JPH11508189A

JPH11508189A - 押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置、及びそのようなシステムを作る方法

Info

Publication number: JPH11508189A
Application number: JP9538467A
Authority: JP
Inventors: アンデルセン，ウッフ
Original assignee: ゲオルグフィッチャーディサアクツイエセルスカプ
Priority date: 1996-05-01
Filing date: 1996-08-19
Publication date: 1999-07-21
Anticipated expiration: 2016-08-19
Also published as: DE69611941D1; WO1997040952A1; AU6655996A; DE69611941T2; JP3181921B2; US6199619B1; EP0896551B1; ATE199336T1; DK52096A; DK171732B1; EP0896551A1; BR9612641A

Abstract

(57)【要約】好ましくは底から注入される（下注ぎ鋳造）鋳型における押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置であって、この堰システムに少なくとも一つの押湯溜めが連結されており、前記堰システムが一つまたは多数の鋳型空隙部に連結されているものにおいて、新しい主たる特徴は少なくとも一つの押湯溜め（７）が堰システム（１）のダクト（４）のまたはダクトの一部の広がった部分を構成するように設けられていること、及び網スクリーン（６）または均等物からなる隔壁（６）が押湯溜め（７）とダクト（４）を分離するように設けられていることである。

Description

【発明の詳細な説明】押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置、及びそのようなシステムを作る方法技術分野この発明は請求の範囲１の前文に記載された種類の、押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置に関する。背景技術液体及び固体状態の両者において、金属は冷えたとき容積の減少、いわゆる熱収縮を受けることはよく知られている。不均一な熱分布が注湯後の鋳型空隙部を支配し、この理由のため鋳造品の全ての部分が同時に凝固しない鋳造鋳型においては、これは最後に凝固する鋳造部に早期に凝固した鋳造部の収縮を補償するための液体金属の放出を起こさせ、これが鋳造品の鋳造表面の陥没または空洞（巨視的または微視的穴）の形で現れる一般的に“鋳引け”と呼ばれている鋳造欠陥を導く。これらの鋳造欠陥を避けるために、当業者は一連の便法を用いており、その中で最も一般的なものは押湯溜め（feeding reservoires）、すなわち注湯時に金属で満たされている鋳型内の空隙部、の使用であり、この空隙部は比較的大きな断面積を持つダクトを通して最後に凝固する鋳造部に連結されており、この最後に凝固する鋳造部より遅くその空隙部内の金属が凝固するような寸法を有しており、かくして収縮を補償するための液体金属でこれらの鋳造部を後押湯することができる。このような後押湯溜めは主として二つの形式、すなわち押湯（feeders）または揚り（risers）として、すなわち実質的に円筒状空隙部でありこの空隙部を鋳造部に連結するダクトから鋳型の上面に導かれている空隙部、または鋳型内の内部または閉鎖空隙部の形の、いわゆる“盲押湯”または“収縮ノブ”と呼ばれる後押湯される鋳造部の直ぐ隣に置かれた空隙部、が知られている。後者の実施例に比べて、前者は押湯位置における最大の金属静圧、すなわちその上の金属柱からの圧力、が連結ダクトを通して押湯金属を鋳造中に押すことにより押湯を高度に助けるという利益を提供する。これと対照的に後者の実施例の圧力は押湯工程時に減少する。一方、後者の実施例は鋳造工程の金属のより高い歩留りを通常作り出すという、すなわち鋳造工程後の引続いての再溶融（再循環）のために鋳造品から分離される金属の量を減らすという、利益を与え、これはまた溶融のために用いられるエネルギーを減らす。鋳型空隙部本体に連結された揚りまたは“収縮ノブ”が用いられるとき、それらは通常注湯工程時に冷やされた溶湯で満たされ、これは下注ぎの場合に特にそうである。この理由のため、後押湯溜めを構成するこれらの空隙部は−冷却にもかかわらず−鋳造品が凝固するときに後押湯溜め内に液体金属がまだ存在することを確実とするに十分な大きさに作られねばならない。この結果はある合金を用いるときまたは臨界鋳造を作るとき、ほぼ５０％の歩留りに止まる、すなわち後押湯及び堰システムが作られる鋳造品と同じ重量に達するということもありうる。かくして、所望の鋳造品自体のために用いられる原料に加えて溶融する必要のある原料の量はエネルギー損失、鋳造工程の費用の増大及び同時に鋳造装置の高溶融能力の必要性をもたらす。これらの不都合の幾つかはこの目的のための後押湯空隙部を含む堰システムを後押湯手段として構築し使用することにより避けることができる。この方式で、鋳型空隙部への溶湯の通路の溶湯により加熱される後押湯溜めが得られる。最適には、この後押湯溜めはできるだけ少ない熱損失を持つように構成されねばならず、かくして湯溜めを加熱するためにかつその中の溶湯を液体状態に維持するようにそれを熱く維持するためにできるだけ少量の溶湯が用いられる。できるだけ少ない熱損失は例えば熱単位当たりのできるだけ小さな表面積を持つ湯溜めを構築することにより達成される。更に、熱損失は後押湯工程中に湯溜めを鋳型空隙部に密接して置くことにより最少とされる。この総体的結果はこのような後押湯溜めを熱損失を考慮して鋳型空隙部への入口の直ぐ上流の堰システムの大きく広がった部分を構成する空隙部として最適に構築することである。しかし、これは以下により詳細に説明されるように、酸化物及びスラッグが鋳型空隙部に入るのを防ぐことができないという不利益をもたらすであろう、なぜなら溶湯の流れが後押湯溜めを構成する堰システムの部分、堰システムの広がった部分または乱流を作るダクト等を通過することにより不均等となるからである。溶湯により同伴され、鋳型空隙部中に送られる酸化物及びスラッグは鋳造品に欠陥を作る。酸化を避けるために、そしてダクトに沈着した酸化物及びスラッグが堰システムの溶湯に同伴されるのを避けるために、特に有害な酸化物化合物を形成する合金の場合には、堰システムはできるだけ穏やかな充填工程を提供するように構築され、かつ堰システム中に乱流のない主として層流を含むようにすることが実質的に重要である。更に、同時に堰ダクト中に低圧が発生するのは避けるべきである。これは堰システム中のダクトに対してレイノルズ数が低い値に維持されることを含みながら、ダクトの断面積が徐々に変化する堰システムを構築することにより確実とされる。レイノルズ数は例えばダクトを通る貫流速度とダクトの動水半径（hydraulic radius）に依存し、動水半径は一定の断面積に対してはその断面積の濡れ辺長（wetted circumference）が最大のとき最小となるので、この条件は平坦なダクトが丸いダクトより好ましいことを示す。これは鋳型を溶湯で早く満たすことを可能とするためにダクトまたは複数のダクトが大きな断面積を持つことが望ましいことを含む。更に、平坦ダクトは溶湯が鋳型空隙部または複数の空隙部に到達する前に酸化物がダクト壁上に沈着するような、容易に酸化される合金を鋳造するときに有利であることが立証された。これは砂鋳型を用いるときに特に明白である。これに加えて、ダクトは低圧がダクト中に発生しないような方式で構築されねばならない、なぜならこれは鋳型材料から溶湯中にガスを引き込み、そこでは特に砂鋳型のような多孔性の鋳型で起こる酸化や鋳造欠陥を引き起こすからである。かくして、従来技術の範囲内で、堰システムの後押湯溜めと堰システムのダクト内の層流との間で選択をすること、またはこれら二者間で妥協をすることが必要である。この場合、妥協は後押湯溜めの効率と堰システムのダクトの乱流を避ける可能性との両者を減少する。もし堰システムの後押湯溜めに重点が置かれるなら、湯溜めは熱損失を減らすために容積単位当たりにできるだけ小さな表面を持つように最適構築されるべきである。これは断面単位当たりの濡れ辺長を最小とし、それにより湯溜めが置かれているダクト部に対して、特にもし湯溜めが完全に満たされていないなら、レイノルズ数を大きくし、それにより濡れ辺長が小さくなる。これはダクト部に対してできるだけ大きなレイノルズ数を達成するように後押湯溜めが最適に構築されるべきであることを意味し、そこでは湯溜めは熱損失を減らすために、中心に置かれる。もし反対に、堰システムのダクトのできるだけ少ない乱流と酸化物及びスラッグの捕集に重点が置かれるなら、ダクトは大きな熱損失を作るが小さなレイノルズ数を作るように平坦に構築されるべきである。かくして、もし鋳造品が容易に酸化され有害な酸化化合物を形成する材料で作られるなら、従来技術の範囲内では酸化を避けるために高価格と低収量を容認する必要がある。これは特にアルミニウム及びマグネシウム合金に対して事実である。発明の開示この発明の目的は上に参照した従来技術の不利益を提供せず、かつこれに加えて、鋳型空隙部が完全に満たされるときの液圧注入サージングを弱めることによる有利な効果を提供する堰システムの押湯溜めを提供することにある。この発明によれば、これは請求の範囲１または８の特徴節に記載された特徴により達成される。かくして、請求の範囲２に示されたような浸透性壁または網スクリーンが堰システムの押湯溜めとダクトまたは複数のダクト間に設けられるとき、ダクトまたは複数のダクトを流れ条件と静圧条件を考慮して最適に構築することが可能となる、なぜなら網スクリーンは主としてダクト内の壁として作用し、かくしてレイノルズ数を低い値に維持するように動水半径を考慮してダクトを構築することを可能とするからである。網スクリーンの両側に均一圧が及ぶかぎり、網スクリーンは溶湯による浸透に対して現れる抵抗のために、ダクトシステム内の通常の壁として作用するであろう。網スクリーンがダクト壁、すなわち濡れ辺長の一部として作用するので、溶湯により同伴されるような酸化物及びスラッグの形成を増やすことなく押湯溜めをゆっくりと満たすことができる（レイノルズ数の変化なしに）。このゆっくりした充填は注入サージングを弱めること及び湯溜めを加熱することの両者に関して有利である。静的または動的圧力差、特に過剰圧力がダクトシステム内に起こるとき、網スクリーンは溶湯が網スクリーンを通って押湯溜め中に浸透することによりこれを均等化する機能をするであろう。これは特に鋳型空隙部の充填中に液圧注入サージングが起こるとき事実であろう。なぜならこの場合、溶湯は注入サージングのエネルギーの一部が網スクリーンによる制動効果により消費されるように網スクリーンを通して押圧されるであろうからである。かくして、この発明は堰システムを高収量（鋳造品から除去される鋳造材料の少量残留物）及び高品質（効果的な後押湯と鋳造品の酸化物及びスラッグの少量残留）に最適化することを可能とする。これはダクト及び後押湯溜めまたは複数の湯溜めが互いの最適な構築に逆効果を与えることなく最適に構築されるので可能となる。この発明の付加的利益は従属請求の範囲及び図面に関しての本発明の以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。図面の簡単な説明図面において；図１はこの発明による堰システムの正面図を示し、図２は種々の充填度におけるこの発明による堰システムの側面図を示し、図３は押湯溜め、網スクリーン及び縦湯口を持つこの発明による縦湯口の断面の頂面図を示し、図４は図３に示された押湯溜め周りに断熱層を持つ縦湯口を拡大寸法と断面で示し、図４ａは網スクリーンが縦湯口を取り巻いている縦湯口の拡大寸法の断面であり、図４ｂは網スクリーンが押湯溜め内に縦湯口を形成している縦湯口の拡大寸法の断面であり、図５はこの発明による堰システムを用いるときの注入の例を鋳型を通る断面で見たところを示し、図６はこの発明による堰システムを用いることのできる、かつこの工程を示す役目をする鋳型列プラントを示す。好ましい実施例の説明図１は受口２、溶湯湯道３、縦湯口４及び堰５からなる堰システム１を示す。この堰システムにおいては、溶湯が図では垂直に延びて示されている縦湯口４への入口に穏やかな状態で到達するように、溶湯が縦湯口４中に直接注下されないことを確実とするために溶湯湯道３は受口の下流に置かれている。そのとき、溶湯は縦湯口頂部４ａから縦湯口底部４ｂに流れる。示された実施例では、縦湯口４は平坦なダクト状の形状をしており、それは図３及び４から分かるように下向きに収斂している。縦湯口４の平坦ダクト形状は下記式による小さな動水半径を確実とする：ここでＡは断面積を意味し、Ｐは濡れ辺長を意味する。この動水半径は下記式によるレイノルズ数の計算に入ってくる：ここでＶ_mは液体の平均流速を意味し、ｒは動水半径を意味し、 μは動的粘度を意味する。かくして、平坦形状は小さなレイノルズ数を与えるのに貢献する。なぜなら平坦ダクトでは濡れ辺長が断面積に関して最大であるからである。かくして、小さなレイノルズ数が維持されるので、入口流速Ｖ_mは丸い入口に関して対応する断面積に対して増やすことができる。レイノルズ数は層流（小さな値）から乱流（大きな値）への変化を示すので、その数値を小さく保つのが有利である。この平坦形状により、縦湯口４内の流れは乱流のない主として層流の型で起こる。底部４ｂに向かって下向きに収斂する縦湯口４の形状は縦湯口４の頂部４ａ内に、特に溶湯の注入の初期相時に低圧が発生しないことを確実とする。なぜなら正しく収斂する形状は下記のベルヌーイの式により底部４ｂと同じ頂部４ａの静圧を確実とするからである：またはここでｖは液体の流速を意味し、ｇは重力加速度を意味し、ｐは静圧を意味し、 ρは液体の比重を意味し、ｈは測地高さ（geodetic height）を意味し、Ｘ₁は頂部を意味し、Ｘ₂は底部を意味する。速度ｖが同じで高さｈが異なるときのベルヌーイの式から明らかである如く、非収斂縦湯口４は溶湯柱からの“引き”を起こして底部４ｂにおけるより低い頂部４ａの圧力を提供することになろう。これは溶湯の注入の初期相で特に事実であり、堰システム１を通して反対方向に作用することのできる鋳型空隙部１５内の溶湯からの背圧は存在しない。かくして、縦湯口４のこの収斂形状により、この技術の当業者により一般的に知られている如く、速度ｖと高さｈが異なるが圧力ｐが同じであるように、ベルヌーイの式を考慮して縦湯口が形作られるとき、縦湯口４を通して均一な圧力を確実とすることができる。層流は同時にレイノルズ数が低い値に保たれるような幾何学的な形状を備えることにより確実とされる。この発明によれば、縦湯口４の一側にこの場合には押湯溜め７を縦湯口４本体から分離する網スクリーン６が設けられる。網スクリーン６は溶湯に対して浸透性があるが、このような浸透に対して抵抗を提供する。注入の初期相において、均一な圧力が縦湯口４内に確立されているとき、この圧力はまた押湯溜め７内に及んでおり、網スクリーン６はそれを通る流れに対するその抵抗のために、通常のダクト壁の態様で作用するであろう。この理由から、縦湯口４本体の中を溶湯は流れ、押湯溜め７中にいかなる有意な量でも浸透しない。しかし、押湯溜め７は少なくとも縦湯口４を通って流れる溶湯からの輻射熱で加熱される。鋳型空隙部１５内の溶湯は縦湯口底部４ｂ内に徐々に背圧を確立し、この縦湯口底部内の圧力は上昇するであろう。しかし網スクリーン６は圧力差を均等化しようとし、それ故溶湯は網スクリーン６を通って押湯溜め７に浸透し、そこでゆっくりした充填工程が開始される。これは続くであろうが、網スクリーン６はなお溶湯による浸透に対して抵抗を提供する。この後、鋳型空隙部１５がちょうど頂部まで溶湯で満たされると、縦湯口４を通る液体流は止まり、注入されている溶湯からの全圧は今や網スクリーン６を経由して湯溜り７に適用され、この後、湯溜りは急速に満たされる。この後、図６にＢで示されている、注入場所での注入が終わり、もし鋳型が鋳型列の鋳型１４であるなら、それは冷却帯域Ｃの方へ矢印Ａの方向に通過する。冷却帯域Ｃにおいて、鋳型空隙部１５内で凝固時に鋳造品は収縮し、堰システム１内の圧力の降下をもたらし、溶湯が加熱湯溜め７から引き出されて鋳型空隙部１５内の収縮により作られた空隙部を満たすこととなる。図５は説明されたこの発明による堰システム１を用いる、入口ダクト５ａと堰５ｂを含む底入口を持つ鋳型を示す。溶湯が注入装置１７から受口２に注入されるとき、溶湯は堰システム１を経て鋳型空隙部１５に流れ、そこを溶湯は上昇するであろう。図５においては、鋳型空隙部１５は揚り１６により上向きに終了しているところが示されている。しかし、揚り１６はこの発明には必要ではない。鋳型１４は造型機１０で造られた鋳型列の鋳型であることができ、そこでは原料貯蔵所１１からの鋳型砂が造型空間に向けられ、そこで水圧ピストン１２上の模型１３ａ，１３ｂと逆圧板１３ｃのそれぞれが鋳型１４を形成するように互いに押圧され、鋳型はそれから鋳型列の一部を形成するように水圧ピストン１２によって鋳型列中に押し出される。鋳型は更に注入場所Ｂに押され、そこで鋳型空隙部は溶湯で満たされる。この後、鋳型１４は更に冷却部Ｃに向けて矢印Ａの方向に動かされ、そこで溶湯は凝固し鋳造品は収縮する。例えば図６に示された造型プラントにおけるこの鋳造工程中の堰システム１中の工程の推移は図２ｂ−２ｅを持つ図２に示されている。これらの内の図２ｂは注入の初期相を示し、ここで堰システムはちょうど満たされたところであり、図２ｃは鋳型空隙部１５の溶湯からの背圧が溶湯を押湯溜め７中に浸透させたところの状況を示す。鋳型空隙部が完全に満たされる結果として液圧注入サージングが起こるとき、押湯溜めは図２ｄに示されるように実質的に完全に満たされる。この後で鋳造品が収縮するとき、溶湯は図２ｅに示されるように押湯溜め７から引かれるであろう。図６に示された種類の造型プラントで鋳型が造られるとき、押湯溜め７と網スクリーン６は有利には作られ、多分断熱管８、いわゆるイソ−チューブ（Iso-tu be）で断熱されているプレハブ一体化装置の形で挿入されることができる。イソ −チューブは押湯溜めからの熱損失を減らすために鋳造業で使用されている断熱管である。このチューブは多くの異なる直径と長さで作られている。用いられる材料は“Keruld”でありうるし、セラミック繊維からなっていてもよい。デンマークでは、このチューブはKeramax Ａ／Ｓ社によって製造されているが、国際的にはFOSECO社により供給されているものとして良く知られている。網スクリーンは例えば細い繊維状の石英ガラスからなる材料から作られ、樹脂で結合された四角い穴を持つウェブを形成するように組み立てられることができる。このウェブは三つの品質、すなわち軟質、半硬質、硬質で作られている。西欧でFiramの名で売られているこのウェブは９００ｍｍの幅を持ちメートル単位で調達できる。供給者はRudolf Silen のNOVACAST社及びEdstraco社であり、対応する製品はSENSANA社により販売されている。もちろん、網スクリーンはまた耐熱性の他の材料、例えば通常のガラス繊維ウェブから製造されてもよい。浸透性壁は網スクリーン以外の形であってもよく、それは例えば多孔性板、格子、ふるいまたは網等の形、例えばイソ−チューブに穿孔したものであることができる。押湯溜め７と網スクリーン６が位置するダクトの形状は、もちろん、図示のものと異なってもよい。それは例えば網スクリーン６が上側を構成する大体水平な溝またはダクトであることができる。縦湯口４はまたもちろん堰システムの入口を構成するダクトであってもよい。更に、縦湯口４と押湯溜め７それ自体はまた異なる形状であってもよいが、所定の合金の流れの形式に関して必要なときはレイノルズ数が考慮されるべきであり、またダクトシステム中の低圧を避けるべきであるときはベルヌーイの式が考慮されるべきである。図４ａは網スクリーン６が縦湯口４を取り囲む実施例を示す。この配置では、網スクリーン６の一方側は浸透壁として機能し、一方その他の残る側はダクトを強化する機能をする。この配置では、ダクト４，５，５ａ及び５ｂは単一装置として挿入されるまたは挿入前に押湯溜めと一体化されるプレハブ中空成形体素子の形であることができ、またはそれぞれがそれぞれの鋳型１４に挿入された二つの部分から組み立てられることができる。プレハブダクト４を持つ特に有利な構造は図４ｂに示される態様でダクトが押湯溜め７中に挿入されるとき、そして湯溜め中にまたはその一部中にダクト壁またはダクト装置が構成されるときに達成される。この構造は小さなレイノルズ数を維持し、それにより提供される利益を伴いながら、湯溜め７を丸い形状を持って構築し、入口／縦湯口４を湯溜めを通して横断的に延ばさせ、同時に湯溜め７が丸いまたは円筒形状のために小さな表面積とかくして低熱損失を持つようにさせることを可能とする。更に、この場合全てのダクト壁が湯溜め７により加熱され、押湯工程中の壁での凝固が避けられる。押湯溜め７と網スクリーン６が一体化装置の形で構築されるとき、それは有利にはプレハブで作られ鋳型１４の作成中に挿入することができる。更に、押湯溜め７は圧力を維持するための及び／または押湯溜め７を圧力下に保つための手段をまたそれが注入場所を離れるときにも備えることができ、このような圧力発生手段は例えば本出願人の特許出願ＷＯ９５／１８６８９に示された方式で設けることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９８年４月２３日【補正内容】明細書押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置、及びそのようなシステムを作る方法技術分野この発明は請求の範囲１の前文に記載された種類の、押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置に関する。背景技術液体及び固体状態の両者において、金属は冷えたとき容積の減少、いわゆる熱収縮を受けることはよく知られている。不均一な熱分布が注湯後の鋳型空隙部を支配し、この理由のため鋳造品の全ての部分が同時に凝固しない鋳造鋳型においては、これは最後に凝固する鋳造部に早期に凝固した鋳造部の収縮を補償するための液体金属の放出を起こさせ、これが鋳造品の鋳造表面の陥没または空洞（巨視的または微視的穴）の形で現れる一般的に“鋳引け”と呼ばれている鋳造欠陥を導く。これらの鋳造欠陥を避けるために、当業者は一連の便法を用いており、その中で最も一般的なものは押湯溜め（feeding reservoires）、すなわち注湯時に金属で満たされている鋳型内の空隙部、の使用であり、この空隙部は比較的大きな断面積を持つダクトを通して最後に凝固する鋳造部に連結されており、この最後に凝固する鋳造部より遅くその空隙部内の金属が凝固するような寸法を有しており、かくして収縮を補償するための液体金属でこれらの鋳造部を後押湯することができる。ＵＳ−Ａ−１４１０７７５はこの方法の例を記載している。ＵＳ−Ａ−１４１０７７５に記載された方法では、溶湯の全流が押湯溜めを通過する。この押湯溜めは必然的に押湯のために必要な全ての溶湯を収容することができるためにかなりの容積を持つであろう、これは溶湯が乱流方式で押湯溜めを通って流れるであろうことを意味する。もし溶湯がアルミニウムやマグネシウムまたはそれらの合金のような容易に酸化する物質であるなら、このような配置は金属の損失及び多分鋳造品の汚染を起こす比較的大量の酸化物の形成の危険を伴う。発明の開示この発明の目的は上に参照した従来技術の不利益を提供しない堰システムの配置を提供することにあり、この発明によれば、この目的は請求の範囲１の特徴節に記載された特徴により達成される。この配置では、押湯溜めは溶湯の流れを運ぶダクトから浸透性隔壁により分離されており、この隔壁はそれを通る流れに対して有限の抵抗を持っており、かつ注入の初期相中はこの隔壁はその流れをダクトのみに限定する壁のような作用をするであろう。もしダクトが層流または準層流を支持する態様の形状をしているなら、すなわち平坦形状のような、断面積に対する高辺長比を持つなら、酸化の危険は顕著に減らされよう。注入の後段相中に、鋳造空隙部からの背圧が増え、ダクト中の溶湯が浸透性隔壁を浸透し、かくして押湯溜めを徐々に満たすこととなり、鋳造空隙部が満たされると、湯溜めもまた満たされ、空隙部内の鋳造品の収縮時に押湯溶湯を供給する準備が完了するであろう。浸透性隔壁を使用することの追加的利益は鋳型が満たされるとき起こる液圧サージングを制動する効果を持つことである。本発明はまたこの発明の配置を作る方法に関する。この方法は請求の範囲９に明記されている。この発明による配置と方法の有利な実施例、その−明白であること以外の−効果は本説明の以下の詳細な部分に説明されており、請求の範囲２−８及び１０にそれぞれ記載されている。図面の簡単な説明図面において；図１はこの発明による堰システムの正面図を示し、図２は種々の充填度におけるこの発明による堰システムの側面図を示し、図３は押湯溜め、網スクリーン及び縦湯口を持つこの発明による縦湯口の断面の頂面図を示し、図４は図３に示された押湯溜め周りに断熱層を持つ縦湯口を拡大寸法と断面で示し、図４ａは網スクリーンが縦湯口を取り巻いている縦湯口の拡大寸法の断面であり、図４ｂは網スクリーンが押湯溜め内に縦湯口を形成している縦湯口の拡大寸法の断面であり、図５はこの発明による堰システムを用いるときの注入の例を鋳型を通る断面で見たところを示し、図６はこの発明による堰システムを用いることのできる、かつこの工程を示す役目をする鋳型列プラントを示す。好ましい実施例の説明図１は受口２、溶湯湯道３、縦湯口４及び堰５からなる堰システム１を示す。この堰システムにおいては、溶湯が図では垂直に延びて示されている縦湯口４への入口に穏やかな状態で到達するように、溶湯が縦湯口４中に直接注下されないことを確実とするために溶湯湯道３は受口の下流に置かれている。そのとき、溶湯は縦湯口頂部４ａから縦湯口底部４ｂに流れる。示された実施例では、縦湯口４は平坦なダクト状の形状をしており、それは図３及び４から分かるように下向きに収斂している。縦湯口４の平坦ダクト形状は下記式による小さな動水半径（ hydraulic radius）を確実とする：ここでＡは断面積を意味し、Ｐは濡れ辺長（wetted circumference）を意味する。この動水半径は下記式によるレイノルズ数の計算に入ってくる：ここでＶ_mは液体の平均流速を意味し、ｒは動水半径を意味し、 μは動的粘度を意味する。かくして、平坦形状は小さなレイノルズ数を与えるのに貢献する。なぜなら平坦ダクトでは濡れ辺長が断面積に関して最大であるからである。かくして、小さなレイノルズ数が維持されるので、入口流速Ｖ_mは丸い入口に関して対応する断面積に対して増やすことができる。レイノルズ数は層流（小さな値）から乱流（大きな値）への変化を示すので、その数値を小さく保つのが有利である。この平坦形状により、縦湯口４内の流れは乱流のない主として層流の型で起こる。底部４ｂに向かって下向きに収斂する縦湯口４の形状は縦湯口４の頂部４ａ内に、特に溶湯の注入の初期相時に低圧が発生しないことを確実とする。なぜなら正しく収斂する形状は下記のベルヌーイの式により底部４ｂと同じ頂部４ａの静圧を確実とするからである：またはここでｖは液体の流速を意味し、ｇは重力加速度を意味し、ｐは静圧を意味し、 ‖は液体の比重を意味し、ｈは測地高さ（geodetic height）を意味し、Ｘ₁は頂部を意味し、Ｘ₂は底部を意味する。速度ｖが同じで高さｈが異なるときのベルヌーイの式から明らかである如く、非収斂縦湯口４は溶湯柱からの“引き”を起こして底部４ｂにおけるより低い頂部４ａの圧力を提供することになろう。これは溶湯の注入の初期相で特に事実であり、堰システム１を通して反対方向に作用することのできる鋳型空隙部１５内の溶湯からの背圧は存在しない。かくして、縦湯口４のこの収斂形状により、この技術の当業者により一般的に知られている如く、速度ｖと高さｈが異なるが圧力ｐが同じであるように、ベルヌーイの式を考慮して縦湯口が形作られるとき、縦湯口４を通して均一な圧力を確実とすることができる。層流は同時にレイノルズ数が低い値に保たれるような幾何学的な形状を備えることにより確実とされる。図１−４ｂに示される如く、縦湯口４の少なくとも一側は網スクリーン６を通して押湯溜め７と連絡している。網スクリーン６は溶湯に対して浸透性があるが、このような浸透に対して抵抗を提供する。注入の初期相において、均一な圧力が縦湯口４内に確立されているとき、この圧力はまた押湯溜め７内に及んでおり、網スクリーン６はそれを通る流れに対するその抵抗のために、通常のダクト壁の態様で作用するであろう。この理由から、縦湯口４の中を主として溶湯は流れ、押湯溜め７中にいかなる有意な量でも浸透しない。しかし、押湯溜め７は少なくとも縦湯口４を通って流れる溶湯からの輻射熱で加熱される。鋳型空隙部１５内の溶湯は縦湯口底部４ｂ内に徐々に背圧を確立し、この縦湯口底部内の圧力は上昇するであろう。しかし網スクリーン６はこの網スクリーン６を通して溶湯が押湯溜め７中に浸透するのを可能とし、そこでゆっくりした充填工程が開始される。これは続くであろうが、網スクリーン６はなお溶湯による浸透に対して抵抗を提供する。この後、鋳型空隙部１５がちょうど頂部まで溶湯で満たされると、縦湯口４を通る液体流は止まり、注入されている溶湯からの全圧は今や網スクリーン６を経由して湯溜り７に適用され、この後、湯溜りは急速に満たされる。この後、図６にＢで示されている、注入場所での注入が終わり、もし鋳型が鋳型列の鋳型１４であるなら、それは冷却帯域Ｃの方へ矢印Ａの方向に通過する。冷却帯域Ｃにおいて、鋳型空隙部１５内で凝固時に鋳造品は収縮し、堰システム１内の圧力の降下をもたらし、溶湯が押湯溜め７から引き出されて鋳型空隙部１５内の収縮により作られた空隙部を満たすこととなる。図５は説明されたこの発明による堰システム１を用いる、入口ダクト５ａと堰５ｂを含む底入口を持つ鋳型を示す。溶湯が注入装置１７から受口２に注入されるとき、溶湯は堰システム１を経て鋳型空隙部１５に流れ、そこを溶湯は上昇するであろう。図５においては、鋳型空隙部１５は揚り１６により上向きに終了しているところが示されている。しかし、揚り１６はこの発明には必要ではない。鋳型１４は造型機１０で造られた鋳型列の鋳型であることができ、そこでは原料貯蔵所１１からの鋳型砂が造型空間に向けられ、そこで水圧ピストン１２上の模型１３ａ，１３ｂと逆圧板１３ｃのそれぞれが鋳型１４を形成するように互いに押圧され、鋳型はそれから鋳型列の一部を形成するように水圧ピストン１２によって鋳型列中に押し出される。鋳型は更に注入場所Ｂに押され、そこで鋳型空隙部は溶湯で満たされる。この後、鋳型１４は更に冷却部Ｃに向けて矢印Ａの方向に動かされ、そこで溶湯は凝固し鋳造品は収縮する。例えば図６に示された造型プラントにおけるこの鋳造工程中の堰システム１中の工程の推移は図２ｂ−２ｅを持つ図２に示されている。これらの内の図２ｂは注入の初期相を示し、ここで堰システムはちょうど満たされたところであり、図２ｃは鋳型空隙部１５の溶湯からの背圧が溶湯を押湯溜め７中に浸透させたところの状況を示す。鋳型空隙部が完全に満たされる結果として液圧注入サージングが起こるとき、押湯溜めは図２ｄに示されるように実質的に完全に満たされる。この後で鋳造品が収縮するとき、溶湯は図２ｅに示されるように押湯溜め７から引かれるであろう。図６に示された種類の造型プラントで鋳型が造られるとき、押湯溜め７と網スクリーン６は有利には作られ、多分断熱管８、いわゆるイソ−チューブ（Iso-tu be）で断熱されているプレハブ一体化装置の形で挿入されることができる。イソ −チューブは押湯溜めからの熱損失を減らすために鋳造業で使用されている断熱管である。このチューブは多くの異なる直径と長さで作られている。用いられる材料は“Keruld”でありうるし、セラミック繊維からなっていてもよい。デンマークでは、このチューブはKeramax Ａ／Ｓ社によって製造されているが、国際的にはFOSECO社により供給されているものとして良く知られている。網スクリーンは例えば細い繊維状の石英ガラスからなる材料から作られ、樹脂で結合された四角い穴を持つウェブを形成するように組み立てられることができる。このウェブは三つの品質、すなわち軟質、半硬質、硬質で作られている。西欧でFiramの名で売られているこのウェブは９００ｍｍの幅を持ちメートル単位で調達できる。供給者はRudolf Silen のNOVACAST社及びEdstraco社であり、対応する製品はSENSANA社により販売されている。もちろん、網スクリーンはまた耐熱性の他の材料、例えば通常のガラス繊維ウェブから製造されてもよい。浸透性壁は網スクリーン以外の形であってもよく、それは例えば多孔性板、格子、ふるいまたは網等の形、例えばイソ−チューブに穿孔したものであることができる。押湯溜め７と網スクリーン６が位置するダクトの形状は、もちろん、図示のものと異なってもよい。それは例えば網スクリーン６が上側を構成する大体水平な溝またはダクトであることができる。縦湯口４はまたもちろん堰システムの入口を構成するダクトであってもよい。更に、縦湯口４と押湯溜め７それ自体はまた異なる形状であってもよいが、所定の合金の流れの形式に関して必要なときはレイノルズ数が考慮されるべきであり、またダクトシステム中の低圧を避けるべきであるときはベルヌーイの式が考慮されるべきである。図４ａは網スクリーン６が縦湯口４を取り囲む実施例を示す。この配置では、網スクリーン６の一方側は浸透壁として機能し、一方その他の残る側はダクトを強化する機能をする。この配置では、ダクト４，５，５ａ及び５ｂは単一装置として挿入されるまたは挿入前に押湯溜めと一体化されるプレハブ中空成形体素子の形であることができ、またはそれぞれがそれぞれの鋳型１４に挿入された二つの部分から組み立てられることができる。プレハブダクト４を持つ特に有利な構造は図４ｂに示される態様でダクトが押湯溜め７中に挿入されるとき、そして湯溜め中にまたはその一部中にダクト壁またはダクト装置が構成されるときに達成される。この構造は小さなレイノルズ数を維持し、それにより提供される利益を伴いながら、湯溜め７を丸い形状を持って構築し、入口／縦湯口４を湯溜めを通して横断的に延ばさせ、同時に湯溜め７が丸いまたは円筒形状のために小さな表面積とかくして低熱損失を持つようにさせることを可能とする。更に、この場合全てのダクト壁が湯溜め７により加熱され、押湯工程中の壁での凝固が避けられる。押湯溜め７と網スクリーン６が一体化装置の形で構築されるとき、それは有利にはプレハブで作られ鋳型１４の作成中に挿入することができる。更に、押湯溜め７は圧力を維持するための及び／または押湯溜め７を圧力下に保つための手段をまたそれが注入場所を離れるときにも備えることができ、このような圧力発生手段は例えば本出願人の特許出願ＷＯ９５／１８６８９に示された方式で設けることができる。請求の範囲１．押湯鋳造のための押湯溜め（７）を有する堰システムの配置であって、この堰システムに少なくとも一つの押湯溜め（７）が連結されており、前記堰システムが一つまたは多数の鋳型空隙部（１５）に連結されているものにおいて、少なくとも一つの押湯溜め（７）が貫流に対して有限の抵抗を提供する浸透性の隔壁（６）を通してのみ堰システム（１）のダクト（４）と連絡するように設けられていることを特徴とする堰システムの配置。２．浸透性の隔壁が網目または網スクリーンの形であることを特徴とする請求の範囲１に記載の堰システムの配置。３．浸透性の隔壁（６）が縦湯口（４）のダクト側に設けられていること、及び押湯溜め（７）が実質的にこの縦湯口に沿って延びていることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の堰システムの配置。４．押湯溜めが断熱材料（８）、特にイソ−チューブ材料により、浸透性の隔壁（６）から遠い方に対面する一つの側または複数の側を断熱されていることを特徴とする請求の範囲１−３のいずれかに記載の堰システムの配置。５．注入ダクト（４，５）が押湯溜め（７）の始めから鋳型空隙部（１５）へ延びるダクトの少なくとも一部で断熱されていることを特徴とする請求の範囲１ −４のいずれかに記載の堰システムの配置。６．押湯溜めが押湯溜め（７）に圧力を適用しかつこのような圧力を溶湯が堰システム中に注入された後も維持する手段を備えていることを特徴とする請求の範囲１−５のいずれかに記載の堰システムの配置。７．浸透性の隔壁（６）がプレハブダクト装置（４−６）の一部として設けられており、前記ダクト装置が少なくとも一つの壁側部分を、特にダクト壁を構成する中空成形体または中空成形体の一部の形で、構成していることを特徴とする請求の範囲１−６のいずれかに記載の堰システムの配置。８．浸透性の隔壁（６）を持つ押湯溜め（７）が鋳型の作成時に鋳型中に挿入されるのに適合したプレハブ装置の形で構築されていることを特徴とする請求の範囲１−７のいずれかに記載の堰システムの配置。９．請求の範囲１−８のいずれか一つまたはいずれかに記載の堰システムの配置を作る方法であって、更に少なくとも一つの押湯溜めが一つまたは多数の鋳型空隙部に連結されている堰システムに連結されているものにおいて、少なくとも一つの押湯溜め（７）が貫流に対して有限の抵抗を提供する少なくとも一つの浸透性の隔壁（６）を通して堰システム（１）のダクト（４）と連絡するように設けられておりまたは設けられることを特徴とする方法。 10．ダクトの少なくとも一部の全てまたは少なくとも二つのダクト壁がプレハブ成形体、特に中空成形体として所望の形に構築されていること、及びこの成形体が押湯溜めを通るダクトを多分対向対面する成形体部またはダクトの側部と共働することにより形成するような方式で置かれることを特徴とする請求の範囲９に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．好ましくは底から注入される（下注ぎ鋳造）鋳型における押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムの配置であって、この堰システムに少なくとも一つの押湯溜めが連結されており、前記堰システムが一つまたは多数の鋳型空隙部に連結されているものにおいて、少なくとも一つの押湯溜め（７）が堰システム（１）のダクトのまたはダクトの一部の広がった部分を構成するように設けられていること、及び隔壁（６）が浸透性の態様でダクト（４）の押湯溜め（７）を分離するように設けられていることを特徴とする堰システムの配置。２．浸透性壁が網目または網スクリーンの形で構築されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の堰システムの配置。３．網目または網スクリーンの浸透性壁（６）が縦湯口（４）のダクト側に設けられていること、及び押湯溜め（７）が実質的にこの縦湯口に沿って延びていることを特徴とする請求の範囲１または２に記載の堰システムの配置。４．押湯溜めが断熱材料（８）、特にイソ−チューブ材料により、浸透性壁または網目または網スクリーン（６）から遠い方に対面する一つの側または複数の側を断熱されていることを特徴とする請求の範囲１，２または３に記載の堰システムの配置。５．注入ダクト（４，５）が押湯溜め（７）の始めから鋳型空隙部（１５）へ延びるダクトの少なくとも一部で断熱されていることを特徴とする請求の範囲１，２，３または４に記載の堰システムの配置。６．押湯溜めが押湯溜め（７）に圧力を適用しかつこのような圧力を溶湯が堰システム中に注入された後も維持する手段を備えていることを特徴とする請求の範囲１，２，３，４または５に記載の堰システムの配置。７．浸透性壁または網目または網スクリーン（６）がプレハブダクト装置（４ −６）の一部として設けられており、前記ダクト装置が少なくとも一つの壁側部分を、特にダクト壁を構成する中空成形体または中空成形体の一部の形で、構成していることを特徴とする請求の範囲１，２，３，４，５または６に記載の堰システムの配置。８．浸透性壁または網目または網スクリーン（６）を持つ押湯溜め（７）がプレハブ装置の形で構築されていること、及びこのプレハブ装置が鋳型の作成時に鋳型中に挿入されることを特徴とする請求の範囲１，２，３，４，５，６または７に記載の堰システムの配置。９．好ましくは底から注入される（下注ぎ鋳造）鋳型における押湯鋳造のための押湯溜めを有する堰システムを作る方法であって、更に少なくとも一つの押湯溜めがこの堰システムに連結されているかまたは連結されるものであり、前記堰システムが一つまたは多数の鋳型空隙部に連結されているものにおいて、少なくとも一つの押湯溜め（７）が堰システム（１）のダクトのまたはダクト部の広がった部分を構成するように設けられておりまたは設けられること、それにより溶湯に対して浸透性の、一つまたは多数の浸透性壁または網目または網スクリーン（６）が押湯溜め（７）の表面に置かれ、湯溜めが空のときはダクト壁を構成することを特徴とする方法。 10．ダクトの少なくとも一部の全てまたは少なくとも二つのダクト壁がプレハブ成形体、特に中空成形体として所望の形に構築されていること、及びこの成形体が押湯溜めを通るダクトを多分対向対面する成形体部またはダクトの側部と共働することにより形成するような方式で置かれることを特徴とする請求の範囲９に記載の方法。