KR20230156840A - Nose tip design for high-performance continuous casting - Google Patents
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Abstract
금속 합금의 연속 캐스팅용 노즈팁들에 대해 설명된다. 노즈팁은 제1 표면 반대편의 제2 표면에 평행한 제1 표면을 갖는 제1 부분을 포함할 수 있다. 노즈팁은 연장된 제1 표면을 향하는 제3 표면을 갖는 제2 부분을 포함할 수 있다. 확장된 제1 표면은 제1 표면과 공통 평면에 있을 수 있다. 노즈팁은 제3 표면을 연장된 제1 표면에 연결하는 아치형 표면을 갖는 제3 부분을 포함할 수 있다. 아치형 표면은 확장된 제1 표면으로부터 수직 거리에 있는 곡률 지점을 포함할 수 있다. 수직 거리는 노즈팁과 연속 캐스팅 표면 사이에서, 노즈팁을 사용하여 캐스팅된, 액체 금속에 대한 최대 메니스커스 높이를 제한하도록 구성될 수 있다. 또한 12m/min보다 큰 캐스팅 속도로 금속 합금을 연속 캐스팅하는 방법들이 설명되어 있다.Nose tips for continuous casting of metal alloys are described. The nose tip can include a first portion having a first surface parallel to a second surface opposite the first surface. The nose tip may include a second portion having a third surface facing the extended first surface. The expanded first surface may be in a common plane with the first surface. The nose tip may include a third portion having an arcuate surface connecting the third surface to the elongated first surface. The arcuate surface may include a point of curvature at a vertical distance from the expanded first surface. The vertical distance can be configured to limit the maximum meniscus height for liquid metal, cast using the nose tip, between the nose tip and the continuous casting surface. Methods for continuous casting of metal alloys at casting speeds greater than 12 m/min are also described.
Description
관련 출원에 대한 상호-참조Cross-reference to related applications
본 출원은 2021년 6월 2일에 출원된, 미국 가출원 번호 제63/195,731 호의 이익과 우선권을 주장하며, 이는 모든 목적들을 위해 그 전체내용이 참조로 본 명세서에 포함된다.This application claims the benefit and priority of U.S. Provisional Application No. 63/195,731, filed June 2, 2021, which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.
분야Field
본 개시는 일반적으로 야금학(metallurgy)에 관한 것이며 더욱 구체적으로는 연속 캐스팅 디바이스들을 사용하는 합금(alloy) 제품들의 연속 캐스팅에 관한 것이다.The present disclosure relates generally to metallurgy and more specifically to continuous casting of alloy products using continuous casting devices.
금속 스트립(metal strip)들, 슬랩(slab)들 또는 플레이트들과 같은, 금속 스트립 물품(metal strip article)들을 제조하는 기술들은 연속 캐스팅 장치를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 스트립 제품들은 연속 캐스팅을 사용하여 캐스팅될 수 있다. 벨트 캐스터들과 같은, 특정 연속 캐스팅 디바이스들은 연속 캐스팅 디바이스의 이동, 냉각 표면들 사이를 통과하는 액체 금속을 응고시키는 데 사용될 수 있다. 이들 시스템들은 일반적으로 허용가능한 표면 품질을 달성하면서 금속 스트립이 연속 캐스팅될 수 있는 속도에 한계를 갖는다.Techniques for manufacturing metal strip articles, such as metal strips, slabs or plates, may include using continuous casting equipment. For example, aluminum alloy strip products can be cast using continuous casting. Certain continuous casting devices, such as belt casters, can be used to solidify liquid metal passing between the moving, cooling surfaces of the continuous casting device. These systems generally have limits to the speed at which metal strip can be continuously cast while achieving acceptable surface quality.
실시예라는 용어 및 유사한 용어는 본 개시 및 아래 청구범위의 모든 주제를 광범위하게 지칭하도록 의도된다. 이러한 용어를 포함하는 진술은 본 명세서에 설명된 주제를 제한하지 않거나 아래 청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 다루는 본 개시의 실시예는 이 요약이 아닌 아래의 청구범위에 의해 정의된다. 이 요약은 본 개시의 다양한 양태에 대한 높은 수준의 개요이며 아래의 상세한 설명 섹션에서 추가로 설명되는 개념 중 일부를 소개한다. 이 요약은 청구된 주제의 주요 또는 필수 특징을 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해 별도로 사용하기 위한 것도 아니다. 주제는 본 개시의 전체 명세서, 일부 또는 모든 도면 및 각 청구범위의 적절한 부분을 참조하여 이해되어야 한다.The term examples and similar terms are intended to broadly refer to all subject matter of this disclosure and the claims below. Statements containing these terms should not be construed as limiting the subject matter described herein or limiting the meaning or scope of the claims below. Embodiments of the disclosure covered herein are defined by the claims below and not by this summary. This summary is a high-level overview of various aspects of the disclosure and introduces some of the concepts that are further described in the Detailed Description section below. This summary is not intended to identify key or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used separately to determine the scope of the claimed subject matter. The subject matter should be understood by reference to the entire specification, any or all drawings, and each claim of this disclosure as appropriate.
일 양태에서, 금속 합금의 연속 캐스팅을 위한 노즈팁이 설명된다. 이러한 양태의 노즈팁은 제2 표면에 평행한 제1 표면을 갖는 제1 부분을 포함할 수 있다. 제2 표면은 제1 표면의 반대편일 수 있다. 노즈팁은 연장된 제1 표면을 향하는 제3 표면을 갖는 제2 부분을 포함할 수 있다. 연장된 제1 표면은 제1 표면과 공통 평면에 있을 수 있다. 노즈팁은 제3 표면을 연장된 제1 표면에 연결하는 아치형 표면을 갖는 제3 부분을 포함할 수 있다.In one aspect, a nose tip for continuous casting of metal alloys is described. A nose tip of this aspect may include a first portion having a first surface parallel to the second surface. The second surface may be opposite the first surface. The nose tip may include a second portion having a third surface facing the extended first surface. The extended first surface may be in a common plane with the first surface. The nose tip may include a third portion having an arcuate surface connecting the third surface to the elongated first surface.
예에서, 아치형 표면은 곡률 지점을 포함할 수 있다. 곡률 지점은 연장된 제1 표면으로부터 수직 거리일 수 있다. 수직 거리는 노즈팁과 연속 캐스팅 표면 사이에서 노즈팁을 사용하여 캐스팅된 액체 금속에 대한 최대 메니스커스 높이를 제한하도록 구성될 수 있다.In an example, an arcuate surface may include a point of curvature. The point of curvature may be a perpendicular distance from the extended first surface. The vertical distance can be configured to limit the maximum meniscus height for liquid metal cast using the nose tip between the nose tip and the continuous casting surface.
예에서, 노즈팁의 제3 부분은 난류 생성 메커니즘을 포함할 수 있다. 난류 생성 메커니즘은 복수의 딤플, 복수의 리브, 복수의 피어, 또는 제1 표면, 제2 표면 또는 연장된 제1 표면의 표면 거칠기보다 큰 표면 거칠기 중에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.In an example, the third portion of the nose tip may include a turbulence generating mechanism. The turbulence generating mechanism may be at least one selected from a plurality of dimples, a plurality of ribs, a plurality of piers, or a surface roughness greater than the surface roughness of the first surface, the second surface, or the extended first surface.
예에서, 노즈팁은 내화성 물질을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 노즈팁은 질화붕소(BN)와 같은 비습윤 물질로 코팅된 물질을 포함할 수 있다.In an example, the nose tip may include a refractory material. In some cases, the nose tip may include a material coated with a non-wetting material such as boron nitride (BN).
다른 양태에서, 금속 합금을 연속적으로 캐스팅하는 방법이 설명된다. 이러한 양태의 방법은 아치형 노즈팁을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 아치형 노즈팁은 제2 표면에 평행한 제1 표면을 갖는 제1 부분-제2 표면은 제1 표면 반대편에 있음-; 연장된 제1 표면을 향하는 제3 표면을 갖는 제2 부분-연장된 제1 표면은 제1 표면과 공통 평면에 있음-; 및 상기 제3 표면을 연장된 제1 표면에 연결하는 아치형 표면을 갖는 제3 부분을 포함할 수 있다. 이 방법은 아치형 노즈팁을 통해 캐스팅 공동으로 액체 금속을 흘러 캐스팅 제품을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In another aspect, a method for continuously casting a metal alloy is described. This aspect of the method may include providing an arcuate nose tip. The arcuate nose tip includes a first portion having a first surface parallel to the second surface, the second surface being opposite the first surface; a second portion having a third surface facing the extended first surface, the extended first surface being in a common plane with the first surface; and a third portion having an arcuate surface connecting the third surface to the elongated first surface. The method may include flowing liquid metal through an arcuate nose tip into a casting cavity to form a cast product.
예에서, 방법은 아치형 노즈팁을 통해 흐르는 액체 금속의 메니스커스 길이가 곡률 지점으로부터 캐스팅 공동을 부분적으로 정의하는 캐스팅 표면까지의 거리와 최대로 동일한 것을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 메니스커스 길이는 0.5mm 내지 2.0mm일 수 있다.In an example, the method may include ensuring that the meniscus length of liquid metal flowing through the arcuate nose tip is at most equal to the distance from the point of curvature to the casting surface that partially defines the casting cavity. In some examples, the meniscus length may be between 0.5 mm and 2.0 mm.
예에서, 아치형 노즈팁의 제3 부분은 난류 생성 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 난류 생성 메커니즘은 표면 거칠기, 복수의 딤플, 복수의 리브, 복수의 피어 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.In an example, the third portion of the arcuate nose tip may further include a turbulence generating mechanism. The turbulence generating mechanism may be at least one selected from surface roughness, multiple dimples, multiple ribs, multiple piers, and combinations thereof.
예에서, 방법은 자기 진동 기술을 사용하여 아치형 표면에서 액체 금속에 난류를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In an example, the method may further include generating turbulence in the liquid metal at the arcuate surface using magnetic oscillation techniques.
방법의 예에서, 노즈팁은 내화성 물질을 포함할 수 있다.In an example of the method, the nose tip can include a refractory material.
예시에서, 캐스팅 제품의 표면 거칠기는 최대 10μm일 수 있다. 표면 거칠기는 예를 들어 3D 이미지 분석을 통해 측정될 수 있다. 캐스팅 제품은 종래의 기준 캐스팅 표준과 비교하여 캐스팅 표면에서 Fe 및 Mn이 감소된 표면 근처의 조성물을 가질 수 있다. 조성물은 글로우 방전 광학 방출 분광학(Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy)을 특징으로 할 수 있다. 캐스팅 제품의 삼출 빈도는 최대 30 삼출물/cm2일 수 있다. 삼출물 빈도는 예를 들어 3D 이미지 분석에 의해 결정될 수 있다.In an example, the surface roughness of the cast product may be up to 10 μm. Surface roughness can be measured, for example, through 3D image analysis. The casting product may have a near-surface composition with reduced Fe and Mn at the casting surface compared to a conventional reference casting standard. The composition may be characterized by Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy. The exudation frequency of cast products can be up to 30 exudates/cm 2 . Exudation frequency can be determined, for example, by 3D image analysis.
실시예에서, 개시된 방법은 12m/min보다 빠른 속도로 캐스팅하는 데 유용하다.In embodiments, the disclosed method is useful for casting at speeds faster than 12 m/min.
다른 목적 및 장점은 비제한적인 예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.Other objects and advantages will become apparent from the following detailed description of non-limiting examples.
본 명세서는 다음의 첨부된 도면들을 참조하며, 상이한 도면들에서 같은 참조 번호들의 사용은 같거나 유사한 컴포넌트들을 예시하도록 의도되었다.
도 1은 연속 캐스팅 구성을 위한 액체 금속 메니스커스(meniscus) 및 프로우(prow)를 갖는 예시적인 노즈팁(nosetip)의 개략도를 제공한다.
도 2는 변형된 노즈팁을 갖는 벨트 캐스팅 디바이스의 개략도를 제공한다.
도 3은 도 2의 변형된 노즈팁의 상세한 개략도를 제공한다.
도 4a는 매끄러운 물체 표면에 대한 층류(laminar flow)의 개략도를 제공한다.
도 4b는 딤플(dimple)들과 같은 난류(turbulent flow) 메커니즘을 갖는 물체에 대한 난류의 개략도를 제공한다.
도 5는 난류 생성 메커니즘을 포함하는 변형된 노즈팁의 개략도를 제공한다.
도 6은 컷백(cutback)을 포함하는 변형된 노즈팁의 개략도를 제공한다.This specification refers to the following accompanying drawings, wherein the use of like reference numerals in different drawings is intended to illustrate like or similar components.
1 provides a schematic diagram of an exemplary nosetip with a liquid metal meniscus and prow for a continuous casting configuration.
Figure 2 provides a schematic diagram of a belt casting device with a modified nose tip.
Figure 3 provides a detailed schematic diagram of the modified nose tip of Figure 2.
Figure 4a provides a schematic diagram of laminar flow over a smooth object surface.
Figure 4b provides a schematic diagram of turbulent flow for an object with turbulent flow mechanisms such as dimples.
Figure 5 provides a schematic diagram of a modified nose tip incorporating a turbulence generation mechanism.
Figure 6 provides a schematic diagram of a modified nose tip including a cutback.
본 명세서에는 연속 캐스팅용 노즈팁들이 설명되어 있다. 노즈팁들은 아치형 표면(arcuate surface)과 선택적으로, 난류 메커니즘을 포함한다. 또한 본 명세서에는 노즈팁들을 사용하여 캐스팅하는 방법들, 및 노즈팁들을 사용하여 캐스팅된 알루미늄 합금들로 형성된 제품들이 설명되어 있다. 개시된 노즈팁들은 또한 본 명세서에서 상호교환적으로 아치형 노즈팁들로 지칭된다. 개시된 노즈팁들은 메니스커스가 연장될 수 있는, 최대 높이, 또는 벨트로부터의 거리를 정의하는 곡률(curvature)의 포인트를 갖는 아치형 표면을 포함한다. 개시된 노즈팁들은 컷백을 갖는 프로우를 포함하는 부분 단면 개략도에서 도 1에 도시된 노즈팁(100)과 같은, 노즈팁들보다 낫다. 개시된 아치형 노즈팁들은 메니스커스 높이를 감소시켜, 액체 알루미늄 흐름의 안정성을 증가시킨다. 흐름 안정성을 증가시킴으로써, 캐스팅 제품들의 표면 결함들이 감소되고 더 높은 캐스팅 속도들은 달성될 수 있다. 캐스팅 중에 발생하는 메니스커스 진동(oscillation)들의 진폭(amplitude)은 향상된 열 제거(heat removal)를 제공하도록 감소될 수 있다. 열 제거의 더 나은 일관성(consistency)은 더 적은 표면 결함들을 초래한다. 증가된 캐스팅 속도들은 불안정한 메니스커스 진동 방식을 개발하지 않고 표면 결함들을 제한함으로써 향상된다.Nose tips for continuous casting are described herein. Nosetips include an arcuate surface and, optionally, a turbulence mechanism. Also described herein are methods of casting using nose tips, and products formed from aluminum alloys cast using nose tips. The disclosed nosetips are also referred to interchangeably herein as arcuate nosetips. The disclosed nosetips include an arcuate surface with a point of curvature that defines the maximum height, or distance from the belt, over which the meniscus can extend. The disclosed nosetips are better than nosetips, such as nosetip 100 shown in FIG. 1 in a partial cross-sectional schematic including a prow with a cutback. The disclosed arcuate nose tips reduce meniscus height, thereby increasing the stability of liquid aluminum flow. By increasing flow stability, surface defects in cast products are reduced and higher casting speeds can be achieved. The amplitude of meniscus oscillations that occur during casting can be reduced to provide improved heat removal. Better consistency of heat removal results in fewer surface defects. Increased casting speeds are achieved by limiting surface defects without developing unstable meniscus vibration regimes.
도 1에 도시된 바와 같이, 연속 캐스터용 예시적인 노즈팁(100)은 프로우(120)를 포함한다. 액체 금속(152)은 프로우에서 노즈팁(100)으로부터 분리되며, 여기서 기체/액체 계면 메니스커스(150)가 형성된다. 프로우(120)는 메니스커스가 일정한 간격들로 진동하고 노즈팁(100)의 면에 간헐적으로 부착되지 않도록 하기 위해, 벨트 B에 수직인, 수직선 L에 대해 각진, 컷백을 포함하고, 이는 노즈팁 물질/산화물 반응들과 고르지 못한 표면 외관을 초래할 수 있다. 컷백은 접촉의 단일 포인트를 제공하며, 메니스커스 높이는 프로우 팁까지 연장된다. 액체 금속 메니스커스(150)는 캐스팅 중에 형성되어, 프로우의, 높이 H까지 연장된다. 방향 D는 노즈팁(100)과 벨트 B 사이를 통과하는, 분해된 이형제가 빠져나가는 방향을 나타낸다.As shown in FIG. 1 , an exemplary nose tip 100 for a continuous caster includes a prow 120 . Liquid metal 152 separates from nose tip 100 at the prow, where a gas/liquid interface meniscus 150 is formed. The prow 120 includes a cutback, angled with respect to the vertical line L, perpendicular to the belt B, in order to ensure that the meniscus oscillates at regular intervals and does not intermittently adhere to the face of the nose tip 100, which Nose tip material/oxide reactions and uneven surface appearance may result. The cutback provides a single point of contact, and the meniscus height extends to the prow tip. A liquid metal meniscus 150 is formed during casting and extends to height H of the prow. Direction D represents the direction in which the decomposed release agent passes between the nose tip 100 and belt B and exits.
종래의 연속 캐스팅 디바이스들은 캐스팅 금속 제품의 원하는 표면을 생성하는 데 어려움을 가질 수 있다. 표면 결함들은 폐기물(예를 들어, 캐스팅 금속 제품이 사용될 수 없는 경우에서) 또는 추가 다운스트림 처리를 위해(예를 들어, 임의의 교정가능한 표면 결함들을 교정하거나 완화하기 위해) 필요를 초래할 수 있다. 종래의 구성은 또한 캐스팅 속도 제한들을 초래한다. 예를 들어, 종래의 캐스팅 속도들은 최대 12m/min으로 제한된다. 12m/min의 캐스팅 속도는 분당 캐스팅 방향으로 캐스팅 제품의 12m의 속도에서 캐스팅 디바이스에서 나오는 캐스팅 제품을 지칭한다. 본 개시의 노즈팁들은 더 적은 결함, 더 균일한 열 제거, 더 높은 캐스팅 속도들, 및 더 높은 생산 처리량을 갖는 금속 물품을 제공하기 위해 메니스커스 높이를 감소시킴으로써 캐스팅 중에 안정성을 증가시킬 수 있다.Conventional continuous casting devices can have difficulty creating the desired surface of cast metal products. Surface defects may result in waste (eg, in cases where the cast metal product cannot be used) or the need for further downstream processing (eg, to correct or alleviate any correctable surface defects). The conventional configuration also results in casting speed limitations. For example, conventional casting speeds are limited to a maximum of 12 m/min. A casting speed of 12 m/min refers to the casting product coming out of the casting device at a speed of 12 meters of casting product per minute in the casting direction. Nosetips of the present disclosure can increase stability during casting by reducing meniscus height to provide metal articles with fewer defects, more uniform heat removal, higher casting speeds, and higher production throughput. .
정의 및 설명Definition and Description
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어들 "발명(invention)", "본 발명(the invention)", "본 발명(this invention)" 및 "본 발명(the present invention)"은 본 특허 출원 및 아래 청구항들의 모든 주제를 광범위하게 지칭하도록 의도된다. 이러한 용어들을 함유하는 설명(statement)들은 본 명세서에서 설명된 주제를 제한하거나 아래 특허 청구항들의 의미 또는 범위를 제한하지 않도록 이해되어야 한다.As used herein, the terms “invention”, “the invention”, “this invention” and “the present invention” refer to the present patent application and the following. It is intended to refer broadly to all subject matter of the claims. Statements containing these terms should not be construed as limiting the subject matter described herein or limiting the meaning or scope of the patent claims below.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어들 "상부(top)" 및 "하부(bottom)"는 연속 캐스팅 디바이스가 수평 방향으로 캐스팅될 때 수직 위치들과 연관될 수 있다. 하지만, 일부 경우에서, 연속 캐스팅 디바이스는 비-수평 방향으로 사용될 수 있는데, 이 경우에서 용어들 "상부" 및 "하부"는 연속 캐스팅 디바이스의 캐스팅 방향에 수직인 평면의 위치들을 지칭할 수 있다.As used herein, the terms “top” and “bottom” may relate to vertical positions when the continuous casting device is cast in a horizontal direction. However, in some cases, the continuous casting device may be used in a non-horizontal orientation, in which case the terms “top” and “bottom” may refer to positions in a plane perpendicular to the casting direction of the continuous casting device.
연속 캐스터(caster) 또는 연속 캐스팅 디바이스는 그 사이에 캐스팅 공동(casting cavity)을 형성하는 한 쌍의 대향하는 냉각 어셈블리들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 측 댐(side dam)들과 같은, 추가 피쳐들은 캐스팅 공동의 범위를 추가로 정의할 수 있다. 각 냉각 어셈블리는 캐스팅 공동 내의 액체 금속으로부터 열을 추출하기 위한 적어도 하나의 냉각 표면, 뿐만 아니라 냉각 표면 또는 냉각 어셈블리의 동작에 대한 추가 장비(예를 들어, 냉각 패드들, 모터들, 냉각수 배관(coolant piping), 센서들 및 다른 이러한 장비)를 포함할 수 있다.A continuous caster or continuous casting device may include a pair of opposing cooling assemblies forming a casting cavity therebetween. In some cases, additional features, such as side dams, may further define the extent of the casting cavity. Each cooling assembly includes at least one cooling surface for extracting heat from the liquid metal in the casting cavity, as well as additional equipment for operation of the cooling surface or cooling assembly (e.g., cooling pads, motors, coolant piping). piping, sensors, and other such equipment).
벨트 캐스터들과 같은, 일부 연속 캐스터들은 측 댐들과 함께, 액체 금속이 공급될 수 있는 캐스팅 공동을 형성하는 2개의 카운터-회전 벨트들(예를 들어, 대향하는 냉각 표면들)을 포함할 수 있다. 벨트들은 수냉식(예를 들어, 탈이온수(deionized water)로 냉각)이거나 다른 유체들을 사용하여 냉각될 수 있다. 캐스팅 공동 입구에서 캐스팅 공동으로 들어가는 액체 금속은 냉각된 벨트들을 통한 열 추출을 통해, 응고될 수 있고, 캐스팅 공동의 출구를 향해 말단으로 이동할 때, 응고된 금속(예를 들어, 연속으로 캐스팅된 물품)으로 빠져나간다. 금속은 벨트들의 이동의 거의 동일한 속도에서 캐스팅 디바이스를 통해 이동할 수 있으므로, 응고되는 금속과 벨트들 사이의 전단력(shear force)들을 최소화하거나 제거할 수 있다. 냉각 패드들은 캐스팅의 제어에 이용될 수 있다. 냉각 패드들은 냉각 패드의 표면을 따라 위치되고 육각형 또는 다른 패턴과 같은, 패턴으로 배열된 다중 노즐들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 냉각 패드는 냉각 패드의 폭을 가로질러 및/또는 캐스팅 공동의 폭을 실질적으로 또는 전체적으로 가로질러 연장되는 적어도 하나의 선형 노즐을 포함할 수 있다.Some continuous casters, such as belt casters, may include two counter-rotating belts (e.g., opposing cooling surfaces) that, together with side dams, form a casting cavity into which liquid metal can be supplied. . Belts may be water cooled (e.g., cooled with deionized water) or cooled using other fluids. Liquid metal entering the casting cavity at the casting cavity inlet may solidify, through heat extraction through cooled belts, and as it moves distally towards the exit of the casting cavity, the solidified metal (e.g., a continuously cast article) ) to exit. The metal can move through the casting device at approximately the same speed of movement of the belts, thereby minimizing or eliminating shear forces between the belts and the solidifying metal. Cooling pads can be used to control casting. Cooling pads may include multiple nozzles positioned along the surface of the cooling pad and arranged in a pattern, such as a hexagon or other pattern. In some cases, the cooling pad may include at least one linear nozzle extending across the width of the cooling pad and/or substantially or entirely across the width of the casting cavity.
본 설명에서, 참조는 AA 번호들 및 "시리즈" 또는 "7xxx"와 같은, 다른 관련 명칭들로 식별되는 합금들로 이루어진다. 알루미늄 및 그 합금들의 이름을 지정하고 식별하는 데 가장 일반적으로 사용되는 번호 명칭 시스템의 이해를 위해, 알루미늄 협회에 의해 발행된 "단조 알루미늄(wrought aluminum) 및 단조 알루미늄 합금들에 대한 국제 합금 명칭들 및 화학 조성물 제한들" 또는 "캐스팅들 및 주괴(ingot) 형태의 알루미늄 합금들에 대한 알루미늄 협회 합금 명칭들 및 화학 조성물들 제한들의 등록 기록"을 참조한다.In this description, reference is made to alloys identified by AA numbers and other related designations, such as “series” or “7xxx”. For an understanding of the numbering designation system most commonly used to name and identify aluminum and its alloys, see “International Alloy Nomenclature for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” published by the Aluminum Association. See “Chemical Composition Restrictions” or “Registration Record of Aluminum Association Alloy Names and Chemical Composition Restrictions for Aluminum Alloys in Castings and Ingot Form”.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 플레이트는 일반적으로 약 15mm보다 더 큰 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 약 15mm 초과, 약 20mm 초과, 약 25mm 초과, 약 30mm 초과, 약 35mm 초과, 약 40mm 초과, 약 45mm 초과, 약 50mm 초과, 또는 약 100mm 초과의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭할 수 있다.As used herein, a plate generally has a thickness greater than about 15 mm. For example, plate refers to an aluminum product having a thickness of greater than about 15 mm, greater than about 20 mm, greater than about 25 mm, greater than about 30 mm, greater than about 35 mm, greater than about 40 mm, greater than about 45 mm, greater than about 50 mm, or greater than about 100 mm. can do.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 판금(shate)(또한 시트 플레이트라고 지칭됨)은 일반적으로 약 4mm 내지 약 15mm의 두께를 갖는다. 예를 들어, 판금은 약 4mm, 약 5mm, 약 6mm, 약 7mm, 약 8mm, 약 9mm, 약 10mm, 약 11mm, 약 12mm, 약 13mm, 약 14mm, 또는 약 15mm의 두께를 가질 수 있다.As used herein, sheet metal (also referred to as sheet plate) generally has a thickness of about 4 mm to about 15 mm. For example, the sheet metal may have a thickness of about 4 mm, about 5 mm, about 6 mm, about 7 mm, about 8 mm, about 9 mm, about 10 mm, about 11 mm, about 12 mm, about 13 mm, about 14 mm, or about 15 mm.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 시트는 일반적으로 약 4mm 미만의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 약 4mm 미만, 약 3mm 미만, 약 2mm 미만, 약 1mm 미만, 약 0.5mm 미만, 또는 약 0.3mm 미만(예를 들어, 약 0.2mm)의 두께를 가질 수 있다.As used herein, sheet generally refers to aluminum products having a thickness of less than about 4 mm. For example, the sheet may have a thickness of less than about 4 mm, less than about 3 mm, less than about 2 mm, less than about 1 mm, less than about 0.5 mm, or less than about 0.3 mm (e.g., less than about 0.2 mm).
본 명세서에 사용된 바와 같이, "캐스팅된 알루미늄 합금 제품", "캐스팅된 제품", "캐스팅된 알루미늄 합금 제품", "캐스팅된 물품" 등과 같은 용어들은 상호교환 가능하며 직접 냉각 캐스팅(직접 냉각 공동-캐스팅 포함) 또는 반-연속 캐스팅, 연속 캐스팅, 전자기 캐스팅(electromagnetic casting), 핫탑 캐스팅(hot top casting), 또는 임의의 다른 캐스팅 방법에 의해 생산된 제품을 지칭할 수 있지만, 본 명세서에서 특히 연속 캐스팅(예를 들어, 트윈 벨트 캐스터, 트윈 롤 캐스터, 블록 캐스터 또는 임의의 다른 연속 캐스터의 사용을 포함)에 의해 생산된 제품들을 지칭한다. 본 명세서에 설명된 캐스팅된 물품들은 당업자에게 공지된 임의의 수단들에 의해 처리될 수 있다. 이러한 처리 단계들은 균질화(homogenization), 열간 압연(hot rolling), 냉간 압연(cooling rolling), 용체화 열처리 및 선택적 사전-에이징(pre-aging) 단계를 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다.As used herein, terms such as “cast aluminum alloy product”, “cast product”, “cast aluminum alloy product”, “cast article”, etc. are interchangeable and refer to direct cooled casting (direct cooled cavity). -including casting) or semi-continuous casting, continuous casting, electromagnetic casting, hot top casting, or any other casting method, but herein specifically refers to continuous casting. Refers to products produced by casting (including, for example, the use of twin belt casters, twin roll casters, block casters or any other continuous casters). The cast articles described herein may be processed by any means known to those skilled in the art. These processing steps include, but are not limited to, homogenization, hot rolling, cooling rolling, solution heat treatment, and optional pre-aging steps.
본 명세서에 설명된 아치형 노즈팁들을 사용하는 연속 캐스터들을 사용하여 제조된, 스트립들, 슬랩들, 시트들, 판금들 또는 플레이트들을 포함하는, 알루미늄 합금 제품들은 항공기 및 철도 애플리케이션들을 포함하는, 자동차 애플리케이션들 및 다른 운송 애플리케이션들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품들은 범퍼들, 사이드 빔들, 루프 빔들, 크로스 빔들, 필러 보강재(pillar reinforcement)(예를 들어, A-필러들, B-필러들, 및 C-필러들), 내부 패널들, 외부 패널들, 측 패널들, 내부 후드들, 외부 후드들 또는 트렁크 리드 패널들과 같은, 자동차 구조 부품들 및 형성된 부품들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 또한 예를 들어, 외부 및 내부 패널들을 제조하기 위해, 항공기 또는 철도 차량 애플리케이션들에 사용될 수 있다.Aluminum alloy products, including strips, slabs, sheets, sheet metals or plates, manufactured using continuous casters using arcuate nosetips described herein, include aircraft and railway applications, automotive applications. and other transportation applications. For example, the disclosed aluminum alloy products include bumpers, side beams, roof beams, cross beams, pillar reinforcement (e.g., A-pillars, B-pillars, and C-pillars), interior It can be used to manufacture automotive structural parts and formed parts, such as panels, exterior panels, side panels, interior hoods, exterior hoods or trunk lid panels. The aluminum alloy products and methods described herein may also be used in aircraft or rail vehicle applications, for example, to manufacture exterior and interior panels.
본 명세서에 설명된 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 또한 전자 애플리케이션들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 휴대폰들 및 태블릿 컴퓨터들을 포함한, 전자 디바이스들용 하우징들을 준비하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 알루미늄 합금 제품들은 휴대폰들(예를 들어, 스마트폰들), 태블릿 하부 섀시, 및 다른 휴대용 전자장치들의 외부 케이스용 하우징들을 제조하는 데 사용될 수 있다.Aluminum alloy products and methods described herein can also be used in electronic applications. For example, the aluminum alloy products and methods described herein can be used to prepare housings for electronic devices, including cell phones and tablet computers. In some examples, aluminum alloy products can be used to manufacture housings for outer cases of cell phones (e.g., smartphones), tablet lower chassis, and other portable electronic devices.
본 명세서에 설명된 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 임의의 다른 원하는 애플리케이션에 사용될 수 있다.The aluminum alloy products and methods described herein may be used in any other desired application.
본 명세서에 개시된 모든 범위들은 그 안에 포함된 임의의 및 모든 하위 범위들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1내지10"의 명시된 범위는 1의 최소값과 10의 최대값 사이(및 포함)의 임의의 및 모든 하위 범위들을 포함하는 것으로 간주되어야 한다; 즉, 모든 하위 범위들은 1 이상의 최소값, 예를 들어, 1 내지 6.1로 시작하여, 10이하의 최대값, 예를 들어, 5.5 내지 10으로 끝난다. 달리 명시하지 않는 한, 요소의 구성량을 지칭할 때 표현 "최대(up to)"는 선택적이며 해당 특정 요소의 0% 구성을 포함하는 것을 의미한다. 달리 명시하지 않는 한, 모든 구성 비율들은 중량 퍼센트(wt.%) 단위이다.All ranges disclosed herein are to be understood to include any and all subranges subsumed therein. For example, a stated range of “1 to 10” should be considered to include any and all subranges between (and inclusive of) the minimum value of 1 and the maximum value of 10; That is, all subranges begin with a minimum value greater than or equal to 1, such as 1 to 6.1, and end with a maximum value less than or equal to 10, such as 5.5 to 10. Unless otherwise specified, the expression "up to" when referring to a composition of an element is optional and means including 0% composition of that particular element. Unless otherwise specified, all composition percentages are in weight percent (wt.%).
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 표현("a", "an" 및 "the")의 의미는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 단수 및 복수 참조들을 포함한다.As used herein, the singular terms “a”, “an” and “the” include singular and plural references, unless the context clearly dictates otherwise.
연속 캐스팅을 위한 노즈팁들Nose tips for continuous casting
이들 예시적인 예들은 독자에게 본 명세서에 논의된 일반적인 주제를 소개하기 위해 제공되며, 개시된 개념들의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 다음 섹션들은 같은 숫자들이 같은 요소들을 나타내는 도면들을 참조하여 다양한 추가 피쳐들 및 예들을 설명하며, 방향 설명들은 예시적인 실시예들을 설명하는 데 사용되지만, 예시적인 실시예들과 마찬가지로 본 개시를 제한하는 데 사용되어서는 안 된다. 본 명세서의 예시들에 포함된 요소들은 일정 비율로 그려지지 않았을 수 있다. 특히, 본 명세서에 예시된 받음각(angle of attack)들은 예시적인 목적들을 위해 과장되었다.These illustrative examples are provided to introduce the reader to the general subject matter discussed herein and are not intended to limit the scope of the concepts disclosed. The following sections describe various additional features and examples with reference to the drawings where like numbers represent like elements, and directional descriptions are used to describe example embodiments, but, like the example embodiments, do not limit the disclosure. It should not be used to Elements included in the examples herein may not be drawn to scale. In particular, the angles of attack illustrated herein are exaggerated for illustrative purposes.
아치형 노즈팁과 같은, 연속 캐스팅용 노즈팁들은 본 명세서에 설명되어 있다. 도 2는 본 개시의 특정 양태들에 따른 연속 캐스팅 디바이스(200)를 묘사하는 단면도 또는 측면 개략도이다. 연속 캐스팅 디바이스(200)는 상부 벨트 어셈블리(202)와 하부 벨트 어셈블리(204)를 포함하며, 이들 사이에 캐스팅 공동(250)이 위치된다. 상부 벨트 어셈블리(202) 및 하부 벨트 어셈블리(204)의 각각은 냉각 벨트(208), 근위 지지체(210), 및 원위 지지체(212)를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 근위 지지체(210)는 냉각 벨트(208)로부터 열을 추출하는 데 사용되는, 근위 냉각 패드일 수 있다. 일부 경우들에서, 원위 지지체(212)는 냉각 벨트(208)로부터 열을 추출하는 데 사용되는, 원위 냉각 패드일 수 있다. 근위 지지체(210) 및/또는 원위 지지체(212)가 냉각 패드들이 아닌 경우들에서, 냉각 벨트(208)로부터의 열 추출은 냉각제 노즐들, 스프레이 바들 또는 임의의 다른 적합한 냉각 요소와 같은, 다른 냉각 요소들을 사용하여 달성될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 냉각 패드들, 지지체들 등과 관련하여 용어 "근위"는 액체 금속이 캐스팅 공동(250)으로 들어가는 곳과 같은, 캐스팅 공동(250)의 입구에 또는 그 근처에 위치된 구조들을 지칭할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 냉각 패드들, 지지체들 등과 관련하여 용어 "원위"는 응고된 금속이 캐스팅 공동(250)에서 나가는 곳과 같은, 캐스팅 공동(250)의 출구에 또는 그 근처에 위치된 구조들을 지칭할 수 있다.Nosetips for continuous casting, such as an arched nosetip, are described herein. 2 is a cross-sectional or side schematic diagram depicting a continuous casting device 200 in accordance with certain aspects of the present disclosure. The continuous casting device 200 includes an upper belt assembly 202 and a lower belt assembly 204, between which a casting cavity 250 is located. Each of the upper belt assembly 202 and lower belt assembly 204 may include a cooling belt 208, a proximal support 210, and a distal support 212. In some cases, proximal support 210 may be a proximal cooling pad, used to extract heat from cooling belt 208. In some cases, distal support 212 may be a distal cooling pad, used to extract heat from cooling belt 208. In cases where the proximal support 210 and/or distal support 212 are not cooling pads, heat extraction from the cooling belt 208 may be accomplished using other cooling elements, such as coolant nozzles, spray bars or any other suitable cooling element. This can be achieved using the elements: As used herein, with reference to cooling pads, supports, etc., the term "proximal" means located at or near the entrance to the casting cavity 250, such as where liquid metal enters the casting cavity 250. It can refer to structures. As used herein, with reference to cooling pads, supports, etc., the term “distal” refers to a location at or near the exit of the casting cavity 250, such as where the solidified metal exits the casting cavity 250. It can refer to structures that are
도 2는 상부 벨트 어셈블리(202) 및 하부 벨트 어셈블리(204)의 각각에 대해 단일 근위 지지체(210) 및 단일 원위 지지체(212)를 묘사하고 있지만, 다른 수들의 지지체들 또는 냉각 패드들은 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 근위 지지체(210) 및/또는 원위 지지체(212)는 각각 복수의 지지체들 및/또는 냉각 패드들을 포함할 수 있으며, 이는 2-스테이지 수렴 프로파일(two-stage convergence profile)을 달성하도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 추가 지지체들(예를 들어, 추가 냉각 패드들)은 3개 이상의 스테이지 수렴 프로파일을 달성하는 것과 같은, 수렴 프로파일에 추가 스테이지들을 제공하기 위해 근위 지지체(210)와 원위 지지체(212) 사이에 배치된다.2 depicts a single proximal support 210 and a single distal support 212 for each of the upper belt assembly 202 and lower belt assembly 204, however, other numbers of supports or cooling pads may be used. . In some cases, proximal support 210 and/or distal support 212 may each include a plurality of supports and/or cooling pads to achieve a two-stage convergence profile. It can be configured to do so. In some cases, additional supports (e.g., additional cooling pads) may be used in the proximal support 210 and distal support 212 to provide additional stages to the convergence profile, such as achieving a three or more stage convergence profile. ) is placed between
벨트(208)는 구리, 강철 또는 알루미늄과 같은, 임의의 적합한 열-전도성 물질로 제조될 수 있다. 상부 벨트 어셈블리(202)와 하부 벨트 어셈블리(204)의 벨트들(208)은 서로 반대 방향들로 회전할 수 있고, 캐스팅 공동(250) 내에서 액체 금속(252)과 접촉하게 되는 벨트들(208)의 표면들이 하류 방향(254)으로 이동하도록 한다. 상부 벨트 어셈블리(202) 및 하부 벨트 어셈블리(204)는 모터들 및 다른 장비와 같은, 필요에 따라 추가 장비를 추가로 포함할 수 있다.Belt 208 may be made of any suitable heat-conductive material, such as copper, steel, or aluminum. The belts 208 of the upper belt assembly 202 and the lower belt assembly 204 can rotate in opposite directions and the belts 208 come into contact with the liquid metal 252 within the casting cavity 250. ) so that the surfaces move in the downstream direction (254). The upper belt assembly 202 and lower belt assembly 204 may further include additional equipment, such as motors and other equipment, as needed.
액체 금속(252)은 노즐(214)을 통해 캐스팅 공동(250)으로 들어갈 수 있다. 캐스팅 공동(250) 내에서, 액체 금속(252)은 열이 상부 벨트 어셈블리(202) 및 하부 벨트 어셈블리(204)의 벨트들(208)을 통해 추출됨에 따라 응고될 수 있다. 액체 금속(252) 및 응고되는 액체 금속은 캐스팅 공동(250) 내에서 방향(254)으로 이동한다. 충분한 열이 추출된 후, 액체 금속(252)은 고체가 되어 연속적으로 캐스팅 물품(206)으로서 캐스팅 공동(250)에서 나갈 수 있다. 연속 캐스팅 물품(206)은 출구 온도에서 연속 캐스팅 디바이스(200)을 나올 것이다. 노즐(214)은 냉각 패드의 폭을 가로질러 및/또는 캐스팅 공동(250)의 폭을 실질적으로 또는 전체적으로 가로질러 연장되는 적어도 하나의 선형 노즐일 수 있다. 노즐(214)은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 아치형 노즈팁과 같은, 노즈팁을 포함할 수 있다.Liquid metal 252 may enter casting cavity 250 through nozzle 214. Within casting cavity 250, liquid metal 252 may solidify as heat is extracted through belts 208 of upper belt assembly 202 and lower belt assembly 204. Liquid metal 252 and solidifying liquid metal move within casting cavity 250 in direction 254 . After sufficient heat has been extracted, liquid metal 252 becomes solid and can subsequently exit casting cavity 250 as cast article 206. The continuous casting article 206 will exit the continuous casting device 200 at the exit temperature. Nozzles 214 may be at least one linear nozzle extending across the width of the cooling pad and/or substantially or entirely across the width of casting cavity 250 . Nozzle 214 may include a nose tip, such as an arcuate nose tip, as described herein.
캐스팅 공동(250)은 입구(예를 들어, 노즐(214)에서), 출구(예를 들어, 연속적으로 캐스팅 물품(206)이 캐스팅 공동(250)에서 나가는 곳), 측 댐들, 상부 벨트 어셈블리(202) 및 하부 벨트 어셈블리(204)에 의해 경계가 정해진다. 보다 구체적으로, 상부 및 하부 벨트 어셈블리들(202, 204)의 벨트들(208)이 운동하기 때문에, 캐스팅 공동(250)의 상부 및 하부는 임의의 특정 시점에서 캐스팅 공동(250)의 입구와 출구 사이에 있는 벨트들(208)의 외부 표면들(256)에 의해 경계를 이룬다. 이들 외부 표면들(256)의 경로는 상부 및 하부 벨트 어셈블리들(202, 204) 내로부터(예를 들어, 캐스팅 공동(250)로부터 벨트들(208) 반대편으로부터) 그들을 밀어내는 것에 의해, 조정될 수 있다. 도 2에 묘사된 바와 같이, 근위 지지체(210) 및 원위 지지체(212)는 상부 및 하부 벨트 어셈블리들(202, 204)의 각각 내에 위치된다. 근위 지지체(210)와 원위 지지체(212)는 벨트(208)의 경로와 벨트(208)의 외부 표면(256)의 경로를 정의하기 위해 벨트(208)와 물리적으로 접촉할 수 있다. 상부 및 하부 벨트 어셈블리들(202, 204)의 벨트들(208)의 외부 표면들(256)의 경로는 캐스팅 공동(250)에 대한 수렴 프로파일을 정의한다.Casting cavity 250 has an inlet (e.g., at nozzle 214), an outlet (e.g., where continuous casting article 206 exits casting cavity 250), side dams, and an upper belt assembly ( 202) and lower belt assembly 204. More specifically, as the belts 208 of the upper and lower belt assemblies 202 and 204 move, the upper and lower portions of the casting cavity 250 are positioned at the entrance and exit of the casting cavity 250 at any given point in time. It is bounded by the outer surfaces 256 of the intervening belts 208. The path of these outer surfaces 256 can be adjusted by pushing them from within the upper and lower belt assemblies 202, 204 (e.g., from opposite the belts 208 from the casting cavity 250). there is. As depicted in Figure 2, proximal support 210 and distal support 212 are located within each of the upper and lower belt assemblies 202 and 204. Proximal support 210 and distal support 212 may be in physical contact with belt 208 to define the path of belt 208 and the path of the outer surface 256 of belt 208. The path of the outer surfaces 256 of the belts 208 of the upper and lower belt assemblies 202, 204 defines a converging profile with respect to the casting cavity 250.
도 3은 액체 금속(352)을 캐스팅 공동 내로, 예를 들어, 도 2의 노즐(214)로부터 공동(250) 내로 분배하기 위한 예시적인 아치형 노즈팁(300)의 부분 단면도를 묘사한다. 액체 금속(352)은 노즈팁(300)에서 빠져나와 캐스팅 공동을 채우기 시작하여, 벨트 B의 외부 표면(308)과 접촉할 수 있다. 메니스커스 대기(354)는 노즈팁(300) 아래와 벨트 B 위의 공간을 채운다. 메니스커스(350)는 노즈팁(300)과 벨트(B)의 외부 표면(308) 사이의 액체 금속(352)에 형성한다. 액체 금속(352)이 냉각됨에 따라, 고체의, 연속적으로 캐스팅 물품(예를 들어, 금속 스트립)이 될 때까지, 응고되기 시작한다. 응고 거리(도시되지 않음)가 액체 금속(352)이 처음 벨트(B)와 접촉하는 지점과 액체 금속(352)이 완전히 응고되었거나 이후 응고 수축(solidification shrinkage)이 거의 또는 전혀 발생하지 않을 정도로 충분히 응고된 지점 사이에 존재한다.FIG. 3 depicts a partial cross-sectional view of an example arcuate nose tip 300 for dispensing liquid metal 352 into a casting cavity, e.g., from nozzle 214 of FIG. 2 into cavity 250. Liquid metal 352 may exit nose tip 300 and begin to fill the casting cavity, contacting the outer surface 308 of belt B. Meniscus atmosphere 354 fills the space below nose tip 300 and above belt B. A meniscus 350 forms in the liquid metal 352 between the nose tip 300 and the outer surface 308 of the belt B. As the liquid metal 352 cools, it begins to solidify until it becomes a solid, continuously cast article (e.g., a metal strip). The solidification distance (not shown) is such that the liquid metal 352 first contacts the belt B and the liquid metal 352 is either completely solidified or sufficiently solidified to cause little or no subsequent solidification shrinkage. It exists between the points
노즈팁(300)은 제2 표면(323)에 평행하거나 실질적으로 평행한 제1 표면(321)을 갖는 제1 부분(322)을 가질 수 있다. 제2 표면(323)은 제1 표면(321)의 반대편에 있다. 노즈팁(300)은 연장된 제1 표면(325)을 향하는 제3 표면(327)을 갖는 제2 부분(326)을 가지며, 연장된 제1 표면(325)은 제1 표면(321)과 공통 평면에 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 표면(327)은 연장된 제1 표면(325)을 향하는 방향으로 각도를 이룬다. 제3 표면(327)은 연장된 제1 표면(325)과 접촉하는 제3 표면(327) 없이, 각도를 이루거나, 경사지거나, 곡선이거나, 구부러지거나, 테이퍼지거나, 달리 연장된 제1 표면을 향해 지향될 수 있다. 노즈팁(300)은 제3 표면(327)을 연장된 제1 표면(325)에 연결하는 아치형 표면(329)을 갖는 제3 부분(330)을 갖는다.The nose tip 300 may have a first portion 322 having a first surface 321 that is parallel or substantially parallel to the second surface 323 . The second surface 323 is opposite the first surface 321 . Nose tip 300 has a second portion 326 with a third surface 327 facing an extended first surface 325, wherein the extended first surface 325 is common with the first surface 321. It's on a flat surface. As shown in FIG. 3 , third surface 327 is angled in a direction toward elongated first surface 325 . Third surface 327 may be angled, beveled, curved, curved, tapered, or otherwise extended, without third surface 327 in contact with extended first surface 325. can be directed towards Nose tip 300 has a third portion 330 with an arcuate surface 329 connecting third surface 327 to elongated first surface 325 .
아치형 표면(329)은 곡률 지점 p를 포함한다. 액체 금속(352)은 이 곡률 지점 p에서 벨트 B를 향해 이동할 것이다. 선 L은 지점 p에서 벨트 외부 표면(308)까지 연장된다. 곡률 지점 p는 선 L을 따라 벨트 B로부터 거리 h이다. 거리 h는 메니스커스(350)의 최대 높이로 구성되며, 노즈팁(300)과 벨트 B에 접촉되는 액체 금속의 높이이다.The arcuate surface 329 includes a point of curvature p. Liquid metal 352 will move towards belt B at this point of curvature p. Line L extends from point p to the belt outer surface 308. The point of curvature p is a distance h from belt B along line L. The distance h consists of the maximum height of the meniscus 350 and is the height of the liquid metal in contact with the nose tip 300 and belt B.
일부 예들에서, 본 개시의 아치형 노즈팁들은 난류 생성 메커니즘을 포함한다. 난류 생성 메커니즘들은 일반적으로 곡선 본체 주위에 난류 흐름을 제공하는 임의의 메커니즘으로 정의된다. 도 4a는 매끄러운 표면을 갖는 공형(ball-shaped) 본체의 개략도를 묘사하는 반면, 도 4b는 움푹 들어간 표면을 갖는 공형 본체의 개략도를 묘사한다. 움푹 들어간 표면 공형 본체의 경우, 난류 소용돌이들의 존재로 인해, 난류 경계 층들은 유사한 층류 경계 층들보다 훨씬 더 가파른 각도로 부착된 상태로 남아있을 수 있다. 이 효과는 도 4b의 공형 본체 주위의 흐름이 난류에 빠지게 된다. 결과적으로, 흐름은 공형 본체의 상단 중심 지점을 지나 부착된 상태로 남아있고 공형 본체의 반대 측에서만 분리된다. 결과적으로, 도 4a에서와 같이 매끄러운 표면을 갖는 비교형 공형 본체보다 도 4b의 공형 본체에 대한 압력 항력이 더 적다.In some examples, the arcuate nosetips of the present disclosure include a turbulence generating mechanism. Turbulence generating mechanisms are generally defined as any mechanism that provides turbulent flow around a curved body. Figure 4a depicts a schematic diagram of a ball-shaped body with a smooth surface, while Figure 4b depicts a schematic diagram of a ball-shaped body with a hollow surface. In the case of a hollow surface body, due to the presence of turbulent vortices, the turbulent boundary layers may remain attached at a much steeper angle than similar laminar boundary layers. This effect causes the flow around the ball body in Figure 4b to become turbulent. As a result, the flow remains attached past the top central point of the ball body and separates only on the opposite side of the ball body. As a result, there is less pressure drag for the ball body in Figure 4b than for the comparative ball body with a smooth surface as in Figure 4a.
공형 본체들에 대한 난류 소용돌이들 효과의 이 개념은 본 개시의 아치형 노즈팁들에 적용된다. 일부 예들에서, 아치형 노즈팁은 난류 생성 메커니즘을 포함하는 제3 부분을 갖는다. 도 5는 난류 생성 메커니즘(520)을 포함하는 변형된 노즈팁(500)을 묘사한다. 이 증가된 난류는 흐름이 노즈팁 출구(예를 들어, 곡률 지점 p에서)에 더 오래 부착되도록 야기하며, 이는 형성된 메니스커스의 전체 높이를 감소시킨다. 이 감소된 메니스커스 높이는 메니스커스 진동들의 감소된 진폭으로 인해 향상된 표면 마감을 초래한다. 캐스팅 표면의 메니스커스 표시의 간격을 감소시키는 것 외에도, 이는 새로 응고된 캐스팅 표면의 인접한 층들 내에 열 구배를 감소시키는 것을 초래한다. 삼출물(exudate)들이나 기포(bleb)들과 같은, 표면 결함들은 종종 메니스커스 표시들을 따라 형성되는데, 이는 인접한 영역들의 응고 속도의 작은 차이들에 기인된다. 메니스커스 표시들 사이의 거리를 감소시킴으로써, 응고 속도의 차이들은 인접한 영역들에서 감소되고 더 적은 결함들이 형성될 것으로 예상될 것이다. 캐스팅 속도의 증가는 또한 메니스커스가 캐스팅 속도들의 더 큰 범위를 통해 안정적으로 남아있기 때문에 얻어진다. 종래의 연속 캐스팅 디바이스들은 메니스커스 진동들로 인한 표면 결함들로 인해 캐스팅 속도에 제한됐었다.This concept of the effect of turbulent vortices on ball bodies applies to the arcuate nosetips of the present disclosure. In some examples, the arcuate nosetip has a third portion that includes a turbulence generating mechanism. 5 depicts a modified nose tip 500 including a turbulence generating mechanism 520. This increased turbulence causes the flow to adhere longer to the nose tip exit (e.g. at the point of curvature p), which reduces the overall height of the meniscus formed. This reduced meniscus height results in improved surface finish due to the reduced amplitude of meniscus vibrations. In addition to reducing the spacing of meniscus marks on the casting surface, this results in a reduction of thermal gradients within adjacent layers of the newly solidified casting surface. Surface defects, such as exudates or blebs, often form along meniscus marks, due to small differences in the solidification rates of adjacent areas. By reducing the distance between meniscus marks, differences in solidification rates will be reduced in adjacent areas and fewer defects would be expected to form. An increase in casting speed is also achieved because the meniscus remains stable through a larger range of casting speeds. Conventional continuous casting devices were limited in casting speed due to surface defects due to meniscus vibrations.
일부 예들에서, 난류 생성 메커니즘(520)은 표면 거칠기, 복수의 딤플(dimple)들, 복수의 리브(rib)들, 복수의 피어(pier)들 또는 유사한 구조들, 및 이들의 조합들로부터 선택된 적어도 하나를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 추가적으로 또는 대안적으로 일부 예들에서, 난류 생성 메커니즘은 자기 진동을 포함하며, 제어가능한 전자석이 도 5에 묘사된 난류 생성 메커니즘(520)의 위치에서 액체 금속과 상호작용하는 데 사용된다. 난류 생성 메커니즘과 아치형 노즈팁을 결합함으로써, 액체 금속 흐름은 훨씬 더 가파른 각도까지 노즈팁에 부착되어 남아있으므로 메니스커스 길이를 감소시키고 더 빠른 캐스팅 속도들에서 안정성을 증가시킨다.In some examples, turbulence generating mechanism 520 may include at least one selected from surface roughness, a plurality of dimples, a plurality of ribs, a plurality of piers or similar structures, and combinations thereof. Including, but not limited to one. Additionally or alternatively, in some examples, the turbulence generating mechanism includes magnetic oscillation and a controllable electromagnet is used to interact with the liquid metal at the location of the turbulence generating mechanism 520 depicted in FIG. 5 . By combining an arcuate nose tip with a turbulence generation mechanism, the liquid metal flow remains attached to the nose tip up to a much steeper angle, reducing meniscus length and increasing stability at faster casting speeds.
도 5는 액체 금속(552)을 캐스팅 공동 내로 분배하기 위한 아치형 노즈팁(500)의 부분 단면도를 묘사하고, 노즈팁(500)은 아치형 표면(529)을 포함하고 노즈팁(500)의 표면과 같은, 난류 생성 메커니즘(520)을 추가로 포함한다. 메니스커스(550)는 노즐의 노즈팁(500)과 벨트(B)의 외부 표면(508) 사이의 액체 금속(552)에 형성한다. 메니스커스 대기(554)는 노즈팁(500) 아래와 벨트(B) 위의 공간을 채운다. 액체 금속(552)이 냉각됨에 따라, 고체의, 연속 캐스팅 물품(예를 들어, 금속 스트립)이 될 때까지 응고되기 시작한다. 노즈팁(500)은 제2 표면(523)에 평행한 제1 표면(521)을 갖는 제1 부분(522)을 포함하며, 여기서 제2 표면(523)은 제1 표면(521)의 반대편에 있다. 노즈팁(500)은 연장된 제1 표면(525)을 향하는 제3 표면(527)을 갖는 제2 부분(526)을 가지며, 연장된 제1 표면(525)은 제1 표면(521)과 공통 평면에 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 표면(527)은 연장된 제1 표면(525)을 향하는 방향으로 각도를 이룬다. 제3 표면(527)은 연장된 제1 표면(525)과 접촉하는 제3 표면(527)없이, 연장된 제1 표면(525)을 향해 기울어지거나, 경사지거나, 곡선이거나, 구부러지거나, 테이퍼지거나 달리 지향될 수 있다. 노즈팁(500)은 제3 표면(527)을 연장된 제1 표면(525)에 연결하는 아치형 표면(529)을 갖는 제3 부분(530)을 갖는다. 아치형 표면(529)은 곡률 지점 p를 포함한다. 곡률 지점 p는 라인 L을 따라 벨트 B로부터 거리 h이다. 거리 h는 메니스커스(550)의 최대 높이로 구성되며, 노즈팁(500) 및 벨트와 접촉되는 액체 금속의 높이이다. 난류 생성 메커니즘(520)의 형태에 따라, 메니스커스(550)는 도 3에 묘사된 메니스커스(350)의 형상이나 길이와 비교하여 그들을 변경할 수 있다. 일례에서, 난류 생성 메커니즘(520)은 복수의 딤플들을 포함하지만, 다른 난류 생성 메커니즘들이 고려되며, 적어도 부분적으로, 아치형 표면에 포함될 수 있다. 난류 생성 메커니즘(520)의 예들은 표면 거칠기, 복수의 리브들, 복수의 피어들, 및 다른 이러한 구조들, 및 이들의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.5 depicts a partial cross-sectional view of an arcuate nose tip 500 for dispensing liquid metal 552 into a casting cavity, wherein the nose tip 500 includes an arcuate surface 529 and a surface of the nose tip 500. The same additionally includes a turbulence generating mechanism (520). A meniscus 550 forms in the liquid metal 552 between the nose tip 500 of the nozzle and the outer surface 508 of the belt B. Meniscus atmosphere 554 fills the space below nose tip 500 and above belt B. As liquid metal 552 cools, it begins to solidify until it becomes a solid, continuous cast article (e.g., a metal strip). Nose tip 500 includes a first portion 522 having a first surface 521 parallel to second surface 523, where second surface 523 is opposite first surface 521. there is. Nose tip 500 has a second portion 526 with a third surface 527 facing toward an extended first surface 525 , where the extended first surface 525 is common to the first surface 521 . It's on a flat surface. As shown in FIG. 5 , third surface 527 is angled in a direction toward elongated first surface 525 . Third surface 527 may be inclined, sloped, curved, curved, tapered, or otherwise inclined toward elongated first surface 525 , without third surface 527 in contact with elongated first surface 525 . It can be oriented differently. Nose tip 500 has a third portion 530 with an arcuate surface 529 connecting third surface 527 to elongated first surface 525 . The arcuate surface 529 includes a point of curvature p. The point of curvature p is a distance h from belt B along line L. The distance h consists of the maximum height of the meniscus 550 and is the height of the liquid metal in contact with the nose tip 500 and the belt. Depending on the type of turbulence generating mechanism 520, meniscus 550 may change their shape or length compared to the shape or length of meniscus 350 depicted in FIG. 3. In one example, turbulence generating mechanism 520 includes a plurality of dimples, although other turbulence generating mechanisms are contemplated and may be included, at least in part, in an arcuate surface. Examples of turbulence generating mechanisms 520 include, but are not limited to, surface roughness, multiple ribs, multiple piers, and other such structures, and combinations thereof.
도 6은 액체 금속(652)을 캐스팅 공동 내로 분배하기 위한 또 다른 노즈팁(600)의 부분 단면도를 묘사하며, 노즈팁(600)은 아치형 표면(629) 및 컷백(631)을 포함한다. 메니스커스(650)는 노즐의 노즈팁(600)과 벨트 B의 외부 표면(608) 사이의 액체 금속(652)에 형성한다. 액체 금속(652)이 냉각됨에 따라, 고체의, 연속 캐스팅 물품(예를 들어, 금속 스트립)이 될 때까지, 응고되기 시작한다. 노즈팁(600)은 제2 표면(623)에 평행한 제1 표면(621)을 갖는 제1 부분(622)을 포함하며, 여기서 제2 표면(623)은 제1 표면(621)의 반대편에 있다. 노즈팁(600)은 연장된 제1 표면(625)을 향하는 제3 표면(627)을 갖는 제2 부분(626)을 가지며, 연장된 제1 표면(625)은 제1 표면(621)과 공통 평면에 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 표면(627)은 연장된 제1 표면(625)을 향하는 방향으로 각도를 이룬다. 제3 표면(627)은 연장된 제1 표면(625)과 접촉하는 제3 표면(627) 없이, 연장된 제1 표면(625)을 향해 각도를 이루거나, 경사지거나, 곡선이거나, 구부러지거나, 테이퍼지거나, 달리 지향될 수 있다. 노즈팁(600)은 제3 표면(627)을 컷백(631)에 연결하는 아치형 표면(629)을 갖는 제3 부분(630)을 갖는다. 예시된 바와 같이, 벨트 B에 수직인 선 L에 대해 약 15도의 각도는 컷백(631)을 정의한다. 컷백(631)은 부분(630) 내로 연장되는, 연장된 제1 표면(625)까지 연장된다. 아치형 표면(629)은 컷백(631)의 한쪽 단부와 연장된 제1 표면(625)을 만나는 컷백(631)의 다른 쪽 단부와 일치하는 곡률 지점 p을 포함한다. 곡률 지점 p은 선 L을 따라 벨트 B로부터 거리 h이다. 거리 h는 메니스커스(650)의 최대 높이로 구성되며, 노즈팁(600) 및 벨트와 접촉되는 액체 금속의 높이이다.6 depicts a partial cross-sectional view of another nose tip 600 for dispensing liquid metal 652 into a casting cavity, where the nose tip 600 includes an arcuate surface 629 and a cutback 631. A meniscus 650 forms in the liquid metal 652 between the nose tip 600 of the nozzle and the outer surface 608 of belt B. As liquid metal 652 cools, it begins to solidify until it becomes a solid, continuous cast article (e.g., a metal strip). Nose tip 600 includes a first portion 622 having a first surface 621 parallel to second surface 623, where second surface 623 is opposite first surface 621. there is. Nose tip 600 has a second portion 626 with a third surface 627 facing an extended first surface 625, where the extended first surface 625 is common with the first surface 621. It's on a flat surface. As shown in FIG. 6 , third surface 627 is angled in a direction toward elongated first surface 625 . The third surface 627 is angled, inclined, curved, curved, or curved toward the extended first surface 625, without the third surface 627 in contact with the extended first surface 625. It may be tapered or otherwise oriented. Nose tip 600 has a third portion 630 with an arcuate surface 629 connecting third surface 627 to cutback 631 . As illustrated, an angle of approximately 15 degrees relative to line L perpendicular to belt B defines cutback 631. Cutback 631 extends to an extended first surface 625 , which extends into portion 630 . The arcuate surface 629 includes a point of curvature p coincident with one end of the cutback 631 and the other end of the cutback 631 where it meets the extended first surface 625 . The point of curvature p is a distance h from belt B along line L. The distance h consists of the maximum height of the meniscus 650 and is the height of the liquid metal in contact with the nose tip 600 and the belt.
선택적으로, 부분(630)은 전술한 바와 같이 난류 생성 메커니즘(620)을 포함할 수 있다. 메니스커스(650)는 도 3에 묘사된 메니스커스(350) 또는 도 5에 묘사된 메니스커스(550)와 비교하여 형상 또는 길이를 변경할 수 있다. 일 예에서, 선택적인 난류 생성 메커니즘(620)은 복수의 딤플들을 포함하지만, 다른 난류 생성 메커니즘들이 고려되며, 적어도 부분적으로, 아치형 표면에 포함될 수 있다. 난류 생성 메커니즘(620)에 대한 예들은 표면 거칠기, 복수의 리브들, 복수의 피어들, 및 다른 이러한 구조들, 및 이들의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.Optionally, portion 630 may include a turbulence generating mechanism 620 as described above. The meniscus 650 may change its shape or length compared to the meniscus 350 depicted in FIG. 3 or the meniscus 550 depicted in FIG. 5 . In one example, optional turbulence generating mechanism 620 includes a plurality of dimples, although other turbulence generating mechanisms are contemplated and may be included, at least in part, in an arcuate surface. Examples of turbulence generating mechanisms 620 include, but are not limited to, surface roughness, multiple ribs, multiple piers, and other such structures, and combinations thereof.
도 3의 노즈팁(300), 도 5의 노즈팁(500) 및 도 6의 노즈팁(600)과 같은, 본 개시의 노즈팁들은 캐스팅되는 액체 금속의 온도를 견딜 수 있는 임의의 내화성(refractory) 물질로 제조될 수 있다. 일부 예들에서, 내화성 물질은 우수한 비습윤 속성들을 위해 높은 표면 에너지를 갖는다. 노즈팁의 아치형 형상 및/또는 난류 생성 메커니즘은 공지된 기술들을 사용하여 제작될 수 있다. 내화성 물질은 너무 얇거나 부서지기 쉬워서, 예를 들어, 금이 가거나 움푹 패이는 등, 쉽게 손상되어서는 안 되며, 이러한 손상은 캐스팅 표면에 영향을 미칠 수 있다. 다른 예들에서, 도 3의 노즈팁(300), 도 5의 노즈팁(500) 및 도 6의 노즈팁(600)과 같은 노즈팁은 내화성 또는 비내화성 물질로 제조된 다음 우수한 비습윤 속성들을 위해 높은 표면 에너지를 갖는 물질로 코팅될 수 있다. 질화붕소(BN)는 비제한적인 예에서 노즈팁에 대해 코팅으로 사용될 수 있다.Nose tips of the present disclosure, such as nose tip 300 of FIG. 3, nose tip 500 of FIG. 5, and nose tip 600 of FIG. 6, may be any refractory material capable of withstanding the temperature of the liquid metal being cast. ) can be manufactured from materials. In some instances, the refractory material has high surface energy for excellent non-wetting properties. The arcuate shape of the nose tip and/or the turbulence generating mechanism may be manufactured using known techniques. The refractory material should not be so thin or brittle that it can be easily damaged, for example by cracking or denting, which could affect the casting surface. In other examples, nose tips, such as nose tip 300 of FIG. 3, nose tip 500 of FIG. 5, and nose tip 600 of FIG. 6, are made of a refractory or non-refractory material and then highly polished for excellent non-wetting properties. It can be coated with a material having surface energy. Boron nitride (BN) may be used as a coating on the nose tip in a non-limiting example.
개시된 알루미늄 합금들 및 알루미늄 합금 제품들의 제조 방법들Disclosed aluminum alloys and methods of manufacturing aluminum alloy products
본 명세서에 설명된 알루미늄 합금들 및 알루미늄 합금 제품들은 개별적으로, 도 3, 5, 6의 아치형 노즈팁들(300, 500 및 600)과 같은, 본 명세서에 설명된 노즈팁들을 사용하여 당업자에게 알려진 임의의 적합한 연속 캐스팅 방법을 사용하여 연속 캐스팅될 수 있다. 일부 예들에서, 노즈팁은 제2 표면에 평행한 제1 표면을 갖고, 상기 제2 표면은 제1 표면 반대편에 있는 제1 부분; 연장된 제2 표면을 향하는 제3 표면을 갖고, 상기 연장된 제2 표면은 상기 제2 표면과 공통 평면에 있는 제2 부분; 및 상기 제3 표면과 상기 연장된 제2 표면을 연결하는 곡면을 갖고, 곡률 지점을 포함하는 제3 부분을 포함한다. 이 방법은 곡률 지점에서 벨트까지의 거리와 최대 동일한 메니스커스 길이를 제공하도록 구성된 아치형 노즈팁을 활용하여 액체 금속을 캐스팅하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 예들에서, 메니스커스 길이는 0.5mm 내지 1.0mm, 0.5mm 내지 1.5mm, 1.0mm 내지 1.5mm, 1.0mm 내지 2.0mm, 또는 1.5mm 내지 2.0mm와 같은, 약 0.5mm 내지 약 2mm의 범위를 가진다.The aluminum alloys and aluminum alloy products described herein, individually, are known to those skilled in the art using nosetips described herein, such as the arcuate nosetips 300, 500, and 600 of FIGS. 3, 5, and 6. It may be continuously cast using any suitable continuous casting method. In some examples, the nose tip has a first surface parallel to the second surface, the second surface comprising a first portion opposite the first surface; a second portion having a third surface facing the extended second surface, the extended second surface being in a common plane with the second surface; and a third portion having a curved surface connecting the third surface and the extended second surface and including a point of curvature. The method further includes casting the liquid metal utilizing an arcuate nose tip configured to provide a meniscus length that is at most equal to the distance from the point of curvature to the belt. In some examples, the meniscus length ranges from about 0.5 mm to about 2 mm, such as from 0.5 mm to 1.0 mm, 0.5 mm to 1.5 mm, 1.0 mm to 1.5 mm, 1.0 mm to 2.0 mm, or 1.5 mm to 2.0 mm. has
본 명세서에 설명된 알루미늄 합금들의 연속 캐스팅은 종래의 노즈팁을 사용하는 캐스팅 제품의 표면 거칠기보다 작은 표면 거칠기, 또는 Ra 값을 갖는 캐스팅 제품을 제공할 수 있다. 표면 거칠기는 대안적으로 예를 들어, 이미지 분석을 통해 결함 크기 및 분포를 포함하는 결함 카운트로 측정될 수 있다. 결함 카운트는 Ra 값이 상대적으로 작은 영역에서 측정되므로, 더 큰 샘플링 영역으로 인해 캐스팅 제품의 표면 거칠기를 더 잘 표현함을 제공할 수 있다. 따라서, 결함들이 표면에 고르게 분포되지 않으면 측정 위치마다 Ra의 더 큰 변동이 있을 수 있다. 일부 예들에서, 본 개시의 캐스팅 제품은 거의 없는 표면 결함들을 보여주고 최대 10μm, 최대 5.0μm, 최대 3.5μm, 최대 2.5μm, 최대 2.0μm 또는 최대 1.5μm의 Ra 값을 제공하는 표면을 갖는다.Continuous casting of the aluminum alloys described herein can provide a cast product with a surface roughness, or Ra value, that is less than the surface roughness of a cast product using a conventional nose tip. Surface roughness can alternatively be measured by defect count, including defect size and distribution, for example through image analysis. Since the defect count is measured in an area where the Ra value is relatively small, it can provide a better representation of the surface roughness of the cast product due to the larger sampling area. Therefore, if defects are not evenly distributed on the surface, there may be greater variation in Ra from measurement location to measurement location. In some examples, cast products of the present disclosure have surfaces that exhibit few surface defects and provide Ra values of at most 10 μm, at most 5.0 μm, at most 3.5 μm, at most 2.5 μm, at most 2.0 μm, or at most 1.5 μm.
본 명세서에 설명된 방법들은 캐스팅 제품의 표면에 또는 그 근처에서 더 적은 표면 결함들을 초래할 수 있다. 결함들은 삼출물들을 포함할 수 있다. 삼출물은 슬래브가 냉각 표면에서 수축함에 따라 응고되는 캐스팅 슬래브의 근처 표면 영역들의 재가열되어 발생하는 표면 결함이다. 삼출물들의 밀도는 합금에 따라 달라질 수 있으며, 6xxx 합금들은 삼출물이 발생하기 쉽다. 삼출물들은 합금에 따라 직경의 약 50μm 이하일 수 있다. 일부 예들에서, 캐스팅 알루미늄 합금들은 이미지 분석에 의해 측정된 최대 30 삼출물들/cm2의 삼출물 빈도를 갖는다. 삼출물 높이들은 약 5μm에서 약 100μm의 범위를 가진다. 거칠기는 3D 이미징(Keyence)을 통해 결함(삼출물) 높이를 측정하여 측정될 수 있다.The methods described herein can result in fewer surface defects at or near the surface of the cast product. Defects may include exudates. Exudates are surface defects that result from reheating of nearby surface areas of a casting slab, which solidifies as the slab shrinks on the cooled surface. The density of exudates may vary depending on the alloy, and 6xxx alloys are prone to exudates. The exudates may be less than about 50 μm in diameter depending on the alloy. In some examples, cast aluminum alloys have an exudation frequency of up to 30 exudates/cm 2 as measured by image analysis. Exudate heights range from about 5 μm to about 100 μm. Roughness can be measured by measuring the height of the defect (exudate) through 3D imaging (Keyence).
본 명세서에 설명된 방법들은 12m/min 초과, 14m/min 초과, 16m/min 초과, 또는 18m/min 초과의 캐스팅 속도를 제공할 수 있다. 캐스팅 속도는 12m/min까지 제한되는, 종래의 노즈팁을 이용한 캐스팅 속도에 비해 최대 50% 이상 향상될 수 있다.The methods described herein can provide casting speeds greater than 12 m/min, greater than 14 m/min, greater than 16 m/min, or greater than 18 m/min. Casting speed can be improved by up to 50% or more compared to casting speed using a conventional nose tip, which is limited to 12 m/min.
본 개시에 따른 캐스팅 제품은 더 적은 결함들 및 불순물들을 갖는 표면 근처의 조성물을 제공할 수 있다. 표면-근처(near-surface) 조성물은 깊이의 함수로서 원소 농도의 측정을 얻기 위해 글로우 방전 광학 방출 분광법 (GDOES)으로 분석될 수 있다. 표면-근처 조성물은 예를 들어, 최대 1μm, 최대 2μm, 최대 5μm, 최대 10μm, 최대 15μm 또는 더 크거나 작은 깊이들과 같은, 원하는 깊이에 대한 원소 분석을 위해 GDOES로 특성화될 수 있다. 종래의 연속 캐스팅 제품들은 표면 아래에 무결함 구역(denuded zone)을 가진 연속 캐스팅 최종 게이지 제품 표면에 Fe 및 Mn의 존재를 포함할 수 있고, 이는 표준 직접 캐스팅 처리 제품들과 대조적이다. 이는 연속 캐스팅으로 인해 발생한 표면 금속간화합물(intermetallic)들을 함유한 Fe 및/또는 Mn의 존재이기 때문인 것 같다. 캐스팅 제품은 기준 종래의 캐스팅 표준과 비교하여 Fe 및 Mn의 감소를 가진 표현 근처의 조성물을 갖는다.Casting products according to the present disclosure can provide near-surface compositions with fewer defects and impurities. Near-surface compositions can be analyzed with glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES) to obtain measurements of elemental concentrations as a function of depth. The near-surface composition can be characterized with GDOES for elemental analysis to a desired depth, for example up to 1 μm, up to 2 μm, up to 5 μm, up to 10 μm, up to 15 μm or larger or smaller depths. Conventional continuous casting products may contain the presence of Fe and Mn on the continuously cast final gauge product surface with a denuded zone below the surface, in contrast to standard direct casting processed products. This is likely due to the presence of Fe and/or Mn containing surface intermetallics resulting from continuous casting. The casting product has a composition near the expression with a reduction in Fe and Mn compared to the reference conventional casting standard.
일부 예들에서, 표면-근처 조성에서 삼출물들을 포함하는 표면 결함들의 수는 적어서, 캐스팅 표면의 Fe 및 Mn 함량들을 감소시킨다.In some instances, the number of surface defects including exudates in the near-surface composition is low, reducing the Fe and Mn contents of the casting surface.
예시적인 양태들Exemplary Aspects
아래에 사용된 바와 같이, 일련의 양태들(예를 들어, "양태들 1 내지 4") 또는 열거되지 않은 양태들의 그룹(예를 들어, "이전 또는 이후의 양태")에 대한 임의의 언급은 이들 양태들 각각에 대한 분리적 언급으로 이해되어야 한다(예를 들어, "양태들 1 내지 4"는 "양태들 1, 2, 3 또는 4"로 이해되어야 함).As used below, any reference to a series of aspects (e.g., “aspects 1 through 4”) or a group of unlisted aspects (e.g., “a preceding or subsequent aspect”) Separate reference to each of these aspects should be understood (e.g., “aspects 1 to 4” should be read as “aspects 1, 2, 3 or 4”).
양태 1은 금속 합금의 연속 캐스팅용 노즈팁으로서, 상기 노즈팁은: 제2 표면에 평행한 제1 표면을 갖는 제1 부분-여기서, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면 반대편에 있음-; 연장된 제1 표면을 향하는 제3 표면을 갖는 제2 부분-여기서, 상기 연장된 제1 표면은 상기 제1 표면과 공통 평면에 있음-; 및 상기 제3 표면을 상기 연장된 제1 표면에 연결하는 아치형 표면을 갖는 제3 부분을 포함한다.Aspect 1 is a nose tip for continuous casting of a metal alloy, the nose tip comprising: a first portion having a first surface parallel to a second surface, wherein the second surface is opposite the first surface; a second portion having a third surface facing the extended first surface, wherein the extended first surface is in a common plane with the first surface; and a third portion having an arcuate surface connecting the third surface to the elongated first surface.
양태 2는 임의의 이전 또는 후속 양태의 노즈팁이며, 상기 아치형 표면은 곡률 지점을 포함한다.Aspect 2 is the nosetip of any preceding or succeeding aspect, wherein the arcuate surface includes a point of curvature.
양태 3은 임의의 이전 또는 후속 양태의 노즈팁이며, 상기 곡률 지점은 상기 연장된 제1 표면으로부터의 수직 거리이고, 상기 수직 거리는 상기 노즈팁과 연속 캐스팅 표면 사이에서, 상기 노즈팁을 사용하여 캐스팅된, 액체 금속의 최대 메니스커스 높이를 제한하도록 구성된다.Aspect 3 is the nose tip of any preceding or subsequent aspect, wherein the point of curvature is a vertical distance from the elongated first surface, the vertical distance being between the nose tip and a continuous casting surface, wherein the nose tip is used to cast using the nose tip. is configured to limit the maximum meniscus height of the liquid metal.
양태 4는 임의의 이전 또는 후속 양태의 노즈팁이며, 상기 제3 부분은 상기 곡률 지점과 상기 연장된 제1 표면 사이에 컷백을 포함한다.Aspect 4 is the nosetip of any preceding or subsequent aspect, wherein the third portion includes a cutback between the point of curvature and the elongated first surface.
양태 5는 임의의 이전 또는 후속 양태의 노즈팁이며, 상기 제3 부분은 난류 생성 메커니즘을 포함한다.Aspect 5 is the nose tip of any previous or subsequent aspect, wherein the third portion includes a turbulence generating mechanism.
양태 6은 임의의 이전 또는 후속 양태의 노즈팁이며, 상기 난류 생성 메커니즘은 복수의 딤플들, 복수의 리브들, 복수의 피어들, 또는 상기 제1 표면, 상기 제2 표면, 또는 상기 연장된 제1 표면의 표면 거칠기보다 더 큰 표면 거칠기로부터 적어도 하나가 선택된다.Aspect 6 is the nosetip of any previous or subsequent aspect, wherein the turbulence generating mechanism includes a plurality of dimples, a plurality of ribs, a plurality of piers, or a plurality of dimples, a plurality of ribs, a plurality of piers, or At least one is selected from the surface roughness greater than the surface roughness of the 1 surface.
양태 7은 임의의 이전 또는 후속 양태의 노즈팁이며, 상기 노즈팁은 내화성 물질을 포함한다.Aspect 7 is the nosetip of any preceding or subsequent aspect, wherein the nosetip includes a refractory material.
양태 8은 금속 합금을 연속 캐스팅하는 방법으로서, 상기 방법은: 아치형 노즈팁을 제공하는 단계-여기서, 상기 아치형 노즈팁은: 제2 표면에 평행한 제1 표면을 갖는 제1 부분-여기서, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면 반대편에 있음-; 연장된 제1 표면을 향하는 제3 표면을 갖는 제2 부분-여기서, 상기 연장된 제1 표면은 상기 제1 표면과 공통 평면에 있음-; 및 상기 제3 표면을 연장된 상기 제1 표면에 연결하는 아치형 표면을 갖는 제3 부분을 포함함-; 및 상기 아치형 노즈팁을 통해, 캐스팅 제품을 형성하기 위해 캐스팅 공동으로 액체 금속을 흐르게 하는 단계를 포함한다.Aspect 8 is a method of continuously casting a metal alloy, the method comprising: providing an arcuate nose tip, wherein the arcuate nose tip comprises: a first portion having a first surface parallel to the second surface; the second surface is opposite the first surface; a second portion having a third surface facing the extended first surface, wherein the extended first surface is in a common plane with the first surface; and a third portion having an arcuate surface connecting the third surface to the extended first surface; and flowing liquid metal through the arcuate nose tip into the casting cavity to form a casting product.
양태 9는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 아치형 노즈팁을 통해 흐르는 상기 액체 금속의 메니스커스 길이는 곡률 지점으로부터 상기 캐스팅 공동을 부분적으로 정의하는 캐스팅 표면까지의 거리와 최대 동일하다.Aspect 9 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the meniscus length of the liquid metal flowing through the arcuate nose tip is at most equal to the distance from the point of curvature to a casting surface that partially defines the casting cavity.
양태 10은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 메니스커스 길이는 0.5mm 내지 2.0mm이다.Aspect 10 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the meniscus length is from 0.5 mm to 2.0 mm.
양태 11은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 아치형 노즈팁의 상기 제3 부분은 난류 생성 메커니즘을 더 포함한다.Aspect 11 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the third portion of the arcuate nose tip further comprises a turbulence generating mechanism.
양태 12는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 난류 생성 메커니즘은 표면 거칠기, 복수의 딤플들, 복수의 리브들, 복수의 피어들 및 이들의 조합들로부터 선택된 적어도 하나이다.Aspect 12 is a method of any preceding or subsequent aspect, wherein the turbulence generating mechanism is at least one selected from surface roughness, a plurality of dimples, a plurality of ribs, a plurality of piers, and combinations thereof.
양태 13은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 자기 진동 기술을 사용하여 상기 아치형 표면에서 상기 액체 금속에 난류를 생성하는 단계를 더 포함한다.Aspect 13 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising generating turbulence in the liquid metal at the arcuate surface using a magnetic oscillation technique.
양태 14는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 노즈팁은 내화성 물질이다.Aspect 14 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the nose tip is a refractory material.
양태 15는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 캐스팅 제품은 최대 10μm의 표면 거칠기를 갖는다.Embodiment 15 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the cast product has a surface roughness of up to 10 μm.
양태 16은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 표면 거칠기는 3D 이미지 분석에 의해 측정된다.Aspect 16 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the surface roughness is measured by 3D image analysis.
양태 17은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 캐스팅 제품은 기준 종래의 캐스팅 표준과 비교하여 상기 캐스팅 표면에서 Fe 및 Mn의 감소를 갖는 상기 표면 근처 조성물을 갖는다.Aspect 17 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the casting product has a near-surface composition having a reduction in Fe and Mn at the casting surface compared to a baseline conventional casting standard.
양태 18은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 조성물은 글로우 방전 광학 방출 분광법으로 특성화된다.Embodiment 18 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the composition is characterized by glow discharge optical emission spectroscopy.
양태 19는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 캐스팅 제품은 최대 30 삼출물들/cm2의 삼출물 빈도를 갖는다.Aspect 19 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the cast product has an exudate frequency of up to 30 exudates/cm 2 .
양태 20은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 삼출물 빈도는 3D 이미지 분석에 의해 결정된다.Aspect 20 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the exudate frequency is determined by 3D image analysis.
양태 21은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법이며, 상기 방법은 12m/min 초과의 캐스팅 속도를 제공한다.Aspect 21 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the method provides a casting speed greater than 12 m/min.
양태 22는 임의의 이전 양태의 방법이며, 아치형 노즈팁은 임의의 이전 양태의 노즈팁이다.Aspect 22 is the method of any of the preceding aspects, wherein the arcuate nose tip is the nose tip of any of the preceding aspects.
위에 인용된 모든 특허, 간행물 및 요약은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다. 예시된 실시예를 포함하는 실시예의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로만 제시되었으며, 개시된 정확한 형태를 총망라하거나 제한하려는 의도는 아니다. 이의 다양한 수정, 적용 및 사용은 당업자에게 명백할 것이다.All patents, publications and abstracts cited above are hereby incorporated by reference in their entirety. The foregoing description of embodiments, including illustrative embodiments, has been presented for purposes of illustration and description only and is not intended to be exhaustive or to limit the precise form disclosed. Various modifications, applications and uses thereof will be apparent to those skilled in the art.
Claims (20)
제2 표면에 평행한 제1 표면을 갖는 제1 부분-여기서, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면 반대편에 있음-;
연장된 제1 표면을 향하는 제3 표면을 갖는 제2 부분-여기서, 상기 연장된 제1 표면은 상기 제1 표면과 공통 평면에 있음-; 및
상기 제3 표면을 상기 연장된 제1 표면에 연결하는 아치형 표면(arcuate surface)을 갖는 제3 부분을 포함하는, 노즈팁.A nose tip for continuous casting of a metal alloy, the nose tip having:
a first portion having a first surface parallel to the second surface, wherein the second surface is opposite the first surface;
a second portion having a third surface facing the extended first surface, wherein the extended first surface is in a common plane with the first surface; and
A nose tip comprising a third portion having an arcuate surface connecting the third surface to the elongated first surface.
아치형 노즈팁을 제공하는 단계-여기서, 상기 아치형 노즈팁은:
제2 표면에 평행한 제1 표면을 갖는 제1 부분-여기서, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면 반대편에 있음-;
연장된 제1 표면을 향하는 제3 표면을 갖는 제2 부분-여기서, 상기 연장된 제1 표면은 상기 제1 표면과 공통 평면에 있음-; 및
상기 제3 표면을 연장된 상기 제1 표면에 연결하는 아치형 표면을 갖는 제3 부분을 포함함-; 및
상기 아치형 노즈팁을 통해, 캐스팅 제품을 형성하기 위해 캐스팅 공동(casting cavity)으로 액체 금속을 흐르게 하는 단계를 포함하는, 방법.A method of continuously casting a metal alloy, said method comprising:
Providing an arched nose tip, wherein the arched nose tip:
a first portion having a first surface parallel to the second surface, wherein the second surface is opposite the first surface;
a second portion having a third surface facing the extended first surface, wherein the extended first surface is in a common plane with the first surface; and
comprising a third portion having an arcuate surface connecting the third surface to the elongated first surface; and
flowing liquid metal through the arcuate nose tip into a casting cavity to form a cast product.
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