KR20150114936A - 테이퍼형 허스를 포함하는 캐스팅 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐스팅 시스템 및 방법에 관한 것이다. 캐스팅 시스템은 테이퍼형 공동을 가질 수 있는 허스 및 에너지 공급원을 포함할 수 있다. 테이퍼형 공동은 제1 단부 부분과 제2 단부 부분을 가질 수 있으며, 테이퍼형 공동은 제1 및 제2 단부 부분 사이에서 좁아질 수 있다. 추가로, 테이퍼형 공동은 제1 단부 부분에서 입구 용적을 형성하는 입구, 및 제2 단부 부분에서 출구 용적을 형성하는 하나 또는 그 이상의 출구들을 가질 수 있다. 공동이 단일 출구를 가지는 경우, 출구 용적은 입구 용적보다 더 작을 수 있다. 공동이 다수의 출구를 가지는 경우, 조합된 출구 용적은 입구 용적과 일치할 수 있다. 추가로, 입구 가까이에서 테이퍼형 공동의 횡단영역은 입구의 횡단영역과 유사할 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 용융 재료를 캐스팅하기 위한 시스템, 방법, 공구, 기술, 및 전략들에 관한 것이다.
특정 잉곳, 예를 들어, 티타늄 합금 및 그 외의 다른 특정의 고성능 합금의 캐스팅 공정은 합금 내에 포함된 재료의 성질 및 제작 동안 존재하는 가혹한 환경을 고려할 때 절차상 난해하고 값비쌀 수 있다. 예를 들어, 현재 사용가능한 다수의 냉간 허스 캐스팅 시스템, 가령, 비활성 환경에서의 플라즈마 아크 용융 또는 진공 용융 챔버 내의 전자빔 용융 시스템에서, 상기 캐스팅 시스템은 다양한 재활용 스크랩, 모합금, 및 그 외의 다양한 시작 재료를 용융하고 혼합하여 원하는 합금을 생산하도록 사용될 수 있다. 캐스팅 시스템은 고밀도 및/또는 저밀도 함유물을 포함할 수 있는 시작 재료를 이용하며, 이 재료들은 낮은 품질 및 잠재적으로 사용가능하지 않은 열 또는 잉곳으로 이어질 수 있다. 종종 사용가능한 것으로 고려되는 캐스트 재료는 용융되고 재사용될 수 있는데, 이러한 재료는 통상 낮은 품질을 가지고 시장에서 저렴한 가격을 형성하는 것으로 고려될 거이다. 캐스팅 공정 동안, 제작업자는 일반적으로 용융 재료를 캐스팅 몰드 내에 안내하기 전에 용융 재료로부터 함유물을 제거하기를 위한다.
용융 재료 내의 함유물을 증발시키고, 용해하거나 또는 용융시키기 위하여, 캐스팅 시스템 내의 에너지 공급원, 가령, 예를 들어, 전자빔 건 또는 플라즈마 토치가 캐스팅 시스템의 허스 내에 있는 용융 재료의 표면에 에너지를 제공할 수 있다. 에너지 공급원에 의해 생성된 에너지는 함유물을 증발하거나 혹은 용융하기에 충분할 수 있다. 하지만, 캐스팅 공정 동안, 캐스팅 시스템의 허스 내에 동적 흐름 경로가 발달할 수 있으며, 덜 동적인 영역, 즉 정체 영역 또는 풀(pool)이 동적 흐름 경로에 인접하게, 동적 흐름 경로 주위에 및/또는 동적 흐름 경로 가까이에서 형성될 수 있다. 적절한 혼합이 없으면, 용융 재료는 동적 흐름 경로를 따라 흐르는 용융 재료보다 더 긴 시간 동안 정체 영역 내에 정지될 수 있으며, 따라서, 허스 내에 유지될 수 있다. 달리 말하면, 허스 내의 용융 재료의 체류 시간은 용융 재료가 동적 흐름 경로를 따라 흐르거나 또는 정체 영역 내에 정지되는지에 따를 수 있으며, 따라서, 허스 내의 용융 재료의 체류 시간은 불규칙적일 수 있다. 게다가, 정체 영역 내의 용융 재료에는 동적 흐름 경로 내에서의 용융 재료보다 더 긴 시간 동안 에너지 공급원에 의해 생성된 에너지가 제공될 수 있다. 그 결과, 허스 내에서 더 긴 체류 시간을 갖는 용융 재료 즉 정체 영역 내에 정지된 용융 재료의 요소 고갈(elemental depletion)은 허스 내에서 더 짧은 체류 시간을 갖는 용융 재료 즉 동적 흐름 경로를 따라 흐르는 용융 재료의 요소 고갈보다 더 클 수 있다. 허스 내의 용융 재료가 전반에 걸쳐 상이한 화학 조성을 가질 때, 그에 따른 캐스트 합금도 다양한 조성을 가질 수 있다.
게다가, 단일 허스로부터 연장되는 다수의 캐스팅 몰드를 사용하는 캐스팅 시스템에서, 정체 영역이 형성되면 용융 재료가 캐스팅 몰드 내로 원하는 대로 흐르도록 변환되거나 및/또는 변경될 수 있다. 달리 말하면, 캐스팅 시스템의 캐스팅 몰드 사이에서 캐스팅 속도(casting rate)가 변할 수 있다.
이에 따라, 캐스팅 시스템의 허스 내에 정체 영역이 덜 쉽게 형성되는 가능성을 캐스팅 시스템에 제공하는 이점이 있을 수 있다. 추가로, 조성적으로 더 균일한 캐스트 합금을 형성하는 캐스팅 시스템을 제공하는 이점을 가질 수도 있다. 그 외에도, 다수의 캐스팅 몰드를 따라 동일하거나 혹은 유사한 캐스팅 속도를 촉진하는 캐스팅 시스템을 제공하는 이점을 가질 수 있다. 보다 일반적으로는, 티타늄, 그 외의 다른 고성능 합금과 금속 및 일반적으로 금속 합금 용도로 유용한, 개선된 캐스팅 시스템을 제공하는 이점을 가질 수 있다.
본 발명의 한 형태는 허스 및 복수의 몰드를 포함할 수 있는 캐스팅 시스템의 비-제한적인 실시예에 관한 것이다. 허스는 입구 횡단영역을 형성하는 입구와 각각의 출구가 출구 횡단영역을 형성하는 복수의 출구를 포함할 수 있다. 또한, 허스는 입구와 복수의 출구 사이에서 공동(cavity)을 포함할 수 있는데, 상기 공동은 입구로부터 복수의 출구를 향해 테이퍼 형태로 형성될 수 있다. 몰드가 허스의 각각의 출구와 나란하게 정렬될 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스의 비-제한적인 실시예에 관한 것으로서, 허스는 제1 단부 부분과 제2 단부 부분을 포함하는 공동을 포함할 수 있으며 상기 공동은 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 사이에서 좁아질 수 있다. 허스는 제1 단부 부분에서 입구를 추가로 포함할 수 있는데, 입구는 입구 용적(inlet capacity)을 형성한다. 또한, 허스는 제2 단부 부분에서 출구를 포함할 수 있는데, 출구는 출구 용적을 형성한다.
본 발명의 또 다른 형태는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스의 비-제한적인 실시예에 관한 것으로서, 허스는 용융 재료를 이동시키기 위한 이동 수단을 포함할 수 있다. 이동 수단은 용융 재료를 수용하기 위한 수용 수단을 포함할 수 있으며, 수용 수단은 수용 용적(receiving capacity)을 포함한다. 추가로, 이동 수단은 용융 재료를 전달하기 위한 전달 수단을 포함할 수 있으며, 전달 수단은 전달 용적을 포함하고 전달 용적은 수용 용적과 실질적으로 동일하다. 또한, 허스는 전달 수단과 수용 수단 사이에서 이동 수단을 좁히게 하기 위한 좁힘 수단(narrowing means)을 포함할 수 있다.
추가로, 본 발명의 또 다른 형태는 재료를 수용하도록 구성된 허스와 상기 허스 내에서 재료를 활성화하도록 구성된 에너지 공급원을 포함할 수 있는 캐스팅 시스템의 비-제한적인 실시예에 관한 것으로서, 재료의 한 부분은 허스 내의 재료의 스컬(skull)을 형성할 수 있다. 재료의 스컬은 입구 횡단영역을 형성하는 입구, 출구 횡단영역을 형성하는 출구, 및 입구와 출구 사이의 공동을 포함할 수 있으며, 상기 공동은 입구로부터 출구를 향해 테이퍼 형태로 형성된다.
본 발명의 또 다른 형태는 캐스팅 재료를 위한 방법의 비-제한적인 실시예에 관한 것이다. 상기 방법은, 허스의 입구를 통해 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하고, 입구는 입구 용적을 포함하며; 허스의 테이퍼형 공동을 통해 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하며; 허스의 복수의 출구를 통해 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하고, 각각의 출구는 출구 용적을 포함하며, 출구 용적들의 합(sum)은 입구 용적과 실질적으로 일치하고; 그리고, 복수의 몰드 내로 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태는 캐스팅 재료를 위한 방법의 비-제한적인 실시예에 관한 것이다. 상기 방법은, 입구를 통해 용융 재료를 허스 내로 통과시키는 단계를 포함하고; 허스 내에서 에너지를 용융 재료에 선택적으로 제공하여 허스 내에 재료의 스컬을 형성하는 단계를 포함하며, 재료의 스컬은 공동을 형성하고; 허스의 출구를 통해 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하며, 공동은 입구로부터 출구로 테이퍼 형태로 구성되고; 용융 재료를 몰드 내에 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 특징들과 이점들은 첨부 도면들을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다:
도 1은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 캐스팅 시스템의 개략도;
도 2는 도 1에 도시된 캐스팅 시스템의 개략도로서, 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라, 캐스팅 챔버의 내부를 노출시키기 위해 캐스팅 챔버의 한 벽이 캐스팅 챔버로부터 멀어지도록 이동되고;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 허스 및 평행 몰드의 투시도;
도 4는 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 허스의 투시도;
도 5는 도 4의 허스의 평면도;
도 6은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 허스의 투시도;
도 7은 도 6의 허스의 평면도;
도 8은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 허스의 투시도;
도 9는 도 8의 허스의 평면도;
도 10은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라 내부에 위치된 재료를 가진 허스의 투시도;
도 11은 도 10의 허스의 입면도;
도 12는 도 11에 표시된 평면을 따라 절단한 도 10의 허스의 평면 횡단면도;
도 13은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라 내부에 위치된 재료를 가진 허스의 투시도;
도 14는 도 13의 재료와 허스의 입면도;
도 15는 도 14에 표시된 평면을 따라 절단한 도 13의 재료와 허스의 평면도;
도 16은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라 내부에 위치된 재료를 가진 허스의 투시도;
도 17은 도 16의 재료와 허스의 입면도;
도 18은 도 17에 표시된 평면을 따라 절단한 도 16의 재료와 허스의 평면도;
도 19는 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라 내부에 위치된 재료를 가진 허스의 투시도;
도 20은 도 19의 재료와 허스의 입면도;
도 21은 도 20에 표시된 평면을 따라 절단한 도 19의 재료와 허스의 평면도이다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 캐스팅 시스템의 개략도;
도 2는 도 1에 도시된 캐스팅 시스템의 개략도로서, 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라, 캐스팅 챔버의 내부를 노출시키기 위해 캐스팅 챔버의 한 벽이 캐스팅 챔버로부터 멀어지도록 이동되고;
도 3은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 허스 및 평행 몰드의 투시도;
도 4는 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 허스의 투시도;
도 5는 도 4의 허스의 평면도;
도 6은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 허스의 투시도;
도 7은 도 6의 허스의 평면도;
도 8은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따른 허스의 투시도;
도 9는 도 8의 허스의 평면도;
도 10은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라 내부에 위치된 재료를 가진 허스의 투시도;
도 11은 도 10의 허스의 입면도;
도 12는 도 11에 표시된 평면을 따라 절단한 도 10의 허스의 평면 횡단면도;
도 13은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라 내부에 위치된 재료를 가진 허스의 투시도;
도 14는 도 13의 재료와 허스의 입면도;
도 15는 도 14에 표시된 평면을 따라 절단한 도 13의 재료와 허스의 평면도;
도 16은 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라 내부에 위치된 재료를 가진 허스의 투시도;
도 17은 도 16의 재료와 허스의 입면도;
도 18은 도 17에 표시된 평면을 따라 절단한 도 16의 재료와 허스의 평면도;
도 19는 본 발명의 하나 이상의 비-제한적인 실시예에 따라 내부에 위치된 재료를 가진 허스의 투시도;
도 20은 도 19의 재료와 허스의 입면도;
도 21은 도 20에 표시된 평면을 따라 절단한 도 19의 재료와 허스의 평면도이다.
본 발명에 따른 캐스팅 시스템의 비-제한적인 실시예가 특정 도면들을 참조하여 밑에 기술되고 예시되며, 상기 캐스팅 시스템은 하나 또는 그 이상의 전자빔 건과 일체형으로 구성되는데, 캐스팅 시스템 내에서 재료 가열 장치로서 그 외의 다른 용융 전력원들도 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명은, 예를 들어, 활성 플라즈마를 생성하고 상기 생성된 플라즈마와 재료를 접촉시킴으로써 캐스팅 시스템 내에서 금속성 재료를 가열하는 하나 또는 그 이상의 플라즈마 생성 장치를 사용하는 캐스팅 시스템을 제공한다.
냉간 허스 캐스팅 시스템, 가령, 진공 용융 챔버 내에서 용융되는 전자빔은 보통 허스의 온도를 구리 재료의 용융 온도 밑의 온도에 제한시키기 위해 유체-기반 냉각 시스템과 일체형으로 구성된 구리 허스를 사용한다. 물-기반 냉각 시스템이 가장 일반적이기는 하지만, 그 외의 다른 시스템, 가령, 아르곤-기반 또는 용융 염 냉각 시스템도 냉간 허스 내에 일체형으로 구성될 수 있다. 냉간 허스 시스템은, 적어도 일부분에서는, 허스 내에 위치된 용융 재료로부터 함유물(inclusion)을 제거함으로써 용융 금속성 재료를 정제하기 위해 중력을 사용한다. 상대적으로 낮은 밀도의 함유물들은 재료가 혼합되고 냉간 허스 내에서 흐를 때 용융 재료의 상부 위에서 일정 시간 동안 부유하며, 노출된 함유물들은 하나 또는 그 이상의 캐스팅 시스템의 전자빔 건에 의해 재용융되거나 증발될 수 있다. 상대적으로 높은 밀도의 함유물들은 용융 재료의 바닥에 가라앉고 구리 허스 가까이에 침전된다(deposit). 냉간 허스와 접촉하고 있는 용융 재료가 허스의 유체-기반 냉각 시스템의 작동을 통해 냉각됨에 따라, 재료는 동결되어 허스의 바닥 및/또는 측면 표면 위에 강성의 코팅 또는 "스컬(skull)"을 형성한다. 이 스컬은 허스 내에서 용융 재료로부터 허스의 표면을 보호한다. 스컬 내에 함유물들이 포획(entrapment)되면 용융 재료로부터 함유물이 제거되어, 더 높은 순도의 캐스팅 작업이 구현된다.
전자빔 캐스팅 시스템의 용융 허스는 용융 재료 흐름 경로를 통해 캐스팅 시스템의 정제 허스와 유체 소통할 수 있다. 시작 재료가 용융 챔버와 상기 용융 챔버 내에 있는 용융 허스 내에 유입될 수 있으며, 하나 또는 그 이상의 전자빔이 상부에 부딪혀서(impinge) 그 재료들을 용융점까지 가열한다. 하나 또는 그 이상의 전자빔 건이 적절하게 작동될 수 있도록 하기 위하여, 하나 이상의 진공 생성기가 용융 챔버와 연결될 수 있으며 챔버 내에 진공 상태를 제공할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 흡입 영역이 용융 챔버와 연결될 수 있으며, 상기 흡입 영역을 통해 시작 재료가 용융 챔버 내로 유입되고 용융될 수 있으며 용융 허스 내에 우선 배열될 수 있다. 흡입 영역은 예를 들어 재료를 용융 허스로 이송하기 위한 컨베이어 시스템을 포함할 수 있다. 캐스팅 시스템의 용융 챔버 내로 유입되는 시작 재료는 다수의 형태, 가령, 예를 들어, 성긴 입자 재료(예컨대, 스폰지, 칩, 및 모합금), 연탄 형태의 수축 재료(예컨대, 수축 스폰지, 칩, 및 모합금), 또는 바(bar) 또는 그 밖의 적절한 형태로 용접된 분체(bulk solid)로 구성될 수 있다. 이에 따라, 흡입 영역은 캐스팅 시스템에 의해 수용될 수 있도록 예상되는 특정 시작 재료를 취급하도록 형성될 수 있다.
시작 재료가 용융 허스 내에서 용융되면, 용융 재료는 완전하게 용융되어 더 잘 균질해 질 수 있도록 일정 시간 동안 용융 허스 내에 유지될 수 있다. 용융 재료는 용융 허스로부터 용융 재료 통로를 통해 정제 허스로 이동될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 용융 재료는 예를 들어 용융 허스와 정제 허스 사이의 여러 중간 허스를 통해 흐를 수 있다. 정제 허스는 용융 챔버 또는 또 다른 진공 엔클로저(vacuum enclosure) 내에 위치될 수 있으며, 정제 허스와 연결된 하나 또는 그 이상의 전자빔 건들이 적절하게 작동될 수 있도록 하기 위하여 진공 시스템에 의해 제공된 진공 상태 하에 유지될 수 있다. 중력-기반 운동 메커니즘(gravity-based movement mechanism)이 사용될 수 있지만, 용융 재료가 용융 허스로부터 정제 허스로 이동되는데 도움을 주기 위해 기계적 운동 메커니즘도 사용될 수도 있다. 용융 재료가 정제 허스 내에 위치되면, 재료는 재료를 허용 가능하게 정제하기 위해 충분한 시간 동안 하나 이상의 전자빔 건에 의해 적절히 높은 온도로 연속 가열될 수 있다. 다시, 하나 또는 그 이상의 전자빔 건은 정제 허스 내에서 재료가 용융 상태에 유지하기에 충분한 전력을 공급할 수 있으며, 용융 재료의 표면 위에 형성되는 함유물을 용융하거나 증발시키기에 충분한 전력을 공급할 수 있다. 게다가, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 캐스팅 시스템은 용융 재료가 흐를 수 있는 다수의 정제 허스를 포함할 수 있다.
용융 재료는 재료를 용융 재료로부터 함유물을 제거하기에 충분한 시간 동안 정제 허스 내에 유지될 수 있거나 그 외의 경우 재료를 정제할 수 있다. 정제 허스 내의 상대적으로 길거나 짧은 체류 시간은 예를 들어 용융 재료 내에서 함유물의 보급(prevalence) 및 조성(composition)에 따라 선택될 수 있다. 당업자들은 캐스팅 공정 동안 용융 재료의 적절한 정제를 제공하기에 충분한 체류 시간을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 바람직하게는, 정제 허스는 냉간 허스일 수 있으며 용융 재료 내의 함유물들은 용융 재료 내에서의 용해를 포함하는 처리에 의해, 허스의 바닥으로 떨어져서 스컬 내에 포획됨으로써, 및/또는 용융 재료의 표면 위에 집중된 전자빔의 작용에 의해 증발됨으로써 제거될 수 있는 것이 바람직하다. 특정 실시예들에서, 정제 허스를 향해 안내되는 전자빔은 혼합 작용을 생성하기 위해 사전결정된 패턴으로 용융 재료의 표면을 가로질러 래스터링될 수 있다(rastered across). 하나 또는 그 이상의 기계적 운동 장치들은 혼합 작용(mixing action)을 제공하거나 전자빔들을 래스터링함으로써 생성된 혼합 작용을 제공하도록 제공될 수 있다.
적절하게 정제되고 나면, 용융 재료는 중력을 통해 및/또는 용융 재료 통로를 따라 정제 허스로부터 캐스팅 몰드로 통과될 수 있다. 용융 재료는 캐스팅 챔버 내의 캐스팅 포트를 통해 흘러서 캐스팅 몰드 내로 통과할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 용융 재료는 예를 들어 캐스팅 몰드와 정제 허스 사이의 여러 중간 허스를 통해 흐를 수 있다. 용융 재료는 용융 재료가 용융 재료의 형태를 유지하도록 실질적으로 냉각될 때까지 캐스팅 몰드 내에 유지될 수 있다. 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 몰드는 캐스트 재료가 캐스팅 공정 동안 몰드의 바닥으로부터 배출될 수 있도록 개방-바닥 몰드일 수 있다. 예를 들어, 캐스팅 시스템은 미국 특허출원번호 13/629,696호에 기술된 것과 같은 연속 캐스팅 시스템이거나, 또는 Moxley씨 등에게 허여된 미국 특허출원공보번호 2012/0255701호에 기술된 것과 같은 반-연속 캐스팅 시스템일 수 있는데, 이들 특허출원들의 전반적인 내용은 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다. 예를 들어, 연속 캐스팅 시스템은 캐스팅 몰드의 개방 바닥을 통해 캐스트 재료를 지속적으로 철회하는 철회 메커니즘(withdrawal mechanism)을 제공할 수 있다. 추가로, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 정제 허스는 용융 재료를 복수의 캐스팅 몰드 내에 동시에 공급할 수 있다. 예를 들어, 정제 허스는 용융 재료를 2개 또는 그 이상의 평행-충진(parallel-filling)의 동일한 캐스팅 몰드 내에 공급할 수 있다.
위에서 기술된 요소 장치들은 본 발명에 따른 캐스팅 시스템(10)의 비-제한적인 실시예를 개략적으로 도시하는 도 1과 2를 참조하면 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 도 1을 보면, 캐스팅 시스템(10)은 용융을 위해 내부에 재료를 수용할 수 있는 용융 챔버(14)를 포함한다. 복수의 용융 전력 공급원, 가령, 예를 들어, 전자빔 건(16)이 용융 챔버(14) 내로 연장되며 내부에 위치된 시작 재료에 에너지를 작동 가능하게 제공할 수 있다. 예를 들어, 용융 전력 공급원은 용융 챔버(14) 내에서 재료를 용융하기 위해 시작 재료의 표면을 가로질러 높은 강도의 전자빔을 생성할 수 있다. 진공 생성기(18)가 용융 챔버(14)와 연결된다. 예를 들어, 스크랩 재료, 분체(bulk solid), 모합금, 및 분말 형태로 구성될 수 있는 시작 재료가 용융 챔버(14)의 내부를 가로질러 제공되는 하나 또는 그 이상의 흡입 영역을 통해 용융 챔버(14) 내로 유입될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 2에 도시된 것과 같이, 각각의 흡입 챔버(20 및 21)는 용융 챔버(14)의 내부와 소통하는 접근 해치(access hatch)를 포함한다. 캐스팅 시스템(10)의 비-제한적인 특정 실시예들에서, 흡입 챔버(20)는 예를 들어 입자 및 분말형 시작 재료가 용융 챔버(14) 내로 유입될 수 있으며, 흡입 챔버(21)는 예를 들어 바 형태 및 그 외의 다른 분체를 용융 챔버(14) 내로 유입될 수 있도록 적절하게 구성될 수 있다.
다시, 도 1 및 2를 보면, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 캐스팅 챔버(28)는 용융 챔버(14)에 인접하게 위치된다. 몇몇 전력 공급원, 가령, 추가적인 전자빔 건(30)들은 캐스팅 챔버(28) 내로 연장되며, 캐스팅 챔버(28)의 내부 안으로 에너지를 작동 가능하게 안내하여(direct) 재료를 용융 상태로 유지하거나 및/또는 내부에서 용융 재료를 정제할 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이, 캐스팅 챔버(28)의 병진운동 가능한 측벽(32)이 캐스팅 챔버(28)로부터 분리되며 캐스팅 시스템(10)으로부터 멀어지도록 이동되어 캐스팅 챔버(28)의 내부를 노출할 수 있다. 용융 허스(40), 정제 허스(42), 및 수용 리셉터클(44)이 병진운동 가능한 측벽(32)에 연결될 수 있으며, 따라서, 병진운동 가능한 측벽(32), 용융 허스(40), 정제 허스(42), 및 수용 리셉터클(44)의 전체 조립체는 캐스팅 시스템(10)으로부터 멀어지도록 이동되어 캐스팅 챔버(28)의 내부를 노출시킬 수 있다. 병진운동 가능한 측벽(32)은 캐스팅 챔버(28)로부터 멀어지도록 이동되어 용융 허스(40), 정제 허스(42), 및 수용 리셉터클(44) 중 임의의 하나, 가령, 예를 들어, 캐스팅 챔버(28)의 내부에 접근될 수 있게 할 수 있다. 또한, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 캐스팅 공정 작동 후에, 병진운동 가능한 측벽, 용융 허스, 정제 허스, 및 수용 리셉터클의 특정 조립체가 이러한 요소들의 다른 조립체로 교체될 수도 있다. 용융 재료는 수용 리셉터클(44)로부터 하나 또는 그 이상의 캐스팅 몰드 내로 흐를 수 있다. 예를 들어, Moxley씨 등에게 허여된 미국 특허출원공보번호 2012/0255701호에 기술된 것과 같이, 용융 재료는 수용 리셉터클(44)의 맞은편에 위치된 2개의 캐스팅 몰드 중 하나 또는 다른 하나 안으로 흐를 수 있으며, 상기 미국 특허출원은 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다. Moxley씨 등에게 허여된 미국 특허번호 2012/0255701호에 기술된 것과 같이, 캐스팅 시스템(10)은 용융 재료가 하나의 원하는 흐름 경로를 따라서만 한번에 하나 또는 다른 캐스팅 몰드로 흐를 수 있도록 구성될 수 있으며, 교대로 흐르거나 캐스팅 몰드들 간에 전환될 수 있도록 구성될 수도 있다. 추가로, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 에너지 공급원, 가령, 전자빔 건 장치 및 사용방법은 용융 재료가 원하는 흐름 경로를 따라 원하는 캐스팅 몰드 내로 흐르는 것을 조절할 수 있다. 추가로, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 캐스팅 시스템은 추가적인 허스 및/또는 수용 리셉터클을 포함할 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 수용 리셉터클(44)을 통해 이동하는 대신, 용융 재료는 정제 허스(42)로부터 캐스팅 몰드로 직접 이동할 수도 있다.
이제, 도 3을 보면, 정제 허스(142)가 캐스팅 챔버(28) 내에 배열될 수 있다(도 1 및 2). 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 정제 허스(142)는 캐스팅 몰드(144a, 144b)에 인접하게 위치될 수 있으며, 정제 허스(142)는 용융 재료가 몰드(144a, 144b) 내로 이동하도록 안내할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 캐스팅 챔버(28)는 예를 들어 정제 허스(142)의 한 측면 위에 대칭으로 배열될 수 있는 복수의 몰드(144a, 144b)를 포함할 수 있으며 정제 허스(142)는 용융 재료가 몰드(144a, 144b) 내로 이동하도록 안내할 수 있다. 예를 들어, 정제 허스(142)는 다수의 출구(148a, 148b) 및/또는 다수의 부음 립(149a, 149b)을 가질 수 있으며, 각각의 출구(148a, 148b)는 몰드(144a, 144b) 및/또는 몰드 입구와 나란하게 정렬될 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 용융 재료는 정제 허스(142) 내로 흐를 수 있으며 출구(148a, 148b)를 통해 배출되어 몰드(144a, 144b) 내로 유입될 수 있다. 달리 말하면, 몰드(144a, 144b)는 용융 재료로 동시에 채워질 수 있다.
캐스팅 시스템(10)(도 1 및 2)이 연속 또는 반-연속 캐스팅 용도로 형성되는 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 캐스트 재료는 용융 재료가 몰드(144a, 144b) 내로 안내될 때 몰드(144a, 144b)의 개방-바닥(145a, 145b)을 통해 동시에 철회될 수 있다. 예를 들어, 캐스트 잉곳(cast ingot)은 용융 재료가 정제 허스(142)의 상응하는 출구(148a, 148b)로부터 몰드(144a, 144b) 내로 유입되는 속도에 대한 속도로 개방-바닥 몰드(144a, 144b)로부터 철회될 수 있다. 캐스트 잉곳은 예를 들어 각각의 몰드(144a, 144b) 내의 용융 재료가 상응하는 출구(148a, 148b)의 부음 립(149a, 149b) 밑에 유지되는 속도로 철회될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 캐스팅 몰드(144a, 144b)의 개방-바닥(145a, 145b)은 캐스팅 챔버(28)(도 1 및 2)의 캐스팅 포트(58)와 나란하게 정렬될 수 있으며 캐스트 재료는 캐스팅 포트(58)를 통해 캐스팅 챔버(28)로부터 배출될 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 캐스팅 시스템(10)은 추가적인 몰드를 포함할 수 있거나 및/또는 정제 허스(142)는 추가적인 출구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐스팅 시스템(10)은 4개의 몰드를 포함할 수 있으며 정제 허스는 4개의 출구를 포함할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 캐스팅 시스템(10)은 예를 들어 3개 또는 그 이상의 몰드를 포함할 수 있으며 정제 허스는 3개 또는 그 이상의 출구를 포함할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 캐스팅 시스템의 몰드 개수는 정제 허스 출구의 개수에 상응할 수 있으며, 하나 이상의 실시예에서, 다수의 몰드는 정제 허스에 대해 대칭으로 배열될 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 단일의 몰드가 정제 허스로부터 연장될 수도 있다.
본 명세서에 기술된 것과 같이, 몰드(144a, 144b)는 캐스트 재료가 예를 들어 연속 캐스팅 공정 동안 몰드(144a, 144b)의 개방-바닥(145a, 145b)으로부터 배출될 수 있도록 개방-바닥 몰드일 수 있다. 추가로, 몰드(144a, 144b)는 원하는 형태의 캐스트 재료에 상응하는 내주(inner perimeter)를 가질 수 있다. 예를 들어, 원형의 내주가 실린더를 형성할 수 있으며, 예를 들어 직사각형의 내주가 직사각형의 프리즘을 형성할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드(144a, 144b)는 예를 들어 약 6 인치 내지 약 32 인치의 직경을 가진 원형의 내주를 가질 수 있다. 추가로, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 몰드(144a, 144b)는 예를 들어 약 36 인치 X 약 54 인치인 직사각형의 내주를 가질 수 있다. 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 몰드(144a, 144b)는 예를 들어 약 28 인치2 미만 또는 약 2,000 인치2 보다 큰 횡단면적을 가질 수 있다.
본 명세서에 기술된 것과 같이, 정제 허스(142) 내의 용융 재료 안에서의 함유물은 예를 들어 용융 재료 내에서의 용해를 포함하는 처리에 의해, 허스(142)의 바닥으로 떨어져서 스컬 내에 포획됨으로써, 및/또는 용융 재료의 표면 위에 집중된 전자빔 건(30)(도 1 및 2)에 의해 생성된 전자빔의 작용에 의해 증발됨으로써 제거될 수 있다. 정제 허스(142)에서, 동적 흐름 경로가 형성될 수 있으며, 덜 동적인 영역(less dynamic region) 즉 정체 영역 또는 풀(pool)이 동적 흐름 경로 주위에 및/또는 가까이에 인접하도록 형성될 수 있다. 적절한 혼합 없이, 용융 재료는 시간의 연장 기간 동안 정제 허스(142)에서 정체 영역 내에 배열될 수 있으며, 따라서 상대적으로 더 긴 시간 동안 정제 허스 내에 유지될 수 있는데, 동적 흐름 경로 내의 용융 재료는 정제 허스(142)를 통해 보다 신속하게 이동할 수 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이, 정체 영역 내에 유지된 용융 재료에는 동적 흐름 경로 내에서의 용융 재료보다 더 긴 시간 동안 전자빔이 제공될 수 있으며, 그 결과 정체 영역 내에서는 요소 고갈(elemental depletion)이 상대적으로 더 많이 발생하고 동적 흐름 경로 내에서는 요소 고갈이 상대적으로 더 적게 발생할 수 있다. 위에서 언급한 것과 같이, 금속성 재료를 정제하거나 및/또는 가열하기 위한 재료 가열 장치와 같이, 다양한 용융 전력 공급원, 가령, 예를 들어, 전자빔 건(30)(도 1 및 2) 및/ 또는 플라즈마 생성 장치가 캐스팅 시스템(10)에서 사용될 수 있음을 고려해야 한다.
본 발명에 따르면, 정제 허스(142)의 기하학적 형상은 내부에 정체 영역이 형성되는 것을 줄이도록 선택되거나 및/또는 구성될 수 있으며, 따라서 내부를 통과하는 용융 재료의 화학적 균질성(chemical uniformity)을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 도 3을 보면, 정제 허스(142)는 입구(146) 및 출구(148a, 148b) 사이에서 테이퍼 형태이거나 및/또는 좁다란 형태일 수 있다. 달리 말하면, 정제 허스(142)의 횡단영역(허스(142)의 흐름 축에 대해 횡단 방향으로 즉 용융 재료 흐름의 방향에 대해 횡단 방향으로 절단한 횡단면)은 허스(142)의 흐름 축을 따라 감소할 수 있다. 다르게 표현하면, 정제 허스(142)는 입구(146)에서 및/또는 입구에 가까이에서는 더 넓어질 수 있으며 출구(148a, 148b)에서 및/또는 출구 가까이에서는 더 좁아질 수 있다. 예를 들어, 테이퍼형 허스(142)를 통해 흐르는 일정하거나 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 내부를 통과하는 용융 재료의 속도는 입구(146) 및 출구(148a, 148b) 사이에서 증가할 수 있다.
정제 허스(142)의 개선된 기하학적 형상은 내부를 통해 흐르는 용융 재료의 속도를 증가시킬 수 있으며 용융 재료에서의 압력을 줄일 수 있다. 다르게 표현하면, 예를 들어 테이퍼형 허스(142)를 통해 흐르는 일정하거나 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 용융 재료의 속도는 입구(146)로부터 출구(148)로 증가될 수 있으며, 용융 재료 내의 압력은 이와 상응하게 입구(146)로부터 출구(148)로 감소될 수 있다. 게다가, 정제 허스(142)의 개선된 기하학적 형상은 용융 재료에 대해 보다 더 직접적인 흐름 경로를 제공할 수 있는데, 이에 따라 용융 재료 내에 정체 영역이 형성되는 것을 제한하거나 및/또는 감소시킬 수 있다. 감소된 정체 영역을 가진 개선된 용융 재료 흐름 경로는 허스 내에서 보다 균일한 체류 시간을 촉진시킬 수 있다. 정의된 체류 시간은 내부의 과도한 요소 고갈을 제한하거나 및/또는 방지하면서도 용융 재료 내에서 함유물을 충분히 증발시키도록 조절될 수 있다. 또한, 다수의 몰드의 연속 캐스팅 공정 동안, 개선된 용융 재료 흐름 경로는 다양한 캐스팅 몰드 내의 동일한 또는 유사한 캐스팅 속도(casting rate)를 촉진시킬 수 있다.
그 외에도 또는 대안으로, 다양한 실시예들에서, 정제 허스(142)의 입구(146)는 입구 횡단영역(허스(142)의 흐름 축에 대해 횡단 방향으로 절단한 횡단면)을 포함할 수 있으며, 출구(148a, 148b)는 출구 횡단영역(허스(142)의 흐름 축에 대해 횡단 방향으로 절단한 횡단면)을 포함할 수 있으며, 조합된 출구 횡단영역을 제공하기 위해 합칠 수도 있다(totaled). 조합된 출구 횡단영역은 예를 들어 입구 횡단영역과 일치하거나 유사할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 예를 들어, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 더 작을 수도 있다. 그 외의 다른 비-제한적인 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 더 클 수도 있다. 그 외에도 또는 대안으로, 다양한 실시예들에서, 입구(146)로부터 정제 허스(142)의 횡단영역은 예를 들어 입구(146)에서, 입구 가까이 및/또는 입구에 인접한 횡단영역과 일치하거나 유사할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 정제 허스(142)에 유입될 때, 용융 재료는 입구 속도를 유지할 수 있으며, 게다가, 속도는 정제 허스(142)의 테이퍼형 길이를 따라 점차 증가할 수도 있다.
이제, 도 4와 5를 보면, 개선된 기하학적 형상을 가진 정제 허스(242)가 도시된다. 정제 허스(242)는 제1 단부(252)에서 또는 제1 단부 가까이에서 입구(246)를 포함할 수 있으며 제2 단부(254)에서 또는 제2 단부 가까이에서 출구(248)를 포함할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 출구(248)는 용융 재료를 인접한 몰드 내로 안내하기 위한 부음 립을 가질 수 있다. 정제 허스(242)를 통과하는 용융 재료는 입구(246)를 통해 정제 허스(242)로 유입될 수 있으며 출구(248)를 통해 정제 허스(242)로부터 배출될 수 있다. 달리 말하면, 용융 재료의 흐름은 입구(246)로부터 출구(248)를 향해 안내될 수 있다. 추가로, 정제 허스(242)는 예를 들어 제1 단부(252)와 제2 단부(254) 사이에서 연장될 수 있는 측벽(250a, 250b)을 포함할 수 있다. 주로, 도 5를 보면, 정제 허스(242)는 축(X1)을 형성할 수 있으며, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 정제 허스(242)는 축(X1)에 대해 대칭일 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 측벽(250a, 250b)은 축(X1)에 대해 각도를 이루며 배열될 수 있으며 각각의 측벽(250a, 250b)과 축(X1) 사이에는 각도(θ1)가 형성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각도(θ1)은 예를 들어 약 4 도일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 각도(θ1)는 예를 들어 약 1 도 내지 약 10 도일 수 있으며, 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 각도(θ1)는 예를 들어 1 도 미만, 및/또는 예를 들어 10 도보다 큰 각도일 수 있다. 달리 말하면, 정제 허스(242)의 측벽(250a, 250b)은 제1 단부(252)에서 또는 제1 단부 가까이에서 입구(246)와 제2 단부(254)에서 또는 제2 단부 가까이에서 출구(248) 사이에서 테이퍼 형태 및/또는 좁다란 형태로 구성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 측벽(250a, 250b)은 입구(146)와 출구(248) 사이에서 연속적인 테이퍼 형태일 수 있다. 추가로, 측벽(250a, 250b)은 입구(246)와 출구(248) 사이에서 일직선 및/또는 굽어진 형태로 구성될 수 있으며 테이퍼의 각도는 측벽의 길이를 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 측벽(250a, 250b)의 한 부분이 굽어질 수도 있거나 및/또는 측벽(250a, 250b)의 한 부분이 각도를 이룰 수도 있다. 추가로, 곡선 또는 곡선들은 예를 들어 다양한 곡률반경을 가질 수 있으며 각도를 이룬 부분 또는 부분들은 예를 들어 여러 각도로 각도를 이룰 수도 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이, 정제 허스(242)의 테이퍼형 공동을 통해 일정하거나 또는 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 예를 들어, 내부를 통해 흐르는 용융 재료의 속도는 입구(246)와 출구(248) 사이에서 증가할 수 있다.
도 4와 5를 보면, 입구(246)는 입구 횡단영역을 형성할 수 있으며 출구(248)는 입구 횡단영역보다 더 작은 출구 횡단영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 약 10% 내지 약 50% 더 작을 수도 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 이 차이는 예를 들어 약 10% 미만일 수 있거나, 혹은 예를 들어 약 50%보다 더 클 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구(246)는 입구 폭 또는 직경(A1)을 가질 수 있으며 출구(248)는 출구 폭 또는 직경(B1)을 가질 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구 폭(B1)은 입구 폭(A1)보다 더 작을 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 예를 들어, 입구 폭(A1)은 약 12.5 인치일 수 있으며, 출구 폭(B1)은 약 8.4 인치일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 예를 들어 입구 폭(A1)은 약 10.5 인치 내지 약 14.5 인치일 수 있으며, 출구 폭(B1)은 약 6.4 인치 내지 약 10.4 인치일 수 있다. 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 입구 폭(A1)은 예를 들어 약 14.5 인치보다 더 크거나 혹은 약 10.5 인치 미만일 수 있으며, 출구 폭(B1)은 예를 들어 약 10.4 인치보다 더 크거나 혹은 약 6 인치 미만일 수 있다. 입구 폭(A1)과 출구 폭(B1) 사이의 차이는 예를 들어 정제 허스(242)의 길이, 및/또는 각도(θ1)에 좌우될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역이 출구 횡단영역보다 더 크도록 그 외의 또는 대안의 수치(dimension)들이 입구(246)와 출구(248) 사이에서 변경되거나 및/또는 일치될 수 있다. 예를 들어, 입구(246)는 입구 높이를 가질 수 있으며 출구(248)는 입구 높이보다 더 작은 출구 높이를 가질 수 있다. 대안으로, 입구(242)와 출구(248)는 동일하거나 유사한 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구(246)의 높이와 출구(248)의 높이는 약 2 인치일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 예를 들어 입구(246)의 높이와 출구(248)의 높이는 약 1 인치 내지 약 3 인치일 수 있으며, 예를 들어, 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 입구(246)의 높이와 출구(248)의 높이는 예를 들어 약 1 인치 미만이거나 혹은 약 3 인치보다 더 클 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역은 입구 용적에 상응할 수 있으며, 출구 횡단영역은 출구 용적에 상응할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 예를 들어 출구 용적은 입구 용적보다 더 작을 수 있다.
다양한 실시예들에서, 입구(246) 및/또는 출구(248)에 대한 수치를 선택할 때, 입구(246)의 로우 에지(low edge)와 출구(248)의 로우 에지의 위치가 고려될 수 있다. 예를 들어, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구(248)의 로우 에지는 입구(246)의 로우 에지보다 더 높이 위치될 수 있다. 이러한 비-제한적인 실시예들에서, 출구의 로우 에지가 더 높으면, 정제 허스(242)의 바닥을 향해 및/또는 스컬을 향해 떨어지는 함유물들이 출구(248)를 통과하는 것을 방지할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구(248)의 로우 에지는 입구(246)의 로우 에지와 실질적으로 동일한 높이에 위치될 수 있다.
비-제한적인 특정 실시예들에서, 입구 횡단영역은 예를 들어 입구(246)에서, 입구 가까이에서 또는 입구에 인접한 위치에서 정제 허스(242)의 횡단영역과 일치하거나 또는 실질적으로 일치할 수 있다. 출구 횡단영역은 예를 들어 입구 횡단영역과 약 1 % 내지 약 5% 상이할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구 횡단영역은 예를 들어 입구 횡단영역과 약 1 % 미만으로 상이할 수 있다. 그 외의 다른 비-제한적인 실시예들에서, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 약 5%보다 더 많이 상이할 수 있으며, 예를 들어 입구 횡단영역과 약 10% 상이할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 더 클 수 있다.
다양한 비-제한적인 실시예에서, 제1 단부(252)와 제2 단부(254) 사이의 정제 허스(242)의 길이는 예를 들어 약 30 인치일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 예를 들어, 정제 허스(242)의 길이는 약 20 인치 내지 약 40 인치일 수 있으며, 예를 들어, 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 정제 허스의 길이는 예를 들어 약 20 인치 미만이거나 혹은 약 40 인치보다 더 클 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 정제 허스의 깊이는 약 6 인치일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 정제 허스(242)의 깊이는 예를 들어 약 4 인치 내지 약 8 인치일 수 있으며, 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 예를 들어, 정제 허스(242)의 깊이는 약 4 인치 미만 및/또는 약 8 인치보다 클 수 있다. 정제 허스(242) 내의 스컬의 깊이는 정제 허스(242)의 폭과 길이를 따라 변경될 수 있다. 정제 허스(242) 내의 고체 재료의 스컬은 정제 허스의 한 부분을 채울 수 있다. 예를 들어, 스컬은 정제 허스(242)의 길이의 한 부분을 따라 약 4 인치의 깊이를 가질 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 스컬의 깊이는 예를 들어 약 2 인치 내지 약 6 인치일 수 있으며, 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 스컬의 깊이는 예를 들어 약 2 인치 미만 또는 약 6 인치보다 클 수도 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이, 스컬의 크기와 형태는 정제 허스(242)에 에너지를 제공함으로써 조절되도록 구성될 수 있다.
다양한 비-제한적인 실시예들에서, 도 4와 5를 보면, 입구 폭(A1)은 입구(246)에 인접한 정제 허스(242)의 측벽(250a, 250b)들 사이에 형성된 공동의 폭보다 더 작을 수 있다. 추가로, 입구 횡단영역은 입구(246)에 인접한 정제 허스(242) 공동의 횡단영역보다 더 작을 수도 있다. 이러한 실시예들에서, 정제 허스(242)에 유입될 때, 용융 재료의 속도는 처음에는 감소할 수 있다. 하지만, 용융 재료가 정제 허스(242)의 테이퍼형 공동을 통해 출구(248)를 향해 이동됨에 따라, 용융 재료의 속도는 증가할 수 있다.
이제, 도 6 및 7을 보면, 개선된 기하학적 형상을 가진 정제 허스(342)가 본 명세서에 기술된 정제 허스(242)(도 4 및 5)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 정제 허스(342)는 제1 단부(352)에서 또는 제1 단부 가까이에서 입구(346)를 포함할 수 있으며 제2 단부(354)에서 또는 제2 단부 가까이에서 출구(348)를 포함할 수 있다. 정제 허스(342)를 통과하는 용융 재료는 입구(346)를 통해 정제 허스(342)로 유입될 수 있으며 출구(348)를 통해 정제 허스(342)로부터 배출될 수 있다. 달리 말하면, 용융 재료의 흐름은 입구(346)로부터 출구(348)를 향해 안내될 수 있다. 추가로, 정제 허스(342)는 예를 들어 제1 단부(352)와 제2 단부(354) 사이에서 연장될 수 있는 측벽(350a, 350b)을 포함할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 출구(348)는 정제 허스(242)의 측벽(350a, 350b)을 통해 형성될 수 있다.
주로, 도 7를 보면, 정제 허스(342)는 측벽(350a, 350b)에 대해 평행할 수 있는 축(X2)을 형성할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 정제 허스(342)는 축(X2)에 대해 비대칭일 수 있으며, 측벽(350a, 350b)은 예를 들어 평행하지 않을 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 측벽(350a, 350b)들 중 하나 이상은 축(X2)에 대해 각도를 이루며 배열될 수 있으며 정제 허스(342)의 측벽(350a, 350b)들 사이에는 각도(θ2)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 측벽(350a)은 상기 축에 대해 각도를 이루며 배열될 수 있으며 측벽(350b)은 축(X2)에 대해 평행할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각도(θ2)은 예를 들어 약 8 도일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 각도(θ2)는 예를 들어 약 2 도 내지 약 30 도일 수 있다. 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 각도(θ2)는 예를 들어 2 도 미만, 및/또는 예를 들어 30 도보다 큰 각도일 수 있다. 달리 말하면, 정제 허스(342)의 측벽(350a, 350b)은 제1 단부(352)에서 또는 제1 단부 가까이에서 입구(346)와 제2 단부(354)에서 또는 제2 단부 가까이에서 출구(348) 사이에서 테이퍼 형태 및/또는 좁다란 형태로 구성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 측벽(350a, 350b)은 입구(346)와 출구(348) 사이에서 연속적인 테이퍼 형태일 수 있다. 추가로, 측벽(350a, 350b)은 입구(346)와 출구(348) 사이에서 일직선 및/또는 굽어진 형태로 구성될 수 있으며 테이퍼의 각도는 측벽의 길이를 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 측벽(350a, 350b)의 한 부분이 굽어질 수도 있거나 및/또는 측벽(350a, 350b)의 한 부분이 각도를 이룰 수도 있다. 추가로, 곡선 또는 곡선들은 예를 들어 다양한 곡률반경을 가질 수 있으며 각도를 이룬 부분 또는 부분들은 예를 들어 여러 각도로 각도를 이룰 수도 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이, 예를 들어, 테이퍼형 허스(342)를 통해 일정하거나 또는 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 내부를 통해 흐르는 용융 재료의 속도는 입구(346)와 출구(348) 사이에서 증가할 수 있다.
도 6과 7을 보면, 입구(346)는 입구 횡단영역을 형성할 수 있으며 출구(348)는 입구 횡단영역보다 더 작은 출구 횡단영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 약 10% 내지 약 50% 더 작을 수도 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 이 차이는 예를 들어 약 10% 미만일 수 있거나, 혹은 예를 들어 약 50%보다 더 클 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구(346)는 입구 폭 또는 직경(A2)을 가질 수 있으며 출구(348)는 출구 폭 또는 직경(B2)을 가질 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 폭(A2)은 입구(346)에서, 입구 가까이에서, 및/또는 입구에 인접한 위치에서 정제 허스(342)의 측벽(350a, 350b)들 사이에 형성된 공동의 폭과 일치하거나 또는 실질적으로 일치할 수 있다. 추가로, 입구 횡단영역은 예를 들어 입구(346)에서, 입구 가까이에서, 및/또는 입구에 인접한 위치에서 정제 허스(342)의 공동의 횡단영역과 일치하거나 또는 실질적으로 일치할 수 있다. 입구(346)의 횡단영역이 입구(346)에 인접한 정제 허스(342)의 횡단영역과 일치하거나 또는 실질적으로 일치하는 위치에서, 입구(346)를 통해 정제 허스(342)에 유입되는 용융 재료의 속도는 유지되거나 또는 실질적으로 유지될 수 있다. 다르게 표현하면, 용융 재료의 속도는 정제 허스(342)에 유입될 때 감소되거나 또는 실질적으로 감소될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 본 명세서에 기술된 정제 허스(242)의 출구 폭(B1)과 입구 폭(A1)에 유사하게, 출구 폭(B2)은 입구 폭(A2)보다 더 작을 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역이 출구 횡단영역보다 더 크도록 그 외의 또는 대안의 수치들이 입구(346)와 출구(348) 사이에서 변경되거나 및/또는 일치될 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 입구 횡단영역은 출구 횡단영역과 일치하거나 또는 실질적으로 일치할 수 있으며, 그 외의 다른 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역은 출구 횡단영역보다 더 작을 수 있다.
이제, 도 8과 9를 보면, 본 명세서에 기술된 정제 허스(142)(도 3)와 유사하게, 정제 허스(442)가 제1 단부(452) 가까이에서 입구(446)를 포함하고 제2 단부(454) 가까이에서는 한 쌍의 출구(448a, 448b)를 포함할 수 있다. 정제 허스(442)를 통과하는 용융 재료는 입구(446)를 통해 정제 허스(442)에 유입될 수 있으며 출구(448a, 448b)를 통해 정제 허스(442)로부터 배출될 수 있다. 달리 말하면, 용융 재료의 흐름은 입구(446)로부터 출구(448a, 448b)를 향해 안내될 수 있다. 추가로, 정제 허스(442)는 예를 들어 제1 단부(452)와 제2 단부(454) 사이에서 연장될 수 있는 측벽(450a, 450b)을 포함할 수 있다. 출구(448a, 448b)는 측벽(450a, 450b)을 통해 형성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 용융 재료의 흐름은 분기되거나 또는 분리되어 정제 허스(452)의 맞은편 측벽(450a, 450b) 상의 출구(448a, 448b) 내로 흐를 수 있다. 도 9를 보면, 정제 허스(442)는 축(X3)을 형성할 수 있으며, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 정제 허스(442)는 축(X3)에 대해 대칭일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 출구(448a, 448b)는 대칭일 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각각의 측벽(450a, 450b)은 축(X3)에 대해 각도를 이루며 배열될 수 있으며 각각의 측벽(450a, 450b)과 축(X3) 사이에는 각도(θ3)가 형성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각도(θ3)은 예를 들어 약 4 도일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 각도(θ3)는 예를 들어 약 1 도 내지 약 30 도일 수 있으며, 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 각도(θ3)는 예를 들어 1 도 미만, 및/또는 예를 들어 30 도보다 큰 각도일 수 있다. 달리 말하면, 정제 허스(442)의 측벽(450a, 450b)은 제1 단부(452) 가까이에서 입구(446)와 제2 단부(454) 가까이에서 출구(448a, 448b) 사이에서 테이퍼 형태 및/또는 좁다란 형태로 구성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 측벽(450a, 450b)은 입구(446)와 출구(448a, 448b) 사이에서 연속적인 테이퍼 형태일 수 있다. 추가로, 측벽(450a, 450b)은 입구(446)와 출구(448a, 448b) 사이에서 일직선 및/또는 굽어진 형태로 구성될 수 있으며 테이퍼의 각도는 측벽의 길이를 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 측벽(450a, 450b)의 한 부분이 굽어질 수도 있거나 및/또는 측벽(450a, 450b)의 한 부분이 각도를 이룰 수도 있다. 추가로, 곡선 또는 곡선들은 예를 들어 다양한 곡률반경을 가질 수 있으며 각도를 이룬 부분 또는 부분들은 예를 들어 여러 각도로 각도를 이룰 수도 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이, 예를 들어, 테이퍼형 허스(442)를 통해 일정하거나 또는 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 내부를 통해 흐르는 용융 재료의 속도는 입구(446)와 출구(448a, 448b) 사이에서 증가할 수 있다.
도 8 및 9를 보면, 입구(446)는 입구 횡단영역을 형성할 수 있으며 출구(448a, 448b)는 출구 횡단영역들을 형성할 수 있다. 출구 횡단영역들의 합(sum) 또는 전체 즉 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 일치하거나 유사할 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 약 1 % 내지 약 5% 상이할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 약 1 % 미만으로 상이할 수 있다. 그 외의 다른 비-제한적인 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 약 5%보다 더 많이 상이할 수 있으며, 예를 들어 입구 횡단영역과 약 10% 상이할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구(446)는 입구 폭 또는 직경(A3)을 가질 수 있으며, 제1 출구(448a)는 출구 폭 또는 직경(B3)을 가질 수 있고, 제2 출구(448b)는 출구 폭 또는 직경(C3)을 가질 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구 폭(B3 및 C3)의 합은 입구 폭(A3)과 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 출구 폭(B3 및 C3)은 동일할 수 있으며 이러한 출구는 각각 입구 폭(A3)의 길이의 50%일 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역이 입구 횡단영역과 일치하도록 그 외의 또는 대안의 수치들이 입구(446)와 출구(448a, 448b) 사이에서 변경되거나 및/또는 일치될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역은 입구 용적과 상응할 수 있으며, 조합된 출구 횡단영역은 조합된 출구 용적에 상응할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 조합된 출구 용적은 예를 들어 입구 용적과 일치할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역은 예를 들어 조합된 출구 횡단영역보다 더 작을 수 있거나 혹은 더 클 수도 있다.
다양한 비-제한적인 실시예들에서, 에너지 공급원, 가령, 전자빔 건(30)(도 1 및 2) 및/또는 플라즈마 토치가 정제 허스에 대해 배열되어 허스 내에 형성된 재료의 스컬의 크기와 형태를 조절할 수 있다. 예를 들어, 에너지 공급원은 내부에 형성된 스컬의 형태를 조작하기 위해 허스에 대해 방향을 가진 상태로 배열되고 조절될 수 있다. Harker씨에게 허여된 미국 특허번호 4,961,776호가 참고되는데, 이 미국 특허는 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다. 원하는 스컬 위치 주위에서 및/또는 스컬 위치를 향해 안내되는 에너지 공급원은 스컬이 원하는 위치에서 성장하고 경화될 수 있게 하기 위해 조절될 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 에너지 공급원은 정제 허스를 향해 안내될 수 있으며 테이퍼형 스컬을 형성하기 위해 조절될 수 있다. 테이퍼형 스컬은 비-테이퍼형 허스, 가령, 예를 들어, 통상적인 정사각형 및/또는 직사각형 허스 내에 형성될 수 있다. 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들과 유사하게, 정제 허스 내의 스컬의 테이퍼형 기하학적 형상은 용융 재료를 위한 개선된 흐름 경로를 제공할 수 있다.
정제 허스 내의 개선된 흐름 경로는 내부를 통해 흐르는 용융 재료의 속도를 증가시킬 수 있으며 용융 재료 내의 압력을 감소시킬 수 있다. 다르게 표현하면, 예를 들어, 테이퍼형 허스를 통해 흐르는 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 용융 재료의 속도는 입구로부터 출구로 증가될 수 있으며, 이에 상응하게 용융 재료 내의 압력은 입구로부터 출구로 감소될 수 있다. 게다가, 개선된 흐름 경로는 용융 재료 내에 정체 영역이 형성되는 것을 제한하거나 및/또는 줄일 수 있는 용융 재료를 위한 보다 직접적인 흐름 경로를 제공할 수 있다. 감소된 정체 영역을 가진 개선된 용융 재료 흐름 경로는 허스 내에서 보다 균일한 체류 시간을 촉진시킬 수 있다. 정의된 체류 시간은 내부의 과도한 요소 고갈을 제한하거나 및/또는 방지하면서도 용융 재료 내에서 함유물을 충분히 증발시키도록 조절될 수 있다. 또한, 정제 허스 내의 개선된 흐름 경로는 용융 재료를 위한 보다 직접적인 경로를 제공할 수 있으며, 평행 몰드의 연속 캐스팅 공정 동안, 동일하거나 또는 유사한 캐스팅 속도를 촉진할 수 있다.
이제, 도 10-12를 보면, 정제 허스(542)가 제1 단부(552)에서 또는 제1 단부 가까이에서 입구(546)를 포함할 수 있으며 제2 단부(554)에서 또는 제2 단부 가까이에서 출구(548)를 포함할 수 있다. 정제 허스(542)를 통과하는 용융 재료(570)는 입구(546)를 통해 정제 허스(542)로 유입될 수 있으며 출구(548)를 통해 정제 허스(542)로부터 배출될 수 있다. 달리 말하면, 용융 재료(570)의 흐름은 입구(546)로부터 출구(548)를 향해 안내될 수 있다. 추가로, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 정제 허스(542)는 예를 들어 제1 단부(552)와 제2 단부(554) 사이에서 연장될 수 있는 측벽(550a, 550b)을 포함할 수 있다. 도 10 및 12를 보면, 정제 허스(542)는 예를 들어 직사각형일 수 있으며 측벽(550a, 550b)은 예를 들어 평행할 수 있다. 추가로, 주로, 도 12를 보면, 정제 허스(542)는 축(X4)을 형성할 수 있으며, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 정제 허스(542)는 축(X4)에 대해 대칭일 수 있다.
도 10-12를 보면, 테이퍼형 스컬(560)이 내부에 형성되도록 에너지 공급원, 가령, 전자빔 건(30)(도 1 및 2) 및/또는 플라즈마 토치가 정제 허스(542)에 대해 배열되고 조절될 수 있다. 테이퍼형 스컬(560)의 제1 측면(560a)은 정제 허스(542)의 제1 측면 위에 형성될 수 있으며 테이퍼형 스컬(560)의 제2 측면(560b)은 정제 허스(542)의 제2 측면 위에 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 스컬(560)은 축(X4)에 대해 대칭으로 발달할 수 있다(develop). 추가로, 주로, 도 12를 보면, 각각의 스컬 측면(560a, 560b)의 에지(562a, 562b)가 축(X4)에 대해 각도를 이루며 배열될 수 있으며 각각의 스컬의 측면(560a, 560b)의 에지(562a, 562b)와 축(X4) 사이에는 각도(θ4)가 형성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각도(θ4)은 예를 들어 약 4 도일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 각도(θ4)는 예를 들어 약 1 도 내지 약 30 도일 수 있으며, 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 각도(θ4)는 예를 들어 1 도 미만, 및/또는 예를 들어 30 도보다 큰 각도일 수 있다. 달리 말하면, 스컬 측면(560a, 560b)의 에지(562a, 562b)는 제1 단부(552) 가까이에서 입구(546)와 제2 단부(554) 가까이에서 출구(548) 사이에서 테이퍼 형태 및/또는 좁다란 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 입구(546)에서, 입구 가까이에서, 및/또는 입구에 인접한 위치에서 스컬(560)에 의해 형성된 흐름 경로의 횡단영역은 출구(548)에서, 출구 가까이에서, 및/또는 출구에 인접한 위치에서 스컬(560)에 의해 형성된 흐름 경로의 횡단영역보다 약 10% 내지 약 50% 더 클 수도 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 이 차이는 예를 들어 약 10% 미만일 수 있거나, 혹은 예를 들어 약 50%보다 더 클 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 에지(562a, 562b)는 입구(546)와 출구(548) 사이에서 연속적인 테이퍼 형태일 수 있다. 추가로, 에지(562a, 562b)는 입구(546)와 출구(548) 사이에서 일직선 및/또는 굽어진 형태로 구성될 수 있으며 테이퍼의 각도는 에지의 길이를 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 에지(562a, 562b)의 한 부분이 굽어질 수도 있거나 및/또는 에지(562a, 562b)의 한 부분이 각도를 이룰 수도 있다. 추가로, 곡선 또는 곡선들은 예를 들어 다양한 곡률반경을 가질 수 있으며 각도를 이룬 부분 또는 부분들은 예를 들어 여러 각도로 각도를 이룰 수도 있다.
도 10-12를 보면, 정제 허스(242)(도 4 및 5)와 유사하게, 입구(546)는 입구 횡단영역을 형성할 수 있으며 출구(548)는 입구 횡단영역보다 더 작을 수 있는 출구 횡단영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 입구(546)는 입구 폭 또는 직경(A4)을 가질 수 있으며 출구(548)는 출구 폭 또는 직경(B4)을 가질 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구 폭(B4)은 예를 들어 정제 허스(542)의 출구 폭(B1)과 입구 폭(A1)과 유사하게 입구 폭(A4)보다 작을 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역이 출구 횡단영역보다 더 크도록 그 외의 또는 대안의 수치들이 입구(546)와 출구(548) 사이에서 변경되거나 및/또는 일치될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 스컬 측면(560a, 560b)의 에지(562a, 562b)는 제1 단부(552)에서 입구(546)와 나란하게 정렬되거나 또는 실질적으로 나란하게 정렬될 수 있으며 제2 단부(554)에서는 출구(548)와 나란하게 정렬되거나 또는 실질적으로 나란하게 정렬될 수 있다. 달리 말하면, 스컬 측면(560a)의 에지(562a)는 정제 허스(542)의 제1 측면 위에서 입구(546)로부터 출구(548)로 연장될 수 있으며, 스컬 측면(560b)의 에지(562b)는 정제 허스(542)의 맞은편에 있는 제2 측면 위에서 입구(546)로부터 출구(548)로 연장될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 용융 재료(570)의 흐름 경로의 횡단영역은 입구(546)에서 입구 횡단영역과 일치할 수 있으며 출구(548)에서 출구 횡단영역과 일치할 수 있다. 스컬 측면(560a, 560b)의 에지(562a, 562b)가 입구(546)와 나란하게 정렬되는 위치에서, 허스(542) 내에서 테이퍼형 스컬(560)에 의해 형성된 흐름 경로에 유입될 때, 용융 재료의 속도는 유지되거나 실질적으로 유지될 수 있다. 그러면, 용융 재료(570)가 테이퍼형 스컬(560)을 통해 출구(548)를 향해 흐를 때, 용융 재료(570)의 속도는 증가될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역은 입구 용적에 상응할 수 있으며 출구 횡단영역은 출구 용적에 상응할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구 용적은 예를 들어 입구 용적보다 더 작을 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역은 출구 횡단영역과 일치하거나 또는 실질적으로 일치할 수 있으며, 그 외의 다른 실시예들에서, 입구 횡단영역은 출구 횡단영역보다 더 작을 수도 있다.
이제, 도 13-15를 보면, 정제 허스(642)가 정제 허스(542)(도 10-12)와 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 용융 재료(670)는 제1 단부(652)에서 입구(646)를 통해 정제 허스(642)로 유입될 수 있으며 제2 단부(654)에서 출구(648)를 통해 정제 허스(642)로부터 배출될 수 있다. 추가로, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 정제 허스(642)는 예를 들어 직사각형일 수 있으며 측벽(650a, 650b)은 평행할 수 있다. 도 15를 보면, 정제 허스(642)는 축(X5)을 형성할 수 있으며, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 정제 허스(642)와 내부에 형성된 테이퍼형 스컬(660)은 축(X5)에 대해 대칭일 수 있다.
도 13-15를 보면, 입구(646)는 입구 횡단영역을 형성할 수 있으며 출구(648)는 입구 횡단영역과 동일할 수 있는 출구 횡단영역을 형성할 수 있다. 예를 들어, 정제 허스(642)에 대한 입구(646)는 입구 폭 또는 직경(A5)을 가질 수 있으며 정제 허스(642)에 대한 출구(648)는 입구 폭(A5)과 일치하거나 또는 유사할 수 있는 출구 폭 또는 직경(D5)을 가질 수 있다. 달리 말하면, 예를 들어, A5는 D5와 동일할 수 있다. 정제 허스(642)의 입구 폭(A5)이 정제 허스(642)의 출구 폭(D5)과 일치할 수 있지만, 스컬(660)은 정제 허스(642) 내에서 용융 재료(670)의 테이퍼형 흐름 경로를 형성할 수 있다. 예를 들어 테이퍼형 스컬(660)을 통해 흐르는 일정하거나 또는 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 내부를 통해 흐르는 용융 재료의 속도는 정제 허스(642)의 출구(648)와 입구(646) 사이에서 증가할 수 있다.
비-제한적인 특정 실시예들에서, 스컬의 제1 측면(660a)은 정제 허스(642)의 제1 측면 위에 형성될 수 있으며 스컬의 제2 측면(660b)은 정제 허스(642)의 제2 측면 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 스컬 측면(660a, 660b)의 에지(662a, 662b)는 제1 단부(652)에서 정제 허스(642)의 입구(646)와 나란하거나 또는 실질적으로 나란하게 정렬될 수 있으며 정제 허스(642)의 제2 단부(654)에서 더 좁다란 흐름 경로 폭(B5)을 형성하기 위해 입구(646)로부터 출구(648)를 통해 테이퍼 형태로 구성될 수 있다. 달리 말하면, 출구(648)에서 스컬 측면(660a, 660b)에 의해 형성된 흐름 경로 폭(B5)은 출구 폭(D5)보다 더 작을 수도 있다. 추가로, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 스컬(660)은 입구 용적 및/또는 출구 용적을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 13-15를 보면, 스컬(660)은 출구(648)에서 출구 용적을 형성할 수 있다. 추가로, 스컬(660)은 예를 들어 입구(646)에서 입구 용적을 형성할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 스컬(660)에 의해 형성된 출구 용적은 입구(646)에서 스컬(660)에 의해 형성된 입구 용적보다 더 작을 수 있다. 게다가, 입구(646)에서, 입구 가까이에서, 및/또는 입구에 인접한 위치에서 스컬(660)에 의해 형성된 흐름 경로의 횡단영역은 출구(648)에서, 출구 가까이에서, 및/또는 출구에 인접한 위치에서 스컬(660)에 의해 형성된 흐름 경로의 횡단영역보다 약 10% 내지 약 50% 더 작을 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 이 차이는 예를 들어 약 10% 미만일 수 있거나, 혹은 예를 들어 약 50%보다 더 클 수도 있다.
이제, 도 16-18을 보면, 정제 허스(742)가 제1 단부(752)에서 또는 제1 단부 가까이에서 입구(746)와 제2 단부(754)에서 또는 제2 단부 가까이에서 출구(748)를 포함할 수 있다. 정제 허스(742)를 통과하는 용융 재료(770)가 입구(746)를 통해 정제 허스(742)에 유입될 수 있으며 출구(748)를 통해 정제 허스(742)로부터 배출될 수 있다. 달리 말하면, 용융 재료(770)의 흐름은 입구(746)로부터 출구(748)를 향해 안내될 수 있다. 추가로, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 정제 허스(742)는 예를 들어 제1 단부(752)와 제2 단부(754) 사이에서 연장될 수 있는 측벽(750a, 750b)을 포함할 수 있다. 정제 허스(742)는 예를 들어 정사각형일 수 있으며 측벽(750a, 750b)은 평행할 수 있다. 도 16 및 18을 보면, 출구(748)는 예를 들어 측벽(750b)을 통해 형성될 수 있다. 그 외의 다른 비-제한적인 실시예들에서, 입구(746) 및/또는 출구(748)는 정제 허스(742)의 측벽(750a, 750b)을 통해 형성될 수 있다. 주로, 도 18을 보면, 정제 허스(742)는 축(X6)을 형성할 수 있으며, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 정제 허스(742)는 축(X6)에 대해 비대칭일 수 있다.
다양한 비-제한적인 실시예들에서, 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들과 유사하게, 내부에 테이퍼형 스컬(760)이 형성되도록 에너지 공급원, 가령, 전자빔 건(30)(도 1 및 2) 및/또는 플라즈마 토치가 정제 허스(742)에 대해 배열되고 조절될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 스컬(760)은 예를 들어 축(X6)에 대해 비대칭으로 발달될 수 있다. 예를 들어, 스컬(760)은 축(X6)을 횡단하는 용융 재료(770)의 흐름 경로를 형성할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 용융 재료(770)의 흐름 경로는 정제 허스(742)의 제1 단부(752)로부터 제2 단부(754)로 연장될 수 있으며 예를 들어 측벽(750a, 750b) 내의 출구(748)까지 연장될 수도 있다. 스컬(760)의 제1 측면(760a)이 정제 허스(742)의 제1 측면 위에 형성될 수 있으며 스컬(760)의 제2 측면(760b)이 정제 허스(742)의 제2 측면 위에 형성될 수 있다. 추가로, 주로, 도 18을 보면, 스컬 측면(760a, 760b)의 에지(762a, 762b)는 서로에 대해 각도를 이루며 배열될 수 있으며, 스컬 측면(760a, 760b)의 에지(762a, 762b)들 사이에는 각도(θ6)가 형성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각도(θ6)은 예를 들어 약 8 도일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 각도(θ6)는 예를 들어 약 2 도 내지 약 30 도일 수 있으며, 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 각도(θ6)는 예를 들어 2 도 미만, 및/또는 예를 들어 30 도보다 큰 각도일 수 있다. 달리 말하면, 스컬 측면(760a, 760b)의 에지(762a, 762b)는 제1 단부(752) 가까이에서 입구(746)와 제2 단부(754) 가까이에서 출구(748) 사이에서 테이퍼 형태 및/또는 좁다란 형태로 구성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 스컬 측면(760a, 760b)의 에지(762a, 762b)는 입구(746)와 출구(748) 사이에서 연속적인 테이퍼 형태일 수 있다. 추가로, 에지(762a, 762b)는 입구(746)와 출구(748) 사이에서 일직선 및/또는 굽어진 형태로 구성될 수 있으며 테이퍼의 각도는 측벽의 길이를 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 에지(762a, 762b)의 한 부분이 굽어질 수도 있거나 및/또는 에지(762a, 762b)의 한 부분이 각도를 이룰 수도 있다. 추가로, 곡선 또는 곡선들은 예를 들어 다양한 곡률반경을 가질 수 있으며 각도를 이룬 부분 또는 부분들은 예를 들어 여러 각도로 각도를 이룰 수도 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이, 정제 허스(242)의 테이퍼형 공동을 통해 일정하거나 또는 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 예를 들어, 내부를 통해 흐르는 용융 재료의 속도는 정제 허스(642)의 출구(748)와 입구(746) 사이에서 증가할 수 있다.
도 16-18을 보면, 정제 허스(642)(도 13-15)와 유사하게, 입구(746)는 입구 횡단영역을 형성할 수 있으며 출구(748)는 입구 횡단영역과 일치하거나 입구 횡단영역보다 더 작은 출구 횡단영역을 형성할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 약 1 % 내지 약 5% 다를 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 약 1 % 더 작을 수 있다. 그 외의 다른 비-제한적인 실시예들에서, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 약 5% 더 클 수 있으며, 예를 들어, 입구 횡단영역과 약 10% 다를 수 있다. 다양한 실시예들에서, 입구(746)는 입구 폭 또는 직경(A6)을 가질 수 있으며 출구(748)는 출구 폭 또는 직경(B6)을 가질 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구 폭(B6)은 입구 폭(A6)과 동일할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역이 출구 횡단영역과 실질적으로 동일하도록 그 외의 또는 대안의 수치들이 입구(746)와 출구(748) 사이에서 변경되거나 및/또는 일치될 수 있다. 달리 말하면, 입구(746)와 출구(758)는 출구(748)와 입구(746)의 횡단면 형태를 통해 동일하거나 유사한 횡단영역을 형성할 수 있다.
다양한 비-제한적인 실시예들에서, 스컬(760)은 출구(748)에서 출구 폭(B6)과 일치하도록 좁아지며 입구(746)에서 입구 폭(A6)보다 더 넓은 용융 재료(770)의 흐름 경로를 형성할 수 있다. 달리 말하면, 입구(746)에 인접한 스컬(760)에 의해 형성된 용융 재료(770)의 흐름 경로의 횡단영역은 입구(746)의 횡단영역보다 더 클 수 있다. 게다가, 출구(748)에 인접한 스컬(760)에 의해 형성된 용융 재료(770)의 흐름 경로는 출구(748)의 횡단영역과 일치할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 용융 재료(770)의 속도는 입구(746)에 인접한 스컬(760)의 더 넓은 부분에 유입될 때 감소할 수 있다. 하지만, 용융 재료(770)가 테이퍼형 스컬(760)을 통해 출구(748)를 향해 흐를 때 용융 재료(770)의 속도는 증가할 수 있다.
이제, 도 19-21을 보면, 정제 허스(842)가 제1 단부(852) 가까이에서 또는 제1 단부 가까이에서 입구(846)를 포함하고 제2 단부(854)에서 또는 제2 단부 가까이에서는 한 쌍의 출구(848a, 848b)를 포함할 수 있다. 정제 허스(842)를 통과하는 용융 재료(870)는 입구(846)를 통해 정제 허스(842)에 유입될 수 있으며 출구(848a, 848b)를 통해 정제 허스(842)로부터 배출될 수 있다. 달리 말하면, 용융 재료(870)의 흐름은 입구(846)로부터 출구(848a, 848b)를 향해 안내될 수 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이, 내부에 테이퍼형 스컬(860)이 형성되도록 에너지 공급원, 가령, 전자빔 건(30)(도 1 및 2)이 정제 허스(842)에 대해 배열되고 조절될 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 테이퍼형 스컬(860)은 용융 재료(870)를 입구(846)로부터 출구(848a, 848b)로 안내할 수 있다. 추가로, 정제 허스(852)는 제1 단부(852)와 제2 단부(854) 사이에서 연장되는 측벽(850a, 850b)을 가질 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 예를 들어 정제 허스(842)는 정사각형일 수 있으며 측벽(850a, 850b)은 평행할 수 있다. 정제 허스(842)가 정사각형 및/또는 직사각형일 수 있지만, 스컬(860)은 입구(846)와 출구(848a, 848b) 사이에서 테이퍼 형태로 형성되어 용융 재료(870)를 위한 테이퍼형 흐름 경로를 형성할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 스컬의 제1 측면(860a)은 정제 허스(842)의 제1 측면 위에 형성될 수 있으며 스컬의 제2 측면(860b)은 정제 허스(542)의 제2 측면 위에 형성될 수 있다. 추가로, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 스컬(860)은 출구(848a, 848b)들 사이에서 그리고 제1 및 제2 측면(860a, 860b) 사이에서 중앙 부분(860a)을 포함할 수 있다. 중앙 부분(860a)은 용융 재료(870)의 흐름 경로를 분기시켜 예를 들어 용융 재료의 제1 부분(870a)이 출구(848a)를 향하도록 안내하고 용융 재료의 제2 부분(870b)이 출구(848b)를 향하도록 안내할 수 있다.
주로, 도 21을 보면, 정제 허스(842)는 축(X7)을 형성할 수 있으며, 비-제한적인 특정 실시예들에서, 정제 허스(842)는 축(X7)에 대해 대칭일 수 있다. 이러한 실시예들에서, 출구(848a, 848b)는 대칭일 수 있으며 각각의 출구(848a, 848b)는 정제 허스(842)의 제2 단부(852) 가까이에서 측벽(850a, 850b)을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 출구(848a)는 제1 측벽(850a)을 통해 연장될 수 있으며 출구(858b)는 맞은편에 있는 제2 측벽(850b)을 통해 연장될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각각의 스컬 측면(860a, 860b)의 에지(862a, 862b)는 중앙 부분(860a)의 에지(862a, 862b)에 대해 각도를 이루며 배열될 수 있다. 스컬(860)의 에지(762a, 762b) 사이에 각도(θ7a, θ7b)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 각도(θ7a)는 스컬(880)의 중앙 부분(860c)과 스컬(860)의 제1 측면(860a) 사이에서 제1 부분(870a)을 따라 형성될 수 있으며, 각도(θ7b)는 스컬(880)의 중앙 부분(860c)과 스컬(880)의 제2 측면(860b) 사이에서 제2 부분(870b)을 따라 형성될 수 있다. 스컬(860)이 대칭인 경우, 예를 들어, 축(X7)을 따라 선택된 위치에서는 각도(θ7a, θ7b)가 동일할 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각도(θ7a, θ7b)는 예를 들어 약 8 도일 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 각도(θ7a, θ7b)는 예를 들어 약 2 도 내지 약 30 도일 수도 있다. 하나 이상의 비-제한적인 실시예에서, 각도(θ7a, θ7b)는 예를 들어 2 도 미만일 수 있거나, 및/또는 예를 들어 30 도보다 더 클 수도 있다. 달리 말하면, 스컬(860)의 에지(862a, 862b, 862c)는 용융 재료(870)의 흐름 경로의 분기된 부분(870a, 870b)을 따라 테이퍼 형태 및/또는 좁다란 형태일 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 스컬(860)의 에지(862a, 862b, 862c)는 용융 재료(870)의 흐름 경로의 분기된 부분(870a, 870b)을 따라 연속적인 테이퍼 형태일 수 있다. 추가로, 에지(862a, 862b, 862c)는 입구(846)와 출구(848a, 848b) 사이에서 일직선 및/또는 굽어진 형태로 구성될 수 있으며 테이퍼의 각도는 에지의 길이를 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 에지(862a, 862b, 862c)의 한 부분이 굽어질 수도 있거나 및/또는 에지(862a, 862b, 862c)의 한 부분이 각도를 이룰 수도 있다. 추가로, 곡선 또는 곡선들은 예를 들어 다양한 곡률반경을 가질 수 있으며 각도를 이룬 부분 또는 부분들은 예를 들어 여러 각도로 각도를 이룰 수도 있다. 본 명세서에 기술된 것과 같이, 테이퍼형 스컬(860)을 통해 일정하거나 또는 실질적으로 일정한 질량 흐름을 유지하기 위하여, 예를 들어, 내부를 통해 흐르는 용융 재료의 속도는 입구(846)와 출구(848a, 848b) 사이에서 증가할 수 있다.
도 19-21을 보면, 입구(846)는 입구 횡단영역을 형성할 수 있으며 출구(848a, 848b)는 출구 횡단영역들을 형성할 수 있다. 정제 허스(442)(도 8 및 9)와 유사하게, 출구 횡단영역들의 합(sum) 또는 전체 즉 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 일치하거나 유사할 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 약 1 % 내지 약 5% 상이할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 약 1 % 미만으로 상이할 수 있다. 그 외의 다른 비-제한적인 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역과 약 5%보다 더 많이 상이할 수 있으며, 예를 들어 입구 횡단영역과 약 10% 상이할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구(846)는 입구 폭 또는 직경(A7)을 가질 수 있으며, 제1 출구(848a)는 출구 폭 또는 직경(B7)을 가질 수 있고, 제2 출구(748b)는 출구 폭 또는 직경(C7)을 가질 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 출구 폭(B7 및 C7)의 합은 입구 폭(A7)과 동일하거나 또는 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 출구 폭(B7 및 C7)은 동일할 수 있으며 입구 폭(A7)의 길이의 50%일 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역이 조합된 출구 횡단영역과 일치하도록 그 외의 또는 대안의 수치들이 입구(846)와 출구(848) 사이에서 변경되거나 및/또는 일치될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 입구 횡단영역은 입구 용적에 상응할 수 있으며, 출구 횡단영역은 출구 용적에 상응할 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 예를 들어 출구 용적은 입구 용적과 일치할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 조합된 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 약 10% 내지 약 50% 작을 수 있다. 비-제한적인 특정 실시예들에서, 이 차이는 예를 들어 약 10% 미만일 수 있거나, 혹은 예를 들어 약 50%보다 더 클 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 조합된 출구 용적은 예를 들어 입구 용적보다 더 작을 수 있거나 더 클 수도 있다.
본 발명에 따른 장치 요소, 단계 및 사용 방법들에 대한 전체적인 이해를 제공하기 위하여 본 명세서에는 다양한 실시예들이 기술되고 예시된다. 본 명세서에 기술되고 예시된 다양한 실시예들이 비-제한적인 실시예이며 비-배타적인 실시예라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기술된 비-제한적이고 비-배타적인 여러 실시예들에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 특정 도면들에 예시되고 위에서 기술된 비-제한적인 실시예들에는 하나 또는 그 이상의 전자빔 건이 포함되지만, 재료 가열 장치로서 그 외의 다른 용융 전력 공급원들도 캐스팅 시스템에 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 활성 플라즈마를 생성하고 생성된 플라즈마와 재료를 접촉시킴으로써 캐스팅 시스템 내에서 금속성 재료를 가열하는 하나 또는 그 이상의 플라즈마 생성 장치들을 사용하는 캐스팅 시스템을 고려한다. 적절한 상황에서, 다양한 실시예들에 관해 기술된 특징 및 성질들은 단계, 구성요소, 요소, 특징, 형태, 특성, 제한 및 그 외의 다른 실시예들과 조합되고, 변형되거나 재배열될 수 있다. 이러한 변형예들과 개선예들은 본 명세서의 범위 내에 포함되어야 하기 위한 것이다. 이에 따라, 청구항들은 임의의 요소, 단계, 제한, 특징, 및/또는 명시적 또는 본질적으로 기술되거나 또는 그 외의 경우 본 명세서에 의해 직접적으로 또는 본질적으로 뒷받침되는 특성을 인용하도록 보정될 수도 있다. 추가로, 출원인은 이러한 특징들이 본 명세서에 명시적으로 기술되든지 간에 상관없이 종래 기술에 존재하는 요소, 단계, 제한, 특징, 및/또는 특성들을 명백하게 청구하기 위해 청구항들을 보정하는 권리를 갖는다. 따라서, 이러한 임의의 보정은 미국특허법(35 U.S.C.) 제112조, 제1항 및 미국특허법 제132(a)조의 요건을 충족한다. 본 명세서에 기술되고 개시된 다양한 실시예들은 본 명세서에 다양하게 기술된 것과 같은 단계, 제한, 특징 및/또는 특성들을 핵심적으로 포함하거나 이들로 구성될 수 있다.
본 명세서에 명시된 임의의 특허, 공보, 또는 그 외의 다른 개시 자료들은, 그 외에 달리 언급되지 않는 한, 인용된 자료들이 기존의 정의, 기술내용 또는 본 명세서에 명확하게 기술된 그 외의 다른 개시 자료들과 상충되지 않는 범위까지만 전반적으로 참조문헌으로서 본 명세서에 인용된다. 이에 따라, 그리고, 필요한 정도까지, 본 명세서에 기재된 명시적인 기술 내용이 본 명세서에서 참조문헌으로 인용되는 임의의 상충 자료를 대체한다. 참조문헌으로서 본 명세서에 인용되지만 기존의 정의, 기술내용, 또는 본 명세서에 기술되는 그 외의 다른 개시 자료들과 상충되는 임의의 자료, 또는 이러한 자료들의 일부는 기존의 개시 자료 및 인용되는 자료 간에 어떠한 상충도 발생되지 않는 범위까지만 인용된다. 출원인은 참조문헌으로서 본 명세서에 인용되는 임의의 주제, 또는 이들의 일부분을 명시적으로 인용하기 위해 본 명세서를 보정할 권리를 갖는다.
본 명세서에 사용된 문법적인 관사 "하나의(one)", "한(a)", "한(an)" 및 "상기(the)"는, 달리 언급되지 않는 한, "하나 이상의" 또는 "하나 또는 그 이상의"를 포함하기 위한 것으로 간주된다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 관사는 문장의 문법적인 하나의 대상이라기 보다는 하나 또는 그 이상의(즉 "하나 이상의") 대상을 가리키는 것으로 사용된다. 예로서, "하나의 구성요소(a component)"는 하나 또는 그 이상의 구성요소를 의미하고, 따라서, 가능하다면, 하나보다 많은 구성요소가 고려되고 기술된 실시예를 구현하는 데 사용되거나 이용될 수 있다. 추가로, 문맥에서 그 외에 달리 의미하는 것을 요하지 않고서는, 단수 명사를 사용하는 데에는 복수의 명사를 사용하는 것도 포함되고, 복수의 명사를 사용하는 데에도 단수의 명사를 사용하는 것도 포함된다.
본 명세서에서 일반적으로 사용되는 것과 같이, 용어 "포함하는(including)" 및 "가지는(having)"은 "포함하는(comprising)"을 의미한다. 본 명세서에서 일반적으로 사용되는 것과 같이, 용어 "약(approximately)"과 "실질적으로(substantially)"는, 측정의 본질 또는 정확성을 고려했을 때, 측정된 양에 대하여 허용가능한 범위의 오차를 가리킨다. 통상적인 대표적인 오차 범위는 주어진 값 또는 이 값들의 범위의 20%, 10% , 또는 5% 이내일 수 있다. 본 명세서에서 언급된 모든 수치적인 양들은, 그 외에 달리 명시되지 않는 한, 모든 경우에서 용어 "약"에 의하여 변형되는 것으로 이해될 수 있어야 한다. 본 명세서에 기술되는 수치 양들은 근사적이고, 각각의 수치 값들은 언급된 값 및 상기 값 주위의 기능적으로 동등한 범위 모두를 의미하기 위한 것으로 이해하면 된다. 최소한, 그리고 청구항들의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니면서, 각각의 수치적인 값들은, 적어도, 통상적인 반올림 기술을 적용하여 유효숫자의 자릿수에 비추어 해석되어야 한다. 본 명세서에 언급된 수치적인 양들의 근사화에도 불구하고, 실제로 측정된 값의 특정 예들에 기술된 수치적인 양들은 가능한 최대로 정확하게 기록된다.
본 명세서에 언급된 모든 수치 범위는 그 안에 포함되는 모든 하위-범위를 포함한다. 예를 들어, "1 내지 10"라는 범위는 언급되는 최소값인 1과 언급된 최대값인 10 사이와 이 숫자들을 포함하는 모든 하위-범위를 포함하기 위한 것으로 이해하면 된다. 본 명세서에 언급된 임의의 최대 수치 한계는 모든 하위 수치 한계를 포함하기 위한 것으로 이해하면 된다. 본 명세서에 언급된 임의의 최소 수치 한계는 모든 상위 수치 한계를 포함하기 위한 것으로 이해하면 된다.
위에서 기술된 내용에서, 본 명세서에 기술된 방법 및 물품들의 다양한 실시예를 완전하게 이해하기 위해 특정 세부내용들이 제시된다. 하지만, 당업자들은 본 명세서에 기술된 실시예들이 이러한 세부내용 없이도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 그 외의 다른 경우에서, 본 명세서에 기술된 실시예들을 불필요하게 모호하게 기술하는 것을 방지하기 위하여, 상기 물품 및 방법과 관련하여 잘 알려진 구성 및 방법들은 도시되지 않거나 혹은 상세하게 기술되지 않을 수도 있다. 또한, 이러한 기술내용은 상기 물품 및 방법들의 다양한 실시예의 여러 특징, 형태 및 이점들을 기술한다. 그러나, 이러한 기술 내용들은 당업자에게 유용한 것으로 밝혀질 수 있는 임의의 조합 또는 하위-조합들에 본 명세서에 기술된 다양한 실시예들의 다양한 특징, 형태, 및 이점들 중 임의의 것을 조합함으로써 구현될 수 있는 다양한 대안의 실시예들을 포함하는 것을 이해해야 한다.
Claims (43)
- 캐스팅 시스템에 있어서, 상기 캐스팅 시스템은:
허스를 포함하고, 상기 허스는:
입구 횡단영역을 형성하는 입구를 포함하며;
복수의 출구를 포함하고, 각각의 출구는 출구 횡단영역을 형성하며;
복수의 출구와 입구 사이의 공동을 포함하고, 상기 공동은 입구로부터 복수의 출구를 향해 테이퍼 형태로 형성되며;
복수의 몰드를 포함하고, 몰드가 허스의 각각의 출구와 나란하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템. - 제1항에 있어서, 출구 횡단영역들의 합은 입구 횡단영역과 일치하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 허스는:
제1 측벽; 및
제2 측벽을 포함하고, 공동은 제1 측벽과 제2 측벽 사이에 형성되고, 제1 측벽은 제2 측벽에 대해 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템. - 제3항에 있어서, 제1 측벽은 제2 측벽에 대해 약 1 도 내지 약 10 도로 각도를 이루며 배열되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제3항에 있어서, 복수의 출구는 제1 출구와 제2 출구를 포함하고, 제1 출구는 제1 측벽을 통해 연장되며, 제2 출구는 제2 측벽을 통해 연장되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제5항에 있어서, 제1 출구는 제1 출구 횡단영역을 형성하고, 제2 출구는 제2 출구 횡단영역을 형성하며, 제2 출구 횡단영역은 제1 출구 횡단영역과 일치하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제1항에 있어서, 공동은 세로축을 형성하며, 출구들은 세로축에 대해 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제1항에 있어서, 몰드들은 개방-바닥 몰드들인 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제1항에 있어서, 에너지 공급원을 포함하며, 상기 에너지 공급원은 허스 내에 재료를 활성화시키도록 구성되고, 재료의 일부분이 허스 내에서 공동을 형성하는 경화 스컬을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제1항에 있어서, 각각의 출구는 부음 립을 포함하고, 각각의 부음 립은 캐스팅 시스템의 몰드와 나란하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제1항에 있어서, 허스는 유체-기반 냉각 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제1항에 있어서, 복수의 몰드들은 캐스팅을 평행하게 하기 위해 배열되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스에 있어서, 상기 허스는:
공동을 포함하고, 상기 공동은:
제1 단부 부분; 및
제2 단부 부분을 포함하며, 공동은 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 사이에서 좁아지고;
제1 단부 부분에서 입구를 포함하며, 상기 입구는 입구 용적을 형성하고;
제2 단부 부분에서 출구를 포함하며, 상기 출구는 출구 용적을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스. - 제13항에 있어서, 상기 허스는:
제1 측벽; 및
제2 측벽을 포함하고, 공동은 제1 측벽과 제2 측벽 사이에 형성되며, 제1 측벽은 제2 측벽에 대해 각도를 이루며 배열되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스. - 제13항에 있어서, 공동은 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 사이에서 약 1 도 내지 약 10 도로 테이퍼 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제15항에 있어서, 공동은 제1 단부 부분으로부터 제2 단부 부분으로 약 4 도로 테이퍼 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제13항에 있어서, 공동은 재료의 스컬을 포함하고, 상기 재료의 스컬은 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 사이에서 좁아지는 기하학적 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제13항에 있어서, 출구는 제1 출구이며, 허스는 출구 용적을 형성하는 제2 출구를 포함하고, 제1 출구와 제2 출구의 출구 용적들의 합은 입구 용적과 일치하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제18항에 있어서, 공동은 세로축을 형성하며, 제1 출구와 제2 출구는 상기 세로축에 대해 대칭으로 배열되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제13항에 있어서, 입구는 로우 에지를 포함하며, 출구는 로우 에지를 포함하고, 출구의 로우 에지는 입구의 로우 에지보다 더 높이 위치되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제13항에 있어서, 유체-기반 냉각 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제13항에 있어서, 공동은 제1 단부 부분과 제2 단부 부분 사이에서 흐름 경로를 형성하며, 공동은:
입구 가까이에서 흐름 경로에 대해 횡단 방향으로 위치된 제1 횡단영역; 및
출구 가까이에서 흐름 경로에 대해 횡단 방향으로 위치된 제2 횡단영역을 포함하고, 제1 횡단영역은 제2 횡단영역보다 더 큰 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스. - 제13항에 있어서, 입구 용적은 출구 용적과 일치하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제13항에 있어서, 입구 용적은 출구 용적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스에 있어서, 상기 허스는:
용융 재료를 이동시키기 위한 이동 수단(carrying means)을 포함하고, 상기 이동 수단은:
용융 재료를 수용하기 위한 수용 수단을 포함하고, 상기 수용 수단은 수용 용적을 포함하며;
용융 재료를 전달하기 위한 전달 수단을 포함하고, 상기 전달 수단은 전달 용적을 포함하며, 상기 전달 용적은 수용 용적과 동일하고;
상기 전달 수단과 수용 수단 사이에서 이동 수단을 좁히게 하기 위한 좁힘 수단(narrowing means)을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스. - 제25항에 있어서, 전달 수단은 제1 및 제2 전달 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제25항에 있어서, 좁힘 수단은 비-평행 측벽들을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 제25항에 있어서, 좁힘 수단은 재료의 스컬을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템과 사용하기 위한 허스.
- 캐스팅 시스템에 있어서, 상기 캐스팅 시스템은:
재료를 수용하도록 구성된 허스;
허스 내에서 재료를 활성화시키도록 구성된 에너지 공급원을 포함하고, 재료의 일부분이 허스 내에서 재료의 스컬을 형성하며, 상기 재료의 스컬은:
입구 횡단영역을 형성하는 입구;
출구 횡단영역을 형성하는 출구; 및
상기 입구와 출구 사이의 공동을 포함하고, 상기 공동은 입구로부터 출구로 테이퍼 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템. - 제29항에 있어서, 출구 횡단영역은 입구 횡단영역보다 더 작은 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제29항에 있어서, 스컬은 각각 출구 횡단영역을 포함하는 복수의 출구를 포함하며, 출구 횡단영역들의 합은 입구 횡단영역과 일치하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제31항에 있어서, 복수의 몰드를 포함하며, 각각의 출구는 몰드와 나란하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 제29항에 있어서, 에너지 공급원은 전자빔 건과 플라즈마 생성 장치를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 캐스팅 시스템.
- 캐스팅 재료를 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
허스의 입구를 통해 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하고, 입구는 입구 용적을 포함하며;
허스의 테이퍼형 공동을 통해 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하며;
허스의 복수의 출구를 통해 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하고, 각각의 출구는 출구 용적을 포함하며, 출구 용적들의 합은 입구 용적과 일치하고;
복수의 몰드 내로 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법. - 제34항에 있어서, 시작 재료에 에너지를 제공하여 용융 재료를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법.
- 제34항에 있어서, 복수의 몰드를 동시에 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법.
- 제34항에 있어서, 상기 방법은 연속 캐스팅 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법.
- 제34항에 있어서, 에너지를 허스를 향해 안내하여 내부에 재료의 테이퍼형 스컬을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법.
- 캐스팅 재료를 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
입구를 통해 용융 재료를 허스 내로 통과시키는 단계를 포함하고;
허스 내에서 에너지를 용융 재료에 선택적으로 제공하여 허스 내에 재료의 스컬을 형성하는 단계를 포함하며, 재료의 스컬은 공동을 형성하고;
허스의 출구를 통해 용융 재료를 통과시키는 단계를 포함하며, 공동은 입구로부터 출구로 테이퍼 형태로 구성되고;
용융 재료를 몰드 내에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법. - 제39항에 있어서, 입구는 입구 용적을 포함하고, 출구는 입구 용적과 동일하거나 또는 입구 용적보다 더 작은 출구 용적을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법.
- 제39항에 있어서, 상기 방법은 연속 캐스팅 방법인 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법.
- 제41항에 있어서, 몰드로부터 캐스트 재료를 철회하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법.
- 제39항에 있어서, 허스 내에서 용융 재료에 에너지를 제공하여 용융 재료 내의 함유물들을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스팅 재료를 위한 방법.
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