(57)【要約】  例示的な実施形態は、鋳造の際に生ずるインゴットの表面を冷却するのに用いる冷却水を取り除くことに関する。冷却水は、水ジェットと接触した際に冷却水を表面から取り除く水ジェットを所定の角度で所定の運動量を伴って表面に向けることにより取り除かれ、除去する位置よりも下の位置で冷却水が再びインゴット表面に接触するのを防止する経路に従う。このための装置は、水ジェットを形成するためのノズルと、充分な圧力および流速の水をノズルに供給するための装置とを含む。
2011526205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水が表面を鋳造方向に流れる金属インゴットの前記表面から前記冷却水を取り除く方法であって、
１以上の水スプレーを、前記冷却水が前記１以上の水スプレーに衝突する際に前記表面を流れる前記冷却水を前記表面から分離するのに効率的になるような角度と流速で、前記表面に向けることを含む方法。
【請求項２】
前記水スプレーが、前記流れる方向に逆流する方向に６５°〜７５°範囲内の角度で前記表面に向けられる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水スプレーが、それぞれ約１ガロン／分以下の流量を有する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記水スプレーが概して平坦かつ扇形状に形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記扇形状のスプレーが、スプレーがインゴットと接触する箇所で重なり合うように、互いに近接して位置する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記水スプレーが、１〜２インチの範囲で重なり合うように互いに近接して位置する請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記水スプレーがそれぞれ、少なくとも６５°の円弧に亘って広がっている請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記ノズルが、５インチ以下の間隔で互いに離れている請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記スプレーにより前起表面から取り除いた前記冷却水と前記表面に接触した後の前記スプレーからの水とが、インゴットの前記表面から離れた経路に従うように制限されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前起表面から取り除いた前記冷却水と前記表面に接触した後の前記スプレーからの水とが、前記表面と接触しないように維持されるがしかし、前記インゴットを取り囲む領域に制限される請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記冷却水を前記インゴットの前記表面に与えるオリフィスを備えたダイレクトチル鋳造モールドから現れたインゴットに適用する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法であって、
前記スプレーが全て、前記ダイレクトチル鋳造モールドから所定の距離で前記表面に向けられている方法。
【請求項１２】
前記インゴットが、概して矩形で、４つの側面を有し、
前記スプレーが、前記ダイレクトチル鋳造モールドから前記所定の距離で前記インゴットの前記４つの側面全に向けられている請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ダイレクトチル鋳造モールドが垂直鋳造のための方向に向けられていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
冷却水が表面を鋳造方向に流れる金属インゴットの前記表面から前記冷却水を取り除く装置であって、
水スプレーを前記表面に向けるように構成された１つ以上のノズルであって、前記水スプレーが、前記冷却水が前記スプレーに衝突する際に前記表面を流れる前記冷却水を前記表面から分離させるために用いるのに効率的になるような位置および角度に配置されたノズルと、
前記ノズルに水を供給するための１以上の導管と、
前記ノズルに供給する水を加圧するための加圧装置と、
を含む装置。
【請求項１５】
前記１以上のノズルが、前記流れる方向に逆流する方向に６５°〜７５°の範囲内の角度で前記表面に向けられている請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記水スプレーが、約１．５ガロン／分以下の流量である請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ノズルが、概して平坦かつ扇形状の水スプレーを形成するように構成されている請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記ノズルが、前記スプレーがインゴットと接触する箇所で重なり合うように、互いに近接して位置する請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記ノズルが、前記水スプレーが１〜２インチの範囲で重なり合うように、互いに近接して位置する請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ノズルが、前記扇形状のスプレーがそれぞれ少なくとも６５°の円弧に亘って広がるように、構成されている請求項１７または１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記ノズルが、５インチ以下の間隔で互いに離れている請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２２】
前記ノズルが、前記スプレーにより前記表面から取り除かれた前記冷却水と、前記表面に接触した後の前記スプレーからの水とが、インゴットの前記表面から離れた経路に従うように構成されている請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
前記ノズルが、前起表面から取り除いた前記冷却水と前記表面に接触した後の前記スプレーからの水とが、前記表面と接触しないように維持されるがしかし、前記インゴットを取り囲む領域に制限されるように構成されている請求項１４〜２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記インゴットを製造するためのダイレクトチル鋳造モールドを含む請求項１４〜２３のいずれか１項に記載の装置であって、
前記モールドは、前記冷却水を前記インゴットの前記表面に与えるオリフィスを備え、
前記ノズルが、前記ダイレクトチル鋳造モールドの出口から所定の距離に位置する装置。
【請求項２５】
前記インゴットが、概して矩形で、４つの側面を有し、
前記ノズルが、前記ダイレクトチル鋳造モールドから前記所定の距離で前記インゴットの前記４つの側面の上に位置する請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記ダイレクトチル鋳造モールドが、垂直鋳造のための方向に向けられていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属インゴットの鋳造に関する。より詳細には、本発明は、インゴットに冷却水を付与および取り除くことによる、インゴットが鋳造装置から出てきた際のこのようなインゴットの冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイレクトチル（ＤＣ）鋳造（電磁鋳造（ＥＭＣ）を含む方法）、ローリングスラブインゴット(rolling slab ingot)、鍛造インゴット(forging ingot)、引き抜きインゴット(extrusion ingot)等を製造するためのホットトップ(hot top)技術のような、各種の金属インゴットの鋳造方法がある。これら各種の鋳造方法は、インゴット表面の凝固を確実にするようにおよびインゴットが完全に凝固する前にインゴットの内部から溶融金属が流れ出す可能性を低減するように、それらがモールドから出てくる際にインゴットの外面に冷媒を適用することを含み得る。しばしばインゴットは垂直に鋳造されるがしかし、例えば水平ダイレクトチル鋳造（ＨＤＣ）のような、水平鋳造もまた実施されている。垂直ダイレクトチル鋳造の場合、とりわけ、冷却水がモールドの底部の周囲のインゴットの外側表面に向けられ、冷却水がインゴットの側面を流れ落ちる。
【０００３】
いくつかの目的のために、モールド出口から所定の距離でインゴットの表面から冷却水を取り除くことが望ましい。これのことは、表面が水冷ではなく空冷になることから、この位置からインゴットの冷却速度が減少する。例えば、Ｚｉｎｎｉｇｅｒによる１９８０年１２月９日発行の米国特許公報第４，２３７，９６１号に示されるように、冷却水は、物理的なワイパーまたは金属表面に接触するスキージ(squeegee)のような装置を用いて取り除いてもよいがしかし、インゴットの表面はまだ熱く、ワイパー装置は早々に劣化する（とりわけ、溶融金属をワイパーのエラストーマ材料または支持構造体の金属と接触させるように金属の流れ出しがある場合）。鋳造工程の早い段階においてこの種の機械的ワイパーを用いることもまた困難であり得る。インゴットのバット（または端部、butt）（底部）の形状が機械的な拭き取りを困難にする（とりわけ、薄いインゴットの場合）。例えば、ＤＣ鋳造において、初期充填（またはイニシャルフィル、initial fill）、スタートダウン(start down)、第１カール(curl)および第２カールの間に、金属は、モールドから垂れるまたは流れ出すことがあり、溶融金属がワイパーに集まり、インゴットを拭うことができるようになる前にエラストーマの接触材料を燃やす。従って、ワイパーは通常、バットカール(butt-curl)の発生の後まで使用されない（すなわちインゴットが１０〜１４インチ現れた後のみ）。インゴットに機械的に係合するワイパーは、ファイナルカールの前に係合させることができない（つまり、繰り返すがインゴットの最初の１０〜１４インチは、如何なる水も取り除かれる前に実質的に冷却される）。ワイパーの係合の後、バット部分と連続部分(run portion)との異なる温度は、鋳造、予熱および圧延の際に更なる加工上の問題またはスクラップの形成をもたらし得る、多様な金属学的構造ならびに応力を生ずる。
【０００４】
例えば１９９５年４月５日発行のＺｅｉｇｌｅｒによる米国特許第２，７０５，３５３号に示されるように、鋳造金属から冷却水を吹き飛ばす、例えば圧縮空気のような、ガスのジェットを用いて冷却水を取り除くことが知られている。しかしながら、圧縮可能なガスの圧縮に伴う非効率が原因で、圧縮空気ワイパーは導入および使用のコストが高い。Ｗａｇｓｔａｆｆらによる米国特許第５，６８５，３５９号は直接２次冷却に用いるための、重なり合うスプレーパターンを有する冷却剤スプレーホール（または穴）を示しているがしかし、該スプレーホールは冷却水の除去には用いられていない。
【０００５】
Ｏｈａｔａｋｅらによる米国特許第５，４３１，２１４号は、冷却水ジェットを記載しているが、しかし、このようなジェットもまた冷却水の除去には用いられていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなインゴットから表面の冷却水を取り除く改良された方法についての要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的な実施形態は、金属インゴットの表面から冷却水を取り除く方法を提供し、該方法では冷却水は該表面を鋳造方向に流れる。この方法は、１またはそれ以上の水スプレーを、該表面を流れる冷却水が該スプレーと衝突（または接触、encounter）した際に該冷却水を該表面から分離するのに効果的な角度および流速でインゴットの表面に向けることを含む。好ましくは、十分な水が取り除かれ、自然膜沸騰（または膜沸騰、natural boiling）を起こすことができ、これにより水スプレーの短い距離内で全ての水を取り除く。
【０００８】
別の例示的実施形態は、金属インゴットの表面から冷却水を取り除く装置を提供し、該装置では、冷却水が該表面を鋳造方向に流れる。該装置は、水スプレーを該表面に向けるように構成された１またはそれ以上のノズルを含み、該ノズルは、該表面を流れる冷却水が該水スプレーと接触した際に水スプレーが該冷却水を該表面から分離するのに用いるのに効果的になるように、位置し、方向付けられ（またはある角度に向けられ、angle）ている。該装置は、またノズルに水を供給するための１以上の導管（または水路、conduit）と、ノズルに供給する水を加圧するための１以上の加圧装置とを含んでいる。
【０００９】
これらの例示的な実施形態によれば、インゴットが鋳造される際に、その表面から冷却水を取り除くのに、水ジェットまたはスプレーが用いられる。水ジェットを形成するための装置は、除去用の媒体が水（この水はインゴットを冷却するのに用いる水と同じ水源から取ってよい。）であろうことを考慮すると、設置および運転が経済的である。ジェットは流れ出す溶融金属の影響を受けず、製造されるインゴットの形状の如何なる変化にも追従することから、該方法および装置は、鋳造操作の間に早期に用いてよく、また、鋳造モールドの出口に隣接してよい。
【００１０】
添付の図を参照して本発明は以下により詳細に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、冷却水を取り除くための機械式ワイパーを備えた既知のダイレクトチル鋳造モールドの垂直断面である。
【図２】図２は、冷却水を取り除くための装置の例示的な実施形態を示す、ＤＣ鋳造により鋳造したインゴットの水平断面である。
【図３】図３は、作動中の水ジェットを示す、図２の装置の部分の拡大である。
【図４】図４は、水ジェットの作動前の図２の装置の部分の垂直断面である。
【図５】図５は、図４と同じ図であるがしかし、水ジェットの作動後の装置を示す。
【図６】図６は、図５と同様の垂直断面であるがしかし、冷却水を取り除くのに排水口（またはスカッパー、scupper）を用いる例示的な実施形態を示す。
【図７】インゴット表面から取り去った冷却水のためのチャンネル（または水路、channel）を形成する波形の(corrugated)シールド壁を用いた、他の例示的な実施形態の水平断面である。
【図８】図８〜１０は、インゴットから冷却水を取り除くように狭い円筒状の水ジェットを用いる別の実施形態を示す。
【図９】図８〜１０は、インゴットから冷却水を取り除くように狭い円筒状の水ジェットを用いる別の実施形態を示す。
【図１０】図８〜１０は、インゴットから冷却水を取り除くように狭い円筒状の水ジェットを用いる別の実施形態を示す。
【図１１】図１１は、水平ＤＣ鋳造に適用された例示的な実施形態を示す断面である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の例示的実施形態は、アルミニウム、マグネシウムまたは銅合金のインゴットのような、例えば非鉄金属または軽金属のインゴットのような、新たに形成された金属インゴットを冷却する水の流れを用いた多くの種類の装置と共に用いてよい。しかしながら、例示的な実施形態は、とりわけ、ＤＣ鋳造装置と共に用いるのに適しており、好ましくかつ例示的な実施形態がより理解されうるように、このような装置の１つの形態を図１に示し、以下に簡潔に記載する。しかしながら、本発明はこの種の装置に限定されるものではないことに留意されたい。
【００１３】
図１は、金属インゴットを製造するダイレクトチル鋳造モールドの垂直断面であり、インゴットの外表面から冷却水を取り除くための既知の配置を示す。この装置は、２００７年５月１０日に発行された、Ｗａｇｓｔａｆｆらによる米国特許公開第２００７／０１０２１３６号に開示されている（この公報の開示は、この参照により明確に本明細書に取り込まれる。）。モールドは概して１０で示され、開口した上部入口１１と開口した下部出口１２とを備える。矢印１３により示されるように、モールドの入口に溶融金属が導入される。モールドは、モールドの内壁を冷却する再循環冷却水１５が満たされた主冷却チャンネル１４を含む。溶融金属は、モールド壁の付近を冷却し、モールドから現れるエンブリオニックインゴット（または、初期のインゴット、embryonic ingot）１６を形成する。エンブリオニックインゴットは、完全に凝固したインゴット１９を形成するようにモールドの出口１２から離れた場所で完全な凝固を生ずるまでインゴットが降下するとともに厚さが増加する固体金属シェル１８に囲まれた溶融金属溜り（または溶融金属サンプ、molten metal sump）１７を有する。冷却水２０の流れまたはジェットがモールドの下部出口１２に隣接するチャンネル（または水路）１４からインゴットの表面に注がれ、溶融金属溜まりの周りの固体外側シェル１８を形成および維持するのを助力する。冷却水は、エンブリオニックインゴットの側面に沿って流れ落ちるがしかし、モールドの出口から距離Ｘに位置する機械式ワイパー２１により取り除かれる。このようにして取り除かれた冷却水２０は、インゴット１９から離れ、更なる冷却効果を有しない流れ２２を形成する。柔軟で可撓性のある材料またはエラストーマ材料から成り、インゴットの外面に物理的に接触し冷却水を取り除くワイパーは、アニュラス（または環帯、annulus）な形態である。ワイパーは、金属等より成る堅いホルダー（図示せず）により保持されている。図１の装置では、距離Ｘはインゴットが「自己均質化(self homogenized)」するように構成される。当然ながら、冷却水がモールドから所定の位置で取り除いてよい理由は他にもあり、従って例示的実施形態はこの１つの目的に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の好ましい例示的実施形態では、２１で示す種類の機械式ワイパーは、インゴットの表面から冷却水を取り除く一連の水ジェット（またはウォータジェット）に置き換えてもよい。これは例として添付の図、図２〜図１１に示されている。図２は、ダイレクトチル鋳造モールドから下部に離れたインゴットの水平断面であり、ここで冷却水が取り除かれる。下方に流れる冷却水２０の表面層を有するインゴット１９（またはエンブリオニックインゴット１６）は、狭い水平方向の間隔で、ダイレクトチル鋳造モールド１０の底壁２６（図４および図５を参照されたい）から下方に延在する短い固体の垂直壁２５（例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼のような金属より成る）により完全に取り囲まれている。この壁２５は、必須ではないがしかし、隣接する領域で同時に鋳造され得る他のインゴットに水が噴き出すのを防止するシールドとして機能する。壁２５は、図示する実施形態において、全てが同じ垂直高さに位置する多くの穴(hole)またはスロット(slot)２７により貫通されている。細長いノズル２８が、壁の外側からそれぞれのスロットを通って延在し、インゴットの表面２９から短い距離で終端となっている。図２に最も良く示されているように、インゴット１９のそれぞれの側面で、ノズル２８は、加圧した水をノズルに供給するマニホルド３０に接続され、マニホルドは可撓性を有する高圧ホース（high pressure flexible hose）３１、３２および３３により直列に（または順に、in series）一緒に接続されている。直列の配置のうち、第１のマニホルドは、可撓性を有する高圧ホース３４により加圧した水を供給するための装置３５（例えば、ポンプのような）に接続されている。このようにして加圧した水が供給されると、それぞれのノズルは、水のジェット３６（図３）をインゴットの表面２９に向けて噴霧する。それぞれのノズルが水の平坦な扇形状(the shape of flat fan)を有するジェット３６を形成していることが判るだろう。従って、ジェット３６は、垂直側面図において概して平坦であるがしかし、平面図において外側に拡がっており、水平に拡がるのと比べて、それらは遙かに小さい距離、垂直に拡がっている。扇状のジェット３６は、好ましくは、図示するように部分的に重なり合っている。水ジェットの頂点の角度は（図３の平面図に示すように）、好ましくは、少なくとも６５°であり、７２°またはそれ以上であってよい。ノズルは、好ましくは、互いに（および／またはインゴットから）インゴットの表面で１インチ〜２インチの重なりを与えるのに効果的な距離だけ間隔をあけている。この配置はとりわけ好ましいが、一方で、後述する実施形態により、他の形状の水ジェット（例えば、円筒状ジェット）を形成するノズルもまた代わりに用いてもよいこと、およびジェットの重なりは常に必要なわけではないことが判るだろう。
【００１５】
マニホルド３０は、任意のサイズおよび形状であってよいが、しかし好ましくは、断面が正方形（例えば、一辺が１１/４インチの）であり、ノズル２８は、好ましくは互いに約５インチ以下の間隔により配置されている。ただし、これは、特定のモールドおよび間隔の配置に適合するように変わり得る。標準的なＤＣ鋳造装置について、マニホルド３０は、例えば、長さ１７２０ｍｍ（インゴットの長辺側）および長さ５６０ｍｍ（インゴットの短辺側）であってよい。ノズル２８に供給する水の圧力は、ほとんど又は全ての冷却水のインゴット表面から取り除くのに適している必要があり、好ましくは、少なくとも８０ｐｓｉ、最大約１５０ｐｓｉであり、より好ましくは１００〜１２０ｐｓｉの範囲であり、それぞれのノズルにおいて、モールド外周の周りの距離１リニアインチあたり、１分あたり少なくとも０．４ガロン（ｇｐｍ／ｉｎ）、最大約１．５ｇｐｍ／ｉｎ（理想的には０．６〜１．０ｇｐｍ／ｉｎの範囲）の流速を与える。モールド吐出流量（または排出量、discharge flaw rate）（ワイパーより前にモールドから排出された全ての水に関する流量）が、好ましくは少なくとも０．６ｇｐｍ／ｉｎ、最大１．５ｇｐｍ／ｉｎであり、好ましくは０．７〜１．０ｇｐｍ／ｉｎの範囲である。詰まるまたは他の注意が必要な場合、１以上のマニホルドの交換を行なうために容易に接続を断つおよび再接続できるように、高圧ホース３１、３２、３３および３４は好ましくは、着脱容易な取り付け具（quick release fittings）により、マニホルドに取り付けられる。さらに、マニホルド３０は、好ましくは、それらをインゴット１９の近く移動するもしくはインゴット１９からより遠くに移動する、および／または鋳造モールドの近くに移動もしくは鋳造モールドからより離れて移動することができる装置（図示せず）上に支持される。また、ノズルを水平軸の周りに回転可能にして、状況に応じて決定するように、インゴット表面対するスプレーの角度を調整可能にすることが望ましい。
【００１６】
ジェットの動作は、図４および図５に最も良く示されており、これらの図は鋳造モールド１０の底壁２６の領域における詳細な垂直断面図である。マニホルド３０は、簡単にするため、これらの図では省略されているがしかし、壁２５のすぐ外側に位置する。図４は、ジェットが始まる前の状況を示す。ノズル２８は、垂直壁２５を通って延在し、鋳造モールドの出口１２から現れるインゴット１９の表面２９の方を向いている。冷却水２０がモールドのチャンネル１４の底部の開口部から表面２９に流れ、水は連続層内をインゴットの外面に沿って下方に流れる（矢印Ａで示すように）。水ジェットの稼働がないと、冷却水はインゴットの底部または集水プールに到達するまでこのようにインゴットを流れ落ちる。図５に示すように、モールドの底部から距離Ｘにおいて冷却水を取り除くように、ノズル２８に加圧した水が供給され、インゴットの表面２９に接触する平坦な扇形のジェット３６を形成する。ジェットが十分な運動量（水の体積および流速）と、冷却水の流れの方向に対して逆流する動きの成分を有する、表面２９に対する適切な角度α（好ましくは６５°〜７５°の範囲、より好ましくは６８°〜７２°）とを有する場合、ジェットは冷却水を剥ぎ取り（または取り去り、strip）、インゴット表面２９から離れた後の冷却水を上向きの流れ４０（矢印Ｂで示すように）にさせる。これは、ノズル２８が、好ましくは、水平から１５°〜２５°（より好ましくは１９°〜２２°）の角度で上向きに向けられている（流れ２０が下方に流れる場合）こと意味する。最も効果的な角度は、特定の状況で試験および実験により決定され得るのであるが。ジェットの重なりは、インゴットから、流れる水を取り除くのをさらに助ける。重なり合った領域で水により形成された運動量は、「相互作用噴水(interactive fountain)」効果により、流れる水をインゴットから吹き散らす(spray away)のを助けるためである。理想的には、このようにして十分な量の水が取り除かれ、高温のインゴットのおかげで早急に乾燥する薄い残留フィルムのみが残る。
【００１７】
好ましくは、冷却水の上向きの流れは、インゴットとモールドとの間の接点に衝突することなく、かつモールドのキャビティーに入ることなく、鋳造モールドの底壁２６に当たり跳ね返り、その後、垂直壁２５の内面４２を流れ落ち（矢印Ｃで示すように）、距離Ｘを越えて冷却水とインゴットの表面２９との更なる接触はない。冷却水は、従って、装置の機械的部分からの如何なる直接接触もなく、表面から剥ぎ取られる。
【００１８】
距離Ｘを過ぎてインゴットの冷却の所望の減少を達成するように、十分な冷却水が表面２９より取り除かれる必要があることに留意すべきである。理想的には、全てまたは実質的に全ての水がこのように取り除かれるがしかし、距離Ｘを過ぎて少量の冷却水が残存することから、これはいつも必須というわけではない（おそらく、可能である）。しかしながら、これらの残存量は、インゴットの熱によって起こる蒸発のために、通常、迅速に消滅、または瞬時にさえ消滅する。また、特定の場合に望ましい冷却効果によれば、少量の冷却水がたとえ蒸発により直ちに消失しなくても、それは容認し得る。好ましくは、位置Ｘより上の冷却水の体積の少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％、更により好ましくは少なくとも９９が水ジェット自身により取り除かれ、蒸発により迅速にまたは実質的には即時にさえ取り除かれるサブフィルム(sub-film)のみを残す。
【００１９】
ノズルのインゴットからの間隔は、好ましくは以下の考慮事項に従い最適化される。ノズルがインゴットにより接近して配置されるほど、水がインゴットの表面に接触する際、水の運動量はより大きくなるがしかし、鋳造操作の間、モールドまたはインゴットから溶融金属が流れ出した場合、ノズルが損傷するリスクがより大きくなる。また、ノズルがインゴットにより接近して配置されるほど、インゴットの周囲全体を囲むように衝突する水の一定のラインを提供するために、より多くの数のノズルが必要であろう。従って、ノズルのインゴットからの間隔は、可能な限り、ジェットの水の運動量がインゴットから冷却水を取り除く（または剥ぎ取る、strip）のに効果的な値より低く減少させることがないようにしなければならない。
【００２０】
そこでインゴット表面に水ジェットが付与される距離Ｘは、所望の水を取り除く操作の理由に依存する。上述のように、水の除去は、距離Ｘが、インゴットの温度が水を取り除いた後、均質化の温度まで上昇できる距離である「その場均質化(in-situ homogenization)」のために必要となり得る。冷却水の除去は、別の実施形態では、インゴット内の応力除去のために実施されてよい。硬質合金(hard alloy)に用いられるより一般的なワイピング（または拭き取り、wiping）の場合、より長い距離Ｘが用いられ、残留した冷却水の瞬間沸騰はそれほど重要ではないかもしれない。
【００２１】
場合によっては、距離Ｘはインゴットの異なる側面で異なるように選択されてよいことに留意すべきである。インゴットの短辺側（インゴット端部）は、インゴットの長辺側（圧延面）に必要なジェットとの接触点と比べ、より高い（モールドにより近い）ジェットとの接触点を有してよい。また、より薄いインゴットは、より厚いインゴットに必要な水との接触点と比べ、より高い水との接触点を有してよい。しかしながら、流れる水が、インゴットの異なる側面の異なる力（例えば、水平ダイレクトチル鋳造の場合の重力）により影響を受けていない限り、水ジェットの流速および圧力は、通常、インゴットの全ての側面で同じであろう。このような場合、それぞれのインゴットの面から所望の程度の水の取り除きを達成するように、流速および／または圧力は、インゴットの異なる側面で変えられるであろう。
【００２２】
冷却水を取り除く効果を生ずるためのノズルの理想の角度は、ジェットの角度を手作業で調整する（例えば、マニホルド３０を回転させることにより）および結果を観察することにより決定することができる。これは、鋳造装置の予備運転および、それに続く、同じ特性の全ての鋳造操業について同じ角度に維持することにより実施されてよい。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態は、上述のＷａｇｓｔａｆｆによる米国特許第５，６８５、３５９号に示される冷却水付与手段とともに用いた場合、とりわけ効果的であり得ることに留意すべきである。この冷却手段は、鋳造モールドの出口で、インゴットの冷却を木亭にスプリットジェット（または分割ジェット、split jet）／デュアルジェット（または二重ジェット、dual jet）配置を用いる。
【００２４】
安全上、性能上およびメンテナンス上の理由のために、水が通るホースおよびマニホルドは、フィルター、遮断弁および他の一般的な装置が必要であろう。例えば、ノズルを詰まりから保護するように、５０メッシュのフィルターを備えてもよい。このようなフィルターは、装置の性能の喪失を最小化するように、加圧した水を供給するための装置の供給側に配置してよい。装置３５は、例えば１５０ｐｓi以上の水圧と、１分あたり１１５ガロン以上の水の流量を形成することができるポンプであってよい。適切なポンプは、例えば、310 South Sequoia Parkway, Canby, OR 97013, U.S.A.のPioneer Pump社より得ることができる（例えば、モデルＳＣ３２Ｃ１０）。冷却に使用されるのと同じ水をノズルに使用してもよく、あるいは異なる水源から供給してもよい。水は実質的に純粋であってよいがしかし、エチレングリコールのような添加物を含んでもよい。水がそのような添加物を含む場合、当然ながら冷却水と異なる水源から供給されなければならない。水は、また意図しない添加物を含んでよい（とりわけ、リサイクルした冷却流水を用いる場合）。水は、ノズルに供給される際、概して、室温である。
【００２５】
ノズル２８は、好ましくは、１分あたり約０．８ガロン〜約１．０ガロン（または、１．５ガロン以上）の水を１２０ｐｓｉの圧力で少なくとも６５°（好ましくは７２°）の円弧に亘って供給する能力がある。このようはノズルは、例えばP.O.Box 7900, Wheaton, Illinois 60189-7900 U.S.AのSpraying Systems社から得ることができる。ノズルは、好ましくは、シールド壁２５を通り十分に突き出て、シールド壁２５の内面に沿った冷却水流の逆流との接触による妨害を避けるように、エクステンダー(extender)とともに用いられる。
【００２６】
別の実施形態を図６に示す。この実施形態では、モールド１０の底面２６は、排水口（またはスカッパー、scupper）５０を備え、インゴット１９から取り除かれた冷却水２０がノズル２８の高さまで壁２５を降下する前に、この冷却水２０を集める。これは、冷却水がノズル２５の操作または水ジェット３６の形状もしくは出力(power)を妨げ得るまたは悪影響を与え得る可能性を避ける。排水口５０に集められた水は、モールドの端部に流れ、インゴットから離れて流される、または適切なチャンネル（図示せず）を介して取り除かれる。
【００２７】
平面図において波形形状を有するシールド壁２５を用いる、更に別の配置を図７に示す。ノズル２８は、壁２５がインゴット１９の表面２９に最も接近する位置で壁２５を通り突出する。図５に示す方法によりインゴットとから後方に離れるように曲がった(curling back away)後、ジェット３６によりモールドから取り除かれた冷却水２０は、インゴットに最も接近した壁２５の位置の間に形成された垂直チャンネル５２内を流れる傾向がある。これは、冷却水をノズル２８およびジェット３６から遠ざけ、これによりジェットを妨害する如何なる可能性をも最小限にする。
【００２８】
図８〜１０は、上述の扇形状のジェットに代えて、狭い円筒状の水ジェットを用いる実施形態を示す。図８では、ジェット３６（上述の実施形態と同じく、上方に曲げられ（また角度付けられ、angle）ている）は冷却水２０の層をインゴット１９の表面２９まで、貫通し、その後、冷却水をインゴットの表面から分離するように広がる。図９の場合、インゴット１９と接触した後、ジェット３６は、互いに接触し、ノズルの位置の間に結合された「相互作用噴水(interactive fountain)」５４を形成するように、充分に広がる。この効果は、ノズルの圧力と流速を充分調整することにより生み出される。冷却水の層は、インゴットから完全に分離する。
【００２９】
図１０の場合、インゴット表面からの冷却水の分離を最大化するように、ノズルを互いの方に曲げる（または角度付ける）ことにより、図９に示す効果が積み上げられている。
【００３０】
図１１は、水平ＤＣ鋳造に適用される本発明の例示的な実施形態を示す。水平ダイレクトチル鋳造装置では、水を拭き取るジェットが、インゴットの底面と比較して、鋳造モールドから異なる距離でインゴットの上面と接触するようにノズルの位置を調整する必要があるかもしれない。加えて、図示する実施形態では、インゴットの上側で排水口（またはスカッパー）５０を用い、インゴットから剥ぎ取った（または取り除いた）冷却水２０を集めて取り除く。剥ぎ取った冷却水を集めて除去するこのような手段がないと、剥ぎ取った冷却水がインゴットの上に再び落ちて、インゴットの冷却特性に悪影響を与えるだろう。インゴットの下側では、冷却水２０は、図示するようにインゴット１９から自然に落下してもよく、または別の実施形態では、冷却水を取り除くように、モールドから異なる距離で一連の水ジェットを同様に適用してよい。しかしながら、モールドの上側で用いられる排水口５０のような排水口はモールドの下側では不要であろう。インゴットから取り除かれた冷却水は、重力の作用下、とにかくインゴットから離れるように流れるだろうからである。図６の実施形態に示すように、排水口５０は、モールドの端部に集められた冷却水を取り除き、それをインゴットまたはノズルに接触させることなく廃棄する。
【００３１】
上述した実施形態は好ましいものであるが、各種の改良および代替手段が可能である。既に述べたように、例示的な実施形態は、図１のＤＣ鋳造装置のみならず各種の鋳造装置に用いてよい。さらに、本発明は各種の金属に用いるのに適しており、とりわけ、アルミニウム、マグネシウムおよび銅の合金に用いるのに適している。アルミニウム合金の鋳造に用いるのがとりわけ好ましい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月6日(2010.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の例示的な実施形態は、概して矩形で４つの側面を有する金属インゴットの表面から冷却水を取り除く方法を提供し、該方法では冷却水は該表面を流動方向(steaming direction)に流れる。この方法は、水スプレーを、該表面を流れる冷却水が該スプレーと衝突（または接触、encounter）した際に該冷却水を該表面から分離するのに効果的な角度および流速でインゴットの４つ全ての側面の表面に向けることと、該表面から分離された冷却水と該表面と接触した後のスプレーからの水とを該表面から離れた経路に従うように制限することとを含む。好ましくは、十分な水が取り除かれ、自然膜沸騰（または膜沸騰、natural boiling）を起こすことができ、これにより水スプレーの短い距離内で全ての水を取り除く。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
別の例示的実施形態は、矩形で４つの側面を有する金属インゴットの表面から冷却水を取り除く装置を提供し、該装置では、冷却水が該表面を流動方向に流れる。該装置は、水スプレーをインゴットの４つの側面全ての表面に向けるように構成されたノズルを含み、該ノズルは、該表面を流れる冷却水が該水スプレーと接触した際に水スプレーが該冷却水を該表面から分離するのに用いるのに効果的になるように、位置し、方向付けられ（またはある角度に向けられ、angle）、該ノズルは、該スプレーにより該表面から取り除かれた水と該表面と接触した後の該スプレーからの水とが該インゴットの該表面から離れた経路に従うように、構成されている。該装置は、またノズルに水を供給するための１以上の導管（または水路、conduit）と、ノズルに供給する水を加圧するための１以上の加圧装置とを含んでいる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水が表面を流動方向に流れる、概して矩形で４つの側面を有する金属インゴットの前記表面から前記冷却水を取り除く方法であって、
水スプレーを、前記冷却水が前記水スプレーに衝突する際に前記表面を流れる前記冷却水を前記表面から分離するのに効率的になるような角度と流速で、前記インゴットの４つの側面全ての前記表面に向けることと、
前記表面から分離された前記冷却水と、前記表面と接触した後の前記スプレーからの水とを、前記表面から離れた経路に従うように制限することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記水スプレーが、前記流れる方向に逆流する方向に６５°〜７５°範囲内の角度で前記表面に向けられる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水スプレーが、それぞれ約１ガロン／分以下の流量を有する請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記水スプレーが概して平坦かつ扇形状に形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記扇形状のスプレーが、スプレーがインゴットと接触する箇所で重なり合うように、互いに近接して位置する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記水スプレーが、１〜２インチの範囲で重なり合うように互いに近接して位置する請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記水スプレーがそれぞれ、少なくとも６５°の円弧に亘って広がっている請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記ノズルが、５インチ以下の間隔で互いに離れている請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記冷却水を前記インゴットの前記表面に与えるオリフィスを備えたダイレクトチル鋳造モールドから現れたインゴットに適用する請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、
前記スプレーが全て、前記ダイレクトチル鋳造モールドから所定の距離で前記表面に向けられている方法。
【請求項１０】
前記スプレーが、前記ダイレクトチル鋳造モールドから同じ距離で前記インゴットの前記４つの側面全に向けられている請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ダイレクトチル鋳造モールドが垂直鋳造のための方向に向けられていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
冷却水が表面を流動方向に流れる、矩形で４つの側面を有する金属インゴットの前記表面から前記冷却水を取り除く装置であって、
水スプレーをインゴットの４つの側面全ての前記表面に向けるように構成されたノズルであって、前記水スプレーが、前記冷却水が前記スプレーに衝突する際に前記表面を流れる前記冷却水を前記表面から分離させるために用いるのに効率的になるような位置および角度に配置され、前記スプレーにより前記表面から取り除かれた前記冷却水と前記表面に接触した後の前記スプレーからの水とがインゴットの前記表面から離れた経路に従うように構成されたノズルと、
前記ノズルに水を供給するための１以上の導管と、
前記ノズルに供給する水を加圧するための加圧装置と、
を含む装置。
【請求項１３】
前記１以上のノズルが、前記流れる方向に逆流する方向に６５°〜７５°の範囲内の角度で前記表面に向けられている請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記水スプレーが、約１．５ガロン／分以下の流量である請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ノズルが、概して平坦かつ扇形状の水スプレーを形成するように構成されている請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ノズルが、前記スプレーがインゴットと接触する箇所で重なり合うように、互いに近接して位置する請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記ノズルが、前記水スプレーが１〜２インチの範囲で重なり合うように、互いに近接して位置する請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記ノズルが、前記扇形状のスプレーがそれぞれ少なくとも６５°の円弧に亘って広がるように、構成されている請求項１５または１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記ノズルが、５インチ以下の間隔で互いに離れている請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記インゴットを製造するためのダイレクトチル鋳造モールドを含む請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の装置であって、
前記モールドは、前記冷却水を前記インゴットの前記表面に与えるオリフィスを備え、
前記ノズルが、前記ダイレクトチル鋳造モールドの出口から所定の距離に位置する装置。
【請求項２１】
前記ノズルが、前記ダイレクトチル鋳造モールドから同じ距離で、前記インゴットの前記４つの側面に向いている請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ダイレクトチル鋳造モールドが、垂直鋳造のための方向に向けられていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【国際調査報告】
2011526205.tif 000014
2011526205.tif 000015