(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体鋳造物を形成する方法であって、
材料を鋳型の中に給送することであって、前記鋳型は、前記鋳型の底部にプラーを有する、ことと、
前記鋳型の下側位置における前記材料の第１の部分を固化させることにより、前記鋳造物の一部を形成することと、
ある引き抜き速度において、前記プラーを下方に引き抜くことと、
前記鋳型の上側位置における前記材料の第２の部分を、プラズマアークトーチによって生成されるプラズマアークを使用して前記材料の第２の部分に熱を印加することによって、液体状態に維持することと、
前記プラズマアークの電圧を測定することと、
前記プラズマアークの電圧に基づいて、前記プラーの引き抜き速度を制御することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記測定される電圧は、前記プラズマアークトーチの電力供給源と接地との間の電圧である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接地は、前記鋳造物において測定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電圧は、前記プラズマアークトーチと前記材料の第２の部分の上部表面との間の距離を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電圧は、前記プラズマアークトーチと前記材料の第２の部分の上部表面との間の距離に正比例する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記引き抜き速度を制御することは、前記電圧の信号を処理すること、前記電圧の信号をフィルタリングすること、前記電圧の信号に基づく比例制御、前記電圧の信号に基づく積分制御、前記電圧の信号に基づく微分制御、およびそれらの組み合わせから成る群の少なくとも１つの要素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記鋳型は、るつぼであり、前記鋳造物は、インゴットである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
固体鋳造物を形成する方法であって、
前記鋳造物の一部を
材料を鋳型の中に導入することであって、前記鋳型は、前記鋳型の底部にありつぎプラーを有する、こと、
前記鋳型の下側位置における前記材料の第１の部分を固化させることにより、前記鋳造物の前記一部を形成すること、
前記ありつぎプラーを下方に引き抜くこと、および、
前記鋳型の上側位置における前記材料の第２の部分を、プラズマアークトーチによって生成されるプラズマアークを使用して前記材料の第２の部分に熱を印加することによって、液体状態に維持すること
によって、形成することと、
前記プラズマアークの電圧を測定することと、
前記プラズマアークの電圧に基づいて、前記鋳造物の前記一部を形成するステップを制御することと
を含む、方法。
【請求項９】
前記制御するステップは、前記導入すること、前記固化させること、前記引き抜くこと、および前記維持することのうちの少なくとも１つを制御することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記制御するステップは、前記導入すること、前記固化させること、前記引き抜くこと、および前記維持することのうちの前記少なくとも１つの速度を制御することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記導入するステップは、
前記材料を炉の中に給送することと、
前記炉の中に給送された前記材料を溶融することと、
前記炉から溶融された前記材料を前記鋳型の中に注ぐことと
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記制御するステップは、前記給送すること、前記溶融すること、前記注ぐこと、前記固化させること、前記引き抜くこと、および前記維持することのうちの少なくとも１つを制御することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記制御するステップは、前記給送すること、前記溶融すること、前記注ぐこと、前記固化させること、前記引き抜くこと、および前記維持することのうちの前記少なくとも１つの速度を制御することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記測定される電圧は、前記プラズマアークトーチの電力供給源と接地との間の電圧である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記接地は、前記鋳造物において測定される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電圧は、前記プラズマアークトーチと前記材料の第２の部分の上部表面との間の距離を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記電圧は、前記プラズマアークトーチと前記材料の第２の部分の上部表面との間の距離に正比例する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記鋳造物の前記一部を形成するステップを制御することは、前記電圧の信号を処理すること、前記電圧の信号をフィルタリングすること、前記電圧の信号に基づく比例制御、前記電圧の信号に基づく積分制御、前記電圧の信号に基づく微分制御、およびそれらの組み合わせから成る群の少なくとも１つの要素を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
前記鋳型は、るつぼであり、前記鋳造物は、インゴットである、請求項８に記載の方法。
【請求項２０】
固体鋳造物を形成するシステムであって、
下方に引き抜かれるように構成されるプラーを備える鋳型であって、前記鋳型は、材料がその中に導入され、前記鋳型の下側位置における前記材料の第１の部分が固化することにより、前記鋳造物の一部を形成するように構成される、鋳型と、
プラズマアークを生成し、それによって、熱を前記鋳型の上側位置における前記材料の第２の部分に印加し、それによって、前記材料の第２の部分を液体状態に維持するように構成され、鋳型に対して位置付けられる、プラズマアークトーチと、
前記プラズマアークの電圧を測定し、前記プラズマアークの電圧に基づいて、前記プラーが引き抜かれる速度を制御し、前記プラズマアークの電圧に基づいて、前記鋳造物の前記一部を形成することを制御するように構成されるコントローラと
を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２０１３年１０月１５日に出願され、「ＶＯＬＴＡＧＥ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤ  ＷＩＴＨＤＲＡＷＡＬ  ＲＡＭ  ＩＮ  ＰＬＡＳＭＡ  ＡＲＣ  ＭＥＬＴＩＮＧ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ，」と題する、米国仮出願番号第６１／８９１，３６９号、代理人書類番号６５６７９−００９１００ＵＳ−８９０８５８に基づく優先権を主張しており、その開示は、その全体が参考として本明細書によって援用される。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
本発明は、概して、固体鋳造物を形成するシステムおよび方法に関し、より具体的には、インゴットが鋳型内で固化する間、インゴットの引き抜き速度を制御しながら、インゴットを形成することに関する。
【０００３】
金属インゴットを形成するために、溶融金属が、鋳型の中に注がれ、そこで、それは続いて凝固する。そのような鋳型の一実施例は、引き抜き式るつぼである。引き抜き式るつぼでは、プラーが、鋳造物プロセスの開始時に、鋳型の底部を形成する。このプラーは、金属が上部に注がれるにつれて、鋳型内の下方に移動される。
【０００４】
いくつかの引き抜き式るつぼでは、金属の上部部分は、プラズマアークトーチ等の別個の加熱器を用いて、溶融状態に維持される。
【０００５】
このようなシステムは、一般に、その開示が本明細書によって援用される本出願人の同時係属中の出願１４／０３１，００８、および出願人のウェブサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｅｔｅｃｈｓｙｓｔｅｍｓｌｌｃ．ｃｏｍに記載されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（開示の簡単な要旨）
以下は、本発明の基本理解を提供するために、本発明のいくつかの実施形態の簡略化された概要を提示する。この概要は、本発明の網羅的概要ではない。本発明のキーポイントまたは重要な要素を識別すること、または本発明の範囲を線引きすることを意図するものではない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかの実施形態を簡略化された形態で提示することである。
【０００７】
固体鋳造物を形成するための方法およびシステムが、提供される。材料が、後退可能底部を有する鋳型の中に給送される。鋳型内の第１の下側位置における材料の第１の部分が、固化され、それによって鋳造物の一部を形成する。後退可能底部は、所定の引き抜き速度において、下方に引き抜かれる。鋳型内の第２の上側位置における材料の第２の部分が、プラズマアークトーチによって生成されるプラズマアークを使用して、そこへの熱の印加によって、液体状態に維持される。プラズマアークの電圧が測定され、後退可能底部の引き抜き速度は、プラズマアークの電圧に基づいて制御される。
【０００８】
測定される電圧は、プラズマアークトーチの電力供給源と接地との間の電圧であり得る。接地は、鋳造物において測定され得る。
【０００９】
電圧は、距離に正比例させること等によって、プラズマアークトーチと材料の第２の部分の上部表面との間の距離であり得る。
【００１０】
引き抜き速度の制御は、電圧の信号をフィルタリングすること、および／または処理すること、電圧に基づく比例制御、電圧に基づく積分制御、電圧に基づく微分制御、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００１１】
鋳型はるつぼであり得、そして鋳造物はインゴットであり得る。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
固体鋳造物を形成する方法であって、
材料を鋳型の中に給送するステップであって、前記鋳型は、後退可能底部を備える、ステップと、
前記鋳型内の第１の下側位置における前記材料の第１の部分を固化させ、それによって、前記鋳造物の一部を形成するステップと、
ある引き抜き速度において、前記後退可能底部を下方に引き抜くステップと、
プラズマアークトーチによって生成されるプラズマアークを使用して、前記材料の第２の部分に熱を印加することによって、前記鋳型内の第２の上側位置における前記材料の第２の部分を液体状態に維持するステップと、
前記プラズマアークの電圧を測定するステップと、
前記プラズマアークの電圧に基づいて、前記後退可能底部の引き抜き速度を制御するステップと
を含む、方法。
（項目２）
前記測定される電圧は、前記プラズマアークトーチの電力供給源と接地との間の電圧である、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記接地は、前記鋳造物において測定される、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記電圧は、前記プラズマアークトーチと前記材料の第２の部分の上部表面との間の距離を示す、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記電圧は、前記プラズマアークトーチと前記材料の第２の部分の上部表面との間の距離に正比例する、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記引き抜き速度を制御するステップは、前記電圧の信号を処理すること、前記電圧の信号をフィルタリングすること、前記電圧信号に基づく比例制御、前記電圧の信号に基づく積分制御、前記電圧の信号に基づく微分制御、およびそれらの組み合わせから成る群の少なくとも１つの要素を含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記鋳型は、るつぼであって、前記鋳造物は、インゴットである、項目１に記載の方法。
（項目８）
固体鋳造物を形成する方法であって、
材料を鋳型の中に導入するステップであって、前記鋳型は、後退可能底部を備える、ステップと、
前記鋳型内の第１の下側位置における前記材料の第１の部分を固化させるステップであって、それによって、前記鋳造物の一部を形成するステップと、
前記後退可能底部を下方に引き抜くステップと、
プラズマアークトーチによって生成されるプラズマアークを使用して、前記材料の第２の部分に熱を印加することによって、前記鋳型内の第２の上側位置における前記材料の第２の部分を液体状態に維持するステップと、
によって、前記鋳造物の一部を形成するステップと、
前記プラズマアークの電圧を測定するステップと、
前記プラズマアークの電圧に基づいて、前記鋳造物の一部を形成するステップを制御するステップと
を含む、方法。
（項目９）
前記制御するステップは、前記導入するステップ、前記固化させるステップ、前記引き抜くステップ、および前記維持するステップのうちの少なくとも１つを制御することを含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記制御するステップは、前記導入するステップ、前記固化させるステップ、前記引き抜くステップ、および前記維持するステップのうちの少なくとも１つの速度を制御することを含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
前記導入するステップは、
前記材料を炉の中に給送することと、
前記炉の中に給送された前記材料を溶融することと、
前記炉から溶融された前記材料を前記鋳型の中に注ぐことと
を含む、項目８に記載の方法。
（項目１２）
前記制御するステップは、前記給送すること、前記溶融すること、前記注ぐこと、前記固化させるステップ、前記引き抜くステップ、および前記維持するステップのうちの少なくとも１つを制御することを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
前記制御するステップは、前記給送すること、前記溶融すること、前記注ぐこと、前記固化させるステップ、前記引き抜くステップ、および前記維持するステップのうちの少なくとも１つの速度を制御することを含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記測定される電圧は、前記プラズマアークトーチの電力供給源と接地との間の電圧である、項目１に記載の方法。
（項目１５）
前記接地は、前記鋳造物において測定される、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記電圧は、前記プラズマアークトーチと前記材料の第２の部分の上部表面との間の距離を示す、項目１に記載の方法。
（項目１７）
前記電圧は、前記プラズマアークトーチと前記材料の第２の部分の上部表面との間の距離に正比例する、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記鋳造物の一部を形成するステップを制御するステップは、前記電圧の信号を処理すること、前記電圧の信号をフィルタリングすること、前記電圧の信号に基づく比例制御、前記電圧の信号に基づく積分制御、前記電圧の信号に基づく微分制御、およびそれらの組み合わせから成る群の少なくとも１つの要素を含む、項目８に記載の方法。
（項目１９）
前記鋳型は、るつぼであって、前記鋳造物は、インゴットである、項目８に記載の方法。
（項目２０）
固体鋳造物を形成するシステムであって、
下方に引き抜かれるように構成される後退可能底部を備える鋳型であって、材料がその中に導入され、前記鋳型内の第１の下側位置における前記材料の第１の部分が固化し、それによって、前記鋳造物の一部を形成するように構成される、鋳型と、
プラズマアークを生成し、それによって、熱を前記鋳型内の第２の上側位置における前記材料の第２の部分に印加し、それによって、前記材料の第２の部分を液体状態に維持するように構成され、鋳型に対して位置付けられる、プラズマアークトーチと、
前記プラズマアークの電圧を測定し、前記プラズマアークの電圧に基づいて、前記鋳造物の一部を形成するステップを制御するように構成される、コントローラと
を備える、システム。
【００１２】
本発明の性質および利点のより完全な理解のために、参照が、後続の詳細な説明および添付の図面になされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１Ａおよび１Ｂは、金属を溶融炉の中に給送し、金属を溶融し、金属を引き抜き式るつぼの中に注ぐための例示的システムの簡略化された等角切断図である。
【００１４】
【図２】図２は、スタンドオフ高さとプラズマアークトーチの電圧との間の線形相関を図示する。
【００１５】
【図３】図３Ａおよび３Ｂは、図１Ａおよび１Ｂのシステムの簡略化された断面図である。
【００１６】
【図４】図４は、例示的システムの写真である。
【００１７】
【図５】図５は、インゴットを形成する例示的方法のフロー図である。
【００１８】
【図６】図６Ａおよび６Ｂは、例示的システムにおいて使用するための例示的引き抜き式るつぼの底部を形成する、２つの代替の例示的ありつぎ（ｄｏｖｅｔａｉｌ）プラーの簡略化された斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（例示の実施形態の詳細な説明）
説明の目的のために、本説明全体を通して、多数の具体的詳細が、本明細書に開示される多くの実施形態の完全理解を提供するために提示される。しかしながら、多くの実施形態は、これらの具体的詳細のうちのいくつかを伴わずに実践され得ることが、当業者に明白である。他の事例では、周知の構造およびデバイスは、説明される実施形態の基礎原理を曖昧にすることを回避するために、略図または概略形態で示される。
【００２０】
金属インゴットを形成する一例示的方法では、溶融金属が、その中に配置される可動プラグまたは引き抜きラムとともに、鋳型の中に注がれる。鋳造物プロセスの開始時に、溶融金属は、ラムに衝突し、続いて、凝固し、インゴットの底部を形成する。付加的溶融金属が、鋳型の上部に注がれるにつれて、ラムは、下方に引き抜かれる。
【００２１】
種々の理由から、多くの場合、溶融プールの上部の上方に配置されるプラズマアークトーチ等の加熱器を使用することによって、鋳型内の金属の上部部分を溶融状態に維持することが望ましい。
【００２２】
種々の理由から、プラズマアークトーチと溶融プールの上部との間の距離を一定に維持することが望ましく、これは、従来、非常に困難であった。
【００２３】
この距離は、プラズマアークの電圧、すなわち、プラズマアークトーチの電力供給源と接地との間の電圧低下とある程度の線形の相関を有する。したがって、本明細書に説明される実施形態では、引き抜きラムの引き抜き速度は、プラズマアークの電圧に基づいて、プラズマアークと溶融プールの上部との間の距離を一定に維持するように制御される。言い換えると、本願請求項に記載される発明の例示的実施形態は、流入する溶融材料が、るつぼを充填し、インゴットを形成している間、プラズマアーク電圧フィードバックを使用し、引き抜き式るつぼ内の一定プールレベルを制御する。
【００２４】
より詳細には、図１Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、未加工材料１２が、溶融炉２０に給送され、そこで、それはプラズマアークトーチまたは任意の他の適切な熱源であり得る第１の熱源３０によって溶融される。溶融された材料１４は、次いで、引き抜き式るつぼ５０の中に注がれ、そこで、それは第２の熱源であるプラズマアークトーチ６０によって作用を受ける。るつぼ５０の下側部分内の材料１６ａは、固化し、後に完成したインゴットの一部となる一方、るつぼ５０の上側部分内の材料１６ｂは、プラズマアークトーチ６０によって、溶融状態に維持される。るつぼ５０内の固体１６ａと溶融１６ｂ金属との間の線引きは、図示されない。
【００２５】
例示的実施形態では、鋳型５０は、材料１６が鋳型を充填し、表面レベルを実質的に一定に維持するにつれて、下方に移動される後退可能底部５２を有する。この底部５２は、例えば、鋳造物プロセスの開始時に、るつぼを占有し、底部を形成する、ほぼ正味の嵌合あり継手またはプラーであり得る。溶融金属１６は、あり継手の中に注がれ、凝固する。そのレベルがるつぼ内を充填し始めるにつれて、ありつぎプラー５２と接触している材料１６ａは、例えば、るつぼの中に統合される水冷システムを通して固化される。材料１６が、るつぼ５０の中に給送されるにつれて、底部５２の引き抜き位置は、一定溶融プールレベル位置をるつぼ内で維持するために、下方に位置する。
【００２６】
より詳細には、溶融金属１４が、鋳型５０の中に流動し始めるにつれて、溶融金属は、プラー５２によって把持されるインゴットの一部を形成するアンダーカット領域中に流れ、インゴットを垂直に下向きに引っ張る。プラー５２の２つの片を分離する方法が存在するか、または片側に起伏（ｒｅｌｉｅｆ）が存在し、水平除去を可能にするかのいずれかである。さらにより詳細には、そして図６Ａおよび６Ｂを参照すると、鋳型５０の底部５２は、図６Ａに示されるように、２片のありつぎプラー、または代替として、図６Ｂに示されるように、１片のありつぎプラー等のありつぎプラーであり得る。図６Ａに示される２つの片のプラーの２つの半体は、それらは相互から分離され、完成したインゴットを除去し得るように、ともにボルト締めされてもよく、および／またはヒンジを用いて相互に取り付けられてもよい。図６Ｂに示される１片のプラーは、開放縁を有し、示されるように、完成したインゴットが、プラーから側方に摺動することを可能にし得る。底部５２は、ベース、冷却プレート、およびありつぎプレートを含んでもよい。プラーベースは、鋳型５０の水冷筐体に搭載され、そこから冷却水を受容し得る。冷却プレートは、プラーベースの上部に搭載される一方、銅ありつぎプレート５２は、冷却プレートの上部に搭載される。ありつぎプレート５２は、その内径上でアンダーカットされ、液体金属が鋳型５０の中に流入し始めるにつれて、インゴットありつぎのための起伏を提供する。
【００２７】
理想的世界では、機器およびオペレータが完璧である場合、炉２０の中への材料１２の給送速度、未加工材料１２が炉２０内で溶融され溶融された材料１４を形成する速度、溶融された材料１４が炉２０からるつぼ５０の中に注がれインゴット１６を形成する速度、およびインゴット材料１６がるつぼ５０内で下方に引き抜かれる速度は全て、相互に等しくなる。言い換えると、るつぼの中への液体を注ぐ速度は、スムーズ、定常、かつ連続的であり得る。引き抜き速度は、注ぎ速度と同じであって、るつぼ５０内の液体レベルは、経時的に正確に一定であり得る。
【００２８】
しかしながら、図１Ｂを参照すると、るつぼ５０内の液体レベルは、以前は、熱、明光、および埃のため、測定が困難であった。したがって、典型的な先行技術では、液体レベルは、多くの場合、変動する。図１Ｂの例では、インゴット１６の引き抜きは、るつぼ５０の中への材料１４注ぐことに勝り、溶融部分１６ｂの上部の液体レベルは、理想的なものを下回る。公知のシステムは、レーザ、超音波、および光学視覚機器等の非接触デバイスの使用を試みたが、結果は、まちまちであった。ビューポートパージおよびブラシ掛けを用いても、そのようなデバイスのための「ビュー」は、埃、ガラスの孔食等によって妨害され得る。概して、これらのシステムの有効性は、機器、保守、および実装のコストと比較して乏しかった。従来、オペレータは、ビデオカメラビュー（少なくとも、自動化の試みに対するバックアップとして）を通して液体レベルを監視することが要求されていた。
【００２９】
図２を参照すると、プラズマアークトーチが熱源６０として使用されるとき、トーチスタンドオフ（Ｚ−高さ）とトーチ電圧との間にかなりの線形の相関が存在する。この相関は、概して、本出願人の米国特許第５，２３９，１６２号に論じられており、その開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる。この相関は、プラズマアークトーチ電圧が、トーチからるつぼ内の液体表面までの距離を測定する方法として使用され得ることを意味する。いったんトーチ高さまたはトーチパターン高さが設定されると、アルゴリズムが、信号を処理するために使用され、それによって、制御目的のために、信号を平滑にする。引き抜き速度が、平滑化された信号に基づいて制御され、それによって、液体レベルを一定に維持する。
【００３０】
プラズマアーク電圧は、電力供給源とインゴット接地との間の電気接続において測定される。アークの電圧は、アークの開始から固化するインゴットの上部溶融表面までの距離に比例し、したがって、溶融プール１６ｂの上部の高さをリアルタイムで測定するために使用されることができる。この電圧は、閉ループフィードバック制御システムにおいて使用され、インゴット引き抜き速度を調節し、標的電圧を維持することによって、るつぼ内の溶融プールレベルを制御する。
【００３１】
言い換えると、図１Ａおよび１Ｂに戻って、かつまた、図３Ａおよび３Ｂを参照すると、引き抜き速度が、図１Ｂおよび３Ｂに示されるように、溶融および注ぎ速度に勝り始めると、制御システムは、電圧の対応する変化に注意し、引き抜き速度を減速させることによって応答する。逆に言えば、溶融および注ぎ速度が、引き抜き速度に勝り始めると、制御システムは、電圧の対応する変化に注意し、引き抜き速度を加速させることによって応答する。
【００３２】
好ましい実施形態では、制御システムは、電圧信号を処理し、続いて、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御を使用するが、任意の適切な制御システムが、使用されてもよい。信号処理は、線形フィルタ、非線形フィルタ、時変フィルタ、時不変フィルタ、因果フィルタ、非因果フィルタ、アナログフィルタ、デジタルフィルタ、離散時間フィルタ、連続時間フィルタ、受動的タイプの連続時間フィルタ、能動的タイプの連続時間フィルタ、無限インパルス応答タイプのフィルタ、または有限インパルス応答タイプのフィルタ等のフィルタを用いたフィルタリングを含んでもよい。
【００３３】
図４は、使用中のシステムの例示的実施形態を示す写真である。この実施形態では、るつぼ５０は、水冷され、インゴット１６ａの底部部分を固化する。溶融プール１６ｂは、固化されたインゴット１６ａの上部に明点として見られ得る。
【００３４】
例示的方法のなおもさらなる詳細は、図５に示される。その最も広範な形態では、例示的方法は、３つのステップ、すなわち、ステップ１００：インゴットを形成するステップと、ステップ２００：プラズマアークトーチの電圧を測定するステップと、ステップ３００：ステップ２００において測定された電圧に基づいて、形成するステップ１００の少なくとも１つの側面を制御するステップとを含む。
【００３５】
より詳細には、インゴットを形成するステップ１００は、材料１２、１４をるつぼ５０の中に導入するステップ１１０と、プラズマアークトーチ６０を使用して、材料の上部部分１６ｂに熱を印加するステップ１２２と、材料の底部部分１６ａを固化させるステップ１２４と、るつぼ５０内の材料を下方に引き抜くステップ１２６とを含む。ステップ１１０はさらに、未加工材料１２を炉２０の中に給送するステップ１１２と、第１の熱源３０を用いて、給送される未加工材料１２を炉２０内で溶融し、溶融材料１４を形成するステップ１１４と、溶融材料１４を炉２０からるつぼ５０の中に注ぐステップ１１６とに再分割されることができる。
【００３６】
本明細書で先に説明されるシステムおよび方法は、少なくとも以下の利点を提供することを理解され得る。液体レベルの変化を示す電圧の変化に応答して、引き抜き速度を調節するために、制御システムへの変更以外、余分なハードウェアが、要求されない。言い換えると、既存のシステムは、単に、制御システムをアップデートすることによって、例示的方法を実装するように改造されることができる。給送機構、溶融炉、プラズマアークトーチ、および関連付けられた可動底部を伴う鋳型は、変更される必要がない。流出および溢流は、回避され、より高い品質の完成製品およびより少ない廃棄物につながる。表面仕上げは、より高い品質であり得る。さらに、引き抜き速度の完全自動化は、オペレータを、給送、溶融、および精緻化ステップに集中することから解放し、これは、はるかに少ない人的エラーをもたらす。
【００３７】
シミュレーションでは、典型的な＋／−５０ボルトのアーク電圧ノイズを使用しても、本出願人は、標的から２ｍｍ以内またはそれより優れた液体レベル位置の制御を予測する。
【００３８】
速度補正が自動的にコントローラによって自動的に行われ、可変溶融速度条件に適合する。言い換えると、注ぎ速度が引き抜き速度に勝り始めると、引き抜き速度は加速され、引き抜き速度が注ぎ速度に勝り始めると、引き抜き速度は減速される。注ぎ速度は先行ステップに依存するため、この方法は、注ぎ速度の変動のみを補償するのではなく、間接的に、プロセスの上流の任意の変動、例えば、未加工材料１２の給送速度および未加工材料１２の溶融材料１４への溶融速度も補償し、かつ鋳型５０の中への溶融材料１４の注ぎ速度の変動も直接補償する。この例示的な引き抜きシステムは、溢流または低レベル状態を監視するために、他の外部センサまたは人間の介入を伴わずに、完全に自動的な引き抜き位置決めを促進する能力を有する。
【００３９】
この性質のシステムは、連続炉溶融システムにおいてだけではなく、また、液体金属がプラズマトーチによって加熱される容器の中に給送される任意のシステムにおいても、液体金属レベルを制御するために使用されることができる。例えば、本発明の別の実施形態は、材料が、溶融され、水冷式銅炉内で混合され、次いで、炉が、鋳造のために、傾斜され、金属を冷壁誘導るつぼの中に注ぐ半連続鋳造物冷壁誘導システムを提供する。さらに別の実施形態は、材料が、溶融され、水冷式銅炉内で混合され、次いで、炉が、傾斜され、金属をプラズマ加熱されたタンディッシュの中に注ぐシステムを提供する。
【００４０】
前述の説明は、例証であって、制限ではなく、本開示の精査に応じて、当業者に明白となるように、本発明は、その本質的特性から逸脱することなく、他の具体的形態で具現化されてもよい。例えば、前述の側面のいずれかは、１つまたはいくつかの異なる構成に組み合わせられてもよく、それぞれ、側面のサブセットを有する。これらの他の実施形態は、本発明の精神および範囲内に含まれることが意図される。本発明の範囲は、したがって、前述の説明を参照して判定されるべきではなく、代わりに、以下の係属中の請求項とともに、それらの均等物の全範囲を参照して判定されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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