可動板30の側面側には、加圧ピン32を加圧スリーブ33内で進退自在に水平方向に動作させる加圧シリンダ34が設けられている。加圧ピン32は、この加圧シリンダ34により駆動されて、加圧スリーブ33内を先端部まで到達する前進限と所定位置の後退限との間で進退動する。
A
固定金型21及び可動金型31は、型閉したときにキャビティ40を形成すると共に、このキャビティ40の下端部と湯溜り形成部24内の湯溜り23とを連通する湯道41を形成する。なお、固定金型21及び可動金型31の合わせ面には、図示しないガス排出路が設けられており、このガス排出路はガス排出部(図示せず)と接続されている。これにより、鋳造時に例えば低真空吸引によってキャビティ40からガスが排出されキャビティ40内が減圧される。
The fixed
このように構成された鋳造装置100においては、鋳造時にガス供給部からガス供給路14を通して加圧室10内に不活性ガスを供給し、加圧室10内の溶湯1の湯面にガス圧を作用させてストーク17の出湯口17a及び湯口25を介して湯溜り23内に溶湯1を充満させる。
In the
そのまま、引き続きガス圧を作用させて湯溜り23から湯道41を通してキャビティ40内に溶湯1を充満させ、ゲートシールピン22を前進移動させて湯口25を閉塞する。そして、湯口25を閉塞した直後に加圧ピン32を加圧スリーブ33の前進限まで前進移動して湯溜り23内の溶湯1を加圧し、キャビティ40内の凝固収縮体積分の溶湯1を湯道41を通してキャビティ40内に補給する。
The gas pressure is continuously applied as it is, and the
これにより、従来の竪型鋳造装置と比べて、キャビティ40内に先行充填された溶湯1が加圧ピン32によって加圧されるまでの時間を短縮することができ、キャビティ40内の溶湯1への加圧を有効に作用させることができる。また、湯溜り23に溶湯1を充満させてからキャビティ40内に溶湯を充満させた後に加圧補給を行うので、湯溜り23における溶湯1のガス抜け不良に伴う溶湯補給量不足が発生することもなく、溶湯の加圧補給を不具合なく行って鋳造製品の品質の向上を図ることができる。
Thereby, compared with the conventional vertical casting apparatus, time until the
また、キャビティ40内の容積が増減する鋳造製品を鋳造するに際しても、本実施形態に係る鋳造装置100によれば湯溜り23にガスが滞留することはなく、湯溜り形成部24や加圧スリーブ33の垂直方向の大きさを変えることなく水平方向の大きさを変えて湯溜り23の容積を適宜変化させることができる。
Further, when casting a casting product in which the volume in the
すなわち、従来の竪型鋳造装置のように、加圧ピンとゲートシールピンとを同心円状に配置した場合は、加圧ピンの径を増大させるとキャビティと湯溜りとの間の距離が増大することに繋がる。このため、加圧ピンによる溶湯への加圧力伝達が不利になる上、鋳造製品の歩留まりも悪くなるので、容易に加圧ピンの径を増大させることは困難となる。 That is, when the pressure pin and the gate seal pin are arranged concentrically as in the conventional vertical casting apparatus, increasing the diameter of the pressure pin increases the distance between the cavity and the sump. Connected. For this reason, not only is the pressure applied to the molten metal by the pressure pin disadvantageous, but also the yield of the cast product is deteriorated, so that it is difficult to easily increase the diameter of the pressure pin.
また、湯溜りの高さを増大させるとガス溜まりが形成されてそのガスの背圧により湯溜りへの溶湯の充填が阻害されたり、これと並行するキャビティへの溶湯充填時間が長くなったりするので、加圧ピンによる加圧補給が行われるときにはキャビティ内の溶湯温度が低下して不具合が生じてしまうこととなる。 Further, when the height of the hot water pool is increased, a gas pool is formed, and the back pressure of the gas impedes the filling of the molten metal into the hot water pool, or the time for filling the molten metal into the cavity in parallel with this increases. Therefore, when pressurization with a pressurizing pin is performed, the temperature of the molten metal in the cavity is lowered, causing a problem.
この点、本実施形態に係る鋳造装置100は、ゲートシールピン22の進退方向と交差する方向、すなわち水平方向に加圧ピン32が進退自在となるように、加圧シリンダ34、加圧ロッド32a、加圧ピン32及び加圧スリーブ33を配置した。これにより、鉛直方向のみから湯口の閉塞と溶湯の加圧を行う従来の竪型鋳造装置における課題となる鋳造圧力不足や押湯量不足などに伴う不具合を解消することが可能である。
In this regard, the
なお、上述した鋳造装置100の金型部101は、可動金型31が固定金型21に対して水平方向に型閉及び型開するいわゆる横型締め方式の構成であるが、可動金型31が固定金型21に対して上下方向(垂直方向)に型閉及び型開する竪型締め方式の構成であってもよい。従って、本実施形態に係る鋳造装置100では、金型方案設計の自由度を広げることが可能となる。
The
次に、このように構成された鋳造装置100における鋳造方法について説明する。
図2〜図11は、鋳造装置100の一部を鋳造工程順に示す断面図である。
まず、図2に示すように、鋳込み前においては、可動金型31及び固定金型21を型閉し、キャビティ40及び湯道41が形成されると共に加圧ピン32が加圧スリーブ33内の後退限に位置している状態にする。
Next, a casting method in the
2 to 11 are sectional views showing a part of the
First, as shown in FIG. 2, before casting, the
次に、図3に示すように、ガス供給路14を介してガス供給部から加圧室10内の密閉空間に不活性ガスを供給して加圧室10内を加圧すると共に、ガス排出路を介してガス排出部により低真空吸引を行ってキャビティ40内を減圧する。これにより、ストーク17の出湯口17a及び湯口25を介して湯溜り23、湯道41及びキャビティ40内に溶湯1を充填する。
Next, as shown in FIG. 3, the inside of the pressurizing
次に、図4に示すように、ゲートシールピン22を図中矢印で示す下方向に前進させて湯口25を閉塞する。そして、図5に示すように、ガス導入路28からストーク17の出湯口17a内に不活性ガスを導入し、ストーク17内の溶湯1の湯面を加圧して下降させる。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、図6に示すように、加圧スリーブ33内の加圧ピン32を加圧ロッド32aを介して図中矢印で示す右方向に前進限に到達するまで移動させ、湯溜り23内に充填された溶湯1を加圧ピン32で加圧して湯道41を通してキャビティ40内に補給する。なお、このとき、キャビティ40内のガス排出は行われていてもよい。
Next, as shown in FIG. 6, the pressurizing
その後、図7に示すように、加圧ロッド32aを図中矢印で示す左方向に移動させて加圧スリーブ33内の加圧ピン32を後退限まで移動させ、図8に示すように、ゲートシールピン22を図中矢印で示す上方向に後退させて湯口25を開放する。そして、図9に示すように、可動金型31を図中矢印で示す左方向に移動させて型開すると共に、ピストン機構27によりロッド27aを動かして湯溜り形成部24内に残った湯溜り24aを鋳造製品49と共に除去する。
After that, as shown in FIG. 7, the
最後に、図10に示すように、キャビティ40内から鋳造製品49を取り出すと共に、保持室11のストッパ12を図中矢印で示す上方向に上昇させて、湯面検知棒16での検知後に下降させて溶湯1が出湯口17aを満たすように復帰させた後、洗浄スプレー処理を行って、図11に示すように、可動金型31を図中矢印で示す方向に移動させて型閉を行い、次の鋳造工程へと進む。
Finally, as shown in FIG. 10, the
この実施形態の鋳造方法によれば、ゲートシールピン22と加圧ピン32とが交差する方向にそれぞれ進退動作して湯口25の閉塞と湯溜り23内の溶湯1の加圧とを行うので、キャビティ40内に充填された溶湯1が加圧されるまでの時間を短くして、キャビティ40内の凝固収縮体積分の溶湯1の加圧補給を不具合なく行うことができる。これにより、鋳造製品の品質を向上させることが可能となる。
According to the casting method of this embodiment, the
1 溶湯
10 加圧室
11 保持室
12 ストッパ
13 固定板
14 ガス供給路
16 湯面検知棒
17 ストーク
17a 出湯口
20 固定板
21 固定金型
22 ゲートシールピン
23 湯溜り
24 湯溜り形成子
25 湯口
26 ピストンシリンダ
27 ピストン機構
28 ガス導入路
30 可動板
31 可動金型
32 加圧ピン
32a 加圧ロッド
33 加圧スリーブ
34 加圧シリンダ
40 キャビティ
41 湯道
100 鋳造装置
101 金型部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記金型の近傍に配置されて溶湯を収容すると共に前記開口の下方からストークを通して溶湯を前記キャビティ内に供給する加圧室と、
前記開口に対して進退自在に配置され該開口を開閉するゲートシールピンと、
前記キャビティに連通すると共に前記開口の上方に形成された湯溜りに対して、前記ゲートシールピンの進退方向と交差する方向に進退自在に配置され前記湯溜りに充填された溶湯を加圧する加圧ピンと
を備えたことを特徴とする鋳造装置。 A mold for forming a cavity having an opening below;
A pressurizing chamber that is disposed in the vicinity of the mold and accommodates the molten metal and supplies the molten metal into the cavity through the stalk from below the opening;
A gate seal pin that is disposed so as to be movable back and forth with respect to the opening,
Pressurization for pressurizing the molten metal filled in the hot water reservoir, which is arranged to be able to advance and retreat in a direction intersecting with the forward and backward direction of the gate seal pin with respect to the hot water reservoir which is communicated with the cavity and formed above the opening. A casting apparatus comprising a pin.
前記キャビティからガスを排出して前記キャビティ内を減圧する減圧手段とを更に備えたことを特徴とする請求項1記載の鋳造装置。 Pressurizing means for supplying gas to the sealed space of the pressurizing chamber to pressurize the pressurizing chamber;
The casting apparatus according to claim 1, further comprising a decompression unit that exhausts gas from the cavity to decompress the inside of the cavity.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の鋳造装置。 The casting apparatus according to claim 1, wherein the mold is a horizontal mold in which a movable mold provided on the movable plate is opened and closed in a horizontal direction with respect to a fixed mold provided on the fixed platen.
前記加圧室から溶湯を前記ストーク及び前記開口を通して前記湯溜り内に充満させる工程と、
前記湯溜り内に充満させた溶湯を連続的に前記キャビティ内に充填する工程と、
前記ゲートシールピンを前進させて前記開口を閉塞する工程と、
前記開口を閉塞した後に前記加圧ピンを前進させて前記湯溜り内の溶湯を前記キャビティ内に加圧補給する工程とを備えた
ことを特徴とする鋳造方法。 A mold that forms a cavity having an opening below; a pressurization chamber that is disposed in the vicinity of the mold to store the molten metal and supplies the molten metal into the cavity through stalk from below the opening; and the opening A gate seal pin that is arranged so as to be able to move forward and backward, and is openable / retractable in a direction that intersects with the forward / backward direction of the gate seal pin with respect to a hot water pool that communicates with the cavity and is formed above the opening. A casting method by a casting apparatus comprising a pressure pin that pressurizes the molten metal that is disposed in the hot water pool,
Filling the hot water pool through the stalk and the opening from the pressurizing chamber;
Filling the cavity continuously with the molten metal filled in the hot water pool;
Advancing the gate seal pin to close the opening;
And a step of advancing the pressure pin after the opening is closed to replenish the molten metal in the hot water pool into the cavity.
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