(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を鋳造するためのモールド（１；５０）であって、その内部にキャビティを有し、前記キャビティは、鋳造部（１２）と、前記鋳造部（１２）の上流で鋳造部に隣接するランニングシステム（４）とを有し、前記ランニングシステム（４）は、上流の入口部（６；５８）、下流の出口部（１０；６０）、および前記入口部および出口部（６，１０；５８；６０）との間に設けられた渦流チャンバ（７；５４）を含み、前記渦流チャンバ（７；５４）が、互いに真っすぐで平行な側壁を有し、金属の回転は、概して、互いに平行な側壁に垂直な軸の回りであり、フィルタ（８；６２）が前記渦流チャンバ（７；５４）と前記出口部（１０；６０）との境界に設けられたモールドにおいて、
前記フィルタ（８；６２）は、溶融金属が回転する前記軸に平行に配置され、前記入口部（６；５８）の縦軸は、前記フィルタ（８；６２）を通過することを特徴とするモールド。
【請求項２】
入口部（６；５８）が、鉛直であることを特徴とする、請求項１に記載のモールド。
【請求項３】
渦流チャンバ（５４）が、サンプ（６８）を含むことを特徴とする、請求項２記載のモールド。
【請求項４】
入口部（５８）の縦軸とフィルタ（６２）の上流面（６４）の平面とによって規定される角度が、渦流チャンバ（５４）から見て、９０°より大きく、１８０°より小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモールド。
【請求項５】
フィルタ（６２）の（ｃｍ２の単位で測定された）作業表面積が、（ｃｍ３の単位で測定された）渦流チャンバの容積の１５％以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモールド。
【請求項６】
フィルタ（６２）の作業表面積（ｃｍ２）が、渦流チャンバの容積（ｃｍ３）の２％以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のモールド。
【請求項７】
側壁の間の距離が、対応する平面において測定したフィルタ幅の１５０％よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のモールド。
【請求項８】
フィルタ（８，６２）が、発泡フィルタであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のモールド。
【請求項９】
フィルタ（８，６２）が、渦流チャンバ（５４）の周囲面に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のモールド。
【請求項１０】
渦流チャンバが、２つの出口部と２つのフィルタとを含み、各フィルタが、渦流チャンバと出口部との境界に配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のモールド。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモールドの渦流チャンバ（５４）、ならびに渦流チャンバに隣接する入口部および出口部（５８，６０）の部分を形成するためのパターン（７０）であって、前記パターン（７０）の周囲面は、前記渦流チャンバ（５４）の形状を規定し、前記フィルタ（６２）、および前記入口部および出口部（５８，６０）の部分は、前記渦流チャンバに隣接することを特徴とするパターン。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモールドにおける使用のための耐火ハウジングであって、前記ハウジングは、入口部（１７４）と出口部（１７６）との間に設けられた渦流チャンバ（１７２）を含み、前記渦流チャンバ（１７２）が、互いに真っすぐで平行な側壁を有し、金属の回転は、概して、互いに平行な側壁に垂直な軸の回りであり、前記ハウジングは、フィルタを受容するように構成される耐火ハウジングであって、前記入口部および出口部（１７４，１７６）は、同一平面内にあり、溶融金属が回転する前記軸に垂直であることを特徴とする耐火ハウジング。
【請求項１３】
出口部（１７６）が、渦流チャンバ（１７２）の周囲面に配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載のハウジング。
【請求項１４】
フィルタ（１７８）を追加的に含み、前記フィルタは、渦流チャンバ（１７２）と出口部（１７６）との間の境界に設けられ、前記フィルタは、溶融金属が回転する前記軸に平行に配置され、前記入口部（１７４）の縦軸は、前記フィルタを通ることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のハウジング
【請求項１５】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモールド（５０）を作る方法であって、
モールドキャビティの形状を規定する周囲面を有するパターン（７０）を提供することと、
前記パターン（７０）を適切なモールド材料で囲むことと、
前記モールド材料を固めることと、
前記パターン（７０）を前記モールド（５０）から取り除くこととを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
金属鋳造物を形成する方法であって、
モールド（１；５０）であって、その内部にキャビティを有し、前記キャビティは、鋳造部（１２）と、前記鋳造部（１２）の上流で鋳造部に隣接するランニングシステム（４）とを有し、前記ランニングシステム（４）は、上流の入口部（６；５８）、下流の出口部（１０；６０）、および前記入口部と出口部（６，１０；５８；６０）との間に設けられた渦流チャンバ（７；５４）を含み、前記渦流チャンバ（７；５４）が、互いに真っすぐで平行な側壁を有し、金属の回転は、概して、互いに平行な側壁に垂直な軸の回りであり、フィルタ（８；６２）が前記渦流チャンバ（７；５４）と前記出口部（１０；６０）との境界に設けられ、前記フィルタ（８；６２）は、溶融金属が回転する前記軸に平行に配置され、前記入口部（６；５８）の縦軸は、前記フィルタ（８；６２）を通過する、モールドを形成することと、
溶融金属を入口部（６；５８）を通って渦流チャンバ（７；５４）に流れるように、溶融金属をキャビティ内に注湯することと、
渦流チャンバ（７；５４）内の溶融金属に回転運動を誘導し、それによって金属内部の介在物を渦流チャンバ（７；５４）において凝集させることと、
溶融金属を、フィルタ（８；６２）を通過させてランニングシステムの出口部（１０；６０）に入れ、その後、モールドキャビティの鋳造部（１２）に入れることと、
溶融金属を硬化させることと、
鋳造物をモールド（１；５０）から分離させることとを含む方法。
【請求項１７】
フィルタ（８，６２）が発泡フィルタであることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、金属を鋳造するためのモールドと、そのようなモールドを利用する鋳造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造におけるフィルタの使用は周知である。フィルタは、溶融金属中の非金属介在物が鋳造物に入ることを防止するために、主として使用される。介在物の存在は、鋳造物の表面処理、力学的性質、および機械加工性に悪影響を与え、鋳造物のスクラップ化をもたらすことがあり得る。フィルタ、特にセラミック発泡体フィルタはまた、金属流の乱流を抑制して、ランニングシステムおよびゲーティングシステムを改善し、それに続いて、鋳造物の生産量の改善を可能にする。
【０００３】
小さな鋳造物に対しては、金属は、普通、１つの金属流および１つのフィルタを使用して、鋳造物に首尾よく供給されることができる。従来のフィルタは、大きな鋳造物に供給するために必要とされる処理能力を有していない、すなわち、従来のフィルタは目詰まりを起こし、金属の流れを減少または停止させ、不完全な鋳造物をもたらすので、大きな鋳造物に対して問題が発生し得る。したがって、非常に大きなフィルタを使用するか、あるいは、鋳造物に通じる多数のフィルタ処理した金属流を使用する必要がある。低いフィルタ処理能力が、フィルタの目詰まりおよび長い注湯時間をもたらすので、問題は、依然として発生し得る。金属注湯温度を上昇させることは、この問題を部分的に克服するかもしれないが、このことは、金属ろ過を技術的および／または経済的に魅力のないものにするという他の問題につながる。この問題に対する１つの解決法は、独国特許第４２２９４１７Ｃ２号明細書に記載されているような回転式フィルタである。回転式フィルタは、リングに配置された多数のフィルタのためのセラミックハウジングを含む。溶融金属は、フィルタを通って、リングの外側からハウジングのルーフの中心の出口に流れる。回転は、セラミックハウジングおよびランニングシステムの高い熱容量のせいもあって、より大容量の金属がろ過されることを可能にするが、大きな鋳造物に対してだけ有用な方法である。
【０００４】
渦流ゲートまたは求心性トラップとしても知られる渦流チャンバは、溶融物（溶融金属）から、スラグおよび他の不純物を取り除くための装置である。該装置は、溶融物と溶融物に浮遊または浮揚する不要な物質との密度の差を利用する。該装置は、溶融物を回転させ、それによって、重い金属を外側に押しやり、軽い不純物を内側に押しやって、不純物を凝固させて上方に浮揚させる。
【０００５】
露国特許第２２１３６４１号明細書は、鋳造モールドにおける改良されたスラグトラップを記載しており、該スラグトラップは、（フィルタを含んでもよい）基部のための挿入物および挿入物の下方の金属レセプタクルを有する、キャビティボスの形をしている。挿入物は、キャビティボスの壁に平行なリング形状の突起を有し、金属が最初にキャビティボスに入ったとき、金属は、キャビティと突起との間を回流する。金属が、下方に流れて、挿入物を通って金属レセプタクルに至り、その後、鋳造モールドに流れるのに対して、スラグは、上方に浮揚して、キャビティボスの上部で濃縮されるとされている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様は、渦流チャンバを手段として鋳造物中のスラグおよび他の不純物を低減する、溶融金属を成型する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の第１の態様に従って、金属を鋳造するためのモールドが提供され、その内部にキャビティを有し、前記キャビティは、鋳造部と、前記鋳造部の上流で鋳造部に隣接するランニングシステムとを有し、前記ランニングシステムは、上流の入口部、下流の出口部、および前記入口部および出口部との間に設けられた渦流チャンバを含み、フィルタが前記渦流チャンバと前記出口部との境界に設けられる。
【０００８】
本明細書で用いられる「上流」および「下流」は、鋳造中に、金属がモールド内に流れる概略の方向に関する。
【０００９】
本明細書で用いられる渦流チャンバは、チャンバを通過する溶融金属に（ランニングシステムを通る金属の一般的な運動に相対的な）回転運動を与えるチャンバである。
【００１０】
いくつかの実施形態において、渦流チャンバは、渦流チャンバにおける金属の回転を支援する１つ以上の曲面を有する。渦流チャンバの周囲面は、円形の断面を有してもよい。該周囲面には、フィルタが配置されてもよい。
【００１１】
出口部は、一般に、モールド内部で水平であるが、入口部の向きは、特に限定されない。１つの便利な一連の実施形態において、入口部は、実質的に鉛直であるが、別の一連の実施形態において、入口部は、実質的に水平である。特に、水平な入口部の場合、当業者は、ランニングシステムが、入口部の上流において、溶融金属を受けるための下向き湯口を含むことを認識するであろう。
【００１２】
入口部および出口部の両方が水平である実施形態において、入口部および出口部は、有利に、部分的にまたは完全に、共通の水平面にあってもよい。
【００１３】
入口部の縦軸は、フィルタを通過する。入口部が鉛直に配向された実施形態において、渦流チャンバに流れる金属の少なくとも一部が、直接に、フィルタに衝突することが理解されるであろう。
【００１４】
ある実施形態において、入口部の縦軸とフィルタの上流面の平面とで規定される角度は、フィルタの渦流チャンバからみて、９０°より大きく、１８０°より小さい。同角度は、１００°よりも大きく、および／もしくは１７０°よりも小さくてもよい、または、１２０°よりも大きく、および／もしくは１５０°よりも小さくすらあってよい。
【００１５】
特定の実施形態において、渦流チャンバは、渦流チャンバの最下部の領域にあるサンプを含み、フィルタが、入口部とサンプとの境界に配置される。サンプは、たとえば、金属をモールド内に注湯する前に、モールドの上部に位置する注湯取鍋底部からの漏出のように、金属が鋳造の前に渦流チャンバに落下した場合に、漏出金属を収集するために有用である。漏出金属は、渦流チャンバの主要部の内部で硬化するのではなく、サンプにおいて集合してもよい。
【００１６】
溶融金属をろ過するために適した任意の従来のフィルタがモールド内で利用されてもよい。特定の実施形態において、フィルタは、発泡フィルタまたはセル状フィルタである。適切な発泡フィルタは、欧州特許第０４１２６７３号明細書、および該明細書における文献に記載されているような、炭化ケイ素−アルミナなどのセラミック発泡フィルタ、またはＷ．Ｈ．Ｓｕｔｔｏｎ、Ｊ．Ｃ．Ｐｕｌｅｒ、Ｊ．Ｒ．Ｍｏｒｒｉｓ：「Development of Ceramic Foam Material for Filtering High Temperature Alloys」、AFS Transactions、第３３９頁（１９８５）に記載されているようなジルコニアフィルタ、および国際公開第０２／１８０７５号に記載されているような炭素結合フィルタを含む。
【００１７】
フィルタは、モールド内に配置されたとき、渦流チャンバに対向する上流面、および出口に対向する下流面を有するであろう。フィルタの縁は、モールド内において保持されてもよく、その結果、溶融金属のろ過のために利用可能なフィルタの表面積が減少する。フィルタの上流面の露出した領域は、溶融金属のろ過のために利用可能であり、フィルタの「作業」表面積と呼ばれる。
【００１８】
前記フィルタまたは各フィルタの（ｃｍ２の単位で測定された）作業表面積は、渦流チャンバの（ｃｍ３の単位で測定された）容積の１５％以下、１２％以下、９％以下、または６％以下であってもよい。前記フィルタまたは各フィルタの作業表面積（ｃｍ２）は、渦流チャンバの容積（ｃｍ３）の２％以上であってもよい。
【００１９】
別の一連の実施形態において、渦流チャンバは、一対の互いに真っすぐで平行な側壁を有し、金属の回転は、概して、互いに平行な側壁に垂直な軸の回りである。側壁間の距離は、対応する平面（すなわち、側壁に垂直な平面）において測定したフィルタの幅の６０％よりも大きい、７０％よりも大きい、８０％よりも大きい、または９０％よりも大きくてもよい。同様に、側壁間の距離は、対応する平面において測定したフィルタの幅の１５０％よりも小さい、１３５％よりも小さい、１２０％よりも小さい、または１１０％よりも小さくてもよい。
【００２０】
渦流チャンバは、渦流チャンバとその出口部との境界に配置された関連するフィルタと一緒に、１つ以上の出口部を含んでもよい。ある実施形態において、フィルタは、入口部の縦軸が、１つだけのフィルタを通過するように配置される。特定の実施形態において、渦流チャンバは、２つの出口部および２つのフィルタを含み、各フィルタは、渦流チャンバと出口部との境界に配置される。
【００２１】
モールドは、複数の渦流チャンバ（ならびに関連する入口部および出口部）を含んでもよく、たとえば２つまたは３つの渦流チャンバを含んでもよい。モールドは、複数の鋳造部（および関連するランニングシステム）を含んでもよく、たとえば２つまたは３つの鋳造部（キャビティ）を含んでもよい。モールドは、鋳造部（キャビティ）毎に、渦流チャンバを含んでもよい。あるいは、１つの渦流チャンバが１つ以上の鋳造部（キャビティ）に関連付けられることもできる、または１つの鋳造部（キャビティ）が１つ以上の渦流チャンバに関連付けられることもできる。
【００２２】
また、本発明は、第１の態様のモールドの作成のための方法に属し、前記方法は、
モールドキャビティの形状に相補的な周囲面を有するパターンを提供することと、
前記パターンを適切なモールド材料で囲むことと、
前記モールド材料を固めることと、
前記パターンを前記モールドから取り除くこととを含む。
【００２３】
モールドキャビティを規定するために、単一の統一されたパターンが使用されることができるが、鋳造作業は、通常、互いに嵌合して、集団でパターンを規定する複数のパターンを提供するものである。
【００２４】
モールドは、２つの部分において作られてもよく（水平に分割されたモールドの上半分および下半分は、それぞれコープおよびドラッグと呼ばれる）、その場合、パターンも少なくとも２つの要素によって構成され（モールドの各半分に関連付けられた少なくとも１つの要素）、モールド材料が使用され、固められてモールドの各半分を別個に作り、モールドの各半分を接合してモールドを形成する前に、各パターン要素が、モールドの各半分から取り除かれる。パターンまたはパターン要素は、木材および金属から作られてもよく、再使用可能であってもよい。
【００２５】
パターンは、溶融金属と接触して揮発する犠牲材料から作られてもよく、その場合、モールドからのパターンの除去は、鋳造中に起る。適切な犠牲材料は、ポリスチレン、またはスチレンおよびメタクリル酸エステルの共重合体などの展伸熱可塑性材料を含む。
【００２６】
もちろん、上述の２つの技術を組み合わせることも可能である。たとえば、２パターンモールドシステムにおいて、パターンを規定するいくつかの要素が犠牲材料から作られ、他の要素が除去可能であり再使用可能な材料を用いて作られてもよい。たとえば、鋳造部は、非犠牲のパターン要素によって規定されてもよく、ランニングシステムの少なくとも一部分、たとえば渦流チャンバは、犠牲要素によって規定されてもよい。
【００２７】
フィルタは、モールドの作成よりも以前に予め形成されてもよく、または、モールドの作成の間に挿入されてもよい。通常、フィルタは、パターン（または少なくともフィルタ周辺のパターンの領域）が犠牲材料から形成されるのであれば、パターン内に予め形成されるであろう。２モールドシステムの場合、フィルタは、普通、モールド半分が組み合わせられる直前に、モールド半分のうちの１つに挿入されるであろう。フィルタを組み込む展伸熱可塑性材料のパターンは、欧州特許第０２９４９７０号明細書に記載されている。
【００２８】
通常、モールド材料は、バインダを含有する鋳物砂であろう。鋳物砂は、パターンに掛けられ、圧縮され、バインダの作用によって硬化させられる。鋳造作業は、周知であり、たとえばFoseco Ferrous Foundryman’s Handbook（ISBN 075064284 X）の第１２章および第１３章に記載されている。鋳物砂は、通常、ケイ砂であるが、モールドおよび鋳造物の部分または全体に特定の性質を与えるために、他のより高価な砂が特殊な応用のために使用される。砂は、新品であってもよく、リサイクルされた中古の砂であってもよく、または両者の組み合わせであってもよい。ノーベイク硬化処理またはコールド硬化処理として知られる通常の処理は、砂を液状樹脂またはケイ酸塩バインダを適切な触媒と一緒に、通常、連続ミキサーにおいて混合するものである。混合された砂は、その後、パターンの周囲で、振動および衝突の組み合わせによって圧縮され、その後、その状態を保たれ、その間、触媒は、砂混合物の硬化をもたらすバインダとの反応を開始する。モールドが、取扱い可能な強度に到達したとき、モールドは、パターンから取り外され、化学反応が完了するまで、硬化を継続する。その後、砂モールドと金属鋳造物との間の物理的および化学的相互作用を軽減して、完成した鋳造物の表面を改善するために、耐火被膜が付与されてもよい。被覆は、刷毛、噴霧、または注ぎかけることによって付与され、フィルタおよび任意の供給システムがモールド内に配置され、鋳造準備が整って２つのモールド半分が組み立てられる前に、乾燥されてもよい。
【００２９】
あるいは、モールドは、（通常、生砂と呼ばれる）クレイボンドによって作られてもよく、クレイボンドは、ナトリウムベントナイトまたはカルシウムベントナイトなどのクレイ、水、ならびに炭塵および穀粉バインダなどの他の添加物の混合物からなる。砂混合物は、パターンの周囲に配置され、通常、砂の上部のスクイーズ板に空気圧または水圧を加えることによる圧力の下で圧縮される。圧力が解放されて、モールドがパターンプレートからはがし取られる。その後、モールドは、耐火被膜を付与して、または耐火被膜を付与せずに、鋳造に使用されてもよい。
【００３０】
また、本発明は、第１の態様のモールドの渦流チャンバならびに渦流チャンバに隣接する入口部および出口部の部分を形成するためのパターン要素に属し、該パターン要素の周囲面は渦流チャンバの形状に相補的であり、フィルタならびに入口部および出口部の部分は渦流チャンバに隣接する。
【００３１】
本発明の第３の態様に従って、金属鋳造物を形成する方法が提供され、前記方法は、
モールドであって、その内部にキャビティを有し、前記キャビティは、鋳造部と、前記鋳造部の上流で鋳造部に隣接するランニングシステムとを有し、前記ランニングシステムは、上流の入口部、下流の出口部、および前記入口部と出口部との間に設けられた渦流チャンバを含み、フィルタが前記渦流チャンバと前記出口部との境界に設けられ、前記フィルタは、金属が渦流チャンバ内部において使用中に回転する軸に平行に配置され、前記入口部の縦軸は、前記フィルタを通過する、モールドを形成することと、
溶融金属を入口部を通って渦流チャンバに流れるように、溶融金属をキャビティ内に注湯することと、
渦流チャンバ内の溶融金属に回転運動を誘導し、それによって金属内部の介在物を渦流チャンバにおいて凝集させることと、
溶融金属を、フィルタを通過させてランニングシステムの出口部に入れ、その後、モールドキャビティの鋳造部に入れることと、
溶融金属を硬化させることと、
鋳造物をモールドから分離させることとを含む。
【００３２】
実用上の理由により、前記方法は、２５ｋｇよりも大きい、１００ｋｇよりも大きい、２５０ｋｇよりも大きい、または５００ｋｇよりも大きく、３０００ｋｇよりも小さい、または１５００ｋｇよりも小さい、または７５０ｋｇよりも小さい鋳造物に特に適した方法である。
【００３３】
いくつかの実施形態において、鋳造に使用される金属は、鉄類、たとえば鋼鉄であろう。
【００３４】
鋳造物は、モールドから分離されると、当該技術分野で周知の様々な技術を使用する仕上げを必要としてもよい。
【００３５】
また、本発明は、第１の態様のモールドにおける使用のための耐火ハウジングに属し、該ハウジングは、入口部と出口部との間に設けられ、フィルタを受容するように構成され、入口部および出口部は、同一平面にあって、金属が渦流チャンバ内部において使用中に回転する軸に垂直である。
【００３６】
一実施形態において、出口部は、渦流チャンバの周囲面に配置される。
【００３７】
一実施形態において、ハウジングは、フィルタを追加的に含み、該フィルタは、フィルタが、金属が渦流チャンバ内部において使用中に回転する軸に平行になるべく配置され、入口部の縦軸が、フィルタを通過するように、渦流チャンバと出口部との境界に設けられる。
【００３８】
ハウジングは、フィルタと一緒に、部品一式で提供されてもよい。このようにして、モールドの作成の前に、または鋳造の前に、フィルタは、鋳造工場でハウジング内に配置されることができる。あるいは、ハウジングは、上述のように既にハウジング内に配置されたフィルタと一緒に提供されてもよい。
【００３９】
ハウジングは、フィルタがハウジング内部に正確に配置されるように構成される。ハウジングは、フィルタをハウジング内部に配置するための凹部、チャネル、または溝を有してもよい。フィルタは、摩擦嵌合によって配置されてもよく、および／または、フィルタを所定の位置に保持するために、突起が利用されることができる。
【００４０】
鋳造方法は、第１の態様のモールドに関連して述べられた任意の特徴を有するモールドを利用してもよいことが理解されるであろう。
【００４１】
本発明の実施形態は、例示のためだけの添付図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に従う、金属を鋳造するためのモールドを示す。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従う、モールドのランニングシステムの一部の断面図である。
【図２Ｂ】鋳造中に、図２Ａに示されたランニングシステムを通る金属の流れの概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に従う、図２Ａのランニングシステムの一部に対応するパターンの斜視図である。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態に従う、モールドのランニングシステムの一部の断面図である。
【図４Ｂ】鋳造中に、図４Ａに示されたランニングシステムを通る金属の流れの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に従う、図４Ａのランニングシステムの一部に対応するパターンの斜視図である。
【図６】本発明の別の実施形態に従う、モールドのランニングシステムの一部の断面図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態に従う、モールドのランニングシステムの一部の断面図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示されたモールドのランニングシステムの一部の平面図である。
【図８Ａ】比較例において使用された、従来のフィルタプリントの断面図である。
【図８Ｂ】比較例において使用された、従来のフィルタプリントの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に従う、鋳造物を製造するために使用されるモールドの平面図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に従う、モールドのランニングシステムの一部の断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に従う、モールドにおける使用のための渦流チャンバの平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に従う、モールドを使用して形成された鋳造物の一部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は、金属を鋳造するための結合された砂モールド１の断面を示す。モールド１は、ドラッグ部分１ａとコープ部分１ｂとを含み、ドラッグ部分１ａおよびコープ部分１ｂは、分割線３に沿って接触する。モールドキャビティは、鋳造キャビティ（部分）１２とランニングシステム４とを含む。溶融金属は、ランニングシステム４（上流）を通って流れ、鋳造キャビティ１２（下流）に到達する。ランニングシステム４は、鉛直の下向き湯口６を含み、下向き湯口は、その上端に、漏斗状の注湯部５を有する。下向き湯口６の下端は、渦流チャンバ７の入口を形成する。渦流チャンバ７は、出口１０を有し、出口は、先ず、堰領域１１に通じて、その後、鋳造キャビティ１２に通じる。したがって、渦流チャンバ７は、鋳造キャビティ１２に隣接する。フィルタ８は、渦流チャンバ７と出口１０との境界において、渦流チャンバ７の周囲面に配置される。溶融金属は、下向き湯口６を介してキャビティに入り、渦流チャンバ７を回流し、フィルタ８を通って出て出口１０に至り、その後、下流への流れを継続して、堰領域１１を介して鋳造部１２に至る。図１に示されたモールドキャビティは、押湯１３の形をした随意的な要素を含み、１つの押湯は、堰領域１１の近くに配置され、別の押湯は、鋳造部に配置される。押湯１３は、鋳造キャビティ１２を充填する間、および、それに続く冷却中の鋳造物の凝固および収縮の期間の間、液体金属の湯溜りを提供する。押湯１３は、押湯スリーブ（フィーダ）１４によって囲まれ、該押湯スリーブは、低密度絶縁品または発熱耐火品であり、囲まれた金属が液状に留まる期間を延長する。押湯スリーブ１４は、組立の前に、モールド内に配置される。
【００４４】
製造されるべき鋳造物のサイズ、形状、および金属に依存して、ランニングシステム４の設計に多くの変形が存在することが認識されるであろう。たとえば、下流の出口部１０は、堰領域を介するのではなく、直接に、鋳造キャビティ１２に通じてもよい。
【００４５】
図２Ａは、ランニングシステムの一部を含む、砂モールド２０の一部の断面図を示す。ランニングシステムは、渦流チャンバ２４を含み、渦流チャンバは、２つの互いに平行な平面の側壁（図２Ａにおいては不可視）を接続する曲げられた周囲面２６（図２Ａに示されているような円形の断面）を有する近似的な円柱である。ランニングシステムの側壁および表面がモールド２０の内面によって構成されることが理解されるであろう。渦流チャンバ２４は、入口２８と出口３０とを有し、入口および出口の両方が渦流チャンバ２４の周囲面２６から延びる。入口２８は、渦流チャンバ２４から、ランニングシステムの残りの上流部分に延びる。出口３０は、渦流チャンバ２４から、ランニングシステムの残りの下流部分に延びる。モールド２０は、鋳造のために適した配向において示されており、図に見られるように、入口２８は、実質的に鉛直であり、出口３０は、実質的に水平である。フィルタ３２は、渦流チャンバ２４の周囲面において、渦流チャンバ２４と出口３０との境界に配置される。フィルタ３２は、渦流チャンバ２４に面する上流面３４と、出口３０に面する下流面３６とを有する。出口２８は、フィルタ３２の上流面３４を通る縦軸Ａを有する。縦軸Ａとフィルタ３２の上流面３４の平面とで規定される角度αは１５０°である。渦流チャンバは、９．６ｃｍの直径とおよそ４．８ｃｍの厚みとを有し、したがって、およそ３４７．３ｃｍ３の容積を有する。フィルタ３２は、およそ２３．０４ｃｍ２（４．８ｃｍ×４．８ｃｍ）の露出した（作業）表面積を有する。したがって、フィルタの作業表面積は、渦流チャンバの体積の６．６％である。渦流チャンバ２４の厚み、ならびにフィルタ３２および出口３０の寸法は、流入する金属の流れおよび速さが、金属が渦流チャンバ２４に滞留する間に大きく低下しないように設計される。
【００４６】
本実施形態において、入口２８および渦流チャンバ２４の平面の側壁は、実質的に鉛直である。別の実施形態において、渦流チャンバは、入口２８および平面の側壁が実質的に水平になるように、配向されることができる。
【００４７】
図２Ｂは、鋳造中、モールド２０を通る溶融金属の流れを示す。矢印によって示されるように、溶融金属は、入口２８を介して渦流チャンバ２４に入り、フィルタ３２の上流面３４を横断して周囲面２６に沿って流れ、その後、フィルタ３２を通って流れ、出口３０に流れる。渦流チャンバ２４の内部で、金属の回転は、概して、軸Ｂの回りの回転であり、軸Ｂは、互いに平行な平面の側壁に直交し、フィルタ３２の平面に平行である。金属の回転は、金属中の不純物が、フィルタを通って金属流と一緒に運ばれるのではなく、渦流チャンバ２４内で集合することを促進する。より少ない不純物を含む金属は、直ちにフィルタを詰まらせることがなく、鋳造部（図示せず）に至る金属の下流への流れを改善する。もちろん、ある一部の金属の滞留時間は異なるであろう。直ちにフィルタを通過する金属があってもよく、渦流チャンバ内を多数回循環する金属があってもよい。
【００４８】
図３は、図２に示された渦流チャンバ２４と、入口２８と、出口３０とを作るために使用されるパターン４０の斜視図である。本実施形態において、パターン４０は、フィルタを含まない。フィルタは、鋳造の直前に、モールド内に配置することができる。パターンは、基本的に、円筒状の円盤４２であり、円盤は、概して、鉛直方向に、円盤４２の周囲面から接線方向に延びる第１の脚４４、および、第１の脚に隣接して、概して、水平方向に、円盤４２の周囲面から接線方向に延びる第２の脚４６を有する。概して立方形の部分４８が、円盤４２の周囲面と第２の脚４６との間にあり、使用中にフィルタを配置するための領域（フィルタハウジング）を規定する。
【００４９】
パターン４０は、水平面Ａに沿って、２つの要素（４０ａ，４０ｂ）に分割され、水平面Ａは、円盤４２を、円盤の中心よりも下方において二分し、第２の脚４６の上面に一致する。上部要素４０ａは、モールドのコープ部分の形成において使用されることができ、下部要素４０ｂは、モールドのドラッグ部分の形成において使用されることができる。コープ部分およびドラッグ部分は、その後、合わせられることができて、モールド２０を形成し、図２に示されるキャビティを規定する。
【００５０】
図４Ａは、ランニングシステムの一部を含む、砂モールド５０の断面を示す。ランニングシステムは、渦流チャンバ５４を含み、渦流チャンバは、互いに平行な平面の側壁（図４Ａにおいては不可視）を接続する周囲面５６を有する。ランニングシステムの側壁および表面がモールド５０の内面によって構成されることが理解されるであろう。渦流チャンバ５４は、入口５８と出口６０とを有し、入口５８および出口６０の両方が渦流チャンバの周囲面から延びる。入口５８は、渦流チャンバ５４から、ランニングシステムの残りの上流部分に延びる。出口６０は、渦流チャンバ５４から、ランニングシステムの残りの下流部分に延びる。モールド５０は、鋳造のために適した配向において示されており、図に見られるように、入口５８は、実質的に鉛直であり、出口６０は、実質的に水平である。
【００５１】
フィルタ６２は、渦流チャンバ５４の周囲面において、渦流チャンバ５４と出口６０との境界に配置される。フィルタ６２は、渦流チャンバ５４に面する上流面６４と、出口６０に面する下流面６６とを有する。フィルタ６２と向かい合う渦流チャンバ５４の周囲面５６は、概して、曲げられた上部および下部の角を有する平面である。フィルタ６２に隣接する渦流チャンバ５４の周囲面５６は、下方に延びて、サンプ６８を規定する小さなチャンバを規定する。サンプ６８は、フィルタ６２のレベルよりも下にあり、漏出金属のための湯溜りを提供する。たとえば、鋳造の前に、金属が渦流チャンバ５４に滴下したとき、滴下した金属は、フィルタ６２の上流面６４のような渦流チャンバ５４の主要な部分の内部で凝固するのではなく、サンプ６８において集合する。入口５８は、フィルタ６２の上流面６４を通る縦軸Ａを有する。縦軸Ａとフィルタ６２の上流面６４の平面とで規定される角度αは１５０°である。
【００５２】
渦流チャンバ５４は、およそ２５２．６ｃｍ２の容積を有する。フィルタ６２の上流面６４は、およそ２３．０４ｃｍ２（４．８ｃｍ×４．８ｃｍ）の露出した（作業）表面積を有する。したがって、フィルタの作業表面積は、渦流チャンバの容積の９．１％である。渦流チャンバ５４の厚み、ならびにフィルタ６２および出口６０の寸法は、流入する金属の流れおよび速さが、金属が渦流チャンバ５４に滞留する間に大きく低下しないように設計される。
【００５３】
本実施形態において、出口５８および渦流チャンバ５４の平面の側壁は、実質的に鉛直である。別の実施形態において、渦流チャンバは、入口５８および平面の側壁が実質的に水平になるように配向されることができる。
【００５４】
図４Ｂは、鋳造中、モールド５０を通る溶融金属の流れを示す。矢印によって示されるように、溶融金属は、入口５８を介して渦流チャンバ５４に入り、フィルタ６２の上流面６４を横断し、曲げられた角によって支援されて周囲面５６に沿って流れ、その後、フィルタ６２を通って流れ、出口６０に流れる。金属の流れは、概して、軸Ｂの回りの流れであり、軸Ｂは、互いに平行な平面の側壁に直交し、フィルタ６２の平面に平行である。金属の回転は、金属中の不純物が、下流に流れる金属と一緒に運ばれるのではなく、渦流チャンバ５４内で集合することを促進する。（より少ない不純物を含む）金属は、その後、フィルタを通って下流へ流れて、鋳造部（図示せず）に流れる。もちろん、ある一部の金属の滞留時間は異なるであろう。直ちにフィルタを通過する金属があってもよく、渦流チャンバ内を多数回循環する金属があってもよい。
【００５５】
図５は、図４Ａに示された渦流チャンバ５４、入口５８、および出口６０を作るために使用されるパターン７０の斜視図である。本実施形態において、パターン７０は、フィルタを含まない。フィルタは、鋳造の直前に、モールド内に配置することができる。パターン７０は、上部要素７０ａおよび下部要素７０ｂである２つの要素に分割される。上部要素７０ａは、モールドのコープ部分の形成において使用されてもよく、下部要素７０ｂは、モールドのドラッグ部分の形成において使用されてもよい。コープ部分およびドラッグ部分は、その後、合わせられることができて、モールド５０を形成し、図４Ａに示されるキャビティを規定する。
【００５６】
図６は、ランニングシステムの一部を含む、砂モールド８０の断面を示す。ランニングシステムは、２つの鉛直に配向された渦流チャンバ８２ａおよび８２ｂを含む。各渦流チャンバ８２ａ，ｂは、別個の入口部８３ａおよび８３ｂをそれぞれ有し、各入口部は、上流において互いに接続され、下向き湯口８４に垂直である。各渦流チャンバ８２ａ，ｂは、下流の出口部８５ａおよび８５ｂをそれぞれ有し、各出口部は、渦流チャンバから、入口８３ａおよび８３ｂと同じ平面において延びる。出口８５ａ，ｂは、その後、随意的に鋳造キャビティに隣接する堰領域を介して、下流に通じて、少なくとも１つの鋳造キャビティ（図示せず）に至る。ランニングシステムは、１つの鋳造キャビティに供給するために利用されてもよく、その場合、出口８５ａ，ｂは、同一の鋳造キャビティの異なる部分に通じてもよい。あるいは、２つの別個の鋳造物が１つのモールドおよび１回の金属の注湯によって製造されるように、出口８５ａ，ｂは、２つの別個の鋳造キャビティに通じてもよい。
【００５７】
図７Ａは、ランニングシステムの一部を含む、砂モールド９０の断面図を示す。モールド９０は、ランニングシステムが、別個の入口９３ａ，ｂを介して２つの渦流チャンバ９２ａおよび９２ｂに通じる１つの下向き湯口を含むという点において、図６に示されるモールド８０に類似している。図６に示されるモールド８０とは対照的に、渦流チャンバ９２ａ，ｂは、鉛直位置に代わって、水平位置に並んでいる。各渦流チャンバ９２ａ，ｂは、下流の出口部９５ａおよび９５ｂをそれぞれ有し、各出口部は、１つ以上の鋳造キャビティ（図示せず）に通じる。フィルタ９６ａ，ｂは、各渦流チャンバ９２ａ，ｂの周囲面において、各渦流チャンバ９２ａ，ｂと、それぞれの出口９５ａ，ｂとの境界に配置される。
【００５８】
図７Ｂは、図７Ａに示される実施形態の平面図である。溶融金属は、下向き湯口９４の漏斗形状部９７を介してモールド９０に入り、入口９３ａ，ｂに沿って水平に流れて、渦流チャンバ９２ａ，ｂに至り、渦流チャンバにおいて、回転運動が、不純物を渦流チャンバ９２ａ，ｂの中心部において集合させる。溶融金属は、その後、フィルタ９６ａ，ｂを通って渦流チャンバ９２ａ，ｂを出て、出口９５ａ，ｂに沿って下流に流れて、鋳造キャビティに流れる。
【００５９】
図８Ａは、従来のランニングシステム（フィルタプリント領域としても知られる）の一部を規定する、砂モールド１００の一部の断面図である。ランニングシステムは、下向き湯口１０３を含み、下向き湯口の下端に、フィルタ１０４が水平に配置される。金属は、下向き湯口を下方に流れる。金属は、水平に移動して出口領域１０６に移動し、その後、鋳造キャビティに移動する前に、フィルタ１０４の表面に直接に衝突し、フィルタ１０４を通過して、平底のサンプ１０５に衝突する。
【００６０】
図８Ｂは、従来のランニングシステム（フィルタプリント領域としても知られる）の一部を規定する、砂モールド１１０の一部の断面図である。ランニングシステムは、下向き湯口１１３を含み、下向き湯口の下端は、湯口基部またはサンプ領域１１２を構成する。フィルタ１１４は、モールド１１０内部に、湯口基部に隣接して、鉛直に配置される。金属は、下向き湯口１１３を通って流れ、サンプ１１５の平坦な基部に衝突し、フィルタ１１４を通って水平に流れて、フィルタの下流の出口部１１６および鋳造キャビティに流れる。
【００６１】
図９は、ランニングシステムを含む、砂モールド５０全体の平面図であり、その一部は、既に図４Ａに示されている。金属は、下向き湯口１２３を介してモールドキャビティに入る。金属は、その後、フィルタ６２を通って渦流チャンバ５４を出て、出口６０に到達する前に、鉛直に配向された渦流チャンバ５４に流れて、渦流チャンバを回流する。出口６０は、その後、２つの別個の通路１２６ａ，ｂに分離し、各通路は、堰部１２７ａおよび１２７ｂを介して、鋳造キャビティ１２２の異なる部分に通じる。図１に示される実施形態のように、押湯１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃ，および１２８ｄが、鋳造キャビティおよび堰部の上端に位置し、鋳造組立体のモールド充填硬化中、溶融金属の湯溜りを維持する。冷却後、ランニングシステムは、切断面１２９に沿って切断され、鋳造物から取り除かれる。
【００６２】
図１０は、ランニングシステムの一部を含む、砂モールド１５０の断面図である。ランニングシステムは、鉛直に配向された入口部１５２を含み、入口部は、渦流チャンバ１５４に通じる。渦流チャンバ１５４の周囲面１５６は、円形断面を有し、２つのフィルタ１５８，１６０が、周囲面１５６に配置される。第１のフィルタ１５８は、第１の出口部１６２に通じ、第２のフィルタ１６０は、第２の出口部１６４に通じる。入口部１５２の縦軸は、第１のフィルタ１５８だけを通過する。出口１６２，１６４は、わずかに曲がり、フィルタを出る金属の流れを円滑にする。
【００６３】
金属の流れが矢印によって示されている。第１および第２のフィルタ１５８，１６０は、軸Ｂに平行に配置され、金属は、使用中、軸Ｂの回りに回転する。金属は、出口部１５２を介して、渦流チャンバ１５４に入り、渦流チャンバを回転し、出口部１６２，１６４の両方を介して出る。２つの出口部１６２，１６４を有する渦流チャンバ１５４は、単一のフィルタを有する渦流チャンバの同程度の容積に対してより大きなろ過表面積を提供し、金属が渦流チャンバを通ってより速く流れることができるので、有利である。
【００６４】
図１１は、本発明に従うモールド内における使用のための、セラミック（耐火）ハウジング１７０の斜視図である。ハウジング１７０は、渦流チャンバ１７２と、入口部１７４と、出口部１７６とから成る。耐火発泡フィルタ１７８は、渦流チャンバ１７２の周囲面において、渦流チャンバ１７２と出口部１７６との境界に配置される。ハウジング１７０は、フィルタ１７８を所定の位置に保持するように構成され、該ハウジングは、特別に成形された凹部を有し、該凹部は、フィルタが渦流チャンバ１７２の周囲面において正確に配置されることを保証する。ハウジングは、溶融金属が、入口部１７４に入り、渦流チャンバ１７２を回流し、フィルタ１７８を通って出口部１７６に流れ、その後、下流に流れて鋳造キャビティに流れるように、モールド内に配置されるであろう。ハウジング１７０は、モールド内で、鉛直または水平に配置されることができる。
【実施例】
【００６５】
実施例１、ならびに比較例１Ａおよび１Ｂ
フィルタを含む標準的なモールド（Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．１Ａおよび１Ｂ）、および本発明の実施形態に従うモールド（Ｅｘ．１）を使用して、全注湯重量６８ｋｇを有する鋼鉄の鋳造物（スプリングバスケット）を作る試みを行った。それぞれの場合において、FosecoによってSTELEX PrOの商品名で販売されている、寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍであり、多孔率が１０ｐｐｉの炭素結合発泡フィルタが使用された。Ｅｘ．１は、図４Ａ、図４Ｂ、および図９に示されるモールド５０を使用した。Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．１Ａは、図８Ａに詳しく示したように、金属が下向き湯口からフィルタの表面に直接に流れるように、フィルタが水平に配置されたモールドを使用した。Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．１Ｂは、図８Ｂに示したように、金属が下向き湯口を通って、その後、フィルタを通って水平に流れるように、フィルタが鉛直に配置されたモールドを使用した。
【００６６】
比較例１Ａ
Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．１Ａは、成功しなかった。注湯温度１６００℃において、フィルタがモールド充填中に目詰まりを起こし、鋳造キャビティを金属で完全に充填することが不可能であった。注湯温度を１６４０℃に上昇させたが、モールドが充填される前に、フィルタが目詰まりを起こした。フィルタが、より薄い型（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１５ｍｍ）に置き換えられたとき、冶金学的特性における多少の改善（鋳造物中の酸化物介在物の減少）が見られたが、注湯されたモールドの大部分に対して、モールドが充填される前に、依然として、フィルタが目詰まりを起こした。
【００６７】
比較例１Ｂ
Ｃｏｍｐ．Ｅｘ．１Ｂが、上出来の鋳造物を作ることはなかった。注湯時間が増加し、注湯が行われた多くのモールドで、フィルタの目詰まりが再び発生した。このことは、注湯温度１６００℃および１６４０℃の両方に対して観察された。
【００６８】
実施例１
図４Ａ、図４Ｂ、および図９に示されるモールドを使用して、１６２０℃の注湯温度で上出来の鋳造物が作られた。フィルタは、目詰まりを起こすことがなく、もたらされた鋳造物は、不純物を含まず、欠陥がなかった。１６００℃の注湯温度において、同様の結果が観察された。
【００６９】
実施例２
実施例１よりも大きく、重い鋳造物が、図４Ａに示されたランニングシステムに対応するランニングシステムを有するモールドを使用して作られた。注湯温度１６２０℃の溶融鉄鋼が、モールド５０に注湯され、ランニングシステムを通って、鋳造部（図４Ａにおいては図示せず）に注湯された。STELEX PrO炭素結合発泡フィルタ６２は、注湯に関して、目詰まりを起こすことがなく、さらに、フィルタなしの鋳造と比較して、目詰まりを起こさず、または流量の減少がなく、鋳造部全体が充填され、２３６ｋｇの鋳造物を生成した。上述のように、フィルタ６２の表面積は、２３．０４ｃｍ２である。したがって、フィルタ処理能力は、少なくとも１０．２４ｋｇｃｍ−２である。検査によってフィルタの破損も金属のパイパスもないことが示された。
【００７０】
次に、前のテストで用いたフィルタよりも低い炭素含有量を有する中級の炭素結合フィルタを用いて、テストを繰返した。これらの高い耐火物質含有量を有するフィルタは、同一サイズのSTELEX Proに比べて著しく重く、より高いプライミング回数を必要とする。鋳造物は、１６２０℃の注湯温度でフィルタの目詰まりが観察されることなく、首尾よく作られた。注湯温度を１６００℃（ろ過されない鋳造物に注湯するために使用される温度）に下げることは、多少のフィルタの目詰まりを発生させる。
【００７１】
実施例３
実施例２に記載された鋳造物が、図２に示されたランニングシステムを使用して作られた。溶融鉄鋼が、モールド２０に注湯され、ランニングシステムを通って鋳造部（図２においては図示せず）に注湯された。炭素結合フィルタ３２は、注湯を妨げることがなく、鋳造部全体が、フィルタが目詰まりを起こすことなく充填された。
【００７２】
冷却およびモールドからの除去の後、渦流チャンバ２４、フィルタ３２、入口２８、および出口３０を含むランニングシステムの一部は、鋳造物から切断された。金属片は、半分に分割され、ランニングシステム内部の金属の内部構造が検査された。図１２は、モールド２０によって生じた鋳造ランニングシステムの概略図である。介在物およびフィルタからの残留物１４１が、金属の内部で部分的に観察できる。いくつかの介在物１４２が、フィルタ領域１４０または鋳造物自体ではなく、渦流チャンバの上部に集合したことも見ることができる。特に、介在物が、フィルタ３２から離れた領域に集合し、それによってフィルタ３２の処理能力を増加させることに言及しておく。いくつかの孔１４３が、金属部分の中心においても見られる。
【００７３】
金属片は、微視的な清浄度を評価するために、顕微鏡下で検査された。フィルタ上流の渦流チャンバの下部の金属である領域Ａ、およびフィルタを通過した領域Ｂの金属の２つの領域が選択された。サンプは、金属片から切断されて取り付けられ、表面が１ミクロン仕上げに研磨された。各サンプに対して、７個の無作為な領域が、倍率１００倍のデジタル画像解析を使用して撮影された。領域Ａの金属が、平均０．４３％の第Ｉ種酸化物および硫化物介在物（不規則に分布される）を含むのに対して、領域Ｂは、より均一に分布した介在物を０．２６％の平均含有量で含むことが分かった。
【００７４】
金属ろ過のためのフィルタの処理能力は、フィルタの組成、多孔率、および細孔寸法、金属の種類および品質（清浄度）、注湯の温度および方法、鋳造物の重量およびフィルタの適用（ランニングシステム設計）等の広範囲の要因に依存する。鋳造アプリケーションにおける実例に基づき、通常の炭化ケイ素に基づく鉄鋳造のためのセラミックフィルタの処理能力は、１〜４ｋｇ／ｃｍ２の範囲であってもよい（ダクタイル鉄に対して１〜２ｋｇ／ｃｍ２、片状黒鉛および可鍛鉄に対して最大４ｋｇ／ｃｍ２）。ジルコニアに基づくセラミックフィルタおよび炭素結合フィルタの両方に対して、鉄鋼ろ過の処理能力は、通常、１．５〜３ｋｇ／ｃｍ２の範囲にあり、ダクタイル鉄に使用される場合は、４ｋｇ／ｃｍ２の程度である。本発明の使用により、上述の実施例２および３によって示されるように、５ｋｇ／ｃｍ２のフィルタ処理能力が容易に達成されることが観察され、各実施例は、１０ｋｇ／ｃｍ２の程度の処理能力を有し、該処理能力は、従来のランニングシステムにおいて使用されるフィルタと比較して、著しい増加である。
【００７５】
理論によって拘束されるものではないが、発明者は、溶融金属がフィルタ表面を横断して流れるので、本発明のモールドがろ過を改善するということを提唱する。このことは、少なくとも２つの点で有利であると考えられる。フィルタを使用する鋳造プロセスにおいて、鋳造開始時において低温のフィルタにおける金属の凝固を避けることが重要である。多少の凝固は、不可避であり、単にフィルタの効率を低下させる可能性がある。著しい凝固は、フィルタを完全に目詰まりさせ、鋳造を妨げる可能性がある。フィルタを（溶融金属との接触によって）動作温度まで加熱する工程は、プライミングとして知られている。著しい凝固は、普通、鋳造される金属を過熱すること（エネルギを消費して）によって避けられる。したがって、金属を該金属の溶融点以上に維持する一方で、いくらかの熱エネルギは、フィルタ（およびランニングシステム）によって失われることができる。本発明において、金属は、角度をもってフィルタに衝突し、金属の大部分は、フィルタを通過するのではなく、フィルタを横断する。いくらかの熱は、フィルタに伝達され、金属は、フィルタを離れて移動して、新たな高温金属に連続的に置き換えられているので、最小限の凝固で、プライミング工程が完了する。発明者は、鋳造されるべき溶融物の温度を低下させることができ、相当のエネルギ費用の節約をもたらすことが分かった。
【００７６】
次に、フィルタを横断する溶融金属の流れがフィルタ表面を「洗浄」し、それによって、酸化物被膜および（溶融金属の移動によって）モールドから剥がれ落ちた砂のような、介在物の蓄積を妨げると考えられ、さらに、介在物の一部が、フィルタから遠ざけられ、渦流チャンバの中心部および上部に集合すると考えられる。本発明は、高ろ過処理能力および高ろ過効率を提供する。
【００７７】
鋳造試験においてなされた観察に加えて、上述の事項は、さらに、本発明の種々の実施形態における金属の流れおよび硬化を予測するためのMAGMASOFTシミュレーションソフトウェアの使用によって支持される。MAGMASOFTは、MAGMA Giessereitechnologie GmbHによって供給される有力なシミュレーションツールであって、モールド充填および鋳造物の硬化をモデル化するものである。MAGMASOFTは、通常、鋳造方法（ランニングシステムおよびフィーダの設計）の最適化を可能にすべく鋳造物の力学的特性を予測して、高価で時間のかかる鋳造試験を避け得るように、鋳造業者によって使用される。MAGMASOFTの完全版（ソルバ５、フィルタをシミュレーションするための粗メッシュおよび圧力降下）を使用して、発明者は、図２、図４、図６、および図７に示されるランニングシステムにおける、金属の流れ（方向および速度）および硬化（温度プロファイル対時間）を予測するためにシミュレーションを行った。シミュレーションは、フィルタの面を横断して急速に流れて、渦流チャンバ内を循環する、金属の強い流れを明らかに示している。金属中の微量粒子のシミュレーションは、微量粒子が、渦をなす金属の渦に巻き込まれたとき、しばらくの間、そこに留まる可能性が高いことを示している。前記ソフトウェアは、介在物の目詰まり、もしくは捕捉、またはフィルタからの介在物の洗い流しをモデル化することはできないが、フィルタ表面を横断する金属の強い流れ、および渦の効果は、実施例１〜３において詳細に記載した鋳造試験における観察とともに、そのような流れがフィルタの前面から目詰まりした粒子を除去することができたという推論を導く。
【００７８】
これまでに与えられたすべての実施例において、モールドは、水平に分割されていたが、本発明は、鉛直に分割されたモールドシステムに対しても同様に適用可能であることが理解されるであろう。特に、小から中程度の寸法の鋳造物は、生砂モールディングシステムを利用する、Georg Fisher Disaによって供給されるDisamatic造型機などの自動無枠造型機において製造されてもよい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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