JP2017515688A - 混合エダクタノズル及び流動制御デバイス - Google Patents

Abstract

鋳造金属中のマクロ偏析を低減するための技法が開示される。技法は、鋳造されているインゴットの流体領域における混合を増大することができるエダクタノズルを提供することを含む。技法はまた、型穴に導入されている溶融金属を混合する及び／またはそれに圧力を加えるための非接触流動制御デバイスを提供することを含む。非接触流動制御デバイスは、永久磁石または電磁石をベースとするものであり得る。本技法は、型穴に溶融金属を導入する前に能動的に溶融金属を冷却及び混合することを更に含むことができる。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年５月２１日に出願され「ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＢＡＳＥＤ ＳＴＩＲＲＩＮＧ ＯＦ ＭＯＬＴＥＮ ＡＬＵＭＩＮＵＭ」と題された米国仮出願第６２／００１，１２４号、及び２０１４年１０月７日に出願され「ＭＡＧＮＥＴ−ＢＡＳＥＤ ＯＸＩＤＥ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題された米国仮出願第６２／０６０，６７２号の利益を主張するものであり、それらの両方が、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般に、金属鋳造、より具体的には、溶融金属を型穴に送り届けることの制御に関する。

金属鋳造プロセスにおいて、溶融金属は、型穴の中へと通過される。いくつかの種類の鋳造の場合、偽底部または動く底部を伴う型穴が使用される。溶融金属が、一般に、上部から型穴に入る際、偽底部は、溶融金属の流動率に関する速度で下降される。側部の近くで凝固した溶融金属が、溶融液溜め内に液体及び部分的に液体の金属を保持するために使用され得る。金属は、９９．９％固体（例えば、十分に固体）、１００％液体、及びそれらの任意の間にあり得る。溶融液溜めは、溶融金属が冷却する際の固体領域の厚さの増加に起因して、Ｖ形状、Ｕ形状、またはＷ形状を呈し得る。固体金属と液体金属との間の界面は、凝固界面と呼ばれることがある。

溶融液溜め内の溶融金属が、約０％固体〜約５％固体になる際、核形成が生じ得、金属の小さな結晶が形成し得る。これらの小さな（例えば、ナノメートルサイズの）結晶は、核として形成し始め、それは、優先的な方向に成長し続け、溶融金属が冷却する際に樹枝状晶を形成する。溶融金属が、樹枝状晶コヒーレンス点まで冷却する際（例えば、飲料用に使用される５１８２アルミニウムでは６３２℃で終了し得る）、樹枝状晶がくっつき始める。溶融金属の温度及び固体割合に依存して、結晶は、一定のアルミニウム合金中に、異なる粒子（例えば、金属間化合物または水素泡）、例えば、ＦｅＡｌ_６、Ｍｇ_２Ｓｉ、ＦｅＡｌ_３、Ａｌ_８Ｍｇ_５、及び大部分のＨ_２の粒子などを含むまたは捕捉することができる。

更に、溶融液溜めの端の近くの結晶が冷却の間に収縮するとき、まだ凝固されていない液体組成または粒子が、結晶の外に（例えば、結晶の樹枝状晶の間から外に）排斥または排除され得、溶融液溜め内に蓄積し得、インゴット内の粒子の不均衡または溶けにくい合金元素を結果としてもたらす。これらの粒子は、凝固界面とは独立して動くことができ、種々の密度及び浮揚性反応を有し得、凝固インゴット内の優先的な沈殿を結果としてもたらす。更に、液溜め内に沈滞領域が存在し得る。

粒の長さの尺度についての合金元素の不均質分布は、マイクロ偏析として知られる。対照的に、マクロ偏析は、粒（または粒の数）よりも大きな長さの尺度、例えば、最大でメートルの長さの尺度などまでにわたる化学的不均質である。

マクロ偏析は、悪い材料特性を結果としてもたらし得、それは、一定の使用、例えば航空宇宙用フレームなどに特に望ましくない可能性がある。マイクロ偏析とは異なり、マクロ偏析は、均質化を通して固定されることができない。いくつかのマクロ偏析金属間化合物（例えば、ＦｅＡｌ_６、ＦｅＡｌＳｉ）は、圧延の間に分解され得る一方で、いくつかの金属間化合物（例えば、ＦｅＡｌ_３）は、圧延の間に分解されることに耐える形状を呈する。

金属液溜めの中への新たな、熱い液体金属の追加が、いくらかの混合を作り出すが、更なる混合が所望され得る。公共領域におけるいくつかの現在の混合アプローチは、それらが酸化物の生成を増加させるのでうまく機能しない。

更に、アルミニウムの混合を成功させることは、他の金属に存在しない課題を含む。アルミニウムの接触混合は、構造を弱化する酸化物の形成及び望ましくない鋳造製品をもたらす含有物を結果としてもたらし得る。アルミニウムの非接触混合は、アルミニウムの熱、磁気、及び伝導率特性に起因して困難であり得る。

いくつかの鋳造技法では、溶融金属が、型穴の上部の近くの分配バッグの中に流れ、それは、溶融金属を溶融液溜めの上部表面に沿って導く。分配バッグの使用は、溶融液溜め内の温度成層のみならず、流動速度及び位置エネルギーが最も低いインゴットの中心における粒の堆積を結果としてもたらす。

金属鋳造プロセス中の合金偏析を解消するいくつかのアプローチは、非常に薄いインゴットを結果としてもたらし得、それは、インゴットの長さの限界に起因するインゴット当たりの少ない金属鋳造、機械的障壁及びダムに起因する汚染されたインゴット、並びに鋳造速度の所望されない変動をもたらす。混合効率を上げる試みは、鋳造速度を上げることによって行われることが多く、それによって、質量流量率を増加させる。しかしながら、そのような試みを行うことは、熱間割れ、熱間亀裂、しみ出し、及び他の問題へと導き得る。また、合金マクロ偏析を軽減することも望ましいであろう。

本明細書は、以下の添付図面を参照にし、それらの図面において、異なる図面中の同様の参照番号の使用は、同様または類似の構成要素を例示することが意図される。

本開示の一定の態様に従う金属鋳造システムの部分断面図である。 本開示の一定の態様に従うエダクタノズルアセンブリの断面描写である。 本開示の一定の態様に従う永久磁石式の流動制御デバイスの投影斜視図である。 本開示の一定の態様に従う電磁石駆動ネジ式の流動制御デバイスの斜視断面図である。 本開示の一定の態様に従う電磁石駆動ネジ式の流動制御デバイスの側面断面図である。 本開示の一定の態様に従う電磁石駆動ネジ式の流動制御デバイスの上面図である。 本開示の一定の態様に従う電磁石線形誘導式の流動制御デバイスの斜視図である。 本開示の一定の態様に従う電磁気螺旋誘導式の流動制御デバイスの前面図である。 本開示の一定の態様に従う永久磁石可変ピッチ式の流動制御デバイスの上面図である。 本開示の一定の態様に従う回転のみの配向における図９の永久磁石可変ピッチ式の流動制御デバイスの側面図である。 本開示の一定の態様に従う下降圧力配向における図９の永久磁石可変ピッチ式の流動制御デバイスの側面図である。 本開示の一定の態様に従う求心性ダウンスパウト（ｄｏｗｎｓｐｏｕｔ）式の流動制御デバイスの側面断面図である。 本開示の一定の態様に従う直流伝導式の流動制御デバイスの側面断面図である。 本開示の一定の態様に従うマルチチャンバ供給管の側面断面図である。 本開示の一定の態様に従う図１４のマルチチャンバ供給管の下面図である。 本開示の一定の態様に従うヘルムホルツ共鳴器式の流動制御デバイスの側面断面図である。 本開示の一定の態様に従う半固体鋳造供給管の側面断面図である。 本開示の一定の態様に従う複数の出口ノズルを有するプレート供給管の前面断面図である。 本開示の一定の態様に従う図１８のプレート供給管の下面図である。 本開示の一定の態様に従う図１８のプレート供給管の上面図である。 本開示の一定の態様に従うエダクタ取り付け具を示す図１８のプレート供給管の側部立面図である。 本開示の一定の態様に従うエダクタノズルを示す図１８のプレート供給管の側部断面図である。 本開示の一定の態様に従う図２２の供給管の拡大断面図である。 本開示の一定の態様に従う図１８の供給管を使用する金属鋳造システムの部分断面図である。 本開示の一定の態様に従うビレットを鋳造するための金属鋳造システムの断面図である。 本開示の一定の態様に従う図２５のシンブルの一部分の斜視図である。 本実施形態の一定の態様に従う角度を付けられた通路を有するシンブルの一部分の斜視断面図である。 本実施形態の一定の態様に従うロフト状にされたまたは湾曲した通路を有するシンブルの一部分の斜視断面図である。 本実施形態の一定の態様に従うねじ式通路を有するシンブルの一部分の斜視断面図である。 本実施形態の一定の態様に従うエダクタノズルを有するシンブルの一部分の斜視断面図である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の樹枝状晶枝間隔を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本明細書に記載される技法を使用しないサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う本明細書に記載される技法を使用するサンプルインゴット鋳造の一区分の、中心から表面へ、順次浅くなる部分の粒径を示す、図３１〜３５の場所に対応する場所で撮られた、顕微鏡画像である。 本開示の一定の態様に従う標準サンプル’についての粒径を描写するグラフである。 本開示の一定の態様に従う改良サンプル’についての粒径を描写するグラフである。 本開示の一定の態様に従う図５１の標準サンプル’についてのマクロ偏析偏差を描写するグラフである。 本開示の一定の態様に従う図５２の改良サンプル’についてのマクロ偏析偏差を描写するグラフである。

本開示の一定の態様及び特徴は、鋳造金属中のマクロ偏析を低減するための技法に関する。本技法は、鋳造されているインゴットの流体領域における混合を増加させることができるエダクタノズルを提供することを含む。本技法はまた、型穴に導入されている溶融金属を混合する及び／またはそれに圧力を加えるための非接触流動制御デバイスを提供することも含む。非接触流動制御デバイスは、永久磁石または電磁石をベースとするものであり得る。本技法は、型穴に溶融金属を導入する前に溶融金属を能動的に冷却及び混合することを更に含むことができる。

鋳造プロセスの間に、溶融金属は、供給管を通って型穴に入ることができる。二次ノズルが、鋳造システムの既存の供給管に動作可能に連結され得るか、または新たな鋳造システムの新たな供給管に組み込まれ得る。二次ノズルは、流動の倍増並びに溶融液溜め温度及び組成勾配の均質化を提供する。二次ノズルは、型穴への質量流量率を増加せずに混合効率を上げる。換言すれば、二次ノズルは、新たな金属が溶融液溜めに導入される（例えば、型穴または他の容器内の液体金属）速度を上げる必要なしに混合効率を上げる。

二次ノズルは、エダクタノズルとして知られ得る。二次ノズルは、供給管からの流動を使用して溶融液溜め内に流動を誘導する。ベンチュリ効果が、低圧ゾーンを生成することができ、その低圧ゾーンは、金属を溶融液溜めから二次ノズルの中に引き込み、二次ノズルの出口を通って出す。この増加された流量は、溶融液溜め温度及び組成勾配の均質化を支援することができ、マクロ偏析の低減を結果としてもたらす。エダクタノズルは、その体積流量率に関して鋳造速度によって限定されない。

二次ノズルは、二次ノズルなしで通常可能なものよりも大容量の溶融金属噴出物を生成する。改善された噴出物は、第一相アルミニウムに富む粒の沈殿を防ぐ。改善された噴出物は、温度勾配を均質化し、それは、インゴットの断面を通るより均一な凝固へと導く。

二次ノズルはまた、濾過または炉の用途においても使用され得る。二次ノズルは、溶融金属の混合によって熱均質化を提供するために一次溶解炉において使用され得る。二次ノズルは、溶融金属（例えば、アルミニウム）中のアルゴン及び塩素ガスの混合を増加させるために脱ガス機において使用され得る。二次ノズルは、均質化の増加が所望されるときに及び流量が典型的には動作の限定因子である場合に特に有用であり得る。二次ノズルは、粒構造及び化学組成に関してより均質なインゴットを提供することができ、それは、より高品質な製品及びより少ない下流処理時間を可能にすることができる。二次ノズルは、温度または溶融金属内の溶質の均質化を提供することができる。

二次ノズルは、高クロム鋼合金とすることができる。二次ノズルは、セラミック材料または耐熱性材料あるいは溶融液溜めにおける浸漬に適した任意の他の材料で作製され得る。

また、供給管内の溶融金属に圧力を導入するための機構が開示される。鋳造技法は、一般に、供給管を通して溶融金属を動かすように重力を使用することによって操作する。静水力学的圧力を用いる、供給管の長さは、供給管の下部における一次ノズル直径を決定し、それは、供給管を出る溶融金属の噴出物及び混合効率を決定する。混合効率は、より小さな直径を有する一次ノズルを通してより加圧された流動を提供することによって、溶融金属の全体的な質量流量率を変えずに改善され得る。混合効率はまた、供給管内にある間に圧力を溶融金属に導入することによって改善され得る。供給管内の溶融金属に加えられる（例えば、正または負）圧の制御が、供給管内の金属の流量率を制御するために使用され得る。可動ピンを供給管に導入する必要性なしに流量率を制御することは、非常に有利であり得る。

本明細書に記載される技法は、任意の金属に関して使用され得るが、本技法は、特にアルミニウムに関して有用であり得る。いくつかの場合では、ポンピング機構及びエダクタノズルの組み合わせが、特に鋳造アルミニウムにおける混合効率を上げるために有用であり得る。ポンピング機構は、いくつかの場合では、溶融液溜めに入る溶融アルミニウムの噴出物が、溶融液溜め内に十分な一次及び／または二次流動を生成することができるように、溶融アルミニウムの自然の静水圧力を上回る、十分な更なる圧力を提供することが必要であり得る。かかる静水圧力は、他の金属、例えば鋼などには存在しない場合がある。一次流動は、液溜めに入る新たな金属自体によって誘導される流動である。二次流動（または共鳴流動）は、一次流動によって誘導される流動である。例えば、溶融液溜めの上部部分（例えば、上半分）内の一次流動は、液溜めの下部部分（例えば、下半分）または上部部分の他の部分における二次流動を誘導し得る。

圧力を供給管内の溶融金属に導入する機構の一実施例は、供給管の側部上の回転子上に配置された永久磁石を含む、永久磁石式の流動制御デバイスである。回転子が回る際、回転する永久磁石が、供給スパウト内の溶融金属に圧力波を誘導する。供給管は、回転する磁石の効率を上げるように形作られ得る。供給管は、回転子が共に近くに配置されることを可能にするように回転子の近くの薄い断面に対して、供給管の残りと同じ全断面積を有すると同時に、ロフト状にされ得る。磁石は、流動速度を加速するために一方向に回転され得るか、または流動速度を減速するために反対方向に回転され得る。

圧力を供給管内の溶融金属に導入する機構の別の実施例は、螺旋ネジを備える供給管の周りに配置された電磁石を含む、電磁石駆動ネジ式の流動制御デバイスである。螺旋ネジは、永久的に供給管に組み込まれ得るか、または供給管に取り外し可能に配置され得る。螺旋ネジは、それが回転しないように固定される。電磁気コイルが、供給管の周りに配置され、溶融金属内に磁場を誘導するように動力を付けられ、溶融金属が、供給管内で回ることを引き起こす。回る動きは、溶融金属が螺旋ネジの傾斜面に衝突することを引き起こす。溶融金属を第１の方向に回すことは、溶融金属を供給管の下部の方へ押し進めさせ得、供給管内の溶融金属の全流量率を上げる。溶融金属を逆または反対方向に回すことは、溶融金属を供給管の上方に押し進めさせ得、供給管内の溶融金属の全流量率を下げる。電磁気コイルは、三相固定子からのコイルとすることができる。他の電磁気源が使用されてもよい。１つの非限定的な実施例として、永久磁石が、溶融金属の回転運動を誘導するために電磁石の代わりに使用されてもよい。

圧力を供給管内の溶融金属に導入する機構の別の実施例は、供給管の周りに位置付けられた線形誘導モータを含む、電磁気線形誘導式の流動制御デバイスである。線形誘導モータは、三相線形誘導モータとすることができる。線形誘導モータのコイルの作動は、溶融金属を加圧し、供給管を上または下に動かすことができる。流動制御は、磁場及び周波数を変動させることによって達成され得る。

圧力を供給管内の溶融金属に導入する機構の別の実施例は、供給管の溶融金属内に電磁場を生成するように供給管を取り囲む電磁気コイルを含む、電磁気螺旋誘導式の流動制御デバイスである。電磁場は、溶融金属を供給管内で上向きまたは下向きに動かすように加圧することができる。電磁気コイルは、三相固定子からのコイルとすることができる。各コイルは、異なる角度における電磁場を生成することができ、溶融金属が供給管の上部から下部に動く際に、溶融金属が、方向を変化する磁場に直面することを結果としてもたらす。溶融金属が供給管の下に動く際、回転運動が溶融金属に誘導され、供給管における更なる混合を提供する。各コイルは、供給管の周りに同じ角度（例えば、ピッチ）で、ただし間隔を置いて、巻き付けられ得る。異なる振幅及び周波数が、互いと位相を１２０°離して、各コイルに加えられ得る。可変ピッチコイルが使用されてもよい。

圧力を供給管内の溶融金属に導入する機構の別の実施例は、供給管の長手方向軸に平行な回転軸の周りに回転するように位置付けられた永久磁石を含む、永久磁石可変ピッチ式の流動制御デバイスである。磁石の回転は、溶融金属の周囲の回転運動を生じさせる。永久磁石の回転軸のピッチは、溶融金属の運動を供給管内で上向きまたは下向きに誘導するように調整され得る。回転する磁石の回転軸のピッチを変えることは、溶融金属を加圧する。流動制御は、ピッチ及び回転速度の制御を通して達成される。

圧力を供給管内の溶融金属に導入する機構の更に別の実施例は、円周方向の動きを生成する任意の流動制御デバイス（例えば、永久磁石をベースとするまたは電磁石をベースとする流動制御デバイス）を含む、求心性ダウンスパウト式の流動制御デバイスである。求心性ダウンスパウトは、供給管内の溶融金属が求心的に加速されるときに、流動速度を制限することまたは流動速度を上げることのいずれかのために形作られた供給管とすることができる。あるいは、求心性ダウンスパウト自体が、供給管内の溶融金属において求心性の加速を誘導するように回転する。

圧力を供給管内の溶融金属に導入する機構の別の実施例は、溶融金属に接触するように供給管の内部に延出する電極を有する供給管を含む、直流（ＤＣ）伝導式の流動制御デバイスである。電極は、グラファイト電極または任意の他の適切な高温電極とすることができる。電圧は、溶融金属を通る電流を駆動するように電極にわたって加えられ得る。磁場生成器は、溶融金属を通って移動する電流の方向に垂直な方向に溶融金属にわたって磁場を生成することができる。動く電流と磁場との間の相互作用は、右手の法則（磁場と電場の外積）に従って供給管内で上向きまたは下向きに溶融金属を加圧する力を生じさせる。他の場合では、交流が、例えば交流磁場などと共に、使用されてもよい。流動制御は、磁場、電流、または両方の強度、方向、もしくは両方を調整することによって達成され得る。あらゆる形状の供給管が使用され得る。

マルチチャンバ供給管が、単独で、または本明細書に記載される流動制御デバイスのうちの１つなどのような流動制御デバイスと組み合わせて使用され得る。マルチチャンバ供給管は、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、またはより多くのチャンバを有することができる。各チャンバは、より多くのまたは少ない流動を溶融溜めの一定の領域に導くために流動制御デバイスによって個別に駆動され得る。マルチチャンバ供給管は、単一流動制御デバイスによって、全体として、駆動され得る。マルチチャンバ供給管は、そのチャンバが溶融金属を同時または個別に（例えば、最初に第１のチャンバから、次いで第２のチャンバから）解放するように駆動され得る。マルチチャンバ供給管は、パルス式の流動制御を各チャンバに提供することができ、溶融金属が、同時または個別に、各チャンバの外に増加されたまたは減少された圧力で流れることをもたらす。

圧力を供給管内の溶融金属に導入する機構の別の実施例は、可動磁場を生成するために回る永久磁石または電磁石を含む、ヘルムホルツ共鳴器式の流動制御デバイスである。回る永久磁石または電磁気は、振動を生成するために（例えば、金属を１つの磁気源によって上向きにかつ別の磁気源によって下向きに強いることにより）溶融金属に交流力を生成する振動磁場を生成することができる。振動磁場は、定常場の上部に与えられ得る。供給管内の溶融金属において振動する圧力波は、溶融液溜めの中に伝播することができる。溶融金属において振動する圧力波は、微粒化を増加させることができる。振動する圧力波は、（例えば、結晶の端部において）成形結晶が壊れることを引き起こし得、それは、追加的な核形成部位を提供することができる。これらの追加的な核形成部位は、より少ない微粒化剤が溶融金属に使用されることを可能にし得、それは、鋳造インゴットの所望された組成に有益である。なおその上に、追加的な核形成部位は、熱間割れのかなりのリスクなどなしで、インゴットがより高速かつ確実に鋳造されることを可能にし得る。センサが、コントローラに連結され得、溶融金属の内側の圧力場を検知する。ヘルムホルツ共鳴器は、（例えば、最も強め合う干渉で）最も効果的な周波数が発生するまで、ある範囲の周波数を通して掃引され得る。

半固体鋳造供給管が、本明細書に記載される様々な流動制御デバイスの１つ以上と共に使用され得る。半固体鋳造供給管は、供給管を通って流れる金属の温度を調節するために温度調節デバイスを含む。温度調節デバイスは、冷たいるつぼのような冷却管（例えば、水で満たされた冷却管）を含むことができる。温度調節デバイスは、誘導加熱器または他の加熱器を含むことができる。少なくとも１つの流動制御デバイスが、金属内に一定の剪断力を生成するために使用され得、金属が、固体の一定の断片において鋳造されることを可能にする。一定の量の核形成障壁の克服で、鋳造が、型を取り替えずにより高速で可能になる。供給管内の金属の粘性は、それが剪断される際に低下し得る。流動制御デバイス（例えば、電磁石または永久磁石式の流動制御デバイス）によって生成された力は、融合物の潜熱を克服することができる。供給管内の溶融金属から熱のいくらかを取り出すことによって、熱が型内の溶融金属から取り出される必要が少なくなり、それは、より高速な鋳造を可能にし得る。金属が供給管を出る際、金属は、約２％〜約１５％固体の間、またはより具体的には、約５％〜約１０％固体の間にあり得る。閉ループコントローラが、撹拌、加熱、冷却、またはそれらの任意の組み合わせを制御するために使用され得る。固体の断片が、供給管の出口においてまたはその出口近くで、サーミスタ、熱電対、または他のデバイスによって測定され得る。温度測定デバイスは、供給管の外側または内側から測定され得る。金属の温度は、状態図に基づいて固体の断片を推定するために使用され得る。この態様における鋳造は、結晶の小さな集合物内に拡散する合金元素の能力を向上することができる。更に、この態様における鋳造は、結晶が、溶融液溜めに入る前のある期間にわたって形成され成熟することを可能にする。凝固結晶の成熟は、結晶の形状を、それらがより密に一緒に詰め込まれ得るように、丸くすることを含むことができる。

いくつかの場合では、前述のノズル及びポンプが、流動誘導器と組み合わせて使用され得る。流動誘導器は、溶融アルミニウム内に潜水可能なかつ流動を特定の様式に誘導するように位置付けられたデバイスとすることができる。

いくつかの場合では、特定のサイズの（例えば、熱間圧延の間に再結晶を誘導するのに十分大きな、ただし、失敗をもたらすほど十分に大きくない）金属間化合物の形成を誘導することが望ましいであろう。例えば、いくつかの鋳造アルミニウムでは、１μｍより小さな相当径サイズを有する金属間化合物は、実質的に有益ではなく、約６０μｍより大きな相当径サイズを有する金属間化合物は、有害であり得、冷間圧延後に圧延されるシート製品の最終ゲージにおける失敗を潜在的に引き起こすほど十分大きい可能性がある。それ故、約１〜６０μｍ、５〜６０μｍ、１０〜６０μｍ、２０〜６０μｍ、３０〜６０μｍ、４０〜６０μｍ、または５０〜６０μｍの（相当径）サイズを有する金属間化合物が望ましいであろう。非接触で誘導される溶融金属の流動は、これらのやや大きな金属間化合物がより容易に形成できるように、金属間化合物を周囲に十分に分配することに役立ち得る。

いくつかの場合では、熱間圧延の間にばらばらに離れることをより容易にする金属間化合物の形成を誘導することが望ましいであろう。圧延の間に容易にばらばらにされ得る金属間化合物は、特に、沈滞領域、例えば、液溜めの角部並びに中心及び／または下部などの中に、増加された混合または撹拌を伴って、より多く発生する傾向がある。

溶融金属の凝固の間に形成される結晶の優先的な沈殿に起因して、結晶の沈滞領域が、溶融液溜めの中央部分に発生し得る。沈滞領域におけるこれらの結晶の蓄積は、インゴット形成の問題を引き起こし得る。沈滞領域は、最大約１５％〜約２０％の固体部分を達成することができるが、その範囲外の他の値が可能である。本明細書に開示される技法を使用する増加された混合を用いないと、溶融金属は、沈滞領域の中にうまく流れず、それ故、沈滞領域において形成し得る結晶が蓄積し、溶融液溜め全体にわたって混合されない。

更に、合金元素は、凝固する境界面を形成する結晶から排斥されるので、それらは、低いところにある沈滞領域に蓄積し得る。本明細書に開示される技法を使用する増加された混合を用いないと、溶融金属は、低いところにある沈滞領域の中にうまく流れず、それ故、低いところにある沈滞領域内の結晶及びより重い粒子が、通常、溶融液溜め全体にわたってうまく混合しない。

更に、上部の沈滞領域及び低いところにある沈滞領域からの結晶が、液溜めの下部の方へ落ち得、その近くに集まり得、過渡的金属領域の下部に固体金属の中心隆起を形成する。この中心隆起は、鋳造金属に望ましくない特性（例えば、合金元素、金属間化合物、及び／または望ましくない大きな粒構造の望ましくない集中）を結果としてもたらし得る。本明細書に開示される技法を使用する増加された混合を用いないと、溶融金属は、液溜めの下部の近くに蓄積したこれらの結晶及び粒子の周りに動くのにかつそれらをよく混ぜ合わせるのに十分低く流れないであろう。

増加された混合は、例えば、結晶及び重い粒子を混合することなどによって、溶融液溜め及び結果として生じるインゴット内の均質性を上げるために使用され得る。増加された混合はまた、結晶及び他の粒子を溶融液溜めの周りで動かすことができ、凝固速度を遅くし、合金元素が、成形金属結晶全体にわたって拡散することを可能にする。更に、増加された混合は、成形結晶をより速く成熟させること及び（例えば、遅くされた凝固速度に起因して）より長く成熟させることを可能にし得る。

本明細書に記載される技法は、溶融金属液溜め全体にわたって共鳴流動を誘導するために使用され得る。溶融金属液溜めの形状及び溶融金属の特性に起因して、一次流動が、いくつかの状況では溶融液溜めの全深さに到達しない可能性がある。しかしながら、共鳴流動（例えば、一次流動によって誘導された流動）が、一次流動の適切な方向及び強度によって誘導され得、溶融液溜めの沈滞領域（例えば、溶融液溜めの下部中央）に到達することができる。

本明細書に記載される技法を用いるインゴット鋳造は、均一粒径、固有粒径、インゴットの外部表面に沿う金属間化合物分布、インゴットの中心における非典型的なマクロ偏析効果、増加された均質性、またはそれらの任意の組み合わせを有し得る。本明細書に記載される技法及びシステムを使用するインゴット鋳造は、更なる有益な特性を有し得る。より均一な粒径及び増加された均質性が、微粒化剤が溶融金属に添加される必要性を減らし得るか除去し得る。本明細書に記載される技法は、空洞化なしでかつ増加された酸化物生成なしで、増加された混合を生成することができる。増加された混合は、凝固インゴット内により薄い液体と固体の境界面を結果としてもたらし得る。ある実施例では、アルミニウムインゴットの鋳造の間に、液体と固体の境界面の幅が約４ミリメートルである場合、それは、非接触溶融流動誘導物が溶融金属を撹拌するために使用されるときに、最大７５％またはそれを超えて（幅約１ミリメートルまたはそれ未満まで）減らされ得る。

いくつかの場合では、本明細書に開示される技法の使用が、結果として生じる鋳造製品の平均粒径を減少させ得、鋳造製品全体にわたって比較的均一な粒径を誘導することができる。例えば、本明細書に開示される技法を使用するアルミニウムインゴット鋳造は、約２８０μｍ、３００μｍ、３２０μｍ、３４０μｍ、３６０μｍ、３８０μｍ、４００μｍ、４２０μｍ、４４０μｍ、４６０μｍ、４８０μｍ、または５００μｍ、５５０μｍ、６００μｍ、６５０μｍ、または７００μｍ以下における粒径のみを有することができる。例えば、本明細書に開示される技法を使用するアルミニウムインゴット鋳造は、約２８０μｍ、３００μｍ、３２０μｍ、３４０μｍ、３６０μｍ、３８０μｍ、４００μｍ、４２０μｍ、４４０μｍ、４６０μｍ、４８０μｍ、５００μｍ、５５０μｍ、６００μｍ、６５０μｍ、または７００μｍ以下の平均粒径を有することができる。比較的均一な粒径は、２００、１７５、１５０、１２５、１００、９０、８０、７０、６０、５０、４０、３０、２０、またはそれより小さい値以下の粒径における最大標準偏差を含むことができる。例えば、本明細書に開示される技法を使用する鋳造製品は、４５以下の粒径における最大標準偏差を有することができる。

いくつかの場合では、本明細書に開示される技法の使用は、結果として生じる鋳造製品における樹枝状晶枝間隔（例えば、結晶化金属内の樹枝状晶の隣接する樹枝状晶枝間の距離）を減らすことができ、鋳造製品全体にわたって比較的均一な樹枝状晶枝間隔を誘導することができる。例えば、非接触溶融流動誘導物を使用するアルミニウムインゴット鋳造は、全インゴットにわたって約１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、または５０μｍの平均樹枝状晶枝間隔を有し得る。比較的均一な樹枝状晶枝間隔は、１６、１５、１４、１３、１２、１１、１０、９、８．５、８、７．５、７、６．５、６、５．５、５、またはそれより小さい値以下の樹枝状晶枝間隔の最大標準偏差を含むことができる。例えば、２８μｍ、３９μｍ、２９μｍ、２０μｍ、及び１９μｍの（例えば、共通断面における鋳造インゴットの厚さにわたる場所で測定されるような）平均樹枝状晶枝間隔を有する鋳造製品は、約７．２の樹枝状晶枝間隔の最大標準偏差を有することができる。例えば、本明細書に開示される技法を使用する鋳造製品は、７．５以下の樹枝状晶枝間隔の最大標準偏差を有することができる。

いくつかの場合では、本明細書に記載される技法が、マクロ偏析（例えば、金属間化合物及び／または金属間化合物が集まる場所）のより精密な制御を可能にし得る。金属間化合物の増加された制御は、合金元素の含有量または高再生含有量を有する溶融材料で出発するにもかかわらず、最適な粒構造が鋳造製品に生産されることを可能にし得、それは、通常、最適な粒構造の形成を妨げる。例えば、再生アルミニウムは、一般に、新たなまたは最初のアルミニウムよりも高い鉄含有量を有し得る。更なる時間のかかる及び費用集約的な処理が、鉄含有量を薄めるために行われない限り、より多くの再生アルミニウムが鋳造に使用されるほど、一般に、鉄含有量がより高くなる。高鉄含有量を用いると、（例えば、全体にわたって小さな結晶サイズを有し、かつ望ましくない金属間化合物構造を有さない）望ましい製品を生産することが困難になることがあり得る。しかしながら、例えば、本明細書に記載される技法などを使用して増大された、金属間化合物の制御は、高鉄含有量を有する溶融金属、例えば、最大１００％まで再生されたアルミニウムなどでさえも、望ましい製品の鋳造を可能にし得る。１００％再生された金属の使用は、環境及び他のビジネスニーズのために非常に望ましい可能性がある。

いくつかの場合では、プレート型ノズルが使用され得る。プレート型ノズルは、丸いノズルを形成するのに必要な鋳造可能なセラミックに頼るのではなくて、機械加工可能なセラミックから構成され得る。機械加工可能なセラミック（または他の材料）で作製されたノズルは、アルミニウム及びアルミニウムの様々な合金と反応しにくい望ましい材料から作製され得る。それ故、機械加工可能なセラミックノズルは、鋳造可能なセラミックノズルよりも少ない頻度の交換を要求し得る。プレート型ノズル設計は、かかる機械加工可能なセラミックの使用を可能にし得る。

プレート型ノズル設計は、セラミック材料または耐熱性材料の１つ以上のプレートを含むことができ、その中に、１つ以上の通路が溶融金属の通過のために機械加工されている。例えば、プレート型ノズル設計は、共に間に挟む２つのプレートからなる平行プレートノズルとすることができる。共に間に挟む２つのプレートの一方または両方が、その中に機械加工された通路を有することができ、その通路を通って溶融金属が流れることができる。いくつかの場合では、溶融金属ポンプが、プレート型ノズル設計に含まれ得る。例えば、プレート型ノズルは、通路を通る静的または可動磁場を誘導する永久磁石と、通路内の溶融金属を通る電荷を運ぶための電極と、を含むことができる。フレミングの法則に起因して、力（例えば、ポンピング力）が、溶融金属に、それが永久磁石及び電極を通過するときに誘導され得る。いくつかの場合では、プレート型ノズル設計に含まれるポンピング機構が、丸くない通路の乱流増加に起因する圧力損失を克服することができる。丸くない通路内の乱流増加は、溶融液溜めに入る前に溶融金属の更なる混合の利益を提供することができる。いくつかの場合では、プレート型ノズル設計が、エダクタを含む。エダクタは、プレート型ノズルへの取り付け点によって適所に保持され得る。

いくつかの場合では、エダクタノズルの寸法が、所望された鋳造速度及び特定の合金を考慮して、選択され得る。鋳造速度及び特定の合金が分かると、溶融金属の平均密度及び溶融液溜めの深さが、決定または推定され得る。これらの値は、液溜めの下部において理想量の混合を生じさせるのに必要なエダクタノズルのサイズを決定するために使用され得る。液溜めの下部における混合は、エダクタノズルからの一次流動から誘導される共鳴溶融金属流動に起因して発生し得る。

エダクタノズル及び／またはポンプを使用する場合、溶融液溜め内の一次流動または共鳴流動を妨げるあらゆる種類のスキマーもしくは分配バッグを使用しないことが望ましいであろう。

本明細書に記載される技法の１つ以上は、溶融金属が溶融液溜めに入った後に溶融液溜め上に流動を誘導するように設計される非接触流動誘導物の使用と組み合わされ得る。例えば、非接触流動誘導物は、溶融液溜めの表面の上に配置された回転する永久磁石を含むことができる。他の適切な流動誘導物が使用されてもよい。かかる流動誘導物との本明細書に記載される技法の組み合わせは、粒径並びに／または金属間化合物形成及び分布に対して、更に良い混合及びより多くの制御を提供することができる。

これらの例示的な実施例は、本明細書に記述される一般的な主題を読み手に紹介するために与えられ、開示される概念の範囲を限定することを意図されない。以下の欄は、図面を参照して様々な追加の特徴及び実施例を記載し、図面中、同様の数字は同様の要素を示し、方向的記載は、例示的な実施形態を記載するために使用されるが、例示的な実施形態のように、本開示を限定するために使用されるべきではない。本明細書における例示に含まれる要素は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。

図１は、本開示の一定の態様に従う金属鋳造システム１００の部分断面図である。金属源１０２、例えば、タンディッシュなどが、溶融金属１２６を供給管１３６の下へ供給することができる。スキマー１０６は、供給管１３６の周りで使用され得、溶融金属１２６の分配を助け、かつ溶融金属１２６の上部表面１１４における金属酸化物の生成を低減する。下部ブロック１２２は、型穴１１６の壁に適合するように液圧シリンダ１２４によって持ち上げられ得る。溶融金属が型内で凝固し始める際、下部ブロック１２２は、絶えず下げられ得る。鋳造金属１１２は、凝固した側部１２０を含み得る一方で、鋳造に加えられる溶融金属１２６は、鋳造金属１１２を連続的に長くするために使用され得る。いくつかの場合では、型穴１１６の壁が、中空空間を画定し、冷却剤１１８、例えば水などを含有してもよい。冷却剤１１８は、中空空間から噴出物として出ることができ、鋳造金属１１２の側部１２０の下に流れ得、鋳造金属１１２の凝固を助ける。鋳造されているインゴットは、凝固金属１３０、過渡的金属１２８、及び溶融金属１２６を含み得る。

溶融金属１２６は、溶融金属１２６内に潜水可能な一次ノズル１０８において供給管１３６を出ることができる。二次ノズル１１０は、一次ノズル１０８の出口の近くに位置し得る。二次ノズル１１０は、一次ノズル１０８に隣接して固定され得るか、あるいは供給管１３６または一次ノズル１０８に取り付けられ得る。二次ノズル１１０は、金属源１０２からの新たな金属の流動を使用して、二次ノズル１１０への溶融金属１２６の流入１３２を生成するベンチュリ効果を作り出すことができる。二次ノズル１１０への溶融金属１２６の流入１３２は、以下により詳細に記載されるように、二次ノズル１１０の外に増加された流出１３４を生成する。

供給管１３６は、流動制御デバイス１０４を更に含むことができ、その非限定的な実施例が、以下により詳細に記載される。流動制御デバイスは、金属源１０２と一次ノズル１０８の間に位置付けられ得る。流動制御デバイス１０４は、非接触流動制御デバイスとすることができる。流動制御デバイス１０４は、永久磁石をベースとするまたは電磁石をベースとする流動制御デバイスとすることができる。流動制御デバイス１０４は、供給管１３６内の溶融金属１２６に圧力波を誘導することができる。流動制御デバイス１０４は、供給管１３６内の混合を増加させることができ、供給管１３６を出る溶融金属１２６の流動速度を上げることができ、供給管１３６を出る溶融金属１２６の流動速度を下げることができ、またはそれらの任意の組み合わせが可能である。

図２は、本開示の一定の態様に従うエダクタノズルアセンブリ２００の断面描写である。エダクタノズルアセンブリ２００は、二次ノズル１１０に隣接して位置付けられた供給管からの一次ノズル１０８を含む。一次ノズル１０８及び二次ノズル１１０の両方が、溶融液溜め（例えば、型穴または他の容器内に既に存在する溶融金属）内に潜水可能であり得る。一次ノズル１０８は、出口開口部２０６を含み、新たな金属流動２０２がそれを通過する。新たな金属流動２０２は、既に溶融液溜めの一部ではない溶融金属の流動である。新たな金属流動２０２が、一次ノズル１０８の出口開口部２０６を出る際、新たな金属流動２０２は、二次ノズル１１０における絞り２０４を通過し、次いで、二次ノズル１１０の出口開口部２１０を出る。絞り２０４を通過する新たな金属流動２０２は、ベンチュリ効果を生成する低圧領域を作り出し、それは、既存の金属（例えば、溶融液溜めに既にある金属）が、流入開口部２０８を通って二次ノズル１１０の中を通過することを引き起こす。既存の金属流入１３２は、流入開口部２０８への既存の金属の流動である。二次ノズル１１０からの組み合わされた流出１３４は、新たな金属流動２０２からの新たな金属及び既存の金属流入１３２からの既存の金属を含む。それによって、二次ノズル１１０の使用は、新たな金属が増加された流量率で追加されることを要求することなく、溶融液溜めの混合を増加させるために新たな金属流動２０２のエネルギーを使用する。二次ノズル１１０の使用はまた、一次ノズル１０８の出口開口部２０６が、より小さなサイズであることを可能にすると同時に、同じ量、またはそれ以上の、溶融液溜めの混合を依然として得る。

図３は、本開示の一定の態様に従う永久磁石式の流動制御デバイス３００の斜視図である。永久磁石３０６は、回転子３０４の周りに配置され得る。任意の適切な数の永久磁石３０６が、回転子３０４が回転されるときに、変動磁場が回転子３０４に隣接して生成されるように使用され得る。２つ以上の回転子３０４が、供給管３０２の両側に配置され得る。供給管３０２は、任意の適切な形状とすることができる。非限定的な実施例では、供給管３０２は、永久磁石３０６によって生成された磁場の形状に対応するロフト形状を有する。ロフト形状は、第１の円形断面３１０から、薄い矩形断面３１２を有する領域へ、第２の円形断面３１４を有する領域まで、動き得る。第１の円形断面３１０、矩形断面３１２、及び第２の円形断面３１４の全断面積は、同じであり得るが、そうである必要はない。（各回転子が他の回転子とは反対の方向３１６に回転し得る）それぞれの第１の方向３１６における回転子３０４の回転は、供給管３０２を通る変動磁場を作り出し得、それは、溶融金属に圧力波を生成することによって、流動方向３０８に増加された金属流動を誘導することができる。第１の方向３１６の反対方向における回転子３０４の回転は、供給管３０２を通る変動磁場を作り出し得、それは、溶融金属に圧力波を生成することによって、流動方向３０８に減少された金属流動を誘導することができる。回転子３０４の速度は、流動方向３０８における金属流動を制御するために制御され得る。供給管３０２からの回転子３０４の距離が、流動方向３０８における金属流動を制御するために更に制御され得る。

図４は、本開示の一定の態様に従う電磁石駆動ネジ式の流動制御デバイス４００の斜視断面図である。供給管４０２は、螺旋ネジ４１０を含むことができる。螺旋ネジ４１０は、供給管４０２に永久にまたは取り外し可能に組み込まれ得る。供給管４０２は、上端４０４及び下端４０６を有することができる。金属は、金属源から上端４０４の中に流れ、下端４０６を通って出ることができる。一般に、供給管４０２は、重力が徐々に溶融金属を流動方向４０８に上端４０４から下端４０６に流れさせるように方向付けられ得る。

図５は、本開示の一定の態様に従う電磁石駆動ネジ式の流動制御デバイス５００の側面断面図である。図４の供給管４０２は、上端４０４と下端４０６の間に位置付けられた螺旋ネジ４１０を含み、磁場源５０２に隣接して位置され得る。磁場源５０２は、供給管４０２の周りに及び供給管４０２に隣接して配置された電磁気コイル５０４から成り得る。電磁気コイル５０４は、三相固定子からのコイルとすることができ、それらは、供給管４０２内に変動電磁場を生成するために使用される。変動電磁場は、供給管４０２内の溶融金属の回転運動を誘導することができる。時計回り方向５０６（例えば、供給管４０２の上部から見たときに時計回り）に回転運動を誘導する電磁場の生成は、溶融金属が、流動方向４０８に螺旋ネジ４１０の傾斜面を通って加圧されることを引き起こし得、増加された圧力及び流動方向４０８における流動を生成する。回転運動を時計回り方向５０６の反対方向に（例えば、供給管の上部４０２から見たときに反時計回りに）誘導する電磁場の生成は、溶融金属が、流動方向４０８とは反対方向に螺旋ネジ４１０の傾斜面を通って加圧されることを引き起こし得、減少した圧力及び流動方向４０８における流動を生成する。十分な変動磁場は、供給管４０２内の溶融金属の流動を止めることを可能にし得、または溶融金属が流動方向４０８とは反対方向に流れることさえも引き起こし得る。非限定的な実施例として、螺旋ネジ４１０は、それに取り付けられたネジ部分を有するピン、例えば押出ネジなどとすることができる。螺旋ネジ４１０が取り外し可能である場合、それは、回転式に、例えば螺旋ネジ４１０の上部の近くなどに固定され得る。螺旋ネジ４１０は、クランプ、コッタピン、または他の適切な機構を用いて回転式に固定され得る。

図６は、本開示の一定の態様に従う図５の電磁石駆動ネジ式の流動制御デバイス５００の上面図である。供給管４０２は、螺旋ネジ４１０を含むことができる。磁場源５０２は、供給管４０２の周りに位置し得る。磁場源５０２は、三相固定子からの電磁気コイルを含むことができる。第１の組の電磁気コイル６０２は、第１の位相において磁場を生成することができ、第２の組の電磁気コイル６０４は、第２の位相において第２の磁場を生成することができ、第３の組の電磁気コイル６０６は、第３の位相において第３の磁場を生成することができる。各組の電磁気コイル６０２、６０４、６０６は、１つ、２つ、またはそれ以上の実際の電磁気コイルを含むことができ、したがって、供給管４０２を取り囲む電磁気コイルの数は、３の倍数である。第１の位相、第２の位相、及び第３の位相は、互いから、例えば１２０°などだけオフセットされ得る。

磁場源５０２は、時計回り方向５０６に供給管４０２内の溶融金属の運動を誘導する磁場を生成する際、溶融金属は、供給管４０２の下かつ供給管４０２の下端の外に強いられ得る。

図７は、本開示の一定の態様に従う電磁石線形誘導式の流動制御デバイス７００の斜視図である。電磁気線形誘導子７０２、７０４、７０６が、穴７１０の周りに位置付けられる。供給管は、穴内に配置され得る。供給管は、任意の適切な形状、例えば、図３に関して上記したようにロフト形状などを有することができる。線形誘導子７０２、７０４、７０６は、オフセット位相において、例えば、１２０°だけオフセットされた３つの位相などにおいて動作することができる。線形誘導子７０２、７０４、７０６による電磁場の誘導は、流動方向７０８または流動方向７０８の反対方向に供給管内の溶融金属に圧力または運動を誘導することができる。流動制御は、線形誘導子７０２、７０４、７０６に適用される磁場及び周波数を変動させることによって達成され得る。

図８は、本開示の一定の態様に従う電磁気螺旋誘導式の流動制御デバイスの前面図である８００。電磁気コイル８０４、８０６、８０８は、供給管８０２の周りに巻き付けられる。電磁気コイル８０４、８０６、８０８は、オフセット位相、例えば１２０°だけオフセットされた３つの位相などにおいて動作することができる。第１のコイル８０４は、第１の位相において動作され得、第２のコイル８０６は、第２の位相において動作され得、第３のコイル８０８は、第３の位相において動作され得る。コイル８０４、８０６、８０８は、供給管８０２の長手方向軸８１６に対して類似のまたは異なるピッチ角度で位置付けられ得る。あるいは、コイル８０４、８０６、８０８は、長手方向軸に８１６対して可変ピッチ角度でそれぞれ位置付けられる。

流動制御は、各コイル８０４、８０６、８０８に動力をつける駆動電流の周波数、振幅、または両方を変動させることによって達成される。各コイル８０４、８０６、８０８は、同じ周波数及び振幅で、ただし位相を１２０°離して、駆動され得る。コイル８０４、８０６、８０８は、動力をつけられると、供給管８０２内に螺旋形の回転磁場を生成する。回転磁場は、（例えば、上部から見たときに時計回りまたは反時計回り方向に）供給管８０２内の溶融金属の回転運動、並びに流動方向８１８または流動方向８１８の反対方向に供給管８０２内の長手方向圧力または運動を誘導する。

図９は、本開示の一定の態様に従う永久磁石可変ピッチ式の流動制御デバイス９００の上面図である。１組の回転する永久磁石９０６が、供給管９０２の周りに位置付けられる。回転する永久磁石９０６は、図３に関して上記したように、回転子と永久磁石の組み合わせ、または他の回転する永久磁石とすることができる。回転する永久磁石９０６が第１の方向９０８に回転する際、それらは、方向９１０に供給管９０２内の溶融金属の回転運動を誘導する変動磁場を生成する。第１の方向９０８の反対方向に回転する永久磁石９０６の回転は、溶融金属の運動を方向９１０の反対方向に誘導することができる。回転する永久磁石９０６は、回転軸のピッチを変更するフレーム９０４に位置付けられる。

図１０は、本開示の一定の態様に従う回転のみの配向における図９の永久磁石可変ピッチ式の流動制御デバイス９００の側面図である。回転する永久磁石９０６の回転軸１００２は、供給管９０２の長手方向軸１００４に平行である。回転する永久磁石９０６は、フレーム９０４に位置付けられ、第１の方向９０８に回転する。回転する永久磁石９０６が回転する際、それは、供給管９０２の内側の金属の回転流動を方向９１０に誘導する。回転のみの配向では、回転軸１００２及び長手方向軸１００４が平行であり、追加の圧力が長手方向に（例えば、図１０に見られるように、上向きまたは下向きに）溶融金属に加えられないことを結果としてもたらす。

図１１は、本開示の一定の態様に従う下降圧力配向における図９の永久磁石可変ピッチ式の流動制御デバイス９００の側面図である。回転する永久磁石９０６の回転軸１００２は、供給管９０２の長手方向軸１００４に対して非平行である。回転軸１００２のピッチは、例えば、フレーム９０４内の（例えば、フレームの上部部分、フレームの下部部分、またはその両方内の）回転する永久磁石９０６のスピンドル１００８の位置を調整することなどによって、調整され得る。回転軸１００２のピッチが供給管９０２の長手方向軸１００４と非平行であるとき、回転する永久磁石９０６の回転は、供給管９０２内の溶融金属に圧力を長手方向に（例えば、図１１に見られるように、上向きまたは下向きに）誘導する。最終的な金属流動は、回転する永久磁石９０６が第１の方向９０８に回転するときに、回転する永久磁石９０６の回転軸１００２に垂直な方向の、方向１００６に発生する。

長手方向流動及び回転流動の制御は、回転する永久磁石９０６の回転速度及び回転する永久磁石９０６の回転軸１００２のピッチを通して制御され得る。

図１２は、本開示の一定の態様に従う求心性ダウンスパウト式の流動制御デバイス１２００の側面断面図である。求心性ダウンスパウト１２０２は、供給管内の溶融金属の回転性の動き（例えば、求心性の動きまたは円周方向の動き）を誘導する任意の流動制御デバイス１２０４と共に使用され得る。流動制御デバイス１２０４は、一対の回転する永久磁石１２１４、例えば、図１１に関して上記したものなどとすることができる。

溶融金属は、上部開口部１２０６を通って求心性ダウンスパウト１２０２に入ることができる。溶融金属は、一般に、重力に起因して、求心性ダウンスパウト１２０２を通過し、下部開口部１２１０を出ることができる。流動制御デバイス１２０４が求心性ダウンスパウト１２０２内の溶融金属に円周方向の動き１２１６を誘導するので、溶融金属は、求心性ダウンスパウト１２０２の内壁１２０８の外へ引き寄せられる。内壁１２０８は、内壁１２０８に衝突する溶融金属が、（例えば、図１２に見られるように）上向きまたは下向きに強いられるような角度に傾斜され得る。図１２に見られるように、内壁１２０８は、求心性ダウンスパウト１２０２の内側の溶融金属が円周方向の動き１２１６で誘導されるときに、上向きの圧力を提供するように傾斜される。それ故、溶融金属は、通常、重力に起因して流動方向１２１２に流れる間に、円周方向の動き１２１６の増加された誘導は、溶融金属がより少ない強さで流動方向１２１２に流れること、または流動方向１２１２の反対方向にさえも流れることを引き起こし得る。いくつかの場合では、内壁１２０８は、求心性ダウンスパウト１２０２内の溶融金属における円周方向の動き１２１６の誘導に応答して、流動方向１２１２に増加された圧力及び流動強度を提供するように傾斜され得る。

図１３は、本開示の一定の態様に従う直流伝導式の流動制御デバイス１３００の側面断面図である。供給管１３０２は、供給管１３０２内の溶融金属に接触するように位置付けられた第１の電極１３０４及び第２の電極１３０６を含むことができる。電極１３０４、１３０６は、供給管１３０２の穴内に位置付けられ得る。電極１３０４、１３０６は、グラファイト電極とすることができる。第１の電極１３０４はカソードであり得、第２の電極１３０６はアノードであり得る。電極１３０４、１３０６は、電源１３０８に連結され得る。電源１３０８は、直流（ＤＣ）電源または交流（ＡＣ）電源とすることができる。電源１３０８は、電極１３０４、１３０６間で供給管１３０２内の溶融金属を通る電流を生成することができる。いくつかの場合では、電源１３０８は、電極１３０４、１３０６を通る制御可能な電源（例えば、ＡＣまたはＤＣ）を提供するコントローラとすることができる。かかる制御可能な電源は、例えば、経過時間、鋳造の長さ、または他の測定可能な変数などの測定に基づいて、制御され得る。

磁場源１３１０は、供給管１３０２の外側に（例えば、図１３に見られるように、供給管１３０２の後ろに）位置し得る。磁場源１３１０は、供給管１３０２に隣接して位置付けられた永久磁石または電磁石とすることができ、ほぼ電極１３０４、１３０６間で供給管１３０２を通して磁場を誘導し、そこで、電流が電源１３０８によって生成される。

磁場に垂直な方向に溶融金属内を流れる電流の相互作用は、溶融金属を長手方向、例えば流動方向１３１２などに加圧する力を結果としてもたらし得る。流動は、電極１３０４、１３０６を通る電流及び磁場源１３１０によって生成された磁場を制御することによって制御され得る。

図１４は、本開示の一定の態様に従うマルチチャンバ供給管１４００の側面断面図である。マルチチャンバ供給管１４００は、供給管１４０２を通る複数の通路（例えば、チャンバ）を有する供給管１４０２を含む。供給管１４０２は、第１の通路１４１２及び第２の通路１４１４を含むことができる。第１の通路１４１２は、第１の入口点１４０４から第１の出口ノズル１４０８まで延出する。第２の通路１４１４は、第２の入口点１４０６から第２の出口ノズル１４１０まで延出する。あるいは、第１の入口点１４０４及び第２の入口点１４０６は、接合されてもよい。第１の出口ノズル１４０８及び第２の出口ノズル１４１０は、異なる方向に溶融金属を導くことができる。第１の出口ノズル１４０８は、溶融金属を第１の方向１４１６に導くことができ、第２の出口ノズル１４１０は、溶融金属を第２の方向１４１８に導くことができる。

いくつかの場合では、通路１４１２、１４１４のそれぞれが、例えば本明細書に記載されるような流動コントローラなどを用いて、別個にまたは共同で制御され得る。第１の通路１４１２及び第２の通路１４１４は、溶融金属を同時または別個に解放するように制御され得る。第１の通路１４１２及び第２の通路１４１４は、互いと同相またはずれた位相で異なる時間に異なった強度で溶融金属を解放するように制御され得る。

図１５は、本開示の一定の態様に従う図１４のマルチチャンバ供給管１４００の下面図である。供給管１４０２は、第１の出口ノズル１４０８及び第２の出口ノズル１４１０を含む。

図１６は、本開示の一定の態様に従うヘルムホルツ共鳴器式の流動制御デバイス１６００の側面断面図である。供給管１６０２は、２つの回転子１６０４、１６０６の間に位置付けられ得る。各回転子１６０４、１６０６は、それらに取り付けられた永久磁石１６０８、１６１０を含むことができる。図１６に示されるものよりも多くのまたは少ない永久磁石が使用されてもよい。第１の回転子１６０４及びその永久磁石１６０８は、第１の速度で第１の方向１６１４に回ることができる。第２の回転子１６０６及びその永久磁石１６１０は、第２の速度で第２の方向１６１６に回ることができる。第１の方向１６１４は、第２の方向１６１６と同じであってもよい。第１の速度及び第２の速度は、同じであってもよい。第１の回転子１６０４及び第２の回転子１６０６は、第１の回転子１６０４の永久磁石１６０８の両方が供給管１６０２からオフセットされるときに（例えば、図１６に見られるように、永久磁石１６０８の両方が回転子１６０４の上部及び下部にある場合）第２の回転子１６０６の永久磁石１６１０のうちの少なくとも１つが供給管１６０２に最も近いように、互いと位相をずらして回転される。

これらの永久磁石１６０８、１６１０を互いに位相をずらして回転することによって、振動する圧力波が、供給管１６０２内の溶融金属に誘導され得る。かかる振動する圧力波は、溶融金属を通って及び溶融液溜めの中に伝導され得る。

図１７は、本開示の一定の態様に従う半固体鋳造供給管１７００の側面断面図である。溶融金属１７１０は、温度制御デバイス１７１４によって取り囲まれた供給管１７０２を通過する。温度制御デバイス１７１４は、溶融金属１７１０の温度の制御を、それが供給管１７０２を通過する際に助けることができる。温度制御デバイス１７１４は、流体で満たされた管１７０４、例えば水で満たされた管などのシステムとすることができる。管１７０４を通る冷却剤流体（例えば、水）の再循環は、溶融金属１７１０から熱を取り除くことができる。熱が溶融金属１７１０から取り除かれる際、溶融金属１７１０は凝固し始め得、固体金属１７１２（例えば、核形成部位または結晶）が形成し始め得る。

溶融金属１７１０が供給管１７０２内で完全に凝固しないように、流動制御デバイス１７０６は、溶融金属１７１０に一定の剪断力を生成するように供給管１７０２の周りに配置され得る。任意の適切な流動制御デバイス１７０６、例えば本明細書に記載されたものなどが、溶融金属１７１０に一定の剪断力を、例えば供給管１７０２内での変動磁場の生成などを通して、生成するために使用され得る。

コントローラ１７１６は、溶融金属１７１０内の固体金属１７１２の割合を監視することができる。コントローラ１７１６は、固体金属１７１２の割合が設定点を超えるときに温度制御デバイス１７１４を通してより少ない冷却を提供する、かつ固体金属１７１２の割合が設定点を下回るときにより多くの冷却を提供するフィードバックループを使用することができる。固体金属１７１２の割合は、温度測定に基づく直接測定または見積りによって決定され得る。非限定的な実施例では、温度プローブ１７０８が、供給管１７０２の出口に隣接して溶融金属１７１０内に配置され、供給管１７０２を出る溶融金属１７１０の温度を測定する。供給管１７０２を出る溶融金属１７１０の温度は、溶融金属１７１０中の固体金属１７１２の割合を見積もるために使用され得る。温度プローブ１７０８は、フィードバックループのための信号を提供するようにコントローラ１７１６に連結される。代替の実施例では、温度プローブ１７０８が、他の場所に配置されてもよい。所望される場合、非接触温度プローブが、フィードバックループのための信号を提供するために使用されてもよい。

温度制御デバイス１７１４は、流動制御デバイス１７０６と供給管１７０２の間に配置され得る。いくつかの場合では、温度制御デバイス１７１４及び流動制御デバイス１７０６が、共に統合され得る（例えば、針金のコイルが、連続する管１７０４の間に配置され得る）。流動制御デバイス１７０６は、温度制御デバイス１７１４と供給管１７０２の間に配置され得る。

温度制御デバイス１７１４及び流動制御デバイス１７０６は、半固体鋳造を行うために、任意の適切な供給管、例えば本明細書に記載されたものなどと共に、使用され得る。

図１８は、本開示の一定の態様に従う複数の出口ノズル１８０８、１８１０を有するプレート供給管１８００の前面断面図である。プレート供給管１８００は、供給管１８０２を通る少なくとも１つの通路１８１２（例えば、チャンバ）を有する供給管１８０２を含む。通路１８１２は、入口１８０４から第１の出口ノズル１８０８及び第２の出口ノズル１８１０まで延出する。所望される場合、プレート供給管１８００は、複数の通路を含んでもよい。第１の出口ノズル１８０８及び第２の出口ノズル１８１０は、異なる方向に溶融金属を導くことができる。第１の出口ノズル１８０８は、第１の方向１８１６に溶融金属を導くことができ、第２の出口ノズル１８１０は、第２の方向１８１８に溶融金属を導くことができる。

第１の電極１８２０及び第２の電極１８２２は、供給管１８０２の両側に位置付けられ得、通路１８１２に電気的に接触することができる。いくつかの場合では、電極１８２０、１８２２が、グラファイトで作製されているが、それらは、溶融金属の高温度に耐えることが可能な任意の適切な伝導性材料で作製されてもよい。コントローラ（例えば、図２４に示されるコントローラ２４１０など）は、電極１８２０、１８２２に電流を供給することができ、それ故、通路１８１２内の溶融金属を通る電流の流れを誘導する。通路１８１２内の溶融金属を通る磁場を生成するために供給管１８０２の前及び後ろに配置された磁石（例えば、図２１〜２２に示される磁石２０１２及び２１０４など）と組み合わされるとき、力が、上向きまたは下向きの方向に通路１８１２内の溶融金属に加えられ得、それぞれ、供給管１８０２を通る溶融金属の流動を減らすかまたは増やす。

磁石及び電極１８２０、１８２２は、通路内の電極１８２０、１８２２を通過する（例えば、通路内の溶融金属を通る）磁場の方向及び電流の方向が共に供給管の長さに垂直に（例えば、図１８に見られるように上向き及び下向きに）方向付けられるように、位置付けられ得る。

図１９は、本開示の一定の態様に従う図１８のプレート供給管１８００の下面図である。供給管１８０２は、第１の出口ノズル１８０８及び第２の出口ノズル１８１０を含み、それらのそれぞれは、矩形形状であり得る。電極１８２０、１８２２が見られ得る。

図２０は、本開示の一定の態様に従う図１８のプレート供給管１８００の上面図である。供給管１８０２は、矩形形状である入口１８０４を含む。電極１８２０、１８２２が見られ得る。

エダクタ取り付け具及びエダクタノズルは、図１８〜２０に示されない。

図２１は、本開示の一定の態様に従うエダクタ取り付け具２１０８を示す図１８のプレート供給管１８００の側部立面図である。供給管１８０２は、電極１８２０及び永久磁石２１０２、２１０４を含むことができる。永久磁石２１０２、２０１４は、供給管１８０２の後方（例えば、左）及び前方（例えば、右）に位置し得、供給管１８０２を通る磁場を生成する。いくつかの場合では、電磁石が、永久磁石の代わりに使用されてもよい。永久磁石２１０２、２０１４、及び電極１８２０は、供給管１８０２の壁に沿ってほぼ等しい高さに位置し得る。

供給管１８０２に取り付けられたエダクタ取り付け具２１０８が示される。いくつかの代替の場合では、エダクタ取り付け具２１０８が、供給管１８０２以外の何か、例えば型穴などに取り付けられてもよい。複数のエダクタノズル２１１０を有する単一エダクタ取り付け具２１０８が、供給管１８０２に隣接して位置付けられ得、各エダクタノズル２１１０が、供給管１８０２の出口ノズル１８０８、１８１０に隣接して位置付けられる。いくつかの場合では、単一エダクタノズル２１１０をそれぞれ有する複数のエダクタ取り付け具２１０８が、供給管１８０２に隣接して位置付けられ得、各エダクタノズル２１１０が、供給管１８０２の出口ノズル１８０８、１８１０に隣接して位置付けられる。

図２１に示されるように、エダクタ取り付け具２１０８は、供給管１８０２の側部に連結され得るが、エダクタ取り付け具２１０８は、供給管１８０２の任意の適切な場所に任意の適切な様態で連結されてもよい。いくつかの場合では、エダクタ取り付け具２１０８が、取り外し可能な締結具２１０６（例えば、ネジ、ボルト、ピン、または他の締結具）の使用を通して供給管１８０２に取り外し可能に連結されてもよい。いくつかの場合では、所望された鋳造速度及び鋳造されている特定の合金を仮定して、理想のエダクタノズル２１１０サイズが、利用可能なエダクタノズルサイズの範囲から選択されてもよい。望ましくない（すなわち、所望された鋳造速度及び合金に関して）エダクタ取り付け具２１０８は、供給管１８０２から取り外され得、所望されたエダクタノズル２１１０を有する所望されたエダクタ取り付け具２１０８が、選択され得、供給管１８０２に取り付けられ得る。したがって、異なる寸法またはサイズの複数のエダクタノズル２１１０が、単一供給管１８０２を用いる使用のために提供され得、それらのどれも、所望された鋳造速度及び合金に基づいて選択され得る。いくつかの代替の場合では、単一エダクタノズル２１１０サイズのみが、各供給管１８０２のために提供されるが、類似の決定が、特定の鋳造速度及び合金のために適切な供給管１８０２及びエダクタノズル２１１０を選択するためになされてもよい。

本明細書に使用される際、エダクタノズル及びエダクタ取り付け具は、任意の適切な材料、例えば耐熱性材料またはセラミック材料などで作製され得る。

図２２は、本開示の一定の態様に従うエダクタノズル２１１０を示す図１８のプレート供給管１８００の側部断面図である。供給管１８０２は、永久磁石２１０２、２１０４を含むことができる。永久磁石２１０２、２１０４は、通路１８１２の中に及ぶ必要はない。供給管１８０２は、出口ノズル１８０８を含む。エダクタノズル２１１０は、出口ノズル１８０８に隣接して位置付けられる。エダクタノズル２１１０は、上記したように、エダクタ取り付け具２１０８によって適所に保持され得る。

エダクタノズル２１１０は、絞りを提供するように形作られた２つの翼部２２０４を含むことができ、その搾りを通ってノズル１８０８の外に流れる溶融金属が鋳造プロセスの間に流れる。本明細書に記載されるように、ノズル１８０８の外に流れる溶融金属は、絞りを通過して、エダクタ出口２２０６を出る。溶融金属は絞りを通ってノズル１８０８の外へ流れるが、金属液溜めに存在する溶融金属は、エダクタ開口部２２０２を通って運ばれる。

図２３は、本開示の一定の態様に従う図２２の供給管１８０２の拡大断面図である。一次流動２３０２は、出口ノズル１８０８の外へ供給管１８０２を出る。一次流動２３０２がエダクタノズル２１１０を通過する際、補足流入２３０４がエダクタノズル２１１０の中に引き込まれる。組み合わされた一次流動２３０２及び補足流入２３０４が、組み合わされた流動２３０６としてエダクタノズル２１１０を出る。

図２４は、本開示の一定の態様に従う図１８の供給管１８０２を使用する金属鋳造システム２４００の部分断面図である。金属源２４０２からの溶融金属は、供給管１８０２を通って溶融液溜め２４１２の中に渡る。コントローラ２４１０は、供給管１８０２の電極１８２０、１８２２に連結され得、供給管１８０２の前及び後に位置付けられた磁石と共に、起動力を提供し、供給管１８０２を通る流動を制御する。

図２４には見えないが、供給管１８０２は、供給管１８０２を出る溶融金属の速度を上げるエダクタノズル（例えば、図２１〜２３に関して示され記載されたエダクタノズル２１１０など）を含むことができる。供給管１８０２を出る溶融金属は、溶融液溜め２４１２の上部部分に溶融金属の一次流動２４０４を誘導することができる。この一次流動２４０４は、溶融液溜め２４１２に二次流動２４０６、２４０８を誘導することができる。二次流動２４０６は、溶融液溜め２４１２の中心の近くの沈滞領域における混合を増加させることができる。二次流動２４０８は、溶融液溜め２４１２の下部の近くの沈滞領域における混合を増加させることができる。

図２５は、本開示の一定の態様に従うビレットを鋳造するための金属鋳造システム２５００の断面図である。金属鋳造システム２５００は、本明細書に記載される一定の技法を使用して円形ビレットを連続的に鋳造するためのシンブル２５０２を含むことができる。シンブル２５０２は、セラミック材料、例えば、耐熱性セラミックなどで作製され得るが、他の適切な材料が使用されてもよい。シンブル２５０２は、保持リング２５０６によって型本体２５０４に固定され得る。型本体２５０４及び保持リング２５０６は、アルミニウムで作製され得るが、他の適切な材料が使用されてもよい。金属鋳造システム２５００は、型インサート２５０８の周り及び／またはその中を通過して循環される冷却剤流体（例えば、水）を使用して、シンブル２５０２を通って及びその外に通過する溶融金属のみならず、ポート２５１０を通って型インサート２５０８の外に放出される溶融金属を冷却するように設計された型インサート２５０８を含むことができる。型インサート２５０８は、アルミニウムまたは他の適切な材料とすることができる。型ライナ２５１２が、溶融金属がシンブル２５０２を出る点において型インサート２５０８と溶融金属との間に位置し得る。溶融金属は、型ライナ２５１２に接触するときに外側層を凝固することができ、その後、残りの熱が、ビレットが型ライナ２５０８から物理的に取り出される際にこのシェル（ｓｈｅｌｌ）の上への冷却剤の衝突によって除去される。型ライナ２５１２は、グラファイトまたは任意の他の適切な材料で作製され得る。様々な締結具２５１４が、型本体２５０４の上に様々な部分を保持するために使用され得る。Ｏリング２５１６が、漏れに対して接合部を封じるために位置付けられ得る。

金属源からの溶融金属は、シンブル２５０２内の通路２５２０を通って型インサート２５０８の中を通過する。シンブル２５０２は、型インサート２５０８の直径、具体的には、型ライナ２５１２の内径よりも小さな出口開口部２５１８を有することができる。

シンブル２５０２は、上記したような、任意の適切な流動制御デバイスを含むことができる。図２５に示されるように、シンブル２５０２は、通路２５２０を通る磁場を生成するために少なくとも１つの磁気源（図示されない）を含む流動制御デバイスを含む。磁気源は、シンブル２５０２の一部分に隣接して及び／またはその内側に位置付けられた一対の静的（例えば、回転しない）永久磁石とすることができる。磁気源は、一般に、図２５に見られるように、場所２５２２において、ページの中または外に、通路２５２０を通る磁場を生成することができる。流動制御デバイスは、場所２５２２に隣接してシンブル２５０２内に位置する一対の電極２５２４、２５２６を更に含むことができる。各電極２５２４、２５２６は、通路２５２０と接触するように位置付けられ得、電流が一方の電極２５２４から、通路２５２０内の溶融金属を通り、他方の電極２５２６へ通過することを可能にする。電極２５２４、２５２６は、電気を伝導することができる任意の適切な材料、例えば、グラファイト、チタン、タングステン、及びニオブなどで作製され得る。電流に場所２５２２を通過させる間、場所２５２２を通る磁場を同時に生成することによって、流動制御デバイスは、フレミングの法則に基づいて長手方向軸２５２８に沿って前または後方向に力（例えば、圧力）を誘導することができる。例えば、図２５に見られるように、電極２５２４から電極２５２６へと通過する電流と組み合わされる、ページに導かれた磁場は、金属源から、シンブル２５０２を通り、型インサート２５０８及び型ライナ２５１２への溶融金属の圧力並びに流動を増加させる力を生成することができる。上記したように、ＤＣまたはＡＣ電流が、要望に応じて使用され得る。

いくつかの状況では、冷却機器が、磁石を所望の動作温度まで冷却するために、磁石に隣接して配置され得る。

図２６は、本開示の一定の態様に従う図２５のシンブル２５０２の一部分の斜視図である。シンブル２５０２は、横方向に切断されるように見られる。通路２５２０の両側に位置付けられた永久磁石２６０２、２６０４が見られる。永久磁石２６０２、２６０４から９０°オフセットされ、通路２５２０の両側に位置付けられた電極２５２４、２５２６が見られる。電極２５２４、２５２６及び永久磁石２６０２、２６０４は長手方向軸２５２８に垂直な単一の横方向平面上に示されるが、それらは、異なる平面上に位置してもよく、その平面は、（例えば、長手方向軸２５２８に沿う前または後以外の方向に流動を誘導することが所望されるときに）長手方向軸２５２８と必ずしも垂直でなくてもよい。

電極２５２４、２５２６は、通路２５２０内の溶融金属と電気的に接触する必要があるので、電極２５２４、２５２６は、通路２５２０の内壁を貫通するように示される。永久磁石２６０２、２６０４は、通路２５２０の内壁を貫通する必要はない。電極２５２４、２５２６の配向（例えば、電極２５２４、２５２６の間に延出する線）は、永久磁石２６０２、２６０４の配向（例えば、永久磁石２６０２、２６０４の間に延出する線）に垂直に位置付けられ得る。

図２７〜３０は、溶融金属の異なる流出物を提供するために異なる形状を有する出口開口部を有する異なる種類のシンブルを描写する。これらの図面にわたる異なる流出物は、流出物の形状、方向、流量率、及び他の因子を変えることができる。異なる出口開口部が、単独で、または本明細書に開示される流動制御デバイスと共に使用され得る。磁石源及び電極を使用する流動制御デバイスを用いて示されるが、本明細書に開示される他の流動制御デバイスが、これらの異なる種類のシンブルと共に使用されてもよい。

図２７は、本実施形態の一定の態様に従う角度を付けられた通路２７２０を有するシンブル２７０２の一部分の断面図である。シンブル２７０２は、通路の直径が出口の近くの通路の一部分に対して直線的に減るように、その通路２７２０が角度を付けられ得ることを除いて、図２５のシンブル２５０２に類似し得る。具体的には、角度を付けられた通路の部分が、永久磁石２７０４、２７０６と電極２７０８との間に位置し得る。通路２７２０は、通路の最小直径が出口開口部２７１８にあるように、角度を付けられ得る。

図２８は、本実施形態の一定の態様に従う、ロフト状にされた、または湾曲した通路２８２０を有するシンブル２８０２の一部分の断面図である。シンブル２８０２は、通路の直径が絞り２８２２まで減り、次いで、再び増えるように、その通路２８２０が、ロフト状にされ得るかまたは湾曲され得ることを除いて、図２５のシンブル２５０２に類似し得る。これらの直径の変化は、出口の近くの通路の一部分のために起こり得る。具体的には、ロフト状にされた、または湾曲した通路２８２０の部分が、永久磁石２８０４、２８０６と電極２８０８との間に位置し得る。いくつかの場合では、絞り２８２２の直前の部分及び／または絞り２８２２自体が、永久磁石２８０４、２８０６と電極２８０８との間に位置し得る。絞り２８２２は、通路２８２０を通過する溶融金属が、出口開口部２８１８を出る前に絞り２８２０を通過する及び絞り２８２０に対して直径が増加する通路２８２０の小さな部分を通るように、出口開口部２８１８の近位に位置し得る。

図２９は、本実施形態の一定の態様に従うねじ式通路２９２０を有するシンブル２９０２の一部分の断面図である。シンブル２９０２は、その通路２９２０が、出口の近くの通路の少なくとも一部分について、その内径に沿うねじ部２９２２を含むことができることを除いて、図２５のシンブル２５０２に類似し得る。具体的には、ねじ式にされた通路２９２０の部分が、永久磁石２９０４、２９０６と電極２９０８との間に位置し得る。いくつかの場合では、通路全体２９２０が、ねじ式にされ得る。いくつかの場合では、出口開口部２９１８においてまたはその近くから、永久磁石２９０４、２９０６、及び電極２９０８までまたはそれらを超えて延出する通路２９２０の一部分のみが、ねじ式にされる。

図３０は、本実施形態の一定の態様に従うエダクタノズル３０２４を有するシンブル３００２の一部分の断面図である。シンブル３００２は、図２５〜２９のシンブル２５０２、２７０２、２８０２、２９０２のいずれかに類似し得る。図示されるように、シンブル３００２は、絞り３０２６において終わるロフト状通路３０２０を有するが、シンブル３００２は、他の形状を取ることができる。

エダクタノズル３０２４は、シンブル３００２の出口開口部３０１８に隣接して位置付けられる。エダクタノズル３０２４は、スパー（ｓｐａｒ）（図示されない）または他の接続によって適所に保持され得る。これらのスパーまたは他の接続は、エダクタノズル３０２４をシンブル３００２または別の構造（例えば、型本体、型ライナ、型インサート、もしくは他の部分）に連結し得る。エダクタノズル３０２４は、補足開口部３０２２を提供するように出口開口部３０１８と間隔を置いた関係で保持される。エダクタノズル３０２４の入口直径３０２８は、出口開口部３０１８の直径に等しく及び／またはそれよりも大きくすることができる。溶融金属が出口開口部３０１８の外へ及びエダクタノズル３０２４を通って流れる際、補足金属流動が、補足開口部３０２２内を通過することができ、一次金属流動（例えば、通路３０２０を通って及び出口開口部３０１８の外へ流れる金属と共にエダクタノズル３０２４を通して実行され得る。

エダクタノズル３０２４は、内径がその入口からその出口へ（例えば、一般に、図３０に見られるように、上部から下部へ）減少するように形作られ得る。入口と出口の間に絞りを有する形状（例えば、直径が、一般に、図３０に見られるように、上部から下部へ減少し、次いで増加する形状）のような、他の形状が使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、エダクタノズル３０２４が、シンブル３００２の凹部３０３０内に位置付けられる。凹部３０３０は、上記したように、成形ビレットの金属液溜め内の溶融金属が補足開口部３０２２の中に流れることを可能にするように形作られ得る。いくつかの実施形態では、流動制御デバイス（例えば、磁石３００４、３００６、及び電極３００８）が、それらが凹部３０３０内の溶融金属の流動を生じさせ得るように、シンブル３００８に沿って十分に遠位に（例えば、図３０に見られるように、一般に下に）位置付けられる。

いくつかの場合では、追加の電極（図示されない）が、電極３００８によって通路３０２０内の溶融金属に提供される力と比較して、凹部３０３０内の溶融金属に同じまたは異なる力を提供するように凹部３０３０内に設置される。かかる場合では、電極３００８が、通路３０２０内の溶融金属を下に及び出口開口部３０１８を通って押し動かす力を提供するような一方向に電流を提供することができる一方で、追加の電極（図示されない）が、凹部３０３０内の溶融金属を上向きに及び補足開口部３０２２を通して押し動かす力を提供するような反対方向に電流を提供することができる。追加の電極が使用されるとき、磁石３００４、３００６、または他の適切な磁気源（複数可）が、通路３０２０及び凹部３０３０の両方を通る磁場を生成するように位置付けられ得る。

図２５〜３０に関して記載された様々なシンブル設計は、溶融金属の温度及び組成の均質化を改善し得、マクロ偏析を最小限にし得、粒径を（例えば、粒の増加された成熟化を通して）最適化し得、かつ成形ビレットの液溜め形状を改善することができる。

図３１〜５０は、本明細書に記載される技法を使用して及び使用しないで作製した製品の樹枝状晶枝間隔を描写する図である。図３１〜３５及び４１〜４５は、本明細書に記載される技法を使用しないインゴット鋳造（「標準サンプル」）を表わすのに対して、図３６〜４０及び４６〜５０は、本明細書に記載される技法を使用するインゴット鋳造（「改良サンプル」）を表わす。２つのインゴットは、直接チル（ＤＣ）プロセスを用いて６００ｍｍ×１７５０ｍｍの低ヘッド複合材（Ｌｏｗ Ｈｅａｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：ＬＨＣ）鋳型において鋳造した。伝統的な０．１０％のＳｉ、０．５０％のＦｅ純度（Ｐ１０５０）を、最大０．５０％のＦｅ純度まで合金にされるＰ１０２０を用いて普通に見付けられるもの以外に、追加の微粒化剤または改質剤なしで凝固させた。バッチは、前のインゴット鋳造からの材料も含有せず、インゴット液溜め内の凝固条件を変更するために利用可能なミクロンサイズ粒子の粒刺激剤が完全になかったことを確実にした。溶融金属は、市販のアルミニウムコンパクト脱ガス機（ＡＣＤ）でガス抜きした。その後、溶融金属を１インチ当たり５０個の穴（Ｐｏｒｅｓ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ：ｐｐｉ）の公称開口部を有する網状セラミックフォームフィルタで濾過した。濾過後、溶融金属をＬＨＣ鋳型の中に導入した。定常状態条件は、この比較における両方の実施例について、型の真上の溝におけるＫタイプ（Ｔｙｐｅ Ｋ）熱電対によって測定される際に６９５〜７００℃の温度で６０ｍｍ／分の低下速度であった。水から高温インゴット表面接触点まで上方へ垂直方向に測定される、型内の金属の高さは、５７ｍｍであった。ダウンスパウトの先端は、金属液溜めの中に５０ｍｍ潜水可能であった。

標準サンプルインゴットは、金属を熱的に形成したコンボバッグ（例えば、分配バッグ）に分配することによって鋳造し、それは、金属をインゴットの短い面の方へ出すよう分配した。溶融液溜めまたはインゴット穴の中への金属流動は、従来のピンによって調節し、そのピンは、開くときに、金属が金属静圧下で分配バッグを満たし、インゴット型の短い面に流れ出ることを可能にする。

改良サンプルインゴットは、コンボバッグを用いずに、ただしその代わりにエダクタノズル、例えば、更に詳細に上記したものなど（例えば、図１を参照）を使用して鋳造した。溶融液溜めまたはインゴット穴の中への金属流動を、従来のピンとダウンスパウトの組み合わせによって再び調節したが、金属静圧に加えて、スパウトにおける金属を、永久磁石をベースとするポンプ（例えば、流動制御デバイス）、例えば上記したものなどを用いて加圧した。エダクタノズル及び／または永久磁石をベースとするポンプによって生成された増加された流動速度及び運動量は、インゴットの頭部において、鋳造の間に、肉眼によってはっきりと見られた。

両方のインゴットを６００ｍｍ×１７５０ｍｍの区分に区分化し、機械加工し、三酸エッチ（例えば、１００ｍＬの水当たりほぼ３ｍｌのＨＦで、等量のＨＣｌ、ＨＮ０３、及び水）を用いるエッチングの前に研磨した。次いで、サンプルの写真を撮って、微細構造サンプルを、断片の中心から延びる連続した距離における隣接した断片から準備した。

図３１〜３５は、本開示の一定の態様に従う標準サンプルインゴットの一区分の異なる部分の顕微鏡画像である。各顕微鏡画像は、横方向中心（例えば、圧延面またはインゴットの幅の中心）で、ただし異なる深さにおいて撮った。図３１は、インゴットの幾何学的中心の近くの深さにおけるインゴットの横方向中心を示す。図３２〜３５は、インゴットの順次浅くなる部分を示し、図３５は、インゴットの表面に最も近いインゴットの一部分を示す。図３１は、標準サンプルの平均樹枝状晶枝間隔が、インゴットの中心の近くで、約７２．６３ミクロンであることを示す。図３２は、標準サンプルの樹枝状晶枝間隔が、インゴットの表面の方へ更に、約８０．３７ミクロンであることを示す。図３３は、標準サンプルの樹枝状晶枝間隔が、インゴットの表面の方へ更に、約４９．８５ミクロンであることを示す。図３４は、標準サンプルの樹枝状晶枝間隔が、インゴットの表面の方へ更に、約３７．８６ミクロンであることを示す。図３５は、標準サンプルの樹枝状晶枝間隔が、インゴットの表面の近くで、約３０．５２ミクロンであることを示す。中心から表面までの樹枝状晶枝間隔の変動は大きく、約７３ミクロン〜約３０ミクロンの範囲にある。平均樹枝状晶枝間隔は、約１９．３の標準偏差で約５４．２ミクロンである。

図３６〜４０は、本開示の一定の態様に従う改良サンプルインゴットの一区分の異なる部分の顕微鏡画像である。図３６〜４０の各画像は、標準サンプルについての図３１〜３５の場所と対応する改良サンプルの場所において撮られた。図３６は、改良サンプルの平均樹枝状晶枝間隔が、インゴットの中心の近くで約２７．７６ミクロンであることを示す。図３７は、改良サンプルの樹枝状晶枝間隔が、インゴットの表面の方へ更に、約３９．４６ミクロンであることを示す。図３８は、改良サンプルの樹枝状晶枝間隔が、インゴットの表面の方へ更に、約２９．０９ミクロンであることを示す。図３９は、改良サンプルの樹枝状晶枝間隔が、インゴットの表面の方へ更に、約２０．２２ミクロンであることを示す。図４０は、改良サンプルの樹枝状晶枝間隔が、インゴットの表面の近くで、約１８．８８ミクロンであることを示す。表面から中心までの樹枝状晶枝間隔の変動は、比較的小さく、わずかに約１９ミクロン〜（約３９ミクロンの中間の最大値を伴って）約２８ミクロンだけの範囲にある。平均樹枝状晶枝間隔は、約７．４の標準偏差で約２７．１ミクロンである。これらの種類のより小さな平均樹枝状晶枝間隔及び／または樹枝状晶枝間隔のより少ない変動は、鋳造製品が、本明細書に記載される技法を使用して準備されたことを示し得る。

図４１〜４５は、本開示の一定の態様に従う図３１〜３５に示される標準サンプルインゴットの一区分の異なる部分の顕微鏡画像である。図４１〜４５の各画像は、図３１〜３５の場所と対応する場所において撮られた。図４１は、標準サンプルの平均粒径が、インゴットの中心の近くで約１１１８．０１ミクロンであることを示す。図４２は、標準サンプルの平均粒径が、インゴットの表面の方へ更に、約１３５３．３８ミクロンであることを示す。図４３は、標準サンプルの平均粒径が、インゴットの表面の方へ更に、約７１４．２９ミクロンであることを示す。図４４は、標準サンプルの平均粒径が、インゴットの表面の方へ更に、約６４２．８５ミクロンであることを示す。図４５は、標準サンプルの平均粒径が、インゴットの表面の近くで、約５１４．２９ミクロンであることを示す。表面から中心までの粒径の変動は大きく、約５１４ミクロン〜約１１１８ミクロンの範囲にある。平均粒径は、約３１５．４の標準偏差で約８６８．６ミクロンである。

図４６〜５０は、本開示の一定の態様に従う改良サンプルインゴットの一区分の異なる部分の顕微鏡画像である。図４６〜５０の各画像は、標準サンプルについての図４１〜４５の場所と対応する改良サンプルの場所において撮った。図４６は、改良サンプルの平均粒径が、インゴットの中心の近くで、約３６２．１７ミクロンであることを示す。図４７は、改良サンプルの平均粒径が、インゴットの表面の方へ更に、約４２８．５７ミクロンであることを示す。図４８は、改良サンプルの平均粒径が、インゴットの表面の方へ更に、約３４２．８５ミクロンであることを示す。図４９は、改良サンプルの平均粒径が、インゴットの表面の方へ更に、約３２１．４２ミクロンであることを示す。図５０は、改良サンプルの平均粒径が、インゴットの表面の近くで、約３０６．１２ミクロンであることを示す。表面から中心までの粒径の変動は、比較的小さく、わずかに約３０６ミクロン〜（約４２９ミクロンの中間の最大値を伴って）約３６２ミクロンだけの範囲にある。平均粒径は、約４２．６の標準偏差で約３５２．２ミクロンである。粒径についての本明細書に記載される技法の明確な利益（例えば、より小さな平均粒径並びに／または粒径全体にわたる及びインゴットにおけるより少ない変動）は、改良サンプルを標準サンプルと比較するときに容易に見られ得る。

図５１〜５４は、別の組の標準（標準サンプル’）及び改良サンプル（改良サンプル’’）の場合の粒径及びマクロ偏析偏差についての様々な測定を描写するグラフである。データが図５１〜５４に示されるサンプルは、標準サンプル’が、コンボバッグ並びに従来のピン及びスパウトを使用して鋳造したのに対して、改良サンプル’が、コンボバッグを使用せずに、ただし代わりにエダクタノズル（例えば図１に示されるものなど）を使用して鋳造したという点で、図３１〜５０の標準及び改良サンプルに類似の様態で準備した。しかしながら、図５１〜５４に示されるデータの場合、合金及び／または鋳造パラメータは異なった。

図５１は、本開示の一定の態様に従う標準サンプル’についての粒径を描写するグラフ５１００である。グラフ５１００の左上の角は、インゴットの一区分の左上の角を表わすのに対して、グラフ５１００の右下の角は、インゴットのその区分の中心（例えば、インゴット自体の中心）を表わす。粒径は、非常に大きいもの（例えば、約２２０ミクロン）からわずかに小さいもの（例えば、約１２０ミクロン）までに及ぶ。

図５２は、本開示の一定の態様に従う改良サンプル’についての粒径を描写するグラフ５２００である。グラフ５２００における場所は、図５１の標準サンプル’についてのグラフ５１００における同じ場所に対応する。粒径は全て、区分全体にわたる実質的な変動なしで、約９０〜１２０ミクロンのあたりにある。粒径についての本明細書に記載される技法の明確な利益（例えば、より小さな平均粒径及び／または粒径のより少ない変動）は、改良サンプル’を標準サンプル’と比較するときに容易に見られ得る。

図５３は、本開示の一定の態様に従う標準サンプル’についてのマクロ偏析偏差を描写するグラフ５３００である。本明細書に使用される際、マクロ偏析偏差は、意図された合金組成からの鋳造インゴット全体にわたる偏差％である。グラフ５３００における場所は、図５１のグラフ５１００における同じ場所に対応する。グラフ５３００の左上の角は、インゴットの一区分の左上の角を表わすのに対して、グラフ５３００の右下の角は、インゴットのその区分の中心（例えば、インゴット自体の中心）を表わす。マクロ偏析偏差は、非常に大きいもの（例えば、約５％）から極めて負のもの（例えば、約−１０％）までに及ぶ。

図５４は、本開示の一定の態様に従う改良サンプル’についてのマクロ偏析偏差を描写するグラフ５４００である。グラフ５４００における場所は、図５３の標準サンプル’についてのグラフ５３００における同じ場所に対応する。グラフ５４００の左上の角は、インゴットの一区分の左上の角を表わすのに対して、グラフ５４００の右下の角は、インゴットのその区分の中心（例えば、インゴット自体の中心）を表わす。マクロ偏析偏差は、かなり小さく（例えば、約４％〜約−２％）、全体的にかなり一致する。マクロ偏析偏差についての本明細書に記載される技法の明確な利益（例えば、より小さな平均マクロ偏析偏差及び／またはマクロ偏析偏差のより少ない変動）は、改良サンプル’を標準サンプル’と比較するときに容易に見られ得る。

例示された実施形態を含む、実施形態の上述の記載は、例示及び記載の目的のためにのみ提示されており、包括的であることまたは開示された厳密な形態に限定することを意図されない。それらの非常に多くの修正、適合、及び使用が当業者には明らかとなろう。

以下に使用される際、一連の実施例への参照は、それらの実施例のそれぞれへの参照として選言的に理解されることになる（例えば、「実施例１〜４」は、「実施例１、２、３、または４」として理解されることになる）。

実施例１は、溶融金属の源に連結可能な供給管と、供給管の遠位端に位置する一次ノズルであって、一次ノズルが、溶融金属を溶融液溜めに送り届けるために溶融液溜め中に潜水可能な一次ノズルと、溶融液溜め中に潜水可能かつ一次ノズルに隣接して位置付け可能な二次ノズルであって、二次ノズルが、溶融金属が源から絞りを通過することに応答して溶融液溜めを循環させるために低圧領域を生成するように形作られた絞りを含む、二次ノズルと、を備えるシステムである。

実施例２は、溶融液溜めが、鋳造されているインゴットの液体金属である、実施例１のシステムである。

実施例３は、溶融液溜めが、炉内の液体金属である、実施例１のシステムである。

実施例４は、二次ノズルが、一次ノズルに連結される、実施例１〜３のシステムである。

実施例５は、一次ノズルを通して溶融金属の流動を制御するための、供給管に隣接した流動制御デバイスを更に備える、実施例１〜４のシステムである。

実施例６は、流動制御デバイスが、供給管内に変動磁場を生成するための１つ以上の磁気源を含む、実施例５のシステムである。

実施例７は、１つ以上の磁気源が、供給管内の溶融金属の回転運動を誘導するように位置付けられる、実施例６のシステムである。

実施例８は、供給管内の溶融金属から熱を取り除くための、供給管に隣接して位置付けられた温度制御デバイスを更に備える、実施例５〜７のシステムである。

実施例９は、溶融金属の温度を測定するための、供給管に隣接した温度プローブと、温度プローブによって測定された温度に応答して温度制御デバイスを調整するための、温度プローブ及び温度制御デバイスに連結されたコントローラと、を更に備える、実施例８のシステムである。

実施例１０は、一次ノズルが、矩形形状である、実施例１〜９のシステムである。

実施例１１は、供給管が、供給管の遠位端に位置する第２の一次ノズルを更に含み、第２の一次ノズルが、溶融金属を溶融液溜めに送り届けるために溶融液溜め中に潜水可能であり、システムが、溶融液溜め中に潜水可能かつ第２の一次ノズルに隣接して位置付け可能な第２の二次ノズルを更に備え、第２の二次ノズルが、溶融金属が源から第２の絞りを通過することに応答して溶融液溜めを循環させるために第２の低圧領域を生成するように形作られた第２の絞りを含む、実施例１〜１０のシステムである。

実施例１２は、一次ノズル及び第２の一次ノズルを通して溶融金属の流動を制御するための、供給管に隣接した流動制御デバイスを更に備える、実施例１１のシステムである。

実施例１３は、流動制御デバイスが、供給管を通して磁場を生成するための、供給管の周りに位置付けられた複数の永久磁石と、供給管内で溶融金属を通して電流を伝導するための、供給管内の経路に電気的に連結された複数の電極と、を含む、実施例１２のシステムである。

実施例１４は、溶融金属の源に連結可能な供給管と、供給管の遠位端に位置するノズルであって、溶融金属を溶融液溜めに送り届けるために溶融液溜め中に潜水可能なノズルと、供給管に隣接して位置付けられた流動制御デバイスであって、供給管内の溶融金属の運動を誘導するための少なくとも１つの磁気源を含む流動制御デバイスと、を備える、システムである。

実施例１５は、流動制御デバイスが、少なくとも１つの回転子の周りに位置付けられた複数の永久磁石を含み、変動磁場が、少なくとも１つの回転子の回転に応答して生成される、実施例１４のシステムである。

実施例１６は、供給管が、流動制御デバイスに隣接してロフト形状を有し、ロフト形状が、変動磁場の形状に対応する、実施例１５のシステムである。

実施例１７は、少なくとも１つの回転子の回転軸が、供給管の長手方向軸に対して可変である、実施例１５または１６のシステムである。

実施例１８は、流動制御デバイスが、固定子を含み、固定子が、第１の位相において駆動される少なくとも１つの第１の電磁気コイルと、第２の位相において駆動される少なくとも１つの第２の電磁気コイルと、第３の位相において駆動される少なくとも１つの第３の電磁気コイルと、を含み、第１の位相が、第２の位相及び第３の位相から１２０°だけオフセットされ、第２の位相が、第３の位相から１２０°だけオフセットされ、変動磁場が、固定子の駆動に応答して生成される、実施例１４〜１７のシステムである。

実施例１９は、供給管は、螺旋ネジを含み、変動磁場が、供給管内の溶融金属の回転運動を誘導する、実施例１８のシステムである。

実施例２０は、溶融金属の運動が、供給管内の回転運動であり、供給管が、供給管内の溶融金属の回転運動に応答して供給管内の溶融金属の長手方向運動を生成する角度に形作られた内壁を含む、実施例１４〜１９のシステムである。

実施例２１は、電源を更に備え、供給管が、供給管内の溶融金属を通る電流を提供するための電源に連結された複数の電極を含む、実施例１４〜２０のシステムである。

実施例２２は、供給管内の溶融金属から熱を取り除くための、供給管に隣接して位置付けられた温度制御デバイスを更に備える、実施例１４〜２１のシステムである。

実施例２３は、溶融金属の温度を測定するための、供給管に隣接した温度プローブと、温度プローブによって測定された温度に応答して温度制御デバイスを調整するための、温度プローブ及び温度制御デバイスに連結されたコントローラと、を更に備える、実施例２２のシステムである。

実施例２４は、溶融液溜め中に潜水可能かつノズルに隣接して位置付け可能な二次ノズルを更に備え、二次ノズルが、溶融金属が源から絞りを通過することに応答して溶融液溜めを循環させるために低圧領域を生成するように形作られた絞りを含む、実施例１４〜２３のシステムである。

実施例２５は、供給管を通して溶融金属を金属源から金属液溜めに送り届けることと、供給管に隣接して変動磁場を生成することと、変動磁場の生成に応答して供給管内の溶融金属の運動を誘導することと、を含む、方法である。

実施例２６は、温度制御デバイスによって、供給管内の溶融金属から熱を取り除くことと、溶融金属中の固体金属の割合を判定することと、溶融金属中の固体金属の割合の判定に応答して温度制御デバイスを制御することと、を更に備える、実施例２５の方法である。

実施例２７は、溶融金属を金属源から送り届けることが、溶融液溜め中に潜水可能な一次ノズルを通して一次金属流動を生成することと、絞りを有する二次ノズルを通して一次金属流動を通過させることと、二次ノズルを通して一次金属流動を通過させることに応答して二次ノズルを通して補足流入を生成することであって、補足流入が溶融液溜めから供給される、生成することと、を含む、実施例２５または２６の方法である。

実施例２８は、供給管の一次ノズルを通して溶融金属を送り届けることと、一次ノズルに隣接して位置付けられると共に溶融液溜め中に潜水可能な二次ノズルを通して、溶融金属を通過させることと、二次ノズルを通して溶融金属を通過させることに応答して二次ノズルを通して補足流入を誘導することであって、補足流入が溶融液溜めから供給される、誘導することと、を含む、方法である。

実施例２９は、１６以下の樹枝状晶枝間隔の最大標準偏差を有する結晶構造を有するアルミニウム製品であって、供給管の一次ノズルを通して溶融金属を送り届けることと、一次ノズルに隣接して位置付けられると共に溶融液溜め中に潜水可能な二次ノズルを通して、溶融金属を通過させることと、二次ノズルを通して溶融金属を通過させることに応答して二次ノズルを通して補足流入を誘導することであって、補足流入が溶融液溜めから供給される、誘導することと、によって得られるアルミニウム製品である。

実施例３０は、樹枝状晶枝間隔の最大標準偏差が、１０以下である、実施例２９のアルミニウム製品である。

実施例３１は、樹枝状晶枝間隔の最大標準偏差が、７．５以下である、実施例２９のアルミニウム製品である。

実施例３２は、平均樹枝状晶枝間隔が、３８μｍ以下である、実施例２９〜３１のアルミニウム製品である。

実施例３３は、平均樹枝状晶枝間隔が、３０μｍ以下である、実施例２９〜３１のアルミニウム製品である。

実施例３４は、一次ノズルを通して溶融金属を送り届けることは、供給管に連結された流動制御デバイスを使用して流動を誘導することを含む、実施例２９〜３３のアルミニウム製品である。

実施例３５は、２００以下の粒径の最大標準偏差を有する結晶構造を有するアルミニウム製品であって、供給管の一次ノズルを通して溶融金属を送り届けることと、一次ノズルに隣接して位置付けられると共に溶融液溜め中に潜水可能な二次ノズルを通して、溶融金属を通過させることと、二次ノズルを通して溶融金属を通過させることに応答して二次ノズルを通して補足流入を誘導することであって、補足流入が溶融液溜めから供給される、誘導することと、によって得られるアルミニウム製品である。

実施例３６は、粒径の最大標準偏差が、８０以下である、実施例３５のアルミニウム製品である。

実施例３７は、粒径の最大標準偏差が、３３以下である、実施例３５のアルミニウム製品である。

実施例３８は、平均粒径が、７００μｍ以下である、実施例３５〜３７のアルミニウム製品である。

実施例３９は、平均粒径が、４００μｍ以下である、実施例３５〜３７のアルミニウム製品である。

実施例４０は、一次ノズルを通して溶融金属を送り届けることが、供給管に連結された流動制御デバイスを使用して流動を誘導することを含む、実施例３５〜３９のアルミニウム製品である。

実施例４１は、樹枝状晶枝間隔の最大標準偏差が、１０以下である、実施例３５〜４０のアルミニウム製品である。

実施例４２は、樹枝状晶枝間隔の最大標準偏差が、７．５以下である、実施例３５〜４０のアルミニウム製品である。

実施例４３は、平均樹枝状晶枝間隔が、３８μｍ以下である、実施例３５〜４０のアルミニウム製品である。

実施例４４は、平均樹枝状晶枝間隔が、３０μｍ以下である、実施例３５〜４０のアルミニウム製品である。

実施例４５は、第１のプレート及び第２のプレートを有する共に平行連結されたプレートノズルを含む供給管であって、少なくとも１つの出口ノズルの方へプレートノズルを通して溶融金属を導くための通路を含む供給管を備える、装置である。

実施例４６は、溶融液溜め中に潜水可能かつプレートノズルの少なくとも１つの出口ノズルに隣接して位置付け可能な二次ノズルであって、溶融金属がプレートノズルから絞りを通過することに応答して溶融液溜めを循環させるために低圧領域を生成するように形作られた絞りを含む二次ノズルを更に備える、実施例４５の装置である。

実施例４７は、二次ノズルが、プレートノズルに取り外し可能に連結可能である、実施例４６の装置である。

実施例４８は、少なくとも１つの出口ノズルが、溶融金属を非平行方向に導くための２つの出口ノズルを含む、実施例４５の装置である。

実施例４９は、溶融液溜め中に潜水可能な２つの二次ノズルを更に備え、各二次ノズルが、プレートノズルの２つの出口ノズルの対応する１つに隣接して位置付け可能であり、２つの二次ノズルのそれぞれは、溶融金属が、２つの出口ノズルの対応する１つから絞りを通過することに応答して溶融液溜めを循環させるために低圧領域を生成するように形作られた絞りを含む、実施例４８の装置である。

実施例５０は、プレートノズルを通る溶融金属の流動を制御するための、供給管に連結された流動制御デバイスを更に備える、実施例４５〜４９の装置である。

実施例５１は、流動制御デバイスが、通路を通る磁場を生成するように供給管に隣接して位置付けられた少なくとも１つの静的永久磁石と、通路と接触して供給管に位置付けられた一対の電極と、を含む、実施例５０の装置である。

実施例５２は、通路内の一対の電極を通過する磁場の方向及び電流の方向が共に、供給管の長さに垂直に方向付けられるように、一対の電極及び少なくとも１つの静的永久磁石が、位置付けられる、実施例５１の装置である。

Claims (42)

1. 溶融金属の源に連結可能な供給管と、
   前記供給管の遠位端に位置する一次ノズルであって、前記溶融金属を溶融液溜めに送り届けるために前記溶融液溜め中に潜水可能な一次ノズルと、
   前記溶融液溜め中に潜水可能かつ前記一次ノズルに隣接して位置付け可能な二次ノズルであって、前記溶融金属が前記源から絞りを通過することに応答して前記溶融液溜めを循環させるために低圧領域を生成するように形作られた前記絞りを含む、二次ノズルと、を備える、システム。
2. 前記溶融液溜めが、鋳造されているインゴットの液体金属である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記溶融液溜めが、炉内の液体金属である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記二次ノズルが、前記一次ノズルに連結される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記一次ノズルを通る前記溶融金属の流動を制御するための、前記供給管に隣接した流動制御デバイスを更に備える、請求項１に記載のシステム。
6. 前記流動制御デバイスが、前記供給管内に変動磁場を生成するための１つ以上の磁気源を含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記１つ以上の磁気源が、前記供給管内の前記溶融金属の回転運動を誘導するように位置付けられる、請求項６に記載のシステム。
8. 前記供給管内の前記溶融金属から熱を取り除くための、前記供給管に隣接して位置付けられた温度制御デバイスを更に備える、請求項６に記載のシステム。
9. 前記溶融金属の温度を測定するための、前記供給管に隣接した温度プローブと、
   前記温度プローブによって測定された前記温度に応答して前記温度制御デバイスを調整するための、前記温度プローブ及び前記温度制御デバイスに連結されたコントローラと、を更に備える、請求項８に記載のシステム。
10. 前記一次ノズルが、矩形形状である、請求項１に記載のシステム。
11. 前記供給管が、前記供給管の前記遠位端に位置する第２の一次ノズルを更に含み、前記第２の一次ノズルが、前記溶融金属を前記溶融液溜めに送り届けるために前記溶融液溜め中に潜水可能であり、前記システムが、前記溶融液溜め中に潜水可能かつ前記第２の一次ノズルに隣接して位置付け可能な第２の二次ノズルを更に備え、前記第２の二次ノズルが、前記溶融金属が前記源から第２の絞りを通過することに応答して前記溶融液溜めを循環させるために第２の低圧領域を生成するように形作られた前記第２の絞りを含む、請求項１に記載のシステム。
12. 前記一次ノズル及び前記第２の一次ノズルを通る前記溶融金属の流動を制御するための、前記供給管に隣接した流動制御デバイスを更に備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記流動制御デバイスが、前記供給管を通して磁場を生成するための、前記供給管の周りに位置付けられた複数の永久磁石と、前記供給管内の前記溶融金属を通して電流を伝導するための、前記供給管内の経路に電気的に連結された複数の電極と、を含む、請求項１２に記載のシステム。
14. 溶融金属の源に連結可能な供給管と、
    前記供給管の遠位端に位置するノズルであって、前記溶融金属を溶融液溜めに送り届けるために前記溶融液溜め中に潜水可能なノズルと、
    前記供給管に隣接して位置付けられた流動制御デバイスであって、前記供給管内の前記溶融金属の運動を誘導するための少なくとも１つの磁気源を含む、流動制御デバイスと、を備える、システム。
15. 前記流動制御デバイスが、少なくとも１つの回転子の周りに位置付けられた複数の永久磁石を含み、変動磁場が、前記少なくとも１つの回転子の回転に応答して生成される、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記供給管が、前記流動制御デバイスに隣接してロフト形状を有し、前記ロフト形状が、前記変動磁場の形状に対応する、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記少なくとも１つの回転子の回転軸が、前記供給管の長手方向軸に対して可変である、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記流動制御デバイスが固定子を含み、前記固定子が、第１の位相において駆動される少なくとも１つの第１の電磁気コイル、第２の位相において駆動される少なくとも１つの第２の電磁気コイル、及び第３の位相において駆動される少なくとも１つの第３の電磁気コイルを含み、前記第１の位相が、前記第２の位相及び前記第３の位相から１２０°だけオフセットされ、前記第２の位相が、前記第３の位相から１２０°だけオフセットされ、変動磁場が、前記固定子の駆動に応答して生成される、請求項１４に記載のシステム。
19. 前記供給管が螺旋ネジを含み、前記変動磁場が、前記供給管内の前記溶融金属の回転運動を誘導する、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記溶融金属の前記運動が、前記供給管内の回転運動であり、前記供給管が、前記供給管内の前記溶融金属の前記回転運動に応答して前記供給管内の前記溶融金属の長手方向運動を生成する角度に形作られた内壁を含む、請求項１４に記載のシステム。
21. 電源を更に備え、前記供給管が、前記供給管内の前記溶融金属を通る電流を提供するために前記電源に連結された複数の電極を含む、請求項１４に記載のシステム。
22. 前記供給管内の前記溶融金属から熱を取り除くための、前記供給管に隣接して位置付けられた温度制御デバイスを更に備える、請求項１４に記載のシステム。
23. 前記溶融金属の温度を測定するための、前記供給管に隣接した温度プローブと、
    前記温度プローブによって測定された前記温度に応答して前記温度制御デバイスを調整するための、前記温度プローブ及び前記温度制御デバイスに連結されたコントローラと、を更に備える、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記溶融液溜め中に潜水可能かつ前記ノズルに隣接して位置付け可能な二次ノズルを更に備え、前記二次ノズルが、前記溶融金属が前記源から絞りを通過することに応答して前記溶融液溜めを循環させるために低圧領域を生成するように形作られた前記絞りを含む、請求項１４に記載のシステム。
25. 供給管を通して溶融金属を金属源から金属液溜めに送り届けることと、
    前記供給管に隣接して変動磁場を生成することと、
    前記変動磁場の生成に応答して前記供給管内の前記溶融金属の運動を誘導することと、を含む、方法。
26. 温度制御デバイスによって、前記供給管内の前記溶融金属から熱を取り除くことと、
    前記溶融金属中の固体金属の割合を判定することと、
    前記溶融金属中の前記固体金属の割合の判定に応答して前記温度制御デバイスを制御することと、を更に含む、請求項２５に記載の方法。
27. 溶融金属を前記金属源から送り届けることが、
    溶融液溜め中に潜水可能な一次ノズルを通して一次金属流動を生成することと、
    絞りを有する二次ノズルを通して前記一次金属流動を通過させることと、
    前記二次ノズルを通して前記一次金属流動を通過させることに応答して前記二次ノズルを通して補足流入を生成することであって、前記補足流入が前記溶融液溜めから供給される、生成することと、を含む、請求項２５に記載の方法。
28. 供給管の一次ノズルを通して溶融金属を送り届けることと、
    前記一次ノズルに隣接して位置付けられると共に溶融液溜め中に潜水可能な二次ノズルを通して、前記溶融金属を通過させることと、
    前記二次ノズルを通して前記溶融金属を通過させることに応答して前記二次ノズルを通して補足流入を誘導することであって、前記補足流入が前記溶融液溜めから供給される、誘導することと、を含む、方法。
29. ２００以下の粒径の最大標準偏差を有する結晶構造を有するアルミニウム製品であって、
    供給管の一次ノズルを通して溶融金属を送り届けることと、
    前記一次ノズルに隣接して位置付けられると共に溶融液溜め中に潜水可能な二次ノズルを通して、前記溶融金属を通過させることと、
    前記二次ノズルを通して前記溶融金属を通過させることに応答して前記二次ノズルを通して補足流入を誘導することであって、前記補足流入が前記溶融液溜めから供給される、誘導することと、によって得られる、アルミニウム製品。
30. 前記粒径の最大標準偏差が、８０以下である、請求項２９に記載のアルミニウム製品。
31. 前記粒径の最大標準偏差が、３３以下である、請求項２９に記載のアルミニウム製品。
32. 平均粒径が、７００μｍ以下である、請求項２９に記載のアルミニウム製品。
33. 平均粒径が、４００μｍ以下である、請求項２９に記載のアルミニウム製品。
34. 一次ノズルを通して溶融金属を送り届けることが、前記供給管に連結された流動制御デバイスを使用して流動を誘導することを含む、請求項２９に記載のアルミニウム製品。
35. 平行に共に連結された第１のプレート及び第２のプレートを有するプレートノズルを含む供給管であって、少なくとも１つの出口ノズルの方へ前記プレートノズルを通して溶融金属を導くための通路を画定する、供給管を備える、装置。
36. 溶融液溜め中に潜水可能かつ前記プレートノズルの前記少なくとも１つの出口ノズルに隣接して位置付け可能な二次ノズルを更に備え、前記二次ノズルが、溶融金属が前記プレートノズルから絞りを通過することに応答して前記溶融液溜めを循環させるために低圧領域を生成するように形作られた前記絞りを含む、請求項３５に記載の装置。
37. 前記二次ノズルが、前記プレートノズルに取り外し可能に連結可能である、請求項４０に記載の装置。
38. 前記少なくとも１つの出口ノズルが、前記溶融金属を非平行方向に導くための２つの出口ノズルを含む、請求項３５に記載の装置。
39. 溶融液溜め中に潜水可能な２つの二次ノズルを更に備え、各二次ノズルが、前記プレートノズルの前記２つの出口ノズルの対応する１つに隣接して位置付け可能であり、前記２つの二次ノズルのそれぞれが、溶融金属が前記２つの出口ノズルの前記対応する１つから絞りを通過することに応答して前記溶融液溜めを循環させるために低圧領域を生成するように形作られた前記絞りを含む、請求項３８に記載の装置。
40. 前記プレートノズルを通る前記溶融金属の流動を制御するための、前記供給管に連結された流動制御デバイスを更に備える、請求項３５に記載の装置。
41. 前記流動制御デバイスが、前記通路を通る磁場を生成するように前記供給管に隣接して位置付けられた少なくとも１つの静的永久磁石と、前記通路と接触して前記供給管に位置付けられた一対の電極と、を含む、請求項４０に記載の装置。
42. 前記一対の電極及び前記少なくとも１つの静的永久磁石は、前記通路内の前記一対の電極を通過する前記磁場の方向及び電流の方向が共に、前記供給管の長さに垂直に方向付けられるように、位置付けられる、請求項４１に記載の装置。

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