(57)【要約】【解決手段】透過性外周壁を有する溶融金属金型用のガス流制御システム。このシステムでは、略一定のガス質量流（ガスマスフロー）が個々の金型で維持され、略均等なガス質量流が同じ金型台上の金型で維持される。ＰＬＣ（プログラム可能な論理制御装置）は、金型キャビティへのガスのほぼ所望の質量流を継続的に監視し維持すべく、ガス質量流制御装置と組み合わせて使用される。
2010501351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型台枠組および複数の金型を含む金型台であって、複数の金型の各々が金型キャビティ入口および金型キャビティ出口を有する金型キャビティを含み、更に各金型キャビティ出口が鋳造中にガスを通過させる透過性外周壁を含んでなる金型台と、
複数のガス供給ラインであって、各々が前記複数の金型キャビティのうちの１つに対応し、且つ各々がそれに対応する前記複数の金型キャビティのうちの前記１つの前記透過性外周壁にガスを供給するように構成されている複数のガス供給ラインと、
前記複数のガス供給ラインに作動接続された複数のガス質量流制御装置であって、各々がそれに対応する前記複数の金型キャビティのうちの前記１つの前記透過性外周壁にほぼ一定のガスの質量流を供給するように構成されている複数のガス質量流制御装置と、
を備え、
前記複数のガス質量流制御装置が前記複数の透過性外周壁の各々を通過するガス流をほぼ均等に維持する、溶融金属鋳造システム。
【請求項２】
前記透過性外周壁がグラファイトリングである、請求項１に記載の溶融金属鋳造システム。
【請求項３】
前記ガスが空気である、請求項１に記載の溶融金属鋳造システム。
【請求項４】
前記複数のガス質量流制御装置の各々が、
前記透過性外周壁の上流に位置する圧力計と、
対応する前記複数のガス供給ラインのうちの前記１つに作動接続された可変圧力弁であって、前記ガス供給ラインに追加の抵抗圧を導入して前記ガス供給ラインでの予め定められたガス質量流量を達成するように構成された可変圧力弁と
を備える、請求項１に記載の溶融金属鋳造システム。
【請求項５】
前記複数のガス質量流制御装置と作動接続されると共に、前記圧力計の圧力示度に基づき前記可変圧力弁を操作するように構成されたプログラム可能な論理制御装置を更に備えてなる、請求項４に記載の溶融金属鋳造システム。
【請求項６】
前記プログラム可能な論理制御装置が、前記複数のガス質量流制御装置の各々を連続的に且つ個別に監視し制御するように構成されている、請求項５に記載の溶融金属鋳造システム。
【請求項７】
前記プログラム可能な論理制御装置が、前記金型台から遠隔に配置され、通信ラインを介して前記複数のガス質量流制御装置に作動接続されている、請求項５に記載の溶融金属鋳造システム。
【請求項８】
溶融金属鋳造システムにおいて、金型台上の複数の金型キャビティの各々へ略均等なガス質量流を達成する方法であって、
（１）  金型台枠組と、金型入口および金型出口を含む金型キャビティ並びに鋳造中にガスを通過させるように構成された透過性外周壁を有する第１の金型と、金型入口および金型出口を含む金型キャビティ並びに鋳造中にガスを通過させるように構成された透過性外周壁を有する第２の金型とを有する金型台と、
前記第１の金型の前記透過性外周壁にガス流を供給するように配置された第１のガス供給ラインであって、このラインに作動接続された第１のガス質量流制御装置を有する第１のガス供給ラインと、
前記第２の金型の前記透過性外周壁にガス流を供給するように配置された第２のガス供給ラインであって、このラインに作動接続された第２のガス質量流制御装置を有する第２のガス供給ラインと、
を提供することと、
（２）  前記第１のガス質量流制御装置と前記第２のガス質量流制御装置とを協調させて、前記第１の金型の前記透過性外周壁へのガスの質量流を、前記第２の金型の前記透過性外周壁へのガスの質量流とほぼ同じに設定すること、
を備えてなることを特徴とする方法。
【請求項９】
溶融金属鋳造システムにおいて、金型入口および金型出口を含む金型キャビティ、並びに、鋳造中にガスを通過させるように構成された透過性外周壁を有する金型へのガスの質量流を維持する方法であって、
前記金型の透過性外周壁にガス流を供給するように配置されたガス供給ラインと、
前記ガス供給ラインに作動接続されたガス質量流制御装置であって、前記透過性外周壁の上流の圧力計と可変圧力弁とを備えており、その可変圧力弁が、前記金型の透過性外周壁を通過するガスの質量流をほぼ一定に維持するために前記透過性外周壁からの圧力を可変的に補うように構成されているガス質量流制御装置と、
を提供することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本ＰＣＴ出願は、本願とともに提出されるＰＣＴリクエストフォームに記載される先行出願から優先権を主張する。
【０００２】
［技術分野］
本発明は、金属鋳造用金型の金型出口周囲に透過性外周壁を利用する金型台上の金型に、改良されたガス流を提供するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
金属インゴット、ビレットおよびその他の鋳造部分は、金属鋳造設備の床面下の大きな鋳込ピットの上に据えられた鉛直方向の金型を利用する鋳造工程によって形成することができるが、本発明は水平金型でも利用することができる。垂直鋳造用金型の下側の構成要素はスターティングブロックである。鋳造工程が開始されると、スターティングブロックは最も上方の位置で金型内にある。溶融金属が金型の孔またはキャビティに注入され（通常は水により）冷却されるにつれ、スターティングブロックは油圧シリンダまたはその他の装置によって所定速度でゆっくりと降下する。スターティングブロックが降下すると、固化した金属またはアルミニウムが金型の底から出現し、様々な形状のインゴット、ラウンドまたはビレットが形成され、これらは本明細書では鋳造部分と称される。
【０００４】
これらの金型の１部の金型出口周囲には透過性外周壁があり、径が円形の鋳造部分の場合は円形リングである。鋳造用金型では多くの様々な形状のうち任意の形状を利用することができ、本発明を実行するのに特定の形状は必要とされない。透過性外周壁は通常グラファイト製だが、他の材料から製造することもできる。外周壁の透過性によって、ガスおよび／または潤滑剤は強制的に壁を通過させられ、ガス圧力が成形中の鋳造部分上の金型周囲に提供される。ガスと潤滑剤は成形工程と鋳造部分の質を向上させる。本発明はアルミニウム、真ちゅう、鉛、亜鉛、マグネシウム、銅、鋼鉄などを制限なく含め、概して金属の鋳造に適用されるが、開示される所与のおよび好適な実施形態の例はアルミニウムを対象とすることができるため、本発明が金属全般に適用される場合でも、アルミニウムまたは溶融金属という用語を一貫性を持たせるために明細書全体を通じて使用され得る。
【０００５】
垂直鋳造設備を達成し構成する方法は多数あるが、図１はその１例を示す。図１では、アルミニウムの垂直鋳造は通常、鋳込ピットの工場床面の上昇面の下で行われる。鋳込ピット床面１０１ａの真下にケーソン１０３があり、ケーソン内に油圧シリンダ用の油圧シリンダバレル１０２が配置される。
【０００６】
図１に示されるように、鋳込ピット１０１とケーソン１０３内に示される、典型的な垂直アルミニウム鋳造装置の下側部分の構成要素は、油圧シリンダバレル１０２、ラム１０６、取付ベースハウジング１０５、圧盤（プラテン）１０７およびスターティングブロックベース１０８（スターティングヘッドまたはボトムブロックとも称される）であり、いずれも鋳造施設床面１０４下の高度に示されている。
【０００７】
取付ベースハウジング１０５は鋳込ピット１０１の床面１０１ａに取り付けられ、その下にケーソン１０３がある。ケーソン１０３は側壁１０３ｂと床面１０３ａによって区画形成されている。
【０００８】
代表的な金型台アセンブリ１１０も図１に示し、該アセンブリは、図１に示されるように点１１２を中心に旋回することによって主鋳造フレームアセンブリを上昇および回転させるように、金型台傾斜アーム１１０ａを押す油圧シリンダ１１１により傾斜させることができる。鋳込ピット上方の鋳造位置との間で金型台アセンブリを移動させることのできる金型台キャリッジもある。
【０００９】
図１は、鋳込ピット１０１内で部分的に下降している圧盤１０７およびスターティングブロックベース１０８をさらに示し、鋳造部分またはビレット１１３は部分的に形成されつつある。インゴット１１３はスターティングヘッドまたはボトムブロックを含むことのできるスターティングブロックベース１０８上にあり、普通は（だが常にではない）スターティングブロックベース１０８上に置かれており、それらはすべて当該技術において既知であるため、さらに詳細には図示も説明もしない。スターティングブロックという用語をアイテム１０８に対して使用しているが、当業界ではアイテム１０８を称するのにボトムブロックおよびスターティングヘッドという用語も使用され、インゴットを鋳造中であるときにはボトムブロックが通常使用され、ビレットを鋳造中であるときにはスターティングヘッドが使用されることに留意しておくべきである。
【００１０】
図１のスターティングブロックベース１０８は、１個のスターティングブロック１０８と脚柱１１５しか示していないが、通常はスターティングブロックベース毎にいくつか搭載されており、スターティングブロックが鋳造工程中で降下するにつれ、ビレット、特別な形状またはインゴットを同時に鋳造する。
【００１１】
油圧油が十分な圧力で油圧シリンダに導入されると、ラム１０６、ひいてはスターティングブロック１０８は、スターティングブロックが金型台アセンブリ１１０内にある鋳造工程にとって所望の開始高度まで上昇させられる。
【００１２】
スターティングブロック１０８の降下は、所定速度でシリンダから油圧油を計量して供給し、それによってラム１０６、ひいてはスターティングブロックを所定の制御速度で降下させることによって達成される。金型は、通常は水冷却手段を用いて、出現したインゴットまたはビレットの固化を助ける工程中に制御可能に冷却される。
【００１３】
金型台に適合する成形および鋳造技術は多数あり、当業者にとって既知であるため、本発明の各種実施形態を実行するのに特定の技術が必要とされるわけではない。
【００１４】
典型的な金型台の上側は金属分布システムと作動接続する、あるいは相互作用する。典型的な金型台は、金型台が収容する金型とも動作可能に接続する。
【００１５】
金属が連続鋳造垂直金型を用いて鋳造される際、溶融金属は金型内で冷却され、スターティングブロックベースが降下するにつれ金型の下端から連続的に出現する。出現するビレット、インゴットまたはその他の構造は、所望の形状を維持するように十分に固化されることを目的とする。出現する固化金属と透過性リング壁間にはエアギャップがある。その下には、出現する固化金属と金型および関連機器の下部との間にも金型気孔がある。
【００１６】
上述したように特定の鋳造が完了した後、図１に示されるように、金型台は通常上方に傾斜して鋳込ピットの上端から離れる。金型台が傾斜または旋回すると、潤滑剤制御システムがなければ、潤滑剤は路から排出され、鋳込ピット内または鋳造施設の床面に漏れ出しがちである。
【００１７】
透過性または多孔性外周壁の使用は、連続鋳造用金型の内面に潤滑剤とガスを分布する有効かつ効率的な方法であることが立証されており、その１例がＷａｇｓｔａｆｆの米国特許第４、５９８、７６３号に記載されている。引用によりその全文を本文書に組み込む。
【００１８】
透過性外周壁の典型的な使用では、潤滑剤とガスは、外周壁周囲で、通常は１つの配送路（潤滑剤の配送のために溝が使用される場合）とガス配送用の１つまたは２つの配送路（溝）とを用いて、加圧下で溝または配送路を介して外周壁に配送される。好適な潤滑剤は合成油で、現在の好適なガスは空気である。その後、潤滑剤とガスは外周壁を透過して、鋳造工程の一環として金型の内部に配送される。
【００１９】
既存の金型台の外周壁はそれぞれ、潤滑剤および／またはガスを配送する配送路を備え、配送路は同じ深さおよび幅の外周の溝状配送路であってもよいし、外周壁に部分的に開けられる孔またはそれについては別の任意の配送手段であってもよい。典型的な外周壁は別々の潤滑剤配送路とガス配送路とを有する。
【００２０】
本発明の実施形態と態様はグラファイトリングを対象としているが、この適用はグラファイトに限定されない。グラファイトは外周壁の材料または媒体として使用される好適な透過性材料であることが立証されている。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態では、所与の金型台上の各透過性リングに同じガスの質量流を通過させることが望ましい。ガスが各リングに供給される典型的な従来技術の成形圧は通常同じ圧力だが、その圧力は始動前、始動中、始動後にすべての透過性外周壁に対して上昇させる、および／または低下させることができる。
【００２２】
２つの透過性リングが同一であることはなく、それぞれが少し異なってガスまたはガス流を通過させる。さらに、特定の透過性リングの耐用期間が切れると、様々な要因（目詰まり、バーニッシング、または単に個々の透過性リングの特徴など）のいずれかにより透過性が低下する。
【００２３】
ガスを透過性リングに強制的に通過させる従来技術の圧力ベースのシステムは一般的に、すべての透過性リングに同じ圧力のガスを供給する。金型台上の各透過性リングに同じ質量流量のガスを通過させることは望ましいが、透過性リング同士や透過性が低下する割合の実質的な差によって、異なる透過性リングを通るガスの質量流量が異なるもしくは変動する状況が生じる。金型台上のすべての透過性リングに供給されるガス流が同じである場合、特にこのことがあてはまる。ほぼ同等の流を実現しようとするには、通常、作業者は各金型に印加する圧力を調整しなければならず、鋳込ピットで所望するよりも長い時間を取らざるを得ない。
【００２４】
台への入口圧はガス流にとって１回の圧力であるため、最初に詰まっている透過性リングへの流を増やすように圧力弁が手動で切り替えられると、他の透過性リングへの圧力とそれに伴い流が増大して、より多くの流がそこを通過させられるという望ましくない影響が生じる。
【００２５】
従来技術では、通常、所与の金型台上での鋳造の始動時または始動直前に、圧力調整器が台全体に例えば１平方インチ当たり６０ポンドの特定の圧力を印加するように手動で設定される。始動時、圧力は例えば１平方インチ当たり１００ポンドに増大され、その後、始動相後に実行圧として１平方インチ当たり７０〜８０ポンドに低減される。通常、透過性外周壁を使用する金型台上の個々の金型へのガス流を実現するために圧力ベースの動作が行われている。このため一般的に、鋳込ピット内および周囲に人員が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】米国特許第４，５９８，７６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態の目的は、所与の金型台上の金型に透過性外周壁を介してより均一なガス質量流量またはガス流量を供給するガス流システムを提供することである。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態の別の目的は、より厳密に、より自動化された方法で台上の個々の金型へのガス流を制御することによって、鋳込ピット内または周囲にいる作業者が少なくてもすむガス質量流制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態または態様は、所望すれば鋳込ピットエリアの外部に配置することができる質量流メータを提供することである。本発明の実施形態は、ガスの質量流（マスフロー）の測定を最重要視する結果、各透過性リングを通過するガスの質量流をより一定にし、所与の金型台上の複数の透過性外周壁のそれぞれに、より均等な流量を提供する。
【００３０】
また、重要および非重要な金型動作パラメータを記録する監視制御およびデータ取得（「ＳＣＡＤＡ」）データロギングシステムの本発明での利用が、いかに鋳造工程全体で利用され、より優れた工程制御と故障防止のためのパラメータの１つまたはそれ以上の設定点の確定を可能にするか、当業者であれば認識するであろう。鋳造ガス流と金型の「背圧」の記録および監視は例えば、工程の改善と金型の状態評価を可能にする。この種のデータ収集は、金型が鋳造台から取り外され交換されようとしているという警告など、様々な作業項目の１つまたはそれ以上に対する警告を作業者に提供するために使用することができる。
【００３１】
本発明のその他の目的、特徴および利点は、本発明の一部を成す明細書、請求項および添付図面から明らかになるであろう。本発明の目的を実行する際、必要不可欠な特徴は設計および構造上の配置を変更させることができ、唯一の実際的で好適な実施形態が要求に応じて添付図面に示されていると理解すべきである。
【００３２】
本発明の好適な実施形態を以下の添付の図面を参照して以下説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術の垂直鋳込ピット、ケーソンおよび金属鋳造装置の正面図である。
【図２】典型的な従来技術の金型鋳造アセンブリの正面断面図であり、適所にある外周壁を示す。
【図３】複数の金型を有する金型台構造を示す概略上面図である。
【図４】金型ハウジングに配置された、グラファイトリングであってもよい、透過性外周壁の断面図であり、本体を通る潤滑剤および／またはガスの流を示す。
【図５】本発明の実施形態を利用可能な金型台の透視正面図である。
【図６】本発明の実施形態で使用可能な透過性外周壁の１例を示す斜視図である。
【図７】図６に示される透過性外周壁の上面図である。
【図８】手動制御弁と、背圧がいかにして透過性外周リングから生じるかを示す従来技術のシステムの概略図である。
【図９】金型台上の複数の金型に対する手動ガス流システム構造の概略図である。
【図１０】複数の金型に関して本発明のいくつかの実施形態で使用可能な構造の概略図である。
【図１１】質量流制御装置が、金型台上の複数の金型に均等な質量流を通過させるために測定可能な圧力データを利用することができる本発明の一実施形態の概略図である。
【図１２】本発明の実施形態で使用可能なタブレットパーソナルコンピュータの図である。
【図１３】質量流制御筐体が搭載された、金型台上の流体取扱筐体の一例の上面図である。
【図１４】不良ビレットを予測し回避するために履歴データパラメータを使用する本発明の実施形態によって企図される工程を概略的に示すフローチャートである。
【図１５】履歴データの傾向に関する典型的なグラフレイアウトを示すグラフである。
【図１６】図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、流量低警告が挿入されている。
【図１７】図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、ガススリップから外れた状態が挿入されている。
【図１８】図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、低すぎる鋳造油供給量が挿入されている。
【図１９】図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、高すぎる鋳造油供給量が挿入されている。
【図２０】図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、過剰な鋳造油金型充填が挿入されている。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明で利用される固定、接続、製造およびその他の手段および構成要素の多くは、記載される本発明の分野で広く既知であり使用されており、その正確な性質および種類は当業者による本発明の理解と使用にとって必要ではない。したがって、ここでは特に詳細に説明しない。さらに、本発明の具体的な用途のために本明細書に図示または説明される各種構成要素は、本発明により予想されるように変更または修正することができ、任意の要素の具体的な用途または実施形態は当該業界で当業者により既に広く知られており使用されているため、それぞれ特に詳細には説明しない。
【００３５】
本文書の請求項で使用される「ａ」、「ａｎ」（１つ）および「ｔｈｅ」（その）という用語は長年にわたる請求項作成の慣習に従い非限定的に使用される。本明細書に具体的に記載されない限り、「ａ」、「ａｎ」（１つ）および「ｔｈｅ」（その）という用語は上記要素のうちの１つに限定されず、「少なくとも１つ」を意味する。
【００３６】
したがって、金型は、特定の供給源の種類が何であれ、溶融金属の供給源から溶融金属を受け取ることができなければならない。したがって、金型の金型キャビティは、溶融金属の供給源に対して流体または溶融金属を受け取る位置に配向していなければならない。
【００３７】
本発明は、押湯技術や従来の注入技術のどちらも含むがそれらに限定されず、様々な種類の金属鋳造および注入技術と構成に関連して適用され、および利用することができると理解すべきである。さらに、本発明は水平または垂直鋳造装置のいずれでも利用できると理解すべきである。
【００３８】
「周囲」という用語は、金型キャビティなどの物体を全周にわたって連続的に囲むことに限定されず、実質上囲んでいてもよい。外周壁周囲の配送路に関して本明細書で使用される「外周」という用語は、外周全体に延在する配送路またはアイテムに限定されず、外周全体ではなく部分的に延在するものも含む。したがって、配送路は、外周壁の外周全体に延在させることができる。
【００３９】
「透過性」という用語が本明細書で透過性外周壁本体として使用されるとき、外周壁本体全体が必ずしも透過性を有する必要はなく、潤滑剤および／またはガス流が通過する部分のみが所望される。本明細書で使用される「鋳造部分」または「金属鋳造部分」という用語は、鋳造工程中に固化した鋳造部分を意味し、本発明を実行するのに特定の部分は必要とされず、ラウンド、ビレット、インゴットおよび当該業界で既知な様々なその他の形状の構造のいずれも限定なく含む。
【００４０】
本発明によって企図される好適な外周壁は通常、剛体または固体だが、その必要はなく、本発明の意図する範囲内で半剛体または半固体であってもよい。また、本発明によって企図される外周壁は一体型の外周壁、または一緒に配置されて外周壁を形成する複数のセクションとして実現可能であることは、当業者によって認識されている。このため、特殊な形状の金型にも特に適用可能である。
【００４１】
本文書の請求項で使用される「流量」という用語は、実際のまたは測定された流量だけでなく予測される流量を含むことができる。
【００４２】
外周壁が各金型キャビティの周囲に配置されると言及される場合、外周壁は、既に引用により本明細書に組み込まれている米国特許第４，５９８，７６３号に記載されているように、使用可能であれば金型キャビティの一部の周囲、または当業者が認識するその他の位置に配置されることを意味する。この位置は通常、図２に更に示されるように、金型キャビティの中間位置または出口位置であろう。
【００４３】
外周壁または透過性壁の透過性は一般的に、通常グラファイトである材料の種類と質、透過性材料内の気孔率の不規則性、鋳造油の粘度、鋳造リングの鋳造油飽和率、および、例えば、バーニッシング、ポリマー、残留物などの沈殿物の関数である。個々の金型の場合、透過性材料（グラファイト）と気孔率の不規則性は一般的に一定で、時間の経過とともに変動しない。外周壁の油の粘度と飽和率は、鋳造毎に変動する可能性のある変数である。油の粘度は液体金属の導入に関連する温度上昇とともに低下し、油の飽和率レベルは油の供給量やその他の要因に左右される。これらの短期変数は、鋳造リングの透過性を増減させる可能性がある。鋳造油の分解による沈殿物の影響は、時間の経過とともに外周壁の透過性全体を徐々に低下させる長期的要因である。これらの沈殿物は通常、外周壁が崩壊したり金型の改修中に交換されたりする理由となる。
【００４４】
認識されるように、鋳造リングの透過性が低下するにつれ、同じガス質量流量を維持するために鋳造ガス供給圧を増大させなければならない
【００４５】
本発明の実施形態の所望の特徴は、システムが個々の金型へのガス圧力を自動的に調節して、所望の鋳造ガス流量を維持するために鋳造リングの透過性を短期的および長期的変動の両方を補償する。
【００４６】
流量が３次元以上である場合、ダルシーの法則により厳密に従う、あるいはダルシーの法則をより容易に適用する傾向がある。しかしながら、流は必然的に３次元であるため、ダルシーの法則から予測することができるが、流を予測するのは一般的に、より困難である。さらに、用途によっては、媒体に運ばれる際に潤滑剤とガスを混合させることができ、その場合、流量はダルシーの法則とはさらに異なる、あるいはダルシーの法則からさらに予測しづらくなる。ダルシーの法則からの差異があるほど、実験に基づくデータに依存する必要が高まる。
【００４７】
１つまたはそれ以上の本発明の実施形態を示す具体的な図に入る前に、一般的な構成要素の説明を行う。本発明のいくつかの好適な実施形態では、質量流制御装置は制御される金型台および金型に、またはその上に、またはその近傍に搭載され、質量流制御筐体の実施形態は、実装プログラム可能な論理制御装置（「ＰＬＣ」）、入力／出力（Ｉ／Ｏ）および通信制御を含むことができる。システムは、質量流制御装置のＰＬＣとＩＯ間の通信を行う既知のイーサネット（登録商標）通信プロトコルを利用することができるが、必須ではない。圧力調整器も同様に実装するか金型台上に配置することができ、ユニットを金型台上に搭載して、流制御装置から金型への配管の行程を最小限に抑えて配管での圧力低下を低減することができる。
【００４８】
質量流制御筐体の実施形態は、容易に既存の施設に組み込む、あるいは特定の既存の金型台に設置することができ、加圧鋳造ガス、２４ｖｄｃ電力およびＣＡＴ５通信ケーブルユーティリティ接続が利用可能である、あるいは改装または初期設置のために本発明を利用しやすくするために提供されることが好ましい。ガス流システムは、（たとえば１３５ｐｓｉで供給することのできる）、好ましくは（たとえば５ミクロンまで）濾過され、（たとえば、摂氏−４０度の露点で）乾燥された加圧ガスの供給減や、最低１５アンペアで１２０ＶＡＣとすることのできる電力などの、鋳込ピットエリアに共通な素子も利用することができる。加圧ガスの供給源は、好ましくは１２０ｐｓｉの調節ガスから所定のｐｓｉだけ高くなければならない。
【００４９】
質量流制御筐体は、本発明の所与の用途で提供される場合、筐体の内部冷却を促進するとともに、不注意な金属の跳ねやその他の望ましくない環境への妨害物から構成要素を守るために全体の保護カバーを含むことができる。
【００５０】
本発明によって企図される質量流制御筐体の実施形態のもう１つの望ましい特徴は、他の金型台上で利用できる、あるいは他の金型台上の筐体と交換可能である点にある。よって、質量流制御筐体は、動作している金型台から取り外すことができ、他の金型台上で容易に利用する、あるいはその他の理由で取り外すことができる。
【００５１】
さらに、本発明は、各金型キャビティ出口へのガスの配送を変動させるため、純粋な主圧力制御装置の代わりに質量流制御装置を使用する。これにより、従来技術がガス圧力を単に変動させる際に及ぼした影響に関連するエラーが低減または除去されることは、当業者によって認識されるだろう。このため、システムを従来技術のシステムよりも高い圧力で動作させることによって、たとえばグラファイト製鋳造リングである透過性外周壁の寿命が延びると確信され認識される。また、この制御システムは、透過性が鋳造中に減じた後を含め、工程中のどの段階でもガスをより効率的に低い多孔性または低い透過性の外周壁を通過させることができる。当業者であれば、透過性壁が詰まった際にこのシステムが適切に一定の鋳造ガス（質量）流を維持できるという動作上および経済上の利点と、これにより、グラファイトリングなどの透過性壁での成形に関する消耗コストがいかに低減されるかを認識するであろう。
【００５２】
当業者であれば、本システムは各金型の鋳造ガス流量を適切な設定に自動的に調節して、金型から別の金型へ、鋳造から次の鋳造へのガス流の一定性を高めるため、本システムの実施形態がいかに個々の作業者による金型のガス流量調節の必要性を実質上排除するかを認識するであろう。
【００５３】
本発明のデータ収集および記憶性能により、該システムは、具体的に金型の特性に基づき最適または好適な設定またはガス流量を確定することができる。たとえば、最初の鋳造中に、ビレット面を最適化するために特定の金型が特定のガス流量でより好適に動作すると判定される場合、たとえば、この流特性の変動はプログラム可能な論理制御装置に電子的に記憶させることができ、これらの同じパラメータが以降の鋳造で実行される。特定の目標金型が台から取り外され、新たな金型と取り換えられる場合、これらの設定はリセットすることもできる。
【００５４】
本発明の実施形態は、金型台作業者制御パネルから、あるいはタブレットインタフェースなど、鋳造される際にビレットを直接観察するために鋳込ピットエリアの周囲に携帯できる無線携帯装置を用いて、流量の調節を行うこともできる。タブレットインタフェースは、ガス流制御システムの実行のために所望のコマンドとシステム変更をＰＬＣに伝達する追加の方法を提供する。
【００５５】
記載される本発明から、金型台上の複数の金型に一括で、あるいは特定の金型に単独で、ガス流量の変更を行えることが当業者によって認識されるだろう。個々の金型へのガス流を制御する性能と共に、本発明は個々の金型に関する設定点ガス流量を記憶または保持し、鋳造毎に透過性壁内で変動する条件を自動的に補償することのできる構造も提供する。
【００５６】
各金型に同じ質量流を通過させる目的で、既存のシステムにおいては溶融金属で溝を充填する際に、所与の圧力、たとえば４５ｐｓｉを最初に使用することが通常望ましい。金型台が下降すると、ガス圧は約１００ｐｓｉまで上昇して、追加の圧力が特に金属から酸化層を低減させるために利用され、鋳造部分が容易に流れ出さないようにすることができる。鋳造部分プラットフォームが約８〜１２インチ降下した後、ガス圧は通常好ましくは鋳造工程を実行するのに望ましい圧力である「実行圧」のために約６０〜７０ｐｓｉまで低減される。よって、透過性壁を有する典型的な鋳造台では、充填圧は約４５ｐｓｉ、開始圧は約１００ｐｓｉ、および実行圧は約７０ｐｓｉである。しかし、これらの従来のシステムは望まれるような質量流に焦点を当てておらず、質量流は他の測定とは別のまたは独立した測定または算出を含む。
【００５７】
図１は、典型的な従来技術の垂直鋳込ピット、ケーソンおよび金属鋳造装置の正面図であり、既に詳述してある。
【００５８】
図２は、金型内の適所に配置され、金型ハウジング１３１に隣接する従来技術の外周壁１３０を示す。外周壁の潤滑剤およびガス配送路と組み合わされた金型ハウジング１３１は、潤滑剤とガスが供給されて外周壁１３０を透過する潤滑剤およびガスの通路を形成する。冷却剤が導入されて、冷却剤通路１３３を通って出現する金属を固化する。
【００５９】
図２は、金型入口１３４、溶融金属を金型入口１３４に方向づける耐熱性溝１３５をさらに示す。図２の実施形態は、出現する固化したビレット１３７と、ビレット１３７周囲の金型気孔１３６を示す。
【００６０】
気孔１３６は当該業界でエアギャップまたはエアスリップと称されるものと異なることに留意しておくべきである。エアギャップまたはエアスリップは、外周壁１３０と鋳造中に外周壁１３０を通過する金属との間で生じる空気の層または領域である。
【００６１】
図３は、本発明を利用することのできる、複数の金型を有する構造の金型台１５０を示す上面概略図である。図３は、金型台枠組１５１と、第１の複数の金型１５２と第２の複数の金型１５５を分割する中央溝１５３とを示す。２つのガス流制御筐体１５４が金型台１５０の２つの端部に配置されているが、１つまたはそれ以上のガス流制御筐体１５４を使用し、多数の位置の任意の１つに配置することができ、本発明を実行するのに特定の位置は必要とされないことが認識されるだろう。
【００６２】
図４は、金型ハウジング１６０内に配置される、グラファイトリングであってもよい透過性外周壁１６１の断面図であり、本体を通過する潤滑剤および／またはガス流を示す。
金型ハウジング１６０を通るガス入口ライン１６５と矢印１６４とは外周壁１６１を透過して金型キャビティに入るガスを示す。図４は、潤滑剤がラインを通って透過性外周壁１６１を通過し金型キャビティ内へ流れることを示す矢印１６３付きの潤滑ライン１６２の例も示す。
【００６３】
図５は、本発明の実施形態を利用することができる金型台１４０の透視正面図であり、金型台枠組１４５、中央溝１４１、金型台１４０の第１の側面の複数の金型入口１４３、および金型台１４０の第２の側面の複数の金型入口１４２を示す。溝１４３は通常耐熱性材料で構成され、通常は金属材料製の上面１４４を備える。
【００６４】
２つの質量流制御筐体１４６および１４７が図５に示され、第１の質量流制御筐体１４６が金型台１４０の第１の端部に示され、第２の質量流制御筐体１４７が金型台１４０の第２の側面に示される。
【００６５】
図５は他の図面と組み合わせて、質量流制御筐体１４７のモジュール性と、それらが連結マニホルドを介して所与の金型台につながれ動作可能に接続された後、比較的容易に取り外して他の金型台で使用できる様子をさらに示す。
【００６６】
図６は、本発明の実施形態で使用することのできる透過性外周壁１６１の一例の透視図（斜視図）であり、内側面１６７、外側面１６８、ガス配送路１６９および潤滑剤配送路１７０を示す。２つのガス配送路１６９は互いに動作可能に連通または接続して図示される。
【００６７】
図７は、図６に示される透過性外周壁１６１の上面図であり、金型側の内側面１６７と外側面１６８とを示す。
【００６８】
図８は、手動制御弁２０１と、背圧２０４がどのように透過性外周壁またはリング２０２から生じるかを示す従来技術のシステムの概略図である。図８は、ガスライン２０５を介して手動制御弁２０１に動作可能に接続される入力または供給ガス２００と、ガスライン２０６を介して透過性壁２０２に動作可能に接続される制御弁とを示す。透過性壁２０２を通過するガスは金型２０３に入る。背圧２０４は透過性壁２０２によって呈示され、先に詳述したように、通常は透過性壁２０２の使用で増大する。
【００６９】
図９は、金型台上の複数の金型用のガス流システム構造の概略図である。図９は、複数の流スイッチ２２８、２２９、２３０および２３１、および複数の空気弁２３９、２４０、２４１および２４２を含む弁バンク２２０を示す。複数の手動空気弁２３９、２４０、２４１および２４２は、手動で様々な圧力に調節して、鋳造工程の様々な段階で、あるいは特定の金型で作製される鋳造部分で観察される場合のある否定的特性に応じてガス流の圧力を変更することのできるバルブである。図９は、必要に応じて増圧器２２１に動作可能に接続される入口ガス源２２３と、所望のガス流圧を提供するために入力ガス圧を調整する空気圧調整器２２２とを示す。これで例えば約１２０ｐｓｉに設定することができる。質量流メータ２２６はライン２２５を介して空気圧調整器２２２に動作可能に接続され、流スイッチ２２８、２２９、２３０および２３１にも動作可能に接続される。
【００７０】
図９は、それぞれ通信ラインまたは通信路（連通路）２３５、２３６、２３７および２３８によってそれぞれ複数の金型２４３、２４４、２４５および２４６にそれぞれ動作可能に接続される複数の流スイッチ２２８、２２９、２３０および２３１を示す。図９は、空気圧調整器がガスライン２２７を介して複数の流スイッチ２２８、２２９、２３０および２３１に動作可能に接続される様子も示す。流スイッチ２２８、２２９、２３０および２３１はたとえば、ガス流を適切に切り替えるように制御される茸弁などの１つまたはそれ以上の開閉弁であってもよく、比例弁２３９、２４０、２４１および２４２はガス流ラインで均等な背圧を金型台上の各金型に送るように所与のラインまたは金型に追加の背圧を加えるために利用することができる。
【００７１】
図１０は、複数の金型に関する本発明のいくつかの実施形態で使用することのできる構造の概略図である。図１０は、必要に応じて増圧器２２１に動作可能に接続される入口ガス源２２３と、所望のガス流圧を供給するように入力ガス圧を調整する空気圧調整器２２２とを示す。これにより例えば約１２０ｐｓｉに設定することができる。空気圧調整器２２２は、ガスライン２２７を介して質量流制御装置２５１、２５２、２５３および２５４に動作可能に接続され、そこにガスを供給する。
【００７２】
ＰＬＣ２５６はライン２２５を介して空気圧調整器２２２に動作可能に接続され、通信路またはライン２５７および２６０を介して質量流制御装置２５１、２５２、２５３および２５４にも動作可能に接続され、路２６０はフィードバックループである。本明細書で言及されるラインまたは通信路は多数の様々な種類のハードワイヤコネクタ、光コネクタ、イーサネット（登録商標）ベースあるいは無線チャネルのうちのいずれであってもよく、すべて本発明の企図する範囲に含まれ、いずれも本発明を実行するのに必須ではないことが当業者によって認識されよう。ＰＬＣ入力／出力（ＩＯ）は、他の構成要素の中でも特にＰＬＣと質量流制御装置との間の入力／出力インタフェースを提供するように利用することができる。
【００７３】
複数の質量流制御装置または質量流制御装置を制御するために１つのＰＬＣ２５６を使用することは、各金型のガス流システムの制御のために個々のＰＬＣまたはその他の装置を利用しなくてもよいため、より経済的なシステムを提供する。これは、ＰＬＣが関連パラメータに関して第１の質量流制御装置２５１をストローブまたはチェックし、そのチェックを完了した後、第２の質量流制御装置２５２をストローブまたは接続する等々のように、質量流制御装置２５１、２５２、２５３および２５４をそれぞれＰＬＣ２５６に動作可能に接続することによって達成される。ＰＬＣの速度で、複数の質量流制御装置（それぞれが１つの金型へのガス流を制御する）のストローブまたは制御は連続的に数秒で達成することができる。これにより、各金型へのガスの質量流毎に所望の制御を行ないながら、ハードウェアの観点でより経済的なシステムが提供される。
【００７４】
図１０は、それぞれガスライン２３５、２３６、２３７および２３８によってそれぞれ複数の金型２４３、２４４、２４５および２４６にそれぞれ動作可能に接続される複数の質量流制御装置２５１、２５２、２５３および２５４もさらに示す。
【００７５】
別の種類の質量流制御装置が本発明の本実施形態の企図する範囲で利用可能であることは当業者によって認識されるだろう。たとえば、ガスの質量流を明確かつ正確に測定する専用の質量流制御装置を利用することができる。本発明の実施形態で利用することのできる別の質量流制御装置は、透過性壁またはグラファイトリングからの背圧などのデータに基づき質量流量を算出する、あるいは質量流量に達する装置である。しかし、質量流機器などのガスの質量流を判定する他の方法も本発明の範囲内で利用可能である。
【００７６】
背圧に基づき質量流を判定し制御する質量流制御装置は、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｉｒ製の部品を含むガス流制御装置であってもよい。
【００７７】
上記用途または実施形態では、質量流制御装置２５１、２５２、２５３および２５４はそれぞれ、質量流メータ、圧力の可変調節を可能にする比例弁、１つまたはそれ以上の茸弁（開閉弁）、圧力計または背圧計を備えることができる。質量流制御装置２５１、２５２、２５３および２５４は、イーサネット（登録商標）またはその他の電子通信によりＰＬＣ２５６に動作可能に接続される。質量流制御装置２５１、２５２、２５３および２５４は、ガス流またはガス供給の観点から、調整器２２２に動作可能に接続されて所定の圧力でのガスまたは空気の供給源を提供する。
【００７８】
本発明の実施形態の１態様では、金型の各透過性壁の背圧は、有用耐用期間内の所与の時点で判定することができる。特定の透過性壁によって生成される背圧は透過性壁の寿命と共に変動するため、金型台上の各金型への所望の均等なガスの質量流を維持するために検討し調節する必要がある。
【００７９】
金属が鋳造または冷却のために分布される前に、金型台上のガス流システムは所定のガス流、たとえば毎時１５立方フィート（ｃｆｈ）まで始動させることができる。このシステムの実行中、ガス圧力調整器からの入口ガス圧力は既知であり（好ましくは１平方インチ当たり約１２０ポンド）、ガス流システムにおいて主にまたは唯一背圧を生み出すのは、本願の透過性壁またはグラファイトリングである。ガス圧または背圧は透過性壁の上流で測定することができ、その差はガスが透過性壁を通過する際に生成される流の抵抗によって生まれる圧力低下または背圧である。この種の複数のガスラインのテストまたは実行によって、所与の金型台上の複数の金型に一層均一なガス流量を供給するのに必要な情報をより簡易にかつ確実に提供することができる。
【００８０】
すべての金型への均等な流の通過を維持するために背圧を測定する本実施形態の１適用では、質量流制御装置は、各金型への透過性壁またはグラファイトリングを介した一定または均等なガス質量流量を達成および／または維持するため、個々の透過性壁によって呈示される分に加えて抵抗圧または背圧を導入するのに比例弁も備える、あるいは利用することができる。たとえば、１つの金型に透過性壁グラファイトリングによって提供される透過性壁背圧が他の金型に供給される背圧よりも小さい場合、質量流制御装置は、ラインの可変圧力弁を調節して、（透過性壁と比例弁の組み合わせからの）総背圧が所定量と等しく、台上の他の金型のための他のガスラインの背圧と略等しくなるように圧力を加えることができる。たとえば第１の金型上のグラファイトリングが第２の金型上のグラファイトリングよりも少ない背圧を呈示する場合、そのガスラインを通る背圧を台上の第１および第２の金型のそれぞれに関して同一または略同一にするため、差を補償するように可変弁または比例弁を自動的に設定することができる。この弁は金型台全体で使用することができ、各質量流制御装置を１つのＰＬＣによって制御できる。
【００８１】
先の段落に記載される実施形態では、金型台上の金型への単独のガスライン用の質量流制御装置は、比例弁、背圧計またはメータ、および開閉弁（茸弁でもよい）などの各種構成要素を利用することができる。単独の主ＰＬＣから制御される際、この組み合わせは、遠隔制御可能なガス流システムを提供し、金型台上の各金型に略均等なガス質量流を供給することができる。
【００８２】
他にガス流用の質量流制御装置の代替となるのが、通過するガスの分子または質量を実際に測定して、質量流装置が金型台上の各金型への質量流量を十分均等化するのに利用することができるように、他の金型と接続されるラインでの質量流値と組み合わせて利用することが可能な値を提供する十分正確な質量流メータである。
【００８３】
図１０に示されるような、例えば、ガス流路またはガスラインおよび背圧作動範囲全体での圧力低下を最小限に抑えるシステムを検討する。本発明の実施形態の１態様の利点は、システムの構成要素の大半を金型台に「搭載」できることで、その１例が図５〜図１０に示されており、ＰＬＣ制御装置を除くすべてが好ましくは金型台上にまたは金型台に配置される。
【００８４】
図１１は、金型台上の複数の金型を通過する均等な質量流を確保するように、質量流制御装置が測定可能な圧力データを利用することができる本発明の一実施形態を示す概略図である。質量流を制御する例示の工程は、図１０を参照して上述されている。図１１は、ガスまたは鋳造ガス供給源２７０、ガス調整器２７１、質量流制御装置２７２、鋳造リングまたは透過性外周壁２７３、および矢印２７４によって示される金型キャビティの内部に向かうガス流を示す。Ｐ１は１２０ｐｓｉを上回ることが通常好適であるガス供給圧で、Ｐ２は約１２０ｐｓｉに調整することができる。Ｐ２は調整または制御されたガス圧で、通常は約１２０ｐｓｉに維持される。Ｐ３は所与のガス流量または質量流量を透過性外周壁に透過させるのに必要な圧力で、背圧と称することができる。Ｐ４は、ガスが金型キャビティに入り、鋳造中に固化しつつある溶融金属と相互作用する際のガスの出口圧力である。Ｐ３は透過性外周壁から上流で測定される。
【００８５】
鋳造リング両端の差圧はＰ３−Ｐ４に等しい。ダルシーの法則の式は透過性外周壁を通る流を見抜く、ｑ＝［ｋＡ（Ｐ３−Ｐ４）］／μＬ。ただし、ｑは流量、ｋは多孔性媒体の透過性、Ａは多孔性媒体の断面積、μは流体（この場合はガス）の粘度、Ｌは多孔性媒体の長さまたは厚さ、Ｐ３は外周壁への入口での圧力、Ｐ４はこの例でガスが外周壁または鋳造リングを通過した後のガスの出口圧力である。
【００８６】
透過性壁が次第に詰まり始める、バーニッシングが発生し始める、あるいは多数の様々な事象のうち任意の１つが外周壁の透過性を低減するにつれ、時間の経過とともに徐々に増加する背圧またはＰ３のデータを収集することが望ましい。現状技術では、透過性壁または金型リングの課題の第１の徴候は、低品質の鋳造部分が製造される、あるいは品質上の問題が発生して、製造された鋳造部分の予定にないメンテナンスと廃棄が必要になることである。本発明の実施形態は背圧（Ｐ３）などのデータの収集および解析を可能とし、それにより、本制御システムの作業者は、欠陥のある鋳造部分が製造されて廃棄の必要が生じる前に、背圧の上昇のため特定の金型を非稼動にする必要があるときを事前に推定することができる。
【００８７】
図１２は、本発明の実施形態で使用可能なタブレットコンピュータインタフェース３００の図である。説明目的で図示されているようなタブレットコンピュータインタフェース３００は当該技術において十分既知であり複数の供給源から容易に入手可能であるため、詳細には説明しない。図１２は、アルファベットで示されている、あるいは参照されている金型の縦列および横列で監視、調査、または変更する金型を特定するユーザ３０１を示す。図１２は、たとえば、金型を表す金型Ｊ２〜Ｊ６のＪ縦列と、特定の金型を選択することのできるタッチスクリーンとを示す。図１２は、スクリーン３０２上のＪ縦列のキー点または触点３０２と、Ｈ縦列の触点３０３およびＧ縦列の触点３０４とを示す。タブレットコンピュータインタフェース３００のディスプレイは、金型台作業者の希望に合わせてカスタマイズすることができる。タブレットは、たとえば、ＰＬＣに指示を出して金型または金型へのガス流の動作に適切な変更を加えることによって、動作に介入するなどの様々な方法で使用することができる。
【００８８】
本発明のいくつかの実施形態では、タブレットは鋳造ガス流量の可動調節のために使用することができる。金型台を組み込む、あるいは金型台を有する本発明の統合の１態様では、独立型質量流制御自動制御システムを備えることができ、該システムは制御プログラム付きの独自の別個のＰＬＣと、さらにＳＣＡＤＡ構成要素も含むことができる。他の本発明の実施形態は、ガス流制御システムと他の主要な鋳造システムとの間のパラメータ交換のために既存の鋳造システム制御装置に動作可能にさらに接続することができる。このような実施形態は、電源、無線ルータおよびタブレットＰＣドッキングステーションを有する別個のＰＬＣ筐体も含むことができる。
【００８９】
本発明の別の態様では、本発明の実施形態または適用は、質量流制御機能を含むために、金型設備での既存のＰＬＣおよび鋳造制御システムと修正された既存の鋳造プログラムとを利用することができる。（同様にＳＣＡＤＡを含む）１例として無線テーブルインタフェースを用いて、質量流制御用に新たなビュースクリーンを追加することができる。作業者は金型制御で既に使用されているスクリーンを制御し、質量流制御パネルまたはビューを含むように鋳造工程を修正することができる。無線ルータおよびタブレットドッキングステーションオプションが使用されている場合、既存の鋳造制御パネルに組み込んで、所望すれば質量流制御筐体の小型化を図ることができる。
【００９０】
次に、本発明の実施形態は、金型を正確な鋳造ガス質量流量に調節することを可能にする。質量流は流の実際の量を表す値で、なにから生じるかにかかわらずシステム内で変動する圧力の作用に影響を受けない。当業者は、示度は鋳造リングの状態や透過性に影響を受けないため、本発明の実施形態がいかにすべての金型に流れるガス流の均一性を向上させるかも認識するだろう。
【００９１】
本発明の実施形態はまた、追加の特徴、すなわち、個々の流制御モジュールを連続的にストローブする、あるいは個々の流制御モジュールと通信して、コマンド信号を送信しデータフィードバックを受信する能力を備える。つまり、各金型に対して個別のＰＬＣタイプの制御をする代わりに、主制御装置またはＰＬＣが各モジュールに連続的にまたは間欠的に信号を送信し、データを受信してから、次のモジュールに移る。これにより、１つのみのＰＬＣを用いて質量流制御装置を個々に制御することができる。ＰＬＣはたとえば１／４〜２秒おきに各質量流制御装置と個別に連絡を取って、継続的に更新および調節を行うことができる。この結果、ＰＬＣ  入力／出力（Ｉ／Ｏ）要件が最小化され、スペースと費用が節約される。
【００９２】
本発明の実施形態は、ショックルーチン、ガス流量オフセット、金型ガス流量検証ルーチンおよび／または自動生成プログラム構成コードなどのプログラミングコードを通じて達成される、より特化された工程ルーチンも提供する。
【００９３】
図１３は、質量流制御筐体が搭載された、金型台上の流体取扱筐体の一例の上面図である。図１３は、金型台１４５と、マニホルドまたはインタフェース３２２を介して金型台１４５に相互接続される、あるいは動作可能に接続される質量流制御筐体１４７を示す。ガス流ライン３２１および３２３は、位置決めとインタフェース３２２を介した質量流制御筐体１４７への接続のためにマニホルド３２０に装着される。図５のアイテム１３８によって示されるような筐体を配置することができる。図１３は、本発明の実施形態において、個々の流制御モジュールまたは筐体が「マニホルド」、または図１３に示されるように所与の台に必要な管接続の量を最小化するために搭載される群であってもよいことを示す助けとなる。管は金型のもう１つの端部で接続される。この各金型台での構成は、システム漏れの可能性を低減し、完成したアセンブリ全体のサイズを縮小するのに役立つ。
【００９４】
図１４は、不良ビレットを予測し回避するために履歴データパラメータを使用する本発明の実施形態によって企図された工程を概略的に示すフローチャートである。ステップ３５０では、図示される実施形態において背圧、供給圧および鋳造長／時間である特定のパラメータに関して履歴データが収集される。このデータは互いに関連付けられて、どの点で不適格な鋳造部分が製造されたかを大まかに確定する。このデータを基に、ステップ３５１は、不良鋳造部分が製造され、不合格とされ廃棄される点に達する前に信号または警告が発せられるように、不良鋳造部分を先手を取って回避する設定点の設定を含む。
【００９５】
図１４のステップ３５２では、質量流またはガス流制御システムは所望のパラメータに関するリアルタイムデータを収集し、該パラメータは上述したように本実施形態では、背圧、供給圧および鋳造長／時間とすることができる。これを基に、ステップ３５３はリアルタイムデータと履歴ベースの設定点の比較を含み、ステップ３５４は結果的には設定点基準を満たす金型を運転から除くことによって工程を完了させる。この結果、相当な経済的な節約につながると考えられる。この概括的なフローは、図１５〜図２０に示され後述される例のように、継続的にプロファイルしシステムを調節するのに使用することもできる。
【００９６】
図１５は、グラフに示された透過性壁の上流のガス背圧対鋳造長／時間の相関関係を示すグラフである。図１５は、ガス流量（ＰＶ）、ガス「背圧」（ＰＶ）、ガス供給圧（ＰＶ）および流量設定点（ＳＰ）を示す。
【００９７】
したがって、上記データおよび工程管理のための記録可能なデータ出力は、鋳造ガス供給圧設定点値（ＳＰ）、鋳造ガス供給圧現在値（ＰＶ）、台ガス流量設定点値（ＳＰ）、個々の金型ガス流量設定点値（オフセット有り）（「ＳＰ」）、個々の金型ガス流量現在値（ＰＶ）および個々の金型ガス「背圧」現在値（ＰＶ）を含むことができる。望ましい警告は、約５％の変動または許容差を入れて鋳造ガス供給圧ＨｉおよびＬｏｗおよび／または個々の金型流量ＨｉおよびＬｏｗ値を含むことができる。
【００９８】
質量流制御システムで生成されるデータは、工程の向上（改善）と金型の保守の両方を目的に使用することができ、履歴データの分析は、廃棄生成の前に金型を交換する時期を判定し、十分なガスの質量流なしで鋳造する際の鋳造リングまたは透過性壁への影響を示し、鋳造油供給量および鋳造工程の一般的なトラブルシューティングを最適化するために使用することができる。
【００９９】
概して、鋳造配合ガスパラメータは、標準毎時立方フィート（「ｓｃｆｈ」）でのガス流量に基づき、金型のサイズと合金、休止流（たとえば６ｓｃｆｈ）、開始流（たとえば３０ｓｃｆｈ）、実行流（たとえば１０ｓｃｆｈ）および鋳造長に基づく標準ガス流量傾斜プロファイルに左右される。
【０１００】
図１５は、ガス流量プロファイル４１０がいかにこの典型的な履歴データレイアウトの流量設定点４０３に概ね従っているかを示す。
【０１０１】
図１５〜２０では、標準ガス流量傾斜プロファイル４０３または流量設定点（ＳＰ）が示され、鋳造長／時間に基づく。供給圧（ＰＶ）４０１が示され、予想背圧４０２（たとえば、図１１のＰ３）が示される。図１５は図１６〜２０の基盤を提供し、履歴データの傾向に関する典型的なグラフレイアウトを示すが、本発明を実行するのに特定のグラフまたは構造は必須ではない。
【０１０２】
図１６は図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトで、流量プロファイルが挿入されている。図１５と共通のアイテムは図１５を参照して説明してあるのでここでは繰り返さない。図１６は、ガス流量現在値が流量オフセット設定点よりも５％超低いときと、供給圧現在値近傍のガス背圧現在値を示し、金型はガススリップを達成できず、金型台から取り外すべきである。
【０１０３】
図１６では、ガス流量プロファイル４１１は、図示される曲線の頂点近傍で、矢印４１３で示されるように５％超変動する場合を除き、ガス流量設定点プロファイル４０３に概ね従う。
【０１０４】
図１７は図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、ガススリップから外れた状態が挿入されている。図１５と共通のアイテムは図１５を参照して説明してあるのでここでは繰り返さない。
【０１０５】
図１７では、ガス流量プロファイル４１２はガス流量設定点プロファイル４０３に概ね従うが、背圧プロファイル４０２は矢印４１４によってグラフ中で示されるように、不所望に供給圧を下回る。ガス背圧の急上昇または上昇は、金型キャビティ内でのガススリップの脱落および透過性壁鋳造リングのバーニッシングを示す可能性がある。
【０１０６】
図１８は図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、低すぎる鋳造油供給量が挿入されている。図１５と共通のアイテムは図１５を参照して説明してあるのでここでは繰り返さない。
【０１０７】
図１８では、ガス流量プロファイル４１７はガス流量設定点プロファイル４０３に概ね従うが、動作／定常状態鋳造状況中におけるガス背圧４０２のわずかな減少が矢印４１８によって示されている。これは、鋳造中に透過性壁鋳造リングが油を使い果たしつつあり、グラファイトの透過性が上昇しつつあることを示す。この状態では、安定した背圧傾向線を達成するために、油供給量の増加を検討すべきである。
【０１０８】
図１９は図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、高すぎる鋳造油供給量が挿入されている。図１５と共通のアイテムは図１５を参照して説明してあるのでここでは繰り返さない。
【０１０９】
図１９では、ガス流量プロファイル４２０はガス流量設定点プロファイル４０３に概ね従うが、動作／定常状態鋳造状況中におけるガス背圧４０２のわずかな上昇が矢印４２１によって示されている。これは、鋳造リングの油飽和レベルが鋳造中に上昇しつつあり、グラファイトの透過性が減少しつつあることを示す傾向であるかもしれない。油供給量は、安定した背圧プロファイルまたは傾向線を達成するために減少させるべきである。
【０１１０】
図２０は図１５に示されるような典型的なグラフレイアウトを示し、過剰な鋳造油金型充填が挿入されている。図１５と共通のアイテムは図１５を参照して説明してあるのでここでは繰り返さない。
【０１１１】
図２０では、矢印４２３によって示されるガス流量プロファイル４２２は開始流量設定点（警告−低流量）を達成できず、ガス背圧が限界に達する。過剰な油が鋳造リングから押し出されると、ガス流量が開始段階で増大し始める場合がある。過剰な油が透過性壁鋳造リングを通って押出され続けるため、動作／定常状態鋳造状況ではガス背圧は低下するはずである。
【０１１２】
図１６〜２０に関連して挙げられた例は、データと本発明で鋳造工程中に実行可能な追加の制御とから成る使用のために例示されている
【０１１３】
鋳造の際、ガス流量設定点は「オフセット」であってもよい。ビレット面を最適化するために鋳造ガス流量を増加または減少させるのに特定の金型位置が必要である場合、分散量すなわち「オフセット」は、設定点の分散がクリアされリセットされるまで電子的に記憶されて次の鋳造に適用することができる。オフセットのクリアは通常、金型が修理または交換のために金型台から取り外され、新たな金型が適所に設置されるときに行うことができる。
【０１１４】
さらに本発明は、金型出口を取り巻くガスで金型を鋳造状態に導くために、鋳造の作業者が一時的に鋳造ガス供給流量を増量できる鋳造ガス流量「増量」ルーチンを提供する。これは、金型が鋳造の開始時にこの状態にならなかった場合、あるいは金型が鋳造中のいずれかの時点で偶然脱落した場合に実行することができ、ガス流の一時的な詰まり、または遮断の結果生じる場合がある。
【０１１５】
当業者によって認識されるように、本発明の実施形態、および利用可能な素子および構成要素の変種は多数あり、どれも本発明の範囲に含まれる。
【０１１６】
本発明の一実施形態は、たとえば、金型台枠組を含む金型台であって、複数の金型がそれぞれ金型キャビティ入口および金型キャビティ出口を有する金型キャビティを含み、各金型キャビティ出口が鋳造中にガスを通過させる透過性外周壁を含む金型台と、複数のガス供給ラインであって、それぞれが複数の金型キャビティのうちの１つに対応し、対応する複数の金型キャビティのうちの１つの透過性外周壁にガスを供給するように構成されるガス供給ラインと、複数のガス供給ラインに動作可能に接続され、それぞれが対応する複数の金型キャビティのうちの１つの透過性外周壁に略一定のガスの質量流を供給するように構成される複数のガス質量流制御装置と、を備え、複数のガス質量流制御装置が複数の透過性外周壁のそれぞれを透過するガス流を略均等に維持する溶融金属鋳造システムである。別のまたはさらなる特定の実施形態では、該システムは、透過性外周壁がグラファイトリングおよび／またはガスが空気であるシステムであってもよい。
【０１１７】
上記の実施形態の別の実施形態では、複数のガス質量流制御装置のそれぞれが、透過性外周壁の上流に位置する圧力計と、対応する複数のガス供給ラインのうちの１つに動作可能に接続され、ガス供給ラインに追加の抵抗圧を導入してガス供給ラインへの所定のガス質量流量を達成するように構成される可変圧力弁と、を備える。さらに別の実施形態は、複数のガス質量流制御装置と動作可能に接続され、圧力計の圧力示度に基づき可変圧力弁を操作するように構成されるプログラム可能論理制御装置をさらに備えることができる。さらに別の実施形態では、プログラム可能論理制御装置が複数のガス質量流制御装置のそれぞれを連続的かつ個別に監視し制御するように構成される。プログラム可能論理制御装置は、金型台から遠隔に配置し、通信ラインを介して複数のガス質量流制御装置に動作可能に接続することができる。
【０１１８】
別の実施形態、つまりプロセス（工程）の実施形態では、本発明は、金型台上の複数の金型キャビティのそれぞれへの略均等なガス質量流を達成する溶融金属鋳造システムのプロセスであって、金型台枠組と、金型入口および金型出口を含む金型キャビティと鋳造中にガスを通過させるように構成される透過性外周壁とを有する第１の金型と、および金型入口および金型出口を含む金型キャビティと鋳造中にガスを通過させるように構成される透過性外周壁とを有する第２の金型と、を有する金型台と、第１の金型の透過性外周壁にガス流を供給するように配置され、動作可能に接続される第１のガス質量流制御装置を有する第１のガス供給ラインと、および第２の金型の前記透過性外周壁にガス流を供給するように配置され、動作可能に接続される第２のガス質量流制御装置を有する第２のガス供給ラインと、を設ける工程と、第１のガス質量流制御装置と第２のガス質量流制御装置とを協調させて、第１の金型の透過性外周壁へのガスの質量流を第２の金型の透過性外周壁へのガスの質量流と略均等に設定する工程と、を備える工程を提供することができる。
【０１１９】
さらに別のプロセス（工程）の実施形態では、本発明は、金型入口および金型出口を含む金型キャビティと、鋳造中にガスを通過させるように構成される透過性外周壁とを有する金型へのガスの質量流を維持する溶融金属鋳造システムのプロセスであって、金型の透過性外周壁にガス流を供給するように配置されるガス供給ラインと、ガス供給ラインに動作可能に接続され、透過性外周壁の上流の圧力計と可変圧力弁とを有するガス質量流制御装置であって、可変圧力弁が金型の透過性外周壁を通過する略一定のガスの質量流を維持するために透過性外周壁からの圧力を可変で補足するように構成されるガス質量流制御装置と、を設ける工程を備えるプロセスを提供することができる。
【０１２０】
法を遵守し、本発明を、構造および方法の特徴に関して幾分具体的な文言で説明した。ただし、本明細書に開示される手段は本発明を実行に移す好適な形式を含むため、本発明は図示および説明される具体的な特徴に限定されないと理解すべきである、したがって、本発明は、均等論に従い適切に解釈される添付の請求項の適正な範囲内の形式または修正において請求されている。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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