KR20170120619A - 초음파 입자 미세화 - Google Patents

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Abstract

용융 금속 처리 장치는 길이 방향 길이를 따라 용융 금속을 수용 및 이송하기 위한 용융 금속 격납 구조물을 포함한다. 상기 장치는 내부에서 액체 매질을 통과시키기 위한 냉각 채널을 포함하는 용융 금속 격납 구조물용 냉각 유닛, 및 초음파가 냉각 채널 내의 액체 매질을 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 결합되도록 냉각 채널에 대해 배치되는 초음파 탐침을 포함한다.

Description

초음파 입자 미세화
본 발명은 국립 과학 재단(National Science Foundation)이 수여하는 보조금 번호 IIP 1058494 하에서 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 발명에 대해 특정 권리를 가진다.
본 발명은 제어된 입자 크기를 갖는 금속 주물의 제조 방법, 금속 주물을 제조하기 위한 시스템, 및 금속 주물에 의해 얻어진 제품에 관한 것이다.
용융 금속을 연속 금속 봉 또는 주조 제품으로 주조하기 위한 기술을 개발하기 위해 야금 분야에서 상당한 노력이 기울여져 왔다. 일괄 주조(batch casting) 및 연속 주조 모두가 잘 개발되어 있다. 일괄 주조에 비해 연속 주조에는 다수의 장점이 있지만, 둘 다 업계에서 주도적으로 사용된다.
금속 주조의 연속 제조에서, 용융 금속은 보온로(holding furnace)로부터 일련의 론더(launder) 및 주조 휠의 몰드로 통과하며, 그 몰드에서 용융 금속은 금속 막대로 주조된다. 고화된 금속 막대는 주조 휠에서 제거되어 압연기로 보내지며, 압연기에서 금속 막대는 연속 막대로 압연된다. 금속 봉 제품 및 합금의 의도된 최종 용도에 따라서, 금속 봉은 압연 중에 냉각될 수 있거나 금속 봉은 압연기로부터 빠져나올 때 즉시 냉각 또는 급냉되어 금속 봉에 원하는 기계적 및 물리적 특성을 부여할 수 있다. Cofer 등에게 허여된 미국 특허 제 3,395,560호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함됨)에 설명된 바와 같은 기술은 금속 봉 또는 금속 막대 제품을 연속적으로 처리하는데 사용되어 왔다.
Jackson 등에게 허여된 미국 특허 제 3,938,991호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함됨)는 주조 제품일 때 "순수(pure)" 금속 제품의 주조에 대해 오랫동안 인식된 문제가 있음을 보여준다. "순수" 금속 주물이란 이러한 용어는 입자 제어 목적으로 첨가되는 별도 불순물을 포함하지 않는, 특정 전도성 또는 인장 강도 또는 연성을 위해 설계된 1차 금속 요소로 형성되는 금속 또는 금속 합금을 지칭한다.
입자 미세화(grain refining)는 새로 형성된 상의 결정 크기가 화학적 또는 물리적/기계적 수단에 의해 감소되는 공정이다. 고화 공정 또는 액체 대 고체 상 변태 공정 중에 고화된 조직의 입자 크기를 현저하게 감소시키기 위해서 입자 미세화제(grain refiner)가 일반적으로 용융 금속에 첨가된다.
실제로, Boily 등의 국제 특허 출원 제 WO/2003/033750호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함됨)에는 "입자 미세화제"의 특정 용도를 설명하고 있다. '750 출원은 그의 배경 부분에, 알루미늄 산업에서 상이한 입자 미세화제가 일반적으로 알루미늄에 포함되어 모 합금(master alloy)을 형성한다고 설명하고 있다. 알루미늄 주조에 사용하기 위한 통상적인 모 합금은 1 내지 10%의 티타늄 및 0.1 내지 5%의 붕소 또는 탄소를 포함하며, 나머지는 본질적으로 알루미늄 또는 마그네슘으로 이루어지며, 이때 TiB2 또는 TiC의 미립자가 알루미늄 기질 전체에 분산된다. '750 출원에 따라서, 티타늄 및 붕소를 함유하는 모 합금은 필요한 양의 티타늄 및 붕소를 알루미늄 용융물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 이는 용융 알루미늄을 KBF4 및 K2TiF6와 800℃ 초과의 온도에서 반응시킴으로써 달성된다. 이러한 복합 할라이드 염은 용융 알루미늄과 신속히 반응하여 용융물에 티타늄과 붕소를 제공한다.
'750 출원은 2002년 현재, 이 기술이 거의 모든 입자 미세화제 제조 회사에 의해 상용 모 합금을 제조하는데 사용되고 있다는 것을 또한 설명하고 있다. 핵생성제로 종종 지칭되는 입자 미세화제는 오늘날에도 여전히 사용된다. 예를 들어, Tibor 모 합금의 하나의 상업적 공급업체는 주조 조직의 정밀 제어가 고품질 알루미늄 합금 제품의 제조에 주요 요건이라는 것을 설명하고 있다.
본 발명 이전에, 입자 미세화제는 미세하고 균일한 주조-그대로의 입자 조직을 제공하는 가장 효과적인 방법으로서 인정되었다. 다음의 참고 문헌(그 전체 내용은 원용에 의해 본 명세서에 포함됨)은 본 배경 기술에 대한 세부사항을 제공한다:
Abramov, O.V., (1998), "High-Intensity Ultrasonics," Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands, pp. 523-552.
Alcoa, (2000), "New Process for Grain Refinement of Aluminum," DOE Project Final Report, Contract No. DE-FC07-98ID13665, September 22, 2000.
Cui, Y., Xu, C.L. and Han, Q., (2007), "Microstructure Improvement in Weld Metal Using Ultrasonic Vibrations, Advanced Engineering Materials," v. 9, No. 3, pp.161-163.
Eskin, G.I., (1998), "Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts," Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands.
Eskin, G.I. (2002) "Effect of Ultrasonuc Cavitation Treatment of the Melt on the Microstructure Evolution during Solidification of Aluminum Alloy Ingots," Zeitschrift Fur Metallkunde/Materials Research and Advanced Techniques, v.93, n.6, June, 2002, pp. 502-507.
Greer, A.L., (2004), "Grain Refinement of Aluminum Alloys," in Chu, M.G., Granger, D.A., and Han, Q., (eds.), " Solidification of Aluminum Alloys," Proceedings of a Symposium Sponsored by TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), TMS, Warrendale, PA 15086-7528, pp. 131-145.
Han, Q., (2007), The Use of Power Ultrasound for Material Processing," Han, Q., Ludtka, G., and Zhai, Q., (eds), (2007), "Materials Processing under the Influence of External Fields," Proceedings of a Symposium Sponsored by TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), TMS, Warrendale, PA 15086-7528, pp. 97-106.
Jackson, K.A., Hunt, J.D., and Uhlmann, D.R., and Seward, T.P., (1966), "On Origin of Equiaxed Zone in Castings," Trans. Metall. Soc. AIME, v. 236, pp.149-158.
Jian, X., Xu, H., Meek, T.T., and Han, Q., (2005), "Effect of Power Ultrasoud on Solidification of Aluminum A356 Alloy," Materials Letters, v. 59, no. 2-3, pp. 190-193.
Keles, O. and Dundar, M., (2007). "Aluminum Foil: Its Typical Quality Problems and Their Causes," Journal of Materials Processing Technology, v. 186, pp.125-137.
Liu, C., Pan, Y., and Aoyama, S., (1998), Proceedings of the 5th International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Eds.: Bhasin, A.K., Moore, J.J., Young, K.P., and Madison, S., Colorado School of Mines, Golden, CO, pp. 439-447.
Megy, J., (1999), "Molten Metal Treatment," US Patent No. 5,935,295, August, 1999.
Megy, J., Granger, D.A., Sigworth, G.K., and Durst, C.R., (2000), "Effectiveness of In-Situ Aluminum Grain Refining Process," Light Metals, pp.1-6.
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Vibrations," Advanced Engineering Materials, 2007, vol. 9, no. 3, pp. 161-163.
Han et al., "Grain Refining of Pure Aluminum," Light Metals 2012, pp. 967-971.
본 발명의 일 실시예에서, 길이 방향의 길이를 따라 용융 금속을 수용하고 이송하기 위한 용융 금속 격납 구조물을 포함하는 용융 금속 처리 장치가 제공된다. 상기 장치는 내부에서 액체 매질을 통과시키기 위한 냉각 채널을 포함하는 용융 금속 격납 구조물용 냉각 유닛과, 초음파가 냉각 채널 내에서 액체 매질을 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 결합되도록 냉각 채널에 대해 배치되는 초음파 탐침(probe)을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 금속 제품을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 용융 금속 격납 구조물의 길이 방향의 길이를 따라서 용융 금속을 이송한다. 상기 방법은 용융 금속 격납 구조물에 열적으로 결합되는 냉각 채널을 통한 매질의 통과에 의해서 용융 금속 격납 구조물을 냉각시키고, 냉각 채널 내의 매질를 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 초음파를 결합시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 금속 제품을 형성하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 1) 전술한 용융 금속 처리 장치 및 2) 데이터 입력부 및 제어 출력부를 포함하고 전술한 방법 단계의 작동을 허용하는 제어가 프로그램되는 제어기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 서브밀리미터(sub-millimeter)의 입자 크기를 갖고 내부에 0.5% 미만의 입자 미세화제를 포함하는 주조 금속 조성물을 포함하는 금속 제품이 제공된다.
본 발명의 전술한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명 모두는 예시적인 것이며 본 발명을 제한하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다.
첨부된 도면과 관련하여 고려할 때 다음의 상세한 설명을 참조하면 본 발명 및 많은 부수적인 장점이 더 잘 이해되기 때문에, 이들에 대한 더욱 완전한 이해가 용이하게 얻어질 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 채널의 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 채널의 기저부의 사진 묘사이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 채널의 기저부의 복합 사진 묘사이다.
도 1d는 주조 채널의 일 실시예에 대한 예시적인 치수의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 몰드의 사진 묘사이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 압연기의 개략도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 연속 압연기의 개략도이다.
도 4a는 알루미늄 잉곳에 존재하는 매크로 조직을 보여주는 현미경 사진이다.
도 4b는 알루미늄 잉곳에 존재하는 매크로 조직을 보여주는 다른 현미경 사진이다.
도 4c는 알루미늄 잉곳에 존재하는 매크로 조직을 보여주는 다른 현미경 사진이다.
도 4d는 알루미늄 잉곳에 존재하는 매크로 조직을 보여주는 다른 현미경 사진이다.
도 5는 주조 온도의 함수로서 입자 크기를 나타내는 그래프이다.
도 6a는 알루미늄 잉곳에 존재하고 본 명세서에서 설명되는 조건하에서 준비되는 매크로 조직을 나타내는 현미경 사진이다.
도 6b는 알루미늄 잉곳에 존재하고 본 명세서에서 설명되는 조건하에서 준비되는 매크로 조직을 나타내는 다른 현미경 사진이다.
도 6c는 알루미늄 잉곳에 존재하고 본 명세서에서 설명되는 조건하에서 준비되는 매크로 조직을 나타내는 다른 현미경 사진이다.
도 7은 주조 온도의 함수로서 입자 크기를 나타내는 다른 그래프이다.
도 8은 주조 온도의 함수로서 입자 크기를 나타내는 다른 그래프이다.
도 9는 주조 온도의 함수로서 입자 크기를 나타내는 다른 그래프이다.
도 10은 주조 온도의 함수로서 입자 크기를 나타내는 다른 그래프이다.
도 11a는 알루미늄 잉곳에 존재하고 본 명세서에서 설명되는 조건하에서 준비되는 매크로 조직을 나타내는 현미경 사진이다.
도 11b는 알루미늄 잉곳에 존재하고 본 명세서에서 설명되는 조건하에서 준비되는 매크로 조직을 나타내는 다른 현미경 사진이다.
도 11c는 주조 채널의 일 실시예에 대한 예시적인 치수의 개략도이다.
도 11d는 주조 채널의 일 실시예에 대한 예시적인 치수의 개략도이다.
도 12는 주조 온도의 함수로서 입자 크기를 나타내는 다른 그래프이다.
도 13a는 주조 채널의 일 실시예에 대한 예시적인 치수의 다른 개략도이다.
도 13b는 주조 온도의 함수로서 입자 크기를 나타내는 다른 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 주조기의 개략도이다.
도 15a는 수직 압연기의 하나의 구성요소의 개략적인 횡단면도이다.
도 15b는 수직 압연기의 다른 구성요소의 개략적인 횡단면도이다.
도 15c는 수직 압연기의 다른 구성요소의 개략적인 횡단면도이다.
도 15d는 수직 압연기의 다른 구성요소의 개략적인 횡단면도이다.
도 16은 본 도면에 도시된 제어 및 제어기를 위한 예시적인 컴퓨터 시스템의 개략도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 나타내는 흐름도이다.
잉곳 주조 속도를 최대화하고, 고온 인열에 대한 내성을 개선하고, 원소 편석을 최소화하고, 기계적 특성, 특히 연성을 향상시키고, 처리 제품의 마무리 특성을 개선하고, 몰드 충전 특성을 증가시키고, 주조 합금의 다공성을 감소시키는 것을 포함한 많은 이유로 금속 및 합금의 입자 미세화가 중요하다. 일반적으로 입자 미세화는 항공우주, 방위, 자동차, 건설 및 포장 산업에서 점증적으로 사용되는 경량 재료들 중의 두 개인 금속과 합금 제품, 특히 알루미늄 합금과 마그네슘 합금의 제조를 위한 제 1 처리 단계들 중 하나이다. 입자 미세화는 또한, 주상(columnar) 입자를 제거하고 등축(equiaxed) 입자를 형성함으로써 금속 및 합금을 주조할 수 있게 만드는 중요한 처리 단계이다.
그러나, 본 발명 이전에, 불순물 또는 화학적 "입자 미세화제"의 사용은 금속 주조에서 주상 입자 형성의 금속 주조 산업에서 오랫동안 인정된 문제를 다루는 유일한 방법이었다.
미국에서 제조된 알루미늄의 대략 68%는 시트, 판재, 압출재 또는 포일로 추가 처리하기 이전에 잉곳으로 먼저 주조된다. 직접 냉각(direct chill; DC) 반-연속 주조 공정 및 연속 주조(CC) 공정은 주로 알루미늄 산업의 견고한 특성 및 상대적 단순성으로 인해 알루미늄 산업의 주류가 되었다. DC 및 CC 공정의 한 가지 문제는 잉곳 고화 중에 고온 인열 형성(tearing formation) 또는 크랙(crack) 형성이다. 기본적으로 모든 잉곳은 입자 미세화를 사용하지 않으면 크랙이 형성될 것이다(또는 주조될 수 없을 것이다).
아직도, 이러한 현재 공정의 제조 속도는 크랙 형성을 방지하기 위한 조건에 의해서 제한된다. 입자 미세화는 합금의 고온 인열 경향을 감소하고 따라서 제조 속도를 증가시키는 효과적인 방법이다. 결과적으로, 가능한 한 작은 입자 크기를 제조할 수 있는 강력한 입자 미세화제의 개발에 많은 노력이 집중되었다. 입자 크기를 서브미크론 수준으로 감소시킬 수 있다면 초가소성(superplasticity)이 달성될 수 있으며, 이는 합금이 훨씬 빠른 속도로 주조될 수 있게 할 뿐만 아니라, 오늘날 잉곳이 처리되는 것보다 훨씬 빠른 속도로 저온에서 압연/압출될 수 있게 함으로써, 상당한 비용 절약과 에너지 절약을 유도할 수 있다.
현재, 세계에서 1 차(대략 200억 kg) 또는 2 차 및 내부 스크랩(250억 kg)으로부터의 거의 모든 알루미늄 주조는 알루미늄 내에 미세 입자 조직을 핵생성하는, 직경이 대략 수 미크론 정도인 불용성 TiB2 핵의 이종 핵으로 입자 미세화된다. 화학적 입자 미세화제의 사용과 관련된 한 가지 문제는 제한된 입자 미세화 능력이다. 또한, 화학적 입자 미세화제의 사용은 2,500㎛ 초과의 어떤 것의 선형 입자 치수를 갖는 주상 조직으로부터 200㎛ 미만의 등축 입자까지의 알루미늄 입자 크기의 제한된 감소를 유발한다. 알루미늄 합금에서, 100㎛의 등축 입자는 상업적으로 이용 가능한 화학적 입자 미세화제를 사용하여 얻을 수 있는 한계로 보인다.
입자 크기가 더 감소될 수 있다면 생산성이 상당히 증가될 수 있다는 것이 널리 인정된다. 서브미크론 수준의 입자 크기는 실온에서 알루미늄 합금의 형성을 훨씬 더 쉽게 만드는 초가소성을 유도한다.
화학적 입자 미세화제의 사용과 관련된 또 다른 문제는 입자 미세화제의 사용과 관련된 결함 형성이다. 종래 기술에서 입자 미세화에 대한 필요성이 고려되더라도, 그와는 달리 불용성 외부 미립자는 특히, 미립자 응집체("클러스터(cluster)")의 형태인 알루미늄에 바람직하지 못하다. 알루미늄 기본 모 합금에 화합물의 형태로 존재하는 현재의 입자 미세화제는 복잡한 일련의 광업, 선광 및 제조 공정에 의해 제조된다. 지금 사용되는 모 합금은 알루미늄 입자 미세화제의 종래의 제조 공정에서 생기는 칼륨 알루미늄 불화물(KAIF) 염 및 알루미늄 산화물 불순물(찌꺼기)을 종종 함유한다. 이들은 알루미늄의 국부 결함(예를 들어, 음료 캔의 "누출부(leaker)" 및 얇은 호일의 "핀홀"), 기계 공구 마모, 및 알루미늄의 표면 마무리 문제를 야기한다. 알루미늄 케이블 회사 중 한 회사로부터의 데이터는 생산 결함의 25%가 TiB2 입자 응집체로 인한 것이며 결함의 다른 25%가 주조 공정 중 알루미늄에 포획되는 찌꺼기로 인한 것임을 지적하고 있다. TiB2 미립자 응집체는 압출 중, 특히 와이어의 직경이 8㎜보다 더 작을 때 와이어를 종종 파괴한다.
화학적 입자 미세화제의 사용과 관련된 또 다른 문제는 입자 미세화제의 비용이다. 이는 Zr 입자 미세화제를 사용하여 마그네슘 잉곳을 제조하는 경우에 특히 그러하다. Zr 입자 미세화제를 사용하는 입자 미세화는 제조되는 Mg 주조물의 킬로그램 당 약 1 달러 초과의 비용이 소요된다. 알루미늄 합금의 입자 미세화제는 킬로그램 당 약 $1.50의 비용이 소요된다.
화학적 입자 미세화제의 사용과 관련된 또 다른 문제는 감소된 전기 전도도이다. 화학적 입자 미세화제의 사용은 알루미늄에 과도한 양의 Ti를 도입하여 케이블 용례를 위한 순수 알루미늄의 전기 전도도의 상당히 감소를 유발한다. 특정 전도도를 유지하기 위해서, 회사들은 케이블 및 와이어의 제조에 더 순수한 알루미늄을 사용하기 위해 추가 비용을 지불해야 한다.
화학적 방법 이외에도 다수의 다른 입자 미세화 방법이 지난 세기 동안 탐구되어 왔다. 이들 방법은 자기장 및 전-자기장과 같은 물리적인 장(field)들과 기계적 진동의 사용을 포함한다. 고강도, 저-진폭 초음파 진동은 외부 미립자를 사용함이 없이 금속과 합금의 입자 미세화에 대해 입증된 물리적/기계적 메커니즘 중의 하나이다. 그러나, 실험 결과, 예컨대 위에서 언급한 Cui(2007) 등으로부터의 실험 결과는 짧은 기간의 초음파 진동을 받는 수 파운드 금속까지의 작은 잉곳에서 얻어졌다. 고-강도 초음파 진동을 사용한 CC 또는 DC 주조 잉곳/빌렛(billet)의 입자 미세화에 관한 노력은 거의 수행되지 않았다.
입자 미세화를 위해 본 발명에서 다루는 기술적 과제는 (1) 장시간 동안 용융 금속에 초음파 에너지를 결합시키는 것, (2) 고온에서 시스템의 고유 진동 주파수를 유지하는 것, 및 (3) 초음파 도파관의 온도가 고온일 때 초음파 입자 미세화의 입자 미세화 효율을 증가시키는 것이다. (후술되는 바와 같이)초음파 도파관과 잉곳 모두에 대한 향상된 냉각은 이들 과제를 다루기 위해 본 명세서에서 제시되는 해결책들 중 하나이다.
또한, 본 발명에서 다루는 다른 기술적 과제는 알루미늄이 더 순수할수록, 고화 공정 중에 등축 입자를 얻는 것이 더 어렵다는 사실에 관한 것이다. 심지어, 순수 알루미늄, 예컨대 1000, 1100 및 1300 계열의 알루미늄에 TiB(티타늄 붕소화물)와 같은 외부 입자 미세화제를 사용하는 경우에도, 등축 입자 조직을 얻는 것이 어렵다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 신규한 입자 미세화 기술을 사용하여, 등축 입자 조직이 얻어졌다.
본 발명은 입자 미세화제의 도입 필요성 없이 주상 입자 형성 문제를 억제한다. 본 발명자들은 놀랍게도, 용융 금속이 주물에 주입될 때 용융 금속에 대한 초음파 진동의 제어된 적용의 사용으로 TiBor 모 합금과 같은 최신의 입자 미세화제를 사용하여 얻은 것에 필적하거나 그보다 더 작은 입자 크기의 실현을 허용한다는 것을 발견했다.
본 발명의 일 양태에서, 입자의 수를 증가시키고 균일하고 균질한 이질적인 고화를 개선하기 위해 금속 또는 금속 합금에 티타늄 붕소화물과 같은 불순물 입자를 첨가할 필요 없이 주조 제품 내에서 등축 입자가 얻어진다. 핵생성제를 사용하는 대신에, 핵생성 부위를 생성하는데 초음파 진동이 사용될 수 있다. 구체적으로, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 초음파 진동은 액체 매질와 결합되어 금속 및 금속 합금 내의 입자를 미세화하고 등축 입자를 생성한다.
등축 입자의 형태를 이해하기 위해서는 수지상이 1 차원으로 성장하고 긴 입자가 형성되는 통상적인 금속 입자 성장을 고려해야 한다. 이러한 긴 입자는 주상 입자(columnar grain)로 지칭된다. 입자가 모든 방향으로 자유롭게 성장하면, 등축 입자가 형성된다. 각각의 등축 입자는 수직으로 성장하는 6 개의 주요 수지상 성장을 포함한다. 이러한 수지상은 동일한 속도로 성장할 수 있다. 그 경우에, 입자 내의 세세한 수지상 특징을 무시하면 입자는 더 구형으로 보인다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 1a에 도시된 바와 같은 채널 구조물(2)(즉, 용융 금속 격납 구조물)은 예를 들어, 아래에서 상세히 설명되는 주조 휠과 같은 주조 몰드(도 1a에 도시되지 않음)로 용융 금속을 이송한다. 채널 구조물(2)은 용융 금속을 격납하는 측벽(2a) 및 바닥 판(2b)을 포함한다. 측벽(2a) 및 바닥 판(2b)은 도시된 바와 같은 별도의 실체들(entities)일 수 있거나 통합된 유닛일 수 있다. 바닥 판(2b) 아래에는 작동 중에 액체 매질로 충전되는 액체 매질 통로(2c)가 있다. 또한, 이들 두 요소는 주조 물체로서 통합될 수 있다.
액체 매질 통로(2c)에 결합 배치되는 것은 액체 매질을 통해 그리고 바닥 판 (2b)을 통해 액체 금속으로 초음파 진동(UV)을 제공하는 초음파 변환기의 초음파 탐침(2d)(또는 소노트로드(sonotrode), 또는 초음파 방사기(ultrasonic radiator))이다. 본 발명의 일 실시예에서, 초음파 탐침(2d)은 액체 매질 통로(2c)에 삽입된다. 본 발명의 일 실시예에서, 하나 초과의 초음파 탐침 또는 초음파 탐침 어레이가 액체 매질 통로(2c) 내에 삽입될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 초음파 탐침(2d)은 액체 매질 통로(2c)의 벽에 부착된다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않지만, 채널의 바닥에서 상대적으로 소량의 과냉각(예를 들어, 10℃ 미만)은 더 순수한 알루미늄의 작은 핵 층이 형성되기 시작하게 한다. 채널의 바닥으로부터의 초음파 진동은 후에 균일한 입자 조직을 초래하는 고화 중에 핵생성제로서 사용되는 이들 순수 알루미늄 핵을 생성한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 냉각 방법은 채널의 바닥에서 소량의 과냉이 알루미늄의 작은 핵 층을 초래하는 것을 보장한다. 채널 바닥으로부터의 초음파 진동은 이들 핵을 분산시키고 과냉 층에서 형성되는 수지상을 파괴한다. 이들 알루미늄 핵 및 수지상의 파편은 후에 균일한 입자 조직을 초래하는 고화 중에 등축 입자를 몰드 내에 형성하는데 사용된다.
환언하면, 바닥 판(2b)을 통해 액체 금속으로 전달되는 초음파 진동은 금속 또는 금속 합금의 핵생성 부위를 생성하여 입자 크기를 미세화한다. 바닥 판은 내화 금속 또는 다른 고온 재료, 예컨대 구리, 철 및 스틸, 니오븀, 니오브 및 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐, 및 레늄, 그리고 이들 원소와 내화 금속 또는 다른 고온 재료의 융점을 높일 수 있는 규소, 산소 또는 질소와 같은 하나 이상의 원소를 포함하는 원소와의 합금일 수 있다. 또한, 바닥 판은 예를 들어, 저탄소 강 또는 H13 강과 같은 다수의 스틸 합금 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 벽의 두께가 (예에서 후술되는 바와 같이)충분히 얇은 벽이 용융 금속과 냉각 유닛 사이에 제공됨으로써, 정상 상태의 제조하에서 이러한 벽에 인접한 용융 금속은 주조될 특정 금속에 대한 임계 온도 미만으로 냉각될 것이다.
본 발명의 실시예 중 하나에서, 초음파 진동 시스템은 냉각 채널과 용융 금속 사이의 얇은 벽을 통한 열 전달을 향상시키고 핵생성을 유도하거나 냉각 채널의 얇은 벽에 인접한 용융 금속에서 형성되는 수지상을 파괴하는데 사용된다.
아래의 설명에서, 초음파 진동원은 20㎑의 음향 주파수에서 1.5㎾의 전력을 제공한다. 본 발명은 이러한 전력 및 주파수에 제한되지 않는다. 오히려, 다음 범위가 중요할지라도, 광범위한 범위의 전력과 주파수가 사용될 수 있다.
전력: 일반적으로, 전력은 소노트로드 또는 탐침의 치수에 따라서 각각의 소노트로드에 대해 50 내지 5000W이다. 이러한 전력은 통상적으로, 소노트로드의 단부에서의 전력 밀도가 용융 금속 내에 공동화(cavitation)를 유발하는 임계 값인 100W/㎠보다 더 높도록 보장하기 위해 소노트로드에 적용된다. 이런 구역에서의 전력은 50 내지 5000W, 100 내지 3000W, 500 내지 2000W, 1000 내지 1500W 또는 임의의 중간 또는 중복 범위일 수 있다. 대형 탐침/소노트로드에 대한 더 높은 전력과 소형 탐침에 대한 더 낮은 전력이 가능하다.
주파수: 일반적으로, 5 내지 400㎑(또는 임의의 중간 범위)가 사용될 수 있다. 대안으로, 10 내지 30㎑(또는 임의의 중간 범위)가 사용될 수 있다. 대안으로, 15 내지 25㎑(또는 임의의 중간 범위)가 사용될 수 있다. 적용되는 주파수는 5 내지 400㎑, 10 내지 30㎑, 15 내지 25㎑, 10 내지 200㎑, 또는 50 내지 100㎑ 또는 임의의 중간 또는 중복 범위가 사용될 수 있다.
또한, 초음파 탐침/소노트로드(2d)는 미국 특허 제 8,574,336호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 발명에 포함됨)에 설명된 바와 같은 용융 금속 탈가스에 사용되는 초음파 탐침과 유사하게 구성될 수 있다.
도 1a에서, 채널 구조물(2)의 치수는 주조될 재료의 체적 유량에 따라 선택된다. 액체 매질 통로(2c)의 치수는 냉각 매질이 실질적으로 액상으로 유지되도록 보장하기 위해서 채널을 통한 냉각 매질의 유속에 따라 선택된다. 액체 매질은 물일 수 있다. 액체 매질은 또한 오일, 이온성 액체, 액체 금속, 액체 중합체, 또는 다른 미네랄(무기) 액체일 수 있다. 예를 들어, 냉각 통로에서의 스팀의 발생은 처리될 용융 금속에의 초음파의 결합을 열화시킬 수 있다. 바닥 판(2b)의 두께 및 재료 구성은 용융 금속의 온도, 바닥 판의 두께를 통한 온도 구배, 및 액체 매질 통로(2c)의 하부 벽의 성질에 따라 선택된다. 열 고려 사항에 대한 많은 세부사항은 아래에 제공된다.
도 1b 및 도 1c는 바닥 판(2b), 액체 매질 통로 입구(2c-1), 액체 매질 통로 출구(2c-2), 및 초음파 탐침(2d)을 도시하는 (측벽(2a) 없는)채널 구조물(2)의 사시도이다. 도 1d는 도 1b 및 도 1c에 도시된 채널 구조물(2)과 관련된 치수를 도시한다.
작동 중에, 합금의 액상선 온도보다 실질적으로 더 높은 온도에 있는 용융 금속은 바닥 판(2b)의 상부를 따라 중력에 의해 유동하며 채널 구조물(2)을 통과함에 따라 초음파 진동에 노출된다. 바닥 판은 바닥 판에 인접한 용융 금속이 액상선-미만의 온도(예를 들어, 합금의 액상선 온도 위의 5 내지 10℃ 미만 또는 액상선 온도보다 훨씬 더 낮을 수 있지만, 주입 온도는 실험 결과에서 10℃보다 훨씬 더 높을 수 있음)에 가깝도록 보장하기 위해서 냉각된다. 바닥 판 온도는 필요하다면, 채널 내에 액체를 사용하거나 보조 히터를 사용함으로써 제어될 수 있다. 작동 중에, 용융 금속 주위의 분위기는 예를 들어, Ar, He 또는 질소와 같은 불활성 가스로 충전되거나 퍼지되는 덮개(도시 않음)를 통해 제어될 수 있다. 채널 구조물(2) 아래로 유동하는 용융 금속은 통상적으로, 용융 금속이 액체로부터 고체로 변환되는 열 정지(thermal arrest) 상태에 있다. 채널 구조물(2) 아래로 유동하는 용융 금속은 채널 구조물(2)의 단부를 빠져나와서 도 2에 도시된 몰드(3)와 같은 몰드 내에 주입된다. 몰드(3)는 공동 영역(3b)을 부분적으로 둘러싸는 구리 또는 스틸과 같은 상대적으로 고온 재료로 만들어지는 용융 금속 수용실(3)을 가진다. 몰드(3)는 뚜껑(3c)을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 몰드는 약 5kg의 알루미늄 용융물을 보유할 수 있다. 본 발명은 이러한 중량 용량에 제한되지 않는다. 몰드는 도 2에 도시된 형상으로 제한되지 않는다. 다른 예에서, 대략 7.5㎝ 직경 및 6.35㎝ 높이의 원추형 잉곳을 제조하는 크기의 구리 몰드가 사용된다. 다른 크기, 형상 및 재료가 몰드에 사용될 수 있다. 몰드는 고정되거나 이동될 수 있다.
몰드(3)는 휠-밴드(wheel-band) 유형의 연속 금속 주조기에 사용되는 미국 특허 제 4,211,271호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 발명에 포함됨)에 설명되는 몰드의 속성을 가질 수 있다. 특히, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 그리고 본 발명의 실시예로서 적용 가능한 코너 충전 장치 또는 재료는 휠 및 밴드와 같은 몰드 부재와 조합되어 사용되어 몰드 형상을 변형시킴으로써 날카로운 또는 정사각형 에지를 갖는 다른 몰드 형상에 존재하는 고화 응력으로 인한 코너 크랙을 방지한다. 고화 패턴에서의 원하는 변화에 따라 선택되는 제거, 전도성 또는 절연 재료는 무한 밴드 또는 주조 휠과 같은 이동 몰드 부재로부터 분리되거나 그에 부착되는 몰드 내로 도입될 수 있다.
하나의 작동 모드에서, 물 펌프(도시 않음)는 물을 채널 구조물(2)로 펌프하며, 채널 구조물(2)을 빠져나가는 물은 용융 금속 수용실(3)의 외부로 분무된다. 다른 작동 모드에서, 별도의 냉각 공급장치가 채널 구조물(2) 및 용융 금속 수용실(3)을 냉각시키는데 사용된다. 다른 작동 모드에서, 물 이외의 유체가 냉각 매질용으로 사용될 수 있다. 몰드에서, 금속이 냉각되어 통상적으로 부피가 줄어들고 몰드의 측벽으로부터 방출되는 고화된 본체를 형성한다.
도 2에 도시되지 않았지만, 연속 주조 공정에서, 몰드(3)는 회전 휠의 일부분이 될 것이며, 용융 금속은 노출 단부를 통한 진입에 의해 몰드(3)를 충전할 것이다. 그러한 연속 주조 공정은 Chis 등에게 허여된 미국 특허 제 4,066,475호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 발명에 포함됨)에 설명되어 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 양태에서 그리고 도 3a를 참조하면, 연속 주조 단계는 도 3a에 도시된 장치에서 수행될 수 있다. 상기 장치는 정상적인 불순물을 함유하는 용융 구리 금속을 수용하고 주입구(11)로 금속을 전달하는 전달 장치(10)를 포함한다. 주입구는 용융 금속에 초음파 처리를 제공하여 핵생성 부위를 유도하기 위해서 도 1a 및 도 1b에 도시된 채널 구조물(2)(또는 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 다른 채널 구조물)을 별도 부착물로서 포함할 것이다(또는 채널 구조물의 구성요소와 함께 통합될 것이다).
주입구(11)는 용융 금속을 회전 몰드 링(13)(예를 들어, 뚜껑(3c) 없이 도 2에 도시된 몰드(3)) 상에 포함된 주변 홈으로 지향시킨다. 무한 가요성 금속 밴드(14)는 연속 주조 몰드가 몰드 링(13)의 홈 및 지점(A 및 B)들 사이의 상부 금속 밴드(14)에 의해 한정되도록 몰드 링(13)의 일부분뿐만 아니라 밴드-위치설정 롤러(15) 세트의 일부분을 둘러싼다. 냉각 시스템은 회전 몰드 링(13) 상에서 용융 금속의 이송 중에 용융 금속의 제어된 고화를 달성하고 장치를 냉각시키기 위해 제공된다. 냉각 시스템은 몰드 링(13)의 측면에 배치되는 복수의 측면 헤더(17, 18 및 19), 및 몰드 링을 둘러싸는 위치에서 금속 밴드(14)의 내측 및 외측에 각각 배치되는 내측 및 외측 밴드 헤더(21 및 22)를 포함한다. 적합한 밸브를 갖는 도관 네트워크(24)는 장치의 냉각 및 용융 금속의 고화 속도를 제어하기 위해서 다양한 헤더에 냉각제를 공급 및 배출하도록 연결된다. 이러한 유형의 장치에 대한 더 상세한 도시 및 설명을 위해서, Ward 등에게 허여된 미국 특허 제 3,596,702호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 발명에 포함됨)가 참조될 수 있다.
도 3a는 또한, 내부에 도시된 연속 알루미늄 주조 시스템의 다양한 부분들을 제어하는 제어기(500)를 도시한다. 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 제어기(500)는 도 3a에 도시된 연속 주조 시스템의 작동을 제어하는 프로그램된 명령어를 갖는 하나 이상의 프로세서를 포함한다.
그러한 구성에 의해, 용융 금속은 주입구(11)로부터 지점(A)에 있는 주조 몰드로 공급되고 냉각 시스템을 통한 냉각제의 순환에 의해서 지점(A 및 B)들 사이에서 용융 금속의 운반 중에 응고되고 부분적으로 냉각된다. 따라서, 주조 막대가 지점(B)에 도달할 때까지, 주조 막대는 고체 주조 막대(25)의 형태이다. 고체 주조 막대(25)는 주조 휠로부터 인출되어 주조 막대를 압연기(28)로 운송하는 컨베이어(27)로 공급된다. 지점(B)에서, 주조 막대(25)는 단지 막대를 고화시키는데 충분한 양으로만 냉각되며 막대는 그에 즉각적인 압연 작업이 수행되게 하도록 상승 온도로 유지된다는 점에 유의해야 한다. 압연기(28)는 실질적으로 균일한 원형 횡단면을 갖는 연속된 길이의 선재(wire rod)(30)로 막대를 연속적으로 압연하는 롤링 스탠드의 직렬 배열을 포함할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 연속 주조기의 개략도이다. 도 3b는 연속 봉(CR) 시스템의 전체도를 제공하고 주입구에 대한 확대도를 도시하는 삽입도를 가진다. 도 3b에 도시된 CR 시스템은 수냉 구리 주조 휠(50) 및 가요성 스틸 밴드(52)를 갖는 휠과 벨트 주조 시스템으로서 특징지워진다. 본 발명의 일 실시예에서, 주조 휠(50)은 주조 휠의 외부 원주에 홈(제공된 도면으로부터 분명하지 않음)을 가지며, 가요성 스틸 밴드(52)는 주조 휠(50)을 중심으로 대략 중간 정도 이동하여 주조 홈을 둘러싼다. 본 발명의 일 실시예에서, 주조 홈 및 주조 홈을 둘러싸는 가요성 스틸 밴드는 몰드 공동(60)을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에서, 턴디시(tundish)(62), 주입구(64) 및 계량 장치(66)는 휠(50)이 회전할 때 용융 알루미늄을 주조 홈 내로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에서, 이형제/몰드 코팅이 주입 지점 직전에서 휠 및 스틸 밴드에 도포된다. 용융 금속은 통상적으로 고화 공정이 완료될 때까지 스틸 밴드(52)에 의해 제자리에 유지된다. 휠이 회전하면서 알루미늄(또는 주입 금속)이 고화된다. 스트리퍼 슈(stripper shoe)(70)의 도움으로 고화된 알루미늄이 휠(50)을 빠져나간다. 휠(50)은 그 후, 닦여지고, 새로운 용융 알루미늄의 도입 이전에 탈형제가 재도포된다.
도 3b의 CR 시스템에서, 주입구는 용융 금속에 초음파 처리를 제공하여 핵생성 부위를 유도하기 위해서 도 1a 및 도 1b에 도시된 채널 구조물(2)(또는 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 다른 채널 구조물)을 별도의 부착물로서 포함할 것이다(또는 그의 구성요소와 통합될 것이다).
도 3b는 또한, 내부에 도시된 연속 알루미늄 주조 시스템의 다양한 부분을 (위와 같이)제어하는 제어기(500)를 도시한다. 제어기(500)는 도 3b에 도시된 연속 주조 시스템의 작동을 제어하는 프로그램된 명령어를 갖는 하나 이상의 프로세서를 포함한다.
위에서 언급한 바와 같이, 몰드는 샌드 캐스팅, 플라스터 몰드 캐스팅(plaster mold casting), 쉘 몰딩, 인베스트먼트 캐스팅(investment casting), 영구 몰딩 캐스팅, 다이 캐스팅 등에 사용되는 것처럼 고정될 수 있다. 알루미늄과 관련하여 후술되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 구리, 은, 금, 마그네슘, 청동, 황동, 주석, 스틸, 철 및 이의 합금과 같은 다른 금속이 본 발명의 원리를 활용할 수 있다. 또한, 금속-기질 복합물이 본 발명의 원리를 활용하여 주조 물체에서 결과적인 입자 크기를 제어할 수 있다.
실례:
다음의 실례는 본 발명의 유용성을 보여주며 그러한 명세사항을 청구 범위에 사용하지 않는 한, 본원 발명을 아래에 기재되는 특정 치수, 냉각 조건, 제조 속도, 및 온도 중 어느 하나로 제한하려는 것이 아니다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 채널 구조물 및 도 2의 몰드를 사용하여, 본 발명의 결과가 기록되었다. 아래에서 언급된 것을 제외하고, 채널 구조물은 약 52㎝(즉, 대략적인 액체 냉각 채널(2c)의 길이)의 진동 경로를 위해 준비되는 대략 5㎝의 폭과 54㎝의 길이를 갖는 바닥 판(2b)을 가진다. 바닥 판의 두께는 아래에서 언급되는 바와 같이 다양하지만 스틸 바닥 판에 대해서는 두께가 6.35㎜이다. 여기서 사용된 스틸 합금은 1010 스틸이다. 액체 냉각 채널(2c)의 높이 및 폭은 각각 대략 2㎝ 및 4.5㎝이다. 냉각 유체는 거의 실온에서 공급되고 대략 22 내지 25 리터/분으로 유동하는 물이다.
1) 입자 미세화제 및 초음파 진동이 없는 경우
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 입자 미세화제 및 초음파 진동 없이 주입되는 순수 알루미늄 잉곳의 매크로 조직의 도면이다. 주조된 샘플은 각각 1238℉ 또는 670℃(도 4a) 및 1292℉ 또는 700℃(도 4b)의 주입 온도에서 형성되었다. 몰드는 고화 공정 중에 몰드에 물을 분사함으로써 냉각되었다. 도 4a 내지 도 4d의 채널 구조물에 대해 6.35㎜의 두께를 갖는 스틸 채널이 사용되었다. 도 4c 및 도 4d는 본 발명의 입자 미세화제 및 초음파 진동 없이 주입된 순수 알루미늄 잉곳의 매크로 조직의 도면이다. 주조된 샘플은 각각 1346℉ 또는 730℃(도 4c) 및 1400℉ 또는 760℃(도 4d)의 주입 온도에서 형성되었다. 몰드는 고화 공정 중에 몰드에 물을 분사함으로써 다시 한번 냉각되었다. 도 4a 내지 도 4d에서, 주입 속도는 대략 40 ㎏/분이었다.
도 5는 주입 함수(또는 주조 온도)로서 측정된 입자 크기의 도면이다. 입자는 주상인 결정을 보여주고 주조 온도에 따라서 12㎜ 내지 18㎜의 중간 입자 크기를 갖는㎜ 내지 수십 ㎜ 범위인 입자 크기를 가진다.
2) 입자 미세화제가 없고 초음파 진동이 있는 경우
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 입자 미세화제가 없고 초음파 진동이 있는 경우에 주입된 순수 알루미늄 잉곳의 매크로 조직의 도면이다. 주조된 샘플은 각각 1256℉ 또는 680℃(도 6a), 1292℉ 또는 700℃(도 6b) 및 1328℉ 또는 720℃(도 6c)의 주입 온도에서 형성되었다. 몰드는 고화 공정 중에 몰드에 물을 분사함으로써 냉각되었다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 샘플을 형성하는데 사용된 채널 구조에 대해서 6.35㎜의 두께를 갖는 스틸 채널이 사용되었다. 이들 예에서, 용융 알루미늄은 상부 표면에서 약 35㎝의 유동 거리에 대해 스틸 채널(5㎝ 폭의 바닥 판) 위로 유동되었다. 초음파 진동 탐침은 스틸 채널 구조물의 상부 쪽 아래에 설치되고 용융 알루미늄이 주입되는 채널 구조물의 단부로부터 약 7.5㎝ 떨어진 곳에 위치되었다. 도 6c 내지 도 6c에서, 주입 속도는 대략 40 ㎏/분이었다. 초음파 탐침/소노트로드는 Ti 합금(Ti-6Al-4V)으로 만들어졌다. 주파수는 20㎑, 초음파 진동의 강도는 약 40㎛인 최대 진폭의 50%이다.
도 7은 주입 함수(또는 주조 온도)로서 측정된 입자 크기의 도면이다. 입자는 주상인 결정을 보여주고 0.5 미크론 미만인 입자 크기를 가진다. 이들 결과는 본 발명의 초음파 처리가 순수 금속의 등축 입자를 제조할 때 Tibor(티타늄 및 붕소 함유 화합물) 입자 미세화제만큼 효과적이라는 것을 보여준다. 예를 들어, Tibor 입자 미세화제를 갖는 샘플에 대한 데이터는 도 13을 참조한다.
또한, 본 발명의 효과는 훨씬 더 높은 주입 속도에 대해 실현된다. 상부 표면에서 약 52㎝의 유동 거리에 대해 스틸 채널(7.5㎝ 폭의 바닥 판)을 가로지르는 75 kg/분의 주입 속도를 사용하여, 본 발명의 초음파 처리가 또한, 순수 금속의 등축 입자를 제조할 때 Tibor 입자 미세화제만큼 효과적이었다. 도 8은 75 kg/분의 주입 속도하에서 주입 함수(또는 주조 온도)로서 측정된 입자 크기의 도면이다.
유사한 실례가 6.35㎜의 두께와 위에서 언급한 것과 동일한 측면 치수를 갖는 구리 바닥 판을 사용하여 만들어졌다. 도 9는 위에서 논의한 구리 채널을 사용하고 75 kg/분의 주입 속도하에서 주입 함수(또는 주조 온도)로서 측정된 입자 크기의 도면이다. 결과는 주조 온도가 1238℉ 또는 670℃일 때 구리에 대한 입자 미세화 효과가 더 양호함을 보여준다.
유사한 실례가 1.4㎜의 두께와 위에서 언급한 것과 동일한 측면 치수를 갖는 니오븀 바닥 판을 사용하여 만들어졌다. 도 10은 위에서 논의된 니오븀 채널을 사용하고 75 kg/분의 주입 속도하에서 주입 함수(또는 주조 온도)로서 측정된 입자 크기의 도면이다. 결과는 주조 온도가 1238℉ 또는 670℃일 때 니오븀에 대한 입자 미세화 효과가 더 양호함을 보여준다.
본 발명의 또 다른 실례에서, 채널(3)의 주입 단부로부터 초음파 탐침의 변위를 변화시키는 것에 의해 입자 미세화제의 첨가 없이 입자 크기를 변화시키는 방법을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 1346℉ 또는 730℃(도 11a) 및 1400℉ 또는 760℃(도 11b)의 각각의 주입 온도에서 위에서 설명한 니오브 판에 대한 도 11a 및 도 11b는 주입 단부로부터 초음파 탐침의 거리가 7.5㎝로부터 총 변위 22㎝로 연장되었을 때 훨씬 더 거친 입자 조직을 보여준다. 도 11c 및 도 11d는 초음파 탐침 변위의 효과에 관한 데이터가 수집되는 초음파 탐침의 실험적 위치설정 및 변위에 대한 개략도이다. 23㎝ 미만 또는 훨씬 더 긴 변위는 입자 크기를 감소시키는데 효과적이다. 그러나, 주입 온도에 대한 윈도우(즉, 범위)는 금속 몰드에 대한 탐침/소노트로드의 위치 사이의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 본 발명은 이러한 범위로 한정되지 않는다.
도 12는 위에서 논의된 니오븀 채널을 사용하고 75 kg/분의 주입 속도하에서 주입 함수(또는 주조 온도)로서 측정된 입자 크기의 도면이지만, 이때 주입 단부로부터 초음파 참침의 거리는 22㎝의 총 변위로 연장되었다. 이 도면은 입자 크기가 주입 온도에 크게 영향을 받는다는 것을 보여준다. 주입 온도가 약 1300℉ 또는 704℃보다 더 높을 때 입자 크기가 훨씬 더 크고 부분 주상 결정을 갖는 반면에, 입자 크기는 1292℉ 또는 700℃ 미만의 주입 온도까지 다른 조건과 거의 동일하다.
또한, 더 고온에서, 입자 미세화제의 사용은 통상적으로 더 저온에서보다 더 작은 입자 크기를 초래했다. 760℃에서 입자 미세화된 잉곳의 평균 입자 크기는 397.76㎛인 반면에, 초음파 진동 처리된 잉곳의 평균 입자 크기는 475.82㎛이며, 이때 입자 크기의 표준 편차는 각각 약 169㎛ 및 95㎛이며, 이는 초음파 진동이 Al-Ti-B 입자 미세화제보다 더 균일한 입자를 제조했음을 보여준다.
본 발명의 특히 매력적인 일 양태에서, 더 낮은 온도에서, 초음파 진동 처리는 입자 미세화제의 첨가보다 더 효과적이다.
본 발명의 다른 양태에서, 주입 온도는 초음파 진동을 받는 잉곳에서 입자 크기를 변화시키는 것을 제어하는데 사용될 수 있다. 본 발명자들은 주입 온도가 감소함에 따라 입자 크기가 감소됨을 관찰했다. 본 발명자들은 또한, 초음파 진동을 사용하고 용융물이 주입될 합금의 액상선 온도 위의 10℃ 이내의 온도에서 몰드에 주입될 때 등축 입자가 발생된다는 것을 관찰했다.
도 13a는 연장된 작동 단부 구성의 개략도이다. 도 13a의 연장된 작동 단부 구성에서, 니오븀 채널의 작동 단부는 1.25㎝로부터 약 12.5㎝로 연장되며, 초음파 탐침 위치는 튜브 단부에 대해 7.5㎝ 떨어진 곳에 위치된다. 연장된 작동 단부는 원래 작동 단부에 니오븀 판을 추가함으로써 실현된다. 도 13b는 니오븀 채널을 사용할 때, 결과적인 입자 크기에 관한 주조 온도의 효과를 도시하는 그래프이다. 실현된 입자 크기는 주입 온도가 1292℉ 또는 700℃ 미만일 때 더 짧은 작동 단부와 효과적으로 동일했다.
본 발명은 단지 전술한 채널 구조물에만 초음파 진동을 적용하는 것에 한정되지 않는다. 일반적으로, 초음파 진동은 용융 금속이 용융 상태로부터 냉각되기 시작하여 고체 상태(즉, 열 정지 상태)로 진입하는 주조 공정의 지점에서 핵생성을 유도할 수 있다. 달리 보면, 본 발명은 다양한 실시예에서, 냉각 표면에 인접한 용융 금속이 합금의 액상선 온도에 근접하도록 초음파 진동을 열 관리와 조합한다. 이들 실시예에서, 냉각 판의 표면 온도는 핵생성 및 결정 성장(수지상 형성)을 유도하는데 충분히 낮지만, 초음파 진동은 핵을 생성하고 냉각 판의 표면에 형성될 수 있는 수지상을 파괴한다.
대체 구성
따라서, 본 발명에서 (위에서 언급한 채널 구조물에 도입된 것 이외에)초음파 진동은 액체 냉각제를 통해 바람직하게 몰드 입구에 결합되는 초음파 진동기를 통해 몰드 내부의 용융 금속의 입구 지점에서 핵생성을 유도하는데 사용될 수 있다. 이러한 옵션은 고정 몰드에서 더 매력적일 수 있다. 몇몇 주조(예를 들어, 수직 주조에 대한) 구성에서는 이러한 옵션이 유일한 실제 구현일 수 있다.
대안으로 또는 함께, 초음파 진동은 용융 금속을 채널 구조물에 제공하거나 용융 금속을 몰드에 직접 제공하는 론더에서 핵생성을 유도할 수 있다. 이전에서와 같이, 초음파 진동기는 바람직하게, 액체 냉각제를 통해 론더에 그리고 그에 따라서 용융 금속에 결합된다.
또한, 전술된 고정식 몰드 및 연속 봉형 몰드에의 주조시 본 발명의 초음파 진동 처리의 사용 이외에, 본 발명은 또한, 미국 특허 제 4,733,717호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 발명에 포함됨)에서 설명되는 주조기에도 유용성을 가진다. (상기 특허에서 복사된)도 14에 도시된 바와 같이, 연속 주조 및 열-성형 시스템(110)은 내부에 주변 홈을 갖는 주조 휠(114)을 더 포함하는 주조기(112), 및 복수의 가이드 휠(117)에 의해 지지되는 가요성 밴드(114)를 포함하며, 복수의 가이드 휠은 주조 휠(114)의 원주의 일부분에 대해서 가요성 밴드(116)를 주조 휠(114)에 대항하여 편향시킴으로써 주변 홈을 덮고 밴드(116)와 주조 휠(114) 사이에 몰드를 형성한다. 용융 금속이 주입구(119)를 통해 몰드 내로 주입됨에 따라, 주조 휠(114)이 회전되고 밴드(116)가 주조 휠(114)과 함께 이동하여 이동 몰드를 형성한다. 주입구(119)는 용융 금속에 초음파 처리를 제공하여 핵생성 부위를 유도하기 위해서 도 1a 및 도 1b에 도시된 채널 구조물(2)(또는 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 다른 채널 구조물)을 별도의 부착물로서 포함할 것이다(또는 그의 구성요소와 통합될 것이다).
주조기(112)의 냉각 시스템(115)은 용융 금속이 몰드 내에서 균일하게 고화되게 하고 주조 막대(120)로서 주조 휠(114)을 빠져나가게 한다.
주조기(112)로부터, 주조 막대(120)는 가열 수단(121)을 통과한다. 가열 수단(121)은 막대(120) 온도를 정상적인 주조 온도로부터 약 1700℉ 또는 927℃로부터 약 1750℉ 또는 954℃의 고온-성형 온도까지 상승시키기 위한 예열기로서의 기능을 한다. 예열 직후에, 막대(120)는 롤 스탠드(125, 126, 127 및 128)를 포함하는 종래의 압연기(124)를 통과한다. 압연기(124)의 롤 스탠드는 주조 막대가 원하는 횡단면 크기 및 형상으로 감소될 때까지 순차적으로 예열된 막대를 압축함으로써 주조 막대의 1차 고온 성형을 제공한다.
도 14는 또한, 그에 도시된 연속 주조 시스템의 다양한 부분을 제어하는 제어기(500)를 도시한다. 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 제어기(500)는 도 14에 도시된 연속 구리 주조 시스템의 작동을 제어하기 위한 프로그램된 명령어를 갖는 하나 이상의 프로세서를 포함한다.
또한, 전술한 바와 같은 고정식 몰드 및 연속 휠-형 주조 시스템에의 주조시 본 발명의 초음파 진동 처리의 사용 이외에도, 본 발명은 또한 수직 주조기에서도 유용성을 가진다.
도 15는 수직 주조기의 선택된 구성요소를 도시한다. 수직 주조기의 이들 구성요소 및 다른 양태에 관한 많은 세부사항은 미국 특허 제 3,520,352호(그 전체 내용은 원용에 의해 본 발명에 포함됨)에서 찾아볼 수 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 수직 주조기는 예시된 실시예에서 일반적으로 정사각형이지만, 원형, 타원형, 다각형 또는 임의의 다른 적합한 형상일 수 있고, 수직으로 서로 교차하는 제 1 벽 부분(215)과 몰드의 상부 부분에 위치되는 제 2 또는 코너 벽 부분(217)에 의해 구획되는 용융 금속 주조 공동(213)을 포함한다. 유체 유지 외피(219)는 그에 이격된 관계로 주조 공동의 벽(215) 및 코너 부재(217)를 둘러싸고 있다. 외피(219)는 입구 도관(221)을 통해 물과 같은 냉각 유체를 수용하고 출구 도관(223)을 통해 냉각 유체를 배출하도록 적응된다.
제 1 벽 부분(215)이 바람직하게, 구리와 같은 고열전도성 재료로 제조되지만, 제 2 또는 코너 벽 부분(217)은 예를 들어, 세라믹 재료와 같은 덜 열전도성인 재료로 구성된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 코너 벽 부분(217)은 일반적으로 L-형상 또는 각진 횡단면을 가지며, 각각의 코너의 수직 에지는 서로를 향해 하향으로 그리고 수렴되게 경사져 있다. 따라서, 코너 부재(217)는 횡단면들 사이에 있는 몰드의 배출 단부 위의 몰드에서 몇몇 편리한 높이에서 종료된다.
작동시, 용융 금속은 턴디시로부터 수직으로 왕복 운동하는 주조 몰드로 유동하며 주조된 금속 스트랜드는 몰드로부터 연속적으로 인출된다. 용융 금속은 먼저, 제 1 냉각 구역으로 간주될 수 있는 냉각기 몰드 벽과의 접촉시 몰드에서 냉각된다. 열은 이러한 구역에서 용융 금속으로부터 신속하게 제거되며, 재료의 피막이 용융 금속의 중앙 풀(pool) 주위에서 완전히 성형되는 것으로 여겨진다.
본 발명에서, 채널 구조물(2)(또는 도 1에 도시된 구조물과 유사한 구조물)은 용융 금속을 용융 금속 주조 공동(213)으로 이송하기 위한 주입 장치의 일부로서 제공될 수 있다. 이러한 구성에서, 그의 초음파 탐침을 갖는 채널 구조물(3)은 용융 금속에 초음파 처리를 제공하여 핵생성 부위를 유도할 것이다.
대체 구성에서, 초음파 탐침은 유체 유지 외피(219)와 관련하여 그리고 바람직하게 유체 유지 외피(219) 내에서 순환하는 냉각 매질 내에 배치될 것이다. 이전과 같이, 초음파 진동은 주조 금속 스트랜드가 금속 주조 공동(213)으로부터 연속적으로 인출됨에 따라, 예를 들어 용융 금속이 액체로부터 고체로 변환되는 열 정지 상태에서 용융 금속에 핵생성을 유도할 수 있다.
열 관리
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일 양태에서, 초음파 탐침으로부터의 초음파 진동은 액체 매질과 결합되어 금속 및 금속 합금의 입자를 더 양호하게 미세화하고 더 균일한 고화를 생성한다. 초음파 진동은 바람직하게, 개재된 액체 냉각 매질을 통해 액체 금속으로 전달된다.
특정 작동 이론에 한정되지 않지만, 다음 논의는 초음파 결합에 영향을 미치는 몇몇 요인을 예시한다.
냉각 액체 유동은 냉각 판에 인접한 금속을 과냉시키는데 충분한 속도(합금의 액상선 온도 위의 약 5 내지 10℃ 미만 또는 액상선 온도보다 약간 미만)로 제공되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 하나의 속성은 이들 냉각 판 조건 및 초음파 진동을 사용하여 다량의 금속의 입자 크기를 감소시키는 것이다. 입자 미세화를 위해 초음파 진동을 사용하는 종래 기술은 짧은 주조 시간에 소량의 금속에만 작용되었다. 냉각 시스템의 사용은 본 발명이 장시간 또는 이와는 달리 연속 주조를 위해 다량의 금속에 사용될 수 있음을 보장한다.
일 실시예에서, 냉각 매질의 유속은 냉각 채널의 바닥 판으로부터 벽으로 이동하는 열량이 초음파 결합을 방해할 수 있는 수증기 포켓을 생성하는 것을 방지하는데 충분한 것이 바람직하지만, 반드시 그런 것은 아니다.
용융 금속으로부터 냉각 채널로의 온도 플럭스에 대한 하나의 고려 사항에서, (그의 두께 설계 및 구성 재료를 통한)하부 판은 용융 금속 온도로부터 냉각수 온도까지의 온도 강하의 대부분을 지원하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 바닥 판의 두께 전반에 걸친 온도 강하가 단지 수 100℃에 불과하면, 나머지 온도 강하는 수분/수증기 계면에 걸쳐 존재하여 잠재적으로 초음파 결합을 열화시킬 것이다.
또한, 위에서 언급한 바와 같이, 채널 구조물의 바닥 판(2b)은 액체 매질 통로(2c)의 벽에 부착되어 상이한 재료가 이들 두 요소들에 사용될 수 있게 한다. 이러한 설계 고려 사항에서, 적합한 방식으로 온도 강하를 분산시키기 위해서 상이한 열전도도의 재료가 사용될 수 있다. 또한, 액체 매질 통로(2c)의 횡단면 형상 및/또는 액체 매질 통로(2c)의 내벽의 표면 마무리는 기상 인터페이스(vapor-phase interface)의 전개 없이 냉각 매질로의 추가 열 교환으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 의도적인 표면 돌기가 액체 매질 통로(2c)의 내벽에 제공되어 가열된 표면 상의 기포 성장을 특징으로 하는 핵 비등을 촉진시킬 수 있으며, 이는 그의 온도가 액체 온도보다 단지 조금 높은 표면 상의 이산 지점(discrete point)으로부터 생긴다.
금속 제품
본 발명의 일 양태에서, 주조된 금속 조성물을 포함하는 제품은 입자 미세화제의 필요없이 여전히 밀리미터 미만의 입자 크기를 갖도록 만들어질 수 있다. 따라서, 주조된 금속 조성물은 입자 미세화제를 포함한 조성물의 5% 미만으로 만들어질 수 있고 여전히 밀리미터 미만의 입자 크기를 얻을 수 있다. 주조된 금속 조성물은 입자 미세화제를 포함한 조성물의 2% 미만으로 만들어질 수 있고 여전히 밀리미터 미만의 입자 크기를 얻을 수 있다. 주조된 금속 조성물은 입자 미세화제를 포함한 조성물의 1% 미만으로 만들어질 수 있고 여전히 밀리미터 미만의 입자 크기를 얻을 수 있다. 바람직한 조성물에서, 입자 미세화제는 0.5% 미만 또는 0.2% 미만 또는 0.1% 미만이다. 주조된 금속 조성물은 입자 미세화제를 포함하지 않는 조성물로 만들어질 수 있고 여전히 밀리미터 미만의 입자 크기를 얻을 수 있다.
주조된 금속 조성물은 "순수" 또는 합금된 금속의 성분, 주입 속도, 주입 온도, 냉각 속도를 포함한 다수의 요인에 따라 다양한 밀리미터 미만의 입자 크기를 가질 수 있다. 본 발명에 이용 가능한 입자 크기 목록은 다음을 포함한다. 알루미늄 및 알루미늄 합금에 대한 입자 크기는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론 범위이다. 구리 및 구리 합금에 대한 입자 크기는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론 범위이다. 금, 은 또는 주석 또는 이의 합금에 대한 입자 크기는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론 범위이다. 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 대한 입자 크기는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론 범위이다. 범위 내에서 주어지지만, 본 발명은 중간 값을 또한 가질 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 작은 농도(5% 미만)의 입자 미세화제가 추가되어 입자 크기를 100 내지 500 미크론의 값으로 더 감소시킬 수 있다. 주조된 금속 조성물은 알루미늄, 구리, 마그네슘, 아연, 납, 금, 은, 주석, 청동, 황동 및 이의 합금을 포함할 수 있다.
주조된 금속 조성물은 막대 스톡(bar stock), 봉, 스톡, 시트 스톡, 와이어, 빌렛(billet) 및 펠렛(pellet)으로 인출되거나 그와 달리 성형될 수 있다.
컴퓨터 제어
도 3a, 도 3b 및 도 14의 제어기(500)는 도 16에 도시된 컴퓨터 시스템 (1201)에 의해 실시될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1201)은 위에서 언급한 주조 시스템 또는 본 발명의 초음파 처리를 사용하는 임의의 다른 주조 시스템 또는 장치를 제어하기 위한 제어기(500)로서 사용될 수 있다. 하나의 제어기로서 도 3a, 도 3b 및 도 14에서 개별적으로 도시되었지만, 제어기(500)는 서로 통신하고/하거나 특정 제어 기능에 전용되는 개별 및 별도의 프로세서를 포함할 수 있다.
특히, 제어기(500)는 도 17의 흐름도에 의해 나타낸 기능을 수행하는 제어 알고리즘으로 특별하게 프로그램될 수 있다.
도 17은 그의 요소가 컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 아래에서 논의되는 데이터 저장 장치들 중 하나에 프로그램되거나 저장될 수 있는 흐름도를 도시한다. 도 17의 흐름도는 금속 제품에 핵생성 부위를 유도하기 위한 본 발명의 방법을 나타낸다. 단계 요소(1702)에서, 프로그램된 요소는 용융 금속 격납 구조물의 길이 방향 길이를 따라서 금속이 액체로부터 고체로 변환되는 열 정지 상태에서 용융 금속을 이송하는 작동을 지시할 것이다. 단계 요소(1704)에서, 프로그램된 요소는 냉각 채널을 통한 액체 매질의 통과에 의해서 용융 금속 격납 구조물을 냉각시키는 작동을 지시할 것이다. 단계 요소(1706)에서, 프로그램된 요소는 냉각 채널 내의 액체 매질을 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 초음파를 결합시키는 작동을 지시할 것이다. 이러한 요소에서, 초음파는 위에서 논의된 바와 같이, 용융 금속 내에 핵생성 부위를 유도하는 주파수 및 전력을 가질 것이다.
용융 금속 온도, 주입 속도, 냉각 채널 통로를 통한 냉각 유동, 및 몰드 냉각과 같은 요소, 그리고 압연기를 통한 주조 제품의 제어와 인출과 관련된 요소는 표준 소프트웨어 언어(아래에서 논의됨)로 프로그램되어, 금속 제품에 핵생성 부위를 유도하기 위해서 본 발명의 방법을 적용하기 위한 명령어를 포함하는 특수 목적용 프로세서를 제조할 수 있다.
더 구체적으로, 도 16에 도시된 컴퓨터 시스템(1201)은 정보를 통신하기 위한 버스(1202) 또는 다른 통신 메커니즘, 및 정보를 처리하기 위해 버스(1202)와 결합되는 프로세서(1203)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(1201)은 또한, 프로세서(1203)에 의해 실행될 정보 및 명령어를 저장하기 위해 버스(1202)에 결합되는, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 저장 장치(예를 들어, 동적 RAM(DRAM), 정적 RAM(SRAM) 및 동기식 DRAM(SDRAM))와 같은 메인 메모리(1204)를 포함한다. 또한, 메인 메모리(1204)는 프로세서(1203)에 의한 명령어의 실행 중에 임시 변수 또는 다른 중간 정보를 저장하는데 사용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1201)은 프로세서(1203)에 대한 정적 정보 및 명령어를 저장하기 위해 버스(1202)에 결합되는, 판독 전용 메모리(ROM)(1205) 또는 다른 정적 저장 장치(예를 들어, 프로그램 가능한 판독 전용 메모리(PROM), 소거 가능한 PROM(EPROM), 및 전기적 소거 가능한 PROM(EEPROM))를 더 포함한다.
컴퓨터 시스템(1201)은 또한, 자기 하드 디스크(1207)와 같은 정보 및 명령어를 저장하기 위한 하나 이상의 저장 장치를 제어하는 버스(1202)에 결합되는 디스크 제어기(1206), 및 착탈식 미디어 드라이브(1208)(예를 들어, 플로피 디스크 드라이브, 판독 전용 컴팩트 디스크 드라이브, 읽기/쓰기 컴팩트 디스크 드라이브, 컴팩트 디스크 주크박스(jukebox), 테이프 드라이브, 및 착탈식 자기-광학 드라이브)를 포함한다. 저장 장치는 적합한 장치 인터페이스(예를 들어, 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스(SCSI), 집적 장치 전자기기(IDE), 확장-IDE(E-IDE), 직접 메모리 액세스(DMA), 또는 울트라 -DMA)를 사용하여 컴퓨터 시스템(1201)에 추가될 수 있다.
컴퓨터 시스템(1201)은 또한, 특수 목적용 논리 장치(예를 들어, 주문형 집적 회로(ASICs)) 또는 구성 가능한 논리 장치(예를 들어, 간단한 프로그램 가능한 논리 장치(SPLDs), 복합한 프로그램 가능한 논리 장치(CPLDs), 및 현장 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA))를 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(1201)은 또한, 버스(1202)에 결합되어, 정보를 컴퓨터 사용자에게 표시하기 위한 음극선관(CRT)과 같은 디스플레이를 제어하는 디스플레이 제어기(1209)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템은 컴퓨터 사용자(예를 들어, 제어기(500)와 인터페이스 하는 사용자)와 상호 작용하고 정보를 프로세서(1203)에 제공하기 위한 키보드 및 포인팅 장치와 같은 입력 장치를 포함한다.
컴퓨터 시스템(1201)은 메모리, 예컨대 메인 메모리(1204)에 포함된 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 프로세서(1203)에 응답하여 (예를 들어, 열 정지의 상태에서 액체 금속에 진동 에너지를 제공하는 것과 관련하여 설명된 것과 같은)본 발명의 처리 단계의 일부 또는 전부를 수행한다. 그러한 명령어는 하드 디스크 (1207) 또는 착탈식 미디어 드라이브(1208)와 같은 다른 컴퓨터 판독 가능한 매체로부터 메인 메모리(1204)로 판독될 수 있다. 다중-처리 장치 내의 하나 이상의 프로세서는 또한, 메인 메모리(1204)에 포함된 명령 시퀀스를 실행하는데 사용될 수 있다. 대체 실시예에서, 하드-와이어 회로(hard-wired circuitry)가 소프트웨어 명령어 대신에 또는 그와 조합되어 사용될 수 있다. 따라서, 실시예는 하드웨어 회로 및 소프트웨어의 임의의 특정 조합에 한정되지 않는다.
위에서 언급한 바와 같이, 컴퓨터 시스템(1201)은 본 발명의 교시에 따라 프로그램되는 명령어를 보유하고 데이터 구조, 테이블, 레코드 또는 본 명세서에서 설명된 다른 데이터를 포함하기 위한 적어도 하나의 컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 메모리를 포함한다. 컴퓨터 판독 가능한 매체의 예는 콤팩트 디스크, 하드 디스크, 플로피 디스크, 테이프, 자기-광학 디스크, PROM(EPROM, EEPROM, 플래시 EPROM), DRAM, SRAM, SDRAM, 또는 임의의 다른 자기 매체, 컴팩트 디스크(예를 들어, CD-ROM), 또는 임의의 다른 광학 매체, 또는 다른 물리적 매체, 반송파(carrier wave)(아래에서 설명됨), 또는 컴퓨터가 판독할 수 있는 임의의 다른 매체일 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 매체의 임의의 하나 또는 그 조합에 저장되는 본 발명은 컴퓨터 시스템(1201)을 제어하고, 본 발명을 실시하기 위한 장치 또는 장치들을 구동하고, 컴퓨터 시스템(1201)이 인간 사용자와 상호 작용할 수 있게 하는 소프트웨어를 포함한다. 그러한 소프트웨어는 장치 드라이버, 운영 체제, 개발 도구 및 응용 소프트웨어를 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다. 그러한 컴퓨터 판독 가능한 매체는 본 발명을 실시하는데 수행되는 처리의 전부 또는 일부(처리가 분산되는 경우)를 수행하기 위한 본 발명의 컴퓨터 프로그램 제품을 더 포함한다.
본 발명의 컴퓨터 코드 장치는 스크립트(script), 해석 가능한 프로그램, 동적 링크 라이브러리(DLL), 자바 클래스(Java class), 및 완전한 실행 가능한 프로그램을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 임의의 해석 가능하거나 실행 가능한 코드 메카니즘일 수 있다. 또한, 본 발명의 처리 부분은 더 양호한 성능, 신뢰성 및/또는 비용을 위해 분배될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "컴퓨터 판독 가능한 매체"는 실행을 위해 프로세서(1203)에 명령어를 제공하는데 참여하는 임의의 매체를 지칭한다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 비-휘발성 매체, 휘발성 매체 및 전송 매체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 많은 형태를 취할 수 있다. 비-휘발성 매체는 예를 들어, 하드 디스크(1207) 또는 착탈식 매체 드라이브(1208)와 같은 광학, 자기 디스크 및 자기-광학 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(1204)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 전송 매체는 버스(1202)를 구성하는 와이어를 포함하는, 동축 케이블, 구리 와이어 및 광섬유를 포함할 수 있다. 전송 매체는 또한, 전파 및 적외선 데이터 통신 중에 발생되는 것과 같은 음파 또는 광파의 형태를 취할 수 있다.
컴퓨터 시스템(1201)은 또한, 버스(1202)에 결합되는 통신 인터페이스(1213)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(1213)는 예를 들어, 근거리 통신망(LAN)(1215)에, 또는 인터넷과 같은 다른 통신 네트워크(1216)에 연결되는 네트워크 링크(1214)에 양방향 데이터 통신 결합을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(1213)는 임의의 패킷 교환 LAN에 접속하기 위한 네트워크 인터페이스 카드일 수 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(1213)는 비대칭 디지털 가입자 회선(ADSL) 카드, 통합 서비스 디지털 네트워크(ISDN) 카드 또는 대응하는 유형의 통신 회선에 데이터 통신 접속을 제공하는 모뎀일 수 있다. 무선 링크가 또한 실시될 수 있다. 임의의 그러한 실시예에서, 통신 인터페이스(1213)는 다양한 유형의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기, 전자기 또는 광학 신호를 송신 및 수신한다.
네트워크 링크(1214)는 통상적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 장치에 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(1214)는 로컬 네트워크(1215)(예를 들어, LAN)를 통해 또는 통신 네트워크(1216)를 통해 통신 서비스를 제공하는 서비스 제공자에 의해 운영되는 장비를 통해 다른 컴퓨터에 접속을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 기능은 본 발명이 공장 전체 자동화 또는 품질 제어와 같은 목적을 위해 함께 네트워크화되는 전술한 제어기(500) 중 다수를 가질 수 있게 한다. 로컬 네트워크(1214) 및 통신 네트워크(1216)는 예를 들어, 디지털 데이터 스트림을 전달하는 전기, 전자기 또는 광학 신호 및 관련된 물리적 계층(예를 들어, CAT 5 케이블, 동축 케이블, 광섬유 등)을 사용한다. 다양한 네트워크를 통한 신호 및 컴퓨터 시스템(1201)으로 그리고 그로부터 디지털 데이터를 전달하는 네트워크 링크(1214) 상의 그리고 통신 인터페이스(1213)를 통한 신호는 기저 대역 신호 또는 반송파 기반 신호로 실시될 수 있다. 기저 대역 신호는 디지털 데이터 비트의 스트림을 설명하는 변조되지 않은 전기 펄스로서 디지털 데이터를 전달하며, 여기서 용어 "비트(bit)"는 심볼(symbol)을 의미하도록 넓게 해석되어야 하며, 각각의 심볼은 적어도 하나 이상의 정보 비트를 전달한다. 디지털 데이터는 전도성 매체를 통해 전파되거나 전파 매체를 통해 전자기파로서 전송되는 진폭, 위상 및/또는 주파수 시프트 키 신호(frequency shift keyed signal)와 같은 반송파를 변조하는데 사용될 수 있다. 따라서, 디지털 데이터는 "유선" 통신 채널을 통해 무-변조 기저대역 데이터로서 전송될 수 있고/있거나 반송파를 변조함으로써 기저대역과 다른 미리 결정된 주파수 대역 내에서 송신될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1201)은 네트워크(1215 및 1216), 네트워크 링크(1214), 및 통신 인터페이스(1213)를 통해 프로그램 코드를 포함하는 데이터를 전송 및 수신할 수 있다. 또한, 네트워크 링크(1214)는 개인 휴대 정보 단말기(PDA) 랩톱 컴퓨터 또는 셀룰러 폰과 같은 이동 기기(1217)에 LAN(1215)을 통한 접속을 제공할 수 있다.
발명의 일반적인 설명
본 발명의 다음의 설명은 본 발명의 하나 이상의 특징을 제공하며 본 발명의 범주를 제한하지 않는다.
설명 1. 용융 금속 처리 장치로서, 길이 방향 길이를 따라 용융 금속을 수용 및 이송하기 위한 용융 금속 격납 구조물, 내부에서 액체 매질을 통과시키기 위한 냉각 채널을 포함하는 용융 금속 격납 구조물용 냉각 유닛, 및 초음파가 냉각 채널 내의 액체 매체를 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 결합되도록 냉각 채널에 대해 배치되는 초음파 탐침을 포함한다.
설명 2. 설명 1의 장치에서, 냉각 채널은 냉각 채널에 인접한 용융 금속을 액상선-미만 온도(합금의 액상선 온도 위의 5 내지 10℃보다 더 낮거나 그 미만, 또는 액상선 온도보다 훨씬 더 낮은 온도)로 냉각시킨다. 용융 금속과 접촉하는 냉각 채널의 벽 두께는 냉각 채널이 채널에 인접한 용융 금속을 그 온도 범위로 실제로 냉각시킬 수 있게 보장하는데 충분히 얇아야 한다. 설명 3. 설명 1에서, 냉각 채널은 물, 가스, 액체 금속, 및 엔진 오일 중 적어도 하나를 포함한다.
설명 4. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 용융 금속을 격납하는 측벽 및 용융 금속을 지지하는 바닥 판을 포함한다. 설명 5. 설명 4의 장치에서, 바닥 판은 구리, 철 또는 스틸, 니오븀, 또는 니오븀의 합금 중 적어도 하나를 포함한다. 설명 6. 설명 4의 장치에서, 바닥 판은 세라믹을 포함한다. 설명 7. 설명 6의 장치에서, 세라믹은 질화규소 세라믹을 포함한다. 설명 8. 설명 7의 장치에서, 질화규소 세라믹은 시알론을 포함한다. 설명 9. 설명 4의 장치에서, 측벽 및 바닥 판은 통합 유닛을 형성한다. 설명 10. 설명 4의 장치에서, 측벽 및 바닥 판은 상이한 재료의 상이한 판을 포함한다. 설명 11. 설명 4의 장치에서, 측벽 및 바닥 판은 동일한 재료의 상이한 판을 포함한다.
설명 12. 설명 1의 장치에서, 초음파 탐침은 접촉 구조물의 상류 단부보다 접촉 구조물의 하류 단부에 더 가까운 냉각 채널 내에 배치된다.
설명 13. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 니오븀 구조물을 포함한다. 설명 14. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 구리 구조물을 포함한다. 설명 15. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 스틸 구조물을 포함한다. 설명 16. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 세라믹을 포함한다.
설명 17. 설명 16의 장치에서, 세라믹은 질화규소 세라믹을 포함한다. 설명 18. 설명 17의 장치에서, 질화규소 세라믹은 시알론을 포함한다. 설명 19. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 용융 금속의 융점보다 더 높은 융점을 가지는 재료를 포함한다. 설명 20. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 지지대의 재료와 상이한 재료를 포함한다. 설명 21. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 핵생성 부위를 갖는 상기 용융 금속을 몰드로 전달하는 구성을 갖는 하류 단부를 포함한다.
설명 22. 설명 21의 장치에서, 몰드는 주조 휠 몰드를 포함한다. 설명 23. 설명 21의 장치에서, 몰드는 수직 주조 몰드를 포함한다. 설명 24. 설명 21의 장치에서, 몰드는 고정 몰드를 포함한다.
설명 25. 설명 1의 장치에서, 용융 금속 격납 구조물은 금속 재료 또는 내화 재료를 포함한다. 설명 26. 설명 25의 장치에서, 금속 재료는 구리, 니오븀, 니오븀 및 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄, 및 이의 합금 중 적어도 하나를 포함한다. 설명 27. 설명 26의 장치에서, 내화 재료는 규소, 산소, 또는 질소 중 하나 이상을 포함한다. 설명 28. 설명 25의 장치에서, 금속 재료는 스틸 합금을 포함한다.
설명 29. 설명 1의 장치에서, 초음파 탐침은 5 내지 40㎑의 작동 주파수를 가진다.
설명 30. 금속 제품의 형성 방법으로서, 용융 금속 격납 구조물의 길이 방향 길이를 따라서 용융 금속을 이송하는 단계, 용융 금속 격납 구조물에 열적으로 결합되는 냉각 채널을 통한 매질의 통과에 의해 용융 금속 격납 구조물을 냉각시키는 단계, 및 냉각 채널 내의 매질을 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 초음파를 결합하는 단계를 포함한다.
설명 31. 설명 30의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 용융 금속을 격납하는 측벽 및 용융 금속을 지지하는 바닥 판을 갖는 상기 용융 금속 격납 구조물 내에 용융 금속을 이송하는 단계를 포함한다.
설명 32. 설명 31의 방법에서, 측벽 및 바닥 판은 통합 유닛을 형성한다. 설명 33. 설명 31의 방법에서, 측벽 및 바닥 판은 상이한 재료의 상이한 판을 포함한다. 설명 34. 설명 31의 방법에서, 측벽 및 바닥 판은 동일한 재료의 상이한 판을 포함한다.
설명 35. 설명 30의 방법에서, 초음파를 결합하는 단계는 접촉 구조물의 상류 단부보다 접촉 구조물의 하류 단부에 더 가까운 냉각 채널 내에 배치되는 초음파 탐침으로부터의 상기 초음파들을 결합하는 단계를 포함한다.
설명 36. 설명 30의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 니오븀 격납 구조물 내에 용융 금속을 이송하는 단계를 포함한다. 설명 37. 설명 30의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 구리 접촉 구조물 내에 용융 금속을 이송하는 단계를 포함한다. 설명 38. 설명 30의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 구리 격납 구조물 내에 용융 금속을 이송하는 단계를 포함한다. 설명 39. 설명 30의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 용융 금속의 융점보다 더 높은 융점을 갖는 재료를 포함하는 구조물 내에 용융 금속을 이송하는 단계를 포함한다.
설명 40. 설명 30의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 몰드 내로 상기 용융 금속을 전달하는 단계를 포함한다. 설명 41. 설명 40의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 몰드 내로 핵생성 부위를 갖는 상기 용융 금속을 전달하는 단계를 포함한다. 설명 42. 설명 41의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 주조 휠 몰드 내로 핵생성 부위를 갖는 상기 용융 금속을 전달하는 단계를 포함한다. 설명 43. 설명 41의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 고정 몰드 내로 핵생성 부위를 갖는 상기 용융 금속을 전달하는 단계를 포함한다. 설명 44. 설명 41의 방법에서, 용융 금속을 이송하는 단계는 수직 주조 몰드 내로 핵생성 부위를 갖는 상기 용융 금속을 전달하는 단계를 포함한다.
설명 45. 설명 30의 방법에서, 초음파를 결합하는 단계는 5 내지 40㎑의 상기 주파수를 갖는 상기 초음파를 결합하는 단계를 포함한다. 설명 46. 설명 30의 방법에서, 초음파를 결합하는 단계는 10 내지 30㎑의 상기 주파수를 갖는 상기 초음파를 결합하는 단계를 포함한다. 설명 47. 설명 30의 방법에서, 초음파를 결합하는 단계는 15 내지 25㎑의 상기 주파수를 갖는 상기 초음파를 결합하는 단계를 포함한다. 설명 48. 설명 30의 방법에서, 조성물의 5% 미만으로 입자 미세화제를 포함하고 서브밀리미터의 입자 크기를 갖는 주조 금속 조성물을 제조하도록 용융 금속을 고화시키는 단계를 더 포함한다. 설명 49. 설명 48의 방법에서, 고화시키는 단계는 조성물의 1% 미만으로 상기 입자 미세화제를 포함하는 상기 주조 금속 조성물을 제조하는 단계를 포함한다.
설명 50. 금속 제품의 형성 시스템으로서, 설명 1 내지 설명 29 중 어느 하나의 용융 금속 처리 장치, 및 데이터 입력부 및 제어 출력부를 포함하고 설명 30 내지 설명 49에서 인용된 단계 요소 중 어느 하나의 작동을 허용하는 제어 알고리즘이 프로그램되는 제어기를 포함한다.
설명 51. 금속 제품으로서, 서브밀리미터의 입자 크기를 가지고 내부에 0.5% 미만의 입자 미세화제를 포함하는 주조 금속 조성물을 포함한다(또는 그로부터 형성된다). 설명 52. 설명 51의 금속 제품에서, 조성물은 내부에 0.2% 미만의 입자 미세화제를 포함한다. 설명 53. 설명 51의 금속 제품에서, 조성물은 내부에 0.1% 미만의 입자 미세화제를 포함한다. 설명 54. 설명 51의 금속 제품에서, 조성물은 내부에 입자 미세화제를 포함하지 않는다. 설명 55. 설명 51의 금속 제품에서, 조성물은 알루미늄, 구리, 마그네슘, 아연, 납, 금, 은, 주석, 청동, 황동, 및 이의 합금 중 적어도 하나를 포함한다. 설명 56. 설명 51의 금속 제품에서, 조성물은 제품이 주조 재료로 형성되고 5% 미만의 입자 미세화제를 포함하는 제품이 되도록 본 명세서에서 정의된 주조-후 제품인 막대 스톡, 봉, 스톡, 시트 스톡, 와이어, 빌렛 및 펠렛 중 적어도 하나로 형성된다. 바람직한 실시예에서, 주조-후 제품은 등축 입자를 가질 것이다. 바람직한 실시예에서, 주조-후 제품은 예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 주조에서와 같이, 100 내지 500 미크론, 또는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론의 입자 크기를 가질 것이다. 구리 및 구리 합금에 대해서, 입자 크기는 100 내지 500 미크론, 또는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론 범위이다. 금, 은, 주석 또는 이의 합금에 대해서, 입자 크기는 100 내지 500 미크론, 또는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론 범위이다. 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 대해서, 입자 크기는 100 내지 500 미크론, 또는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론 범위이다.
설명 57. 알루미늄 제품으로서, 서브밀리미터의 입자 크기를 가지고 내부에 5% 미만의 입자 미세화제를 포함하는 알루미늄 주조 금속 조성물을 포함한다(또는 그로부터 형성된다).
설명 58. 설명 57의 알루미늄 제품에서, 조성물은 내부에 2% 미만의 입자 미세화제를 포함한다. 설명 59. 설명 57의 알루미늄 제품에서, 조성물은 내부에 1% 미만의 입자 미세화제를 포함한다. 설명 60. 설명 57의 알루미늄 제품에서, 조성물은 내부에 입자 미세화제를 포함하지 않는다. 설명 57의 알루미늄 제품은 또한, 제품이 주조 재료로 형성되고 5% 미만의 입자 미세화제를 포함하는 제품이 되도록 본 명세서에서 정의된 주조-후 제품인 막대 스톡, 봉, 스톡, 시트 스톡, 와이어, 빌렛 및 펠렛 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 주조-후 알루미늄 제품은 등축 입자를 가질 것이다. 바람직한 실시예에서, 주조-후 제품은 100 내지 500 미크론, 또는 200 내지 900 미크론, 또는 300 내지 800 미크론, 또는 400 내지 700 미크론, 또는 500 내지 600 미크론의 입자 크기를 가질 것이다.
설명 61. 금속 제품의 형성 시스템으로서, 1) 용융 금속 격납 구조물의 길이 방향 길이를 따라서 용융 금속을 이송하기 위한 수단, 2) 용융 금속 격납 구조물에 열적으로 결합되는 냉각 채널을 통한 매질의 통과에 의해서 용융 금속 격납 구조물을 냉각시키기 위한 수단, 3) 냉각 채널 내의 매질을 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 초음파를 결합하기 위한 수단, 및 4) 데이터 입력부 및 제어 출력부를 포함하고 설명 30 내지 설명 49에서 인용된 단계 요소 중 어느 하나의 작동을 허용하는 제어 알고리즘이 프로그램되는 제어기를 포함한다.
본 발명의 다수의 수정 및 변형이 위의 교시에 비추어 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범주 내에서, 본 발명은 본 명세서에서 구체적으로 설명된 것과 달리 실시될 수 있음이 이해되어야 한다.

Claims (30)

  1. 용융 금속 처리 장치에 있어서,
    길이 방향 길이를 따라 용융 금속을 수용 및 이송하기 위한 용융 금속 격납 구조물,
    내부에서 액체 매질을 통과시키기 위한 냉각 채널을 포함하는 용융 금속 격납 구조물용 냉각 유닛, 및
    초음파가 냉각 채널 내의 액체 매질을 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 결합되도록 냉각 채널에 대해 배치되는 초음파 탐침을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 채널은 냉각 채널에 인접한 용융 금속이 액상선-미만 온도에 도달하도록 용융 금속에 냉각을 제공하는
    용융 금속 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 용융 금속을 격납하는 측벽 및 용융 금속과 접촉하는 바닥 판을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 바닥 판은 니오븀 또는 니오븀의 합금 중 적어도 하나를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 바닥 판은 세라믹을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 세라믹은 질화규소 세라믹을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 질화규소 세라믹은 시알론을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 측벽 및 바닥 판은 상이한 재료의 상이한 판을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 탐침은 접촉 구조물의 상류 단부보다 접촉 구조물의 하류 단부에 더 가까운 냉각 채널 내에 배치되는
    용융 금속 처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 니오븀 구조물을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 구리 구조물을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 스틸 구조물을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 세라믹을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 세라믹은 질화규소 세라믹을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 질화규소 세라믹은 시알론을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 용융 금속의 융점보다 더 높은 융점을 가지는 재료를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 지지대의 재료와 상이한 재료를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 핵생성 부위를 갖는 상기 용융 금속을 몰드로 전달하는 구성을 갖는 하류 단부를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 몰드는 주조 휠 몰드를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 몰드는 수직 주조 몰드를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 몰드는 고정 몰드를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 금속 격납 구조물은 내화 재료를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 내화 재료는 구리, 니오븀, 니오븀 및 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄, 및 이의 합금 중 적어도 하나를 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 내화 재료는 규소, 산소, 또는 질소 중 하나 이상을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 내화 재료는 스틸 합금을 포함하는
    용융 금속 처리 장치.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 탐침은 5 내지 40㎑의 작동 주파수를 가지는
    용융 금속 처리 장치.
  27. 금속 제품의 형성 방법에 있어서,
    용융 금속 격납 구조물의 길이 방향 길이를 따라서 용융 금속을 이송하는 단계,
    용융 금속 격납 구조물에 열적으로 결합되는 냉각 채널을 통한 매질의 통과에 의해 용융 금속 격납 구조물을 냉각시키는 단계, 및
    냉각 채널 내의 매질을 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 초음파를 결합하는 단계를 포함하는
    금속 제품의 형성 방법.
  28. 금속 제품의 형성 시스템에 있어서,
    제 1 항에 기재된 용융 금속 처리 장치, 및
    데이터 입력부 및 제어 출력부를 포함하며, 용융 금속을 이송하는 것, 용융 금속을 냉각하는 것, 및 초음파를 용융 금속에 결합하는 것 중 적어도 하나를 제어하는 하나 이상의 제어 알고리즘이 프로그램되는 제어기를 포함하는
    금속 제품의 형성 시스템.
  29. 알루미늄 제품에 있어서,
    서브밀리미터의 입자 크기를 가지고 내부에 0.5% 미만의 입자 미세화제를 포함하는 알루미늄 주조 금속 조성물을 포함하는
    알루미늄 제품.
  30. 금속 제품의 형성 시스템에 있어서,
    용융 금속 격납 구조물의 길이 방향 길이를 따라서 용융 금속을 이송하기 위한 수단,
    용융 금속 격납 구조물에 열적으로 결합되는 냉각 채널을 통한 매질의 통과에 의해서 용융 금속 격납 구조물을 냉각시키기 위한 수단,
    냉각 채널 내의 매질을 통해 그리고 용융 금속 격납 구조물을 통해 용융 금속에 초음파를 결합하기 위한 수단, 및
    데이터 입력부 및 제어 출력부를 포함하며, 용융 금속을 이송하는 것, 용융 금속을 냉각하는 것, 및 초음파를 용융 금속에 결합하는 것 중 적어도 하나를 제어하는 하나 이상의 제어 알고리즘이 프로그램되는 제어기를 포함하는
    금속 제품의 형성 시스템.
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