JP5837589B2 - 浸漬ノズル - Google Patents

Description

本発明は、概して、耐熱物に関し、特に、連続鋳造作業における溶融金属の移送に用いるための、耐熱性の注入チューブに関する。

金属（特に、鉄）の連続鋳造においては、溶融金属の流れは、典型的には、耐熱性の注入チューブを介して、第１の冶金容器から第２の冶金容器（または、金型）へと移送される。このようなチューブは、一般的に、ノズルまたはシュラウドとして言及され、溶融金属を移送するように構成された孔を有する。注入チューブは、浸漬ノズル（Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ−ｅｎｔｒｙ ｎｏｚｚｌｅ：ＳＥＮ）、または浸漬シュラウド（Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ−ｅｎｔｒｙ ｓｈｒｏｕｄｓ：ＳＥＳ）を備え、該浸漬ノズルおよび浸漬シュラウドは、受容容器または金型の液面下において、溶融金属を放出する。

液状金属は、１以上の流出ポートを通って、孔の下流端から放出される。注入チューブにおける一つの重要な機能は、妨害または途絶を引き起こすことなく、円滑且つ安定した方法で、溶融金属を放出することである。円滑な、安定した放出によって、処理が容易となり、仕上がり製品の品質を向上させることができる。注入チューブの第２の重要な機能は、さらなる処理を容易とするために、容器または金型内における液状金属内において、適切な動的条件を構築することである。適切な動的条件を構築することは、注入チューブが複数の流出ポートを備えることを要する。ここで、この流出ポートは、チューブからの排出時に溶融金属の流れを１以上の方向に向けさせるように、配置される。

溶融金属が放出される金型内において、旋回流を発生させることが、複数の理由から、望ましい。旋回流は、含有物の浮遊性を強化するように、金型液体プール内における滞留時間を増加させる。また、旋回流は、温度の均一化をもたらし、鉄の凝固先端に沿った樹枝状晶の成長を低減する。また、旋回流は、連続的なグレードの鉄が、妨害を引き起こすことなく注入チューブを通って流れたとき、鉄のグレードの混合を低減する。

旋回流を生じさせる試みにおいて、様々な技術が用いられてきた。電磁撹拌装置が、浸漬ノズルの下方に設置され得る。浸漬ノズルは、使用時に回転可能となるように構成される。浸漬ノズルは、チューブの孔に接する、湾曲した流出ポートを有するように構成されてきた。

従来技術においては、様々な欠点が認識されてきた。電磁撹拌装置は、厳しい環境の中で、限られた寿命を有する。また、浸漬ノズルの回転によって、酸素が溶融金属流と接触することになる。また、湾曲した流出ポートは、全ての金型構造において、旋回流を生じさせるのに有効ではない。

ＤＥ１８０２８８４号公報は、棒鋼鋳造用の回転式フィードパイプを開示している。しかしながら、この装置は、孔よりも大きな、水平軸に対する半径を有するポート分配器を備えていない。

ＦＲ２１５６３７３号公報は、溶融金属の回転式鋳造用の処理および装置を開示している。しかしながら、この装置は、孔よりも大きな、水平軸に対する半径を有するポート分配器を備えていない。

ＦＲ２５２１８８６号公報は、インゴット金型において、連続鋳造溶融金属を回転して配置させるための処理および装置を開示している。しかしながら、この装置は、孔よりも大きな、水平軸に対する半径を有するポート分配器を備えていない。

ＧＢ２１９８３７６号公報は、連続鋳造用の浸漬チューブを開示している。しかしながら、このチューブは、孔よりも大きな、水平軸に対する半径を有するポート分配器を備えていない。

ＪＰ６２２７０２６号公報は、連続鋳造装置用の浸漬ノズルを開示している。しかしながら、このノズルは、孔よりも大きな、水平軸に対する半径を有するポート分配器を備えていない。

ＲＵ２２３６３２６号公報は、中間取鍋から金型までの鉄の連続鋳造のための方法と、この方法を実施するための浸漬ノズルを開示している。しかしながら、このノズルは、孔よりも大きな、水平軸に対する半径を有するポート分配器を備えていない。

ＳＵ１５６５５７３号公報は、連続鋳造において溶融金属を撹拌するための構成を開示している。しかしながら、この装置は、孔よりも大きな、水平軸に対する半径を有するポート分配器を備えていない。

追加的な電気機械装置を用いることなく、様々な金型構造において旋回流を生じさせる、耐熱性の注入チューブに対する需要が、従来から存在している。理想的には、このようなチューブは、鋳造金型内へ流入する溶融金属の流れを改善し、鋳造金属の特性を改善する。

本発明は、溶融金属を鋳造するのに用いるための注入チューブに関する。注入チューブは、少なくとも２つの流出ポートを備えており、従来技術に比べて、注入チューブから溶融材料が流れ込む金型内で、より効果的な旋回流をもたらすものである。この旋回流は、含有物のより良好な浮揚をもたらすように、液状の金型プール内における滞留時間を増加させる。また、この旋回流は、鉄の凝固先端に沿って形成される樹枝状晶の成長を抑える。さらに、妨害を伴うことなくグレードの鉄が続いて注入チューブを通過した場合、この旋回流によって、鉄のグレードが混合してしまうのを大幅に低減する。また、旋回流の特定の構造によって、高乱流レベルをもたらす、表層流の競合が低減する。本発明により旋回流を生成することによって、熱的均一性と最適な金型粉末の溶解をもたらすために、電磁撹拌と置換することができる。これらの利点は、結果として、仕上がり製品を改善することに繋がる。

広範な態様において、本物体は、注入チューブを備え、該注入チューブは、流出ポートと流体的に直接接続された、拡張されたポート分配器を有する。流出ポートは、ポート分配器の周囲に、旋回流を生成するために、特定の角度、構造、および特定の相対的な寸法で、配置される。

一態様において、本発明は、流出ポートを備え、該流出ポートは、ポート分配器および注入チューブの外面と接続した内側壁と、ポート分配器および注入チューブの外面と接続した外側壁とを有する。外側壁および内側壁は、全体的に垂直であってもよいし、垂直な部分を有してもよいし、または、流出ポートの他の面よりも垂直に近い角度で構成されてもよい。外側壁は、水平面において、内側壁よりも長い。流出ポートの外側壁、または流出ポートの外側壁の水平方向への投影は、孔または孔の垂直方向への投影と交差しない。ある実施形態においては、流出ポートの外側壁は、円に接しており、該円は、孔と同心であり、且つ、該孔よりも大きな半径を有する。または、流出ポートの外側壁は、ポート分配器と接する。ある実施形態においては、流出ポートは、外部から妨害されない。何故ならば、本発明の物の一部が流出ポートの外側に配置され、該物の一部が、流出ポートの断面の、外方に向かう投影と交差するような、物の一部が存在しないからである。本発明のある実施形態は、ポート分配器と注入チューブ底面とを接続する底孔を設けないことにより、特徴付けられる。本発明のある実施形態は、ポートによって特徴付けられ、該ポートを通って、直線が、ポート分配器からフローチューブの外面まで通過する。本発明のある実施形態は、回転式コンポーネントを設けないことにより、特徴付けられる。

本発明の一実施形態において、流出ポートは、ポート分配器の周縁部に亘って、回転角度θで規則的な間隔に配置され、少なくとも２ｒ_ｐｄ ｓｉｎ（θ／２）^２として表される幅を有する。ここで、ｒ_ｐｄは、ポート分配器の半径であり、θは、ラジアンにより表される、ポートに占有されたポート分配器の周縁部における回転角度である。

本発明の他の実施形態において、流出ポートは、４πｒ_ｂ＞ｎｒ_ｐｄ（θ）＞１．３πｒ_ｂを満たすように構成される。ここで、ｒ_ｂは、孔の半径であり、ｎは、流出ポートの数であり、ｒ_ｐｄは、ポート分配器の半径であり、θは、ラジアンにより表される、ポートに占有されたポート分配器の周縁部における回転角度である。

本発明の他の実施形態において、流出ポートは、水平面において０でないフレア角を有し、該フレア角は、θ／２と同じ、またはそれよりも小さい。

本発明の他の実施形態において、流出ポートは、３πｒ_ｂ ^２＞ｈｎａ＞０．５πｒ_ｂ ^２を満たすように構成される。ここで、ｒ_ｂは、孔の半径であり、ｈは、流出ポートの高さであり、ｎは、流出ポートの数であり、ａは、ポート入口の幅である。絶対値に関して、本発明の実施形態は、８ｍｍ以上の流出ポート高さを有する流出ポートを用いる。これにより、本発明の注入チューブを製造するのを容易とし、液状金属の可鍛性を高めることができる。

本発明のさらなる実施形態において、流出ポートは、下式に従うように構成される。すなわち、流出ポートに占有されたポート分配器の周縁部における最大角度θは、ａｒｃｃｏｓ（ｒ_ｐｄ／ｒ_ｅｘ）であり、且つ、ａ＜ｒ_ｐｄ（（ｒ_ｅｘ−ｒ_ｐｄ）／ｒ_ｅｘ）となる。ここで、ａは、ポート入口の幅であり、ｒ_ｐｄは、ポート分配器の半径であり、ｒ_ｅｘは、ポート分配器の水平面における、注入チューブの半径である。絶対値に関して、本発明の一実施形態は、８ｍｍ以上の流出ポート幅を有する流出ポートを用いる。これにより、本発明の注入チューブを製造するのを容易とし、液状金属の可鍛性を高めることができる。

本発明の構成要素は、複数の流出ポート、ポート分配器のサイズおよび構成、ポート壁の高さ、ポート壁の幅、ポート壁のフレア角、ならびに、ポート分配器の垂直軸から、流出ポートを経て、注入チューブの外側部まで延びる直線を形成しない構成を備え、これにより、流体が流出ポートを通って外方へ流れるにつれて、流出ポート軸の周りに旋回流をもたらすことになる。噴流の力が金型の壁と接触するようになったとき、流出ポートを通過する流体の噴流の運動量が、低減される。従来技術の注入チューブは、流入口と流出ポートとの間の流速において、増加を示す。本発明においては、この増加は最小化され、または、ある場合においては低減される。本発明の注入チューブは、流出ポートの内部と外部の双方に、湾曲した流路を形成する。４つのポート、および６つのポートを備える、本発明の注入チューブは、均一且つ均等に分配された旋回流速を生じさせることができる。旋回流は、ポート軸をその軸として、螺旋状のスパイラルの流れの形態であってもよい。噴流の運動量を低減することによって、ポートの外部に、該ポートの水平面において、スカートまたはシールドを配置することなく、本発明の注入チューブを構成し、用いることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る注入チューブの垂直面に沿った断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの水平面に沿った断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの垂直面に沿った断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの水平面に沿った断面図を示す。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの一部の斜視図を示す。 ポート分配器を通る水平面に沿って分割した場合の、本発明の一実施形態に係る注入チューブの斜視図を示す。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの斜視図を示す。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの分配ポートおよび流出ポートの形状を説明するために用いられる術語のための図を示す。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの分配ポートの内側壁を底部側から見た斜視図である。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの分配ポートおよび流出ポートの形状を説明するために用いられる術語のための図を示す。 本発明の一実施形態に係る注入チューブの分配ポートの内面の側方斜視図である。

本発明の他の詳細、目的、および利点は、本発明を実施する好ましい方法に関する以下の説明を通して、明らかとなるであろう。

本発明は、溶融金属の連続鋳造に用いるための注入チューブを備える。注入チューブは、少なくとも２つの流出ポートに流体的に接続される孔を備える。注入チューブは、シュラウド、ノズル、および、溶融金属の流れを導くための他の耐熱性部材を意味している。他の耐熱性部材としては、例えば、浸漬シュラウドおよび浸漬ノズルを含む。本発明は、流出ポートを備えた注入チューブに、特に適している。ここで、この流出ポートは、例えば金型のような受容容器内の溶融金属面の下方で、溶融金属を供給するように、構成されている。

図１は、注入チューブ１０の垂直面に沿った断面図を示す。注入チューブ１０は、流入口１２および流出ポート１４を備え、流入口１２および流出ポート１４は、孔１６およびポート分配器１８によって流体的に接続されている。注入チューブ１０によって、溶融金属は、流入口１２における上流端から、孔を通過し、ポート分配器１８における下流端まで流れ、そこから流出ポート１４に至る。ポート分配器１８は、垂直軸２０と、径方向範囲２４とを有する。流出ポート１４は、ポート分配器１８の径方向範囲２４から、注入チューブの外面２８まで、注入チューブ１０を貫通して延びる穴の周縁部によって、画定される。流出ポートの周縁は、従来の如何なる全体形状であってもよい。このような全体形状としては、非限定的ではあるが、楕円形、多角形、またはそれらの如何なる組み合わせを含む。便利には、流出ポートの全体形状は、実質的に長方形であり、また、丸みのある角部を有する長方形であってもよい。実質長方形の形状を有する流出ポートの場合、該流出ポートは、流出ポート壁部、注入チューブの上流端側に近い流出ポート上面、および、注入チューブの下流端側に近い流出ポート下面を有してもよい。流出ポート壁部は、流出ポート上面と流出ポート下面とを接続する。本発明のそれぞれの実施形態は、長手方向（または、垂直方向）軸２０に平行でない直線として表され得る流出ポート壁部を有してもよい。本実施形態においては、孔１６は、径方向範囲３０を有し、該径方向範囲３０は、ポート分配器の径方向範囲２４よりも小さい。本発明のある実施形態においては、ポートコレクタ盆部は、ポート分配器１８と連通しつつ、該ポート分配器１８から下方へと延在する。本発明の代替的実施形態においては、底孔は、ポート分配器１８を、注入チューブの底面３８に接続させる。

図２は、図１に示す本発明の一実施形態に係る注入チューブの、図１の線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。４つの流出ポート１４は、ポート分配器１８を、注入チューブ１０の外面２８に流体的に接続させる。本実施形態においては、流出ポート１４の各々は、流出ポートを部分的に画定する流出ポート外側壁４２および流出ポート内側壁４０を有する。流出ポート外側壁４２は、垂直軸２０と直交する水平面において、流出ポート内側壁４０よりも長い。ポート分配器の径方向範囲２４は、孔の径方向範囲３０よりも大きい。少なくとも１つの流出ポート外側壁４２は、孔の内壁よりも大きな径方向範囲を有する円と接している。また、図示された本実施形態においては、流出ポート外側壁４２の各々は、孔の内壁よりも大きな径方向範囲を有する円と接しており、本実施形態においては、流出ポート外側壁４２の各々は、ポート分配器１８の径方向範囲２４によって画定される円に接している。本実施形態においては、流出ポート１４の各々は、フレア状であり、ポート分配器の範囲２４における各ポートの断面領域は、注入チューブの外面２８におけるポートの断面領域よりも小さい。

図３は、注入チューブ１０の垂直面に沿った断面図を示す。注入チューブ１０は、流入口１２および流出ポート１４を備え、流入口１２および流出ポート１４は、孔１６とポート分配器１８とによって流体的に接続されている。注入チューブ１０によって、溶融金属は、流入口１２における上流端から、孔を通過し、ポート分配器１８における下流端まで流れ、そこから流出ポート１４に至る。ポート分配器１８は、径方向範囲２４を有する。流出ポート１４は、ポート分配器１８の径方向範囲２４から、注入チューブの外面２８まで、注入チューブ１０を貫通して延びる穴の周縁によって、画定される。流出ポートの周縁部は、従来の如何なる全体形状であってもよい。このような全体形状としては、非限定的ではあるが、楕円形、多角形、またはそれらの如何なる組み合わせを含む。便利には、流出ポートの全体形状は、実質的に長方形であり、また、丸みのある角部を有する長方形であってもよい。実質長方形の形状を有する流出ポートの場合、該流出ポートは、流出ポート壁部、注入チューブの上流端側に近い流出ポート上面、および、注入チューブの下流端側に近い流出ポート下面を有してもよい。流出ポート壁部は、流出ポート上面と流出ポート下面とを接続する。台座インサート６２は、流入口１２において、孔内に配置されており、該台座インサート６２によって、孔チューブを、注入チューブの上方の容器に嵌め込むことを可能とする。台座インサート６２は、例えばジルコニアのような耐熱性材料から形成されてもよい。下側台座インサート６４は、台座インサート６２の下方における孔内に配置され、台座の機能を果たす。下側台座インサート６４は、例えばジルコニアのような耐熱性材料から形成されてもよい。スラグラインスリーブ６６は、注入チューブ１０の外側部の周囲にて周方向に配置されており、スラグラインにて生じる機械的および化学的ストレスに、注入チューブが耐えることを可能とする。スラグラインスリーブ６６は、例えばジルコニアのような耐熱性材料から形成されてもよい。絶縁ファイバ６８は、注入チューブの下側部分の外側に配置され、注入チューブの外側部を保護する。絶縁ファイバ６８は、耐熱性材料のファイバから形成されてもよい。

図４は、図３に示す本発明の一実施形態に係る注入チューブの、線Ａ−Ａの領域に沿った断面図を示す。６つの流出ポート１４は、ポート分配器１８を、注入チューブ１０の外面２８に流体的に接続させる。本実施形態においては、流出ポート１４の各々は、流出ポートを部分的に画定する流出ポート外側壁４２および流出ポート内側壁４０を有する。流出ポート外側壁４２は、水平面において、流出ポート内側壁４０よりも長い。ポート分配器１８の径方向範囲２４は、孔の径方向範囲３０よりも大きい。少なくとも１つの流出ポート外側壁４２は、孔の内壁３０よりも大きな半径を有する円と接している。図示された実施形態においては、流出ポート外側壁４２の各々は、孔の内壁３０よりも大きな半径を有する円と接している。また、本実施形態においては、流出ポート外側壁４２の各々は、ポート分配器１８の径方向範囲２４によって画定される円に接している。本実施形態においては、流出ポート１４の各々は、フレア状であり、ポート分配器の範囲２４における各ポートの断面領域は、注入チューブの外面２８におけるポートの断面領域よりも小さい。

図５は、本発明の一実施形態に係る注入チューブの部分９０の斜視図を示す。この図は、ポート分配器と、水平に隣接する注入チューブの部分を示している。孔の下端部は、ポート分配器の上端部と面している。ポート分配器の径方向範囲２４と、孔内壁の径方向範囲３０との間に示された表面は、ポート分配器の上面を表している。ポート分配器の範囲２４と、外面１６との間の、注入チューブの部分は、流出ポートを収容する。１つの流出ポートが、ポート内側壁４０とポート外側壁４２とともに、示されている。１本の投影線９２が、流出ポート内側壁４０用に示されており、該投影線９２は、ポート分配器と同心の円と接する。なお、この円は、孔の径方向範囲３０よりも小さな径方向範囲を有している。水平の投影線９４は、ポート外側壁４２用に示されている。ポート外側壁４２の面は、ポート分配器と同心の円と接しており、この円は、孔内壁の半径３０よりも大きな半径を有する。図示されている実施形態においては、ポート外側壁４２の面は、ポート分配器の径方向範囲２４と同じ半径を有する円に接している。ポートのフレア角１０８は、ポート内側壁４０とポート外側壁４２との間の角度である。ポート内側壁４０の投影は、ポート分配器の軸２０とは交差しない。

図６は、ポート分配器を通る水平面に沿って分割した場合の、本発明の一実施形態に係る注入チューブ１０の斜視図を示す。孔１６は、ポート分配器１８と流体的に連通している。５つの流出ポート１４の各々は、流出ポートを部分的に画定する流出ポート外側壁４２および流出ポート内側壁４０を有する。流出ポート外側壁４２は、ポート上方の孔の直径よりも大きな円に接する。なお、この構成は、オフセット構成として言及される。

図７は、本発明の一実施形態に係る注入チューブ１０の側方斜視図を示す。本実施形態においては、流出ポート１４は、該流出ポートの上流側面および下流側面が、水平面上に配置されないように、構成されている。各ポートの軸は、水平方向１１０からシフトされている。ポート軸１１２は、水平方向から角度１１４だけ下方に（または、水平方向から角度１１６だけ上方に）、シフトされている。ある実施形態においては、注入チューブは、複数の流出ポートを備え、該流出ポートは、注入チューブの周縁部の周囲にて、水平面から上方に向かう軸を有する少なくとも１つのポートと、水平面から下方に向かう軸を有する少なくとも１つのポートとを有する。ある実施形態においては、注入チューブは、偶数のポートを備え、注入チューブの周縁部の周囲に連続して設けられたポートは、上方側にシフトされた軸と、下方側にシフトされた軸とを交互に有している。他の実施形態においては、注入チューブは、偶数のポートを備え、注入チューブの周縁部の周囲に連続して設けられたポートは、水平な軸と、下方側にシフトされた軸とを交互に有している。本発明の特定の実施形態は、４つの側方ポートを備えてもよく、該４つの側方ポートは、注入チューブの周縁部の周囲において９０°の間隔で開口する。本実施形態におけるポートの各々は、ポートからの噴流拡散を改善するために、２°のフレア角を有する。ある２つのポートは、１５°の下方角度を有し、他の２つのポートは、５°の上方角度を有する。本発明の種々の実施形態においては、ポートは、２°、３°、４°、５°、６°、７°、８°、９°、１０°、１１°、１２°、１３°、１４°、または１５°のフレア角を有してもよい。または、ポートは、１°〜１５°、１°〜１２°、２°〜１０°、２°〜８°の範囲の角度を有してもよい。または、ポートは、最大でθ／２である正の値を有してもよい。ここで、θは、ポートに占有されたポート分配器の周縁部の周囲における回転角度であって、ラジアンとして表される。

図８は、本発明の一実施形態に係る注入チューブの種々の幾何学的要素の、水平面における図を示す。一方の円は、ポート分配器の径方向範囲２４を表している。他方の円は、孔の径方向範囲３０を表している。孔半径１２０は、孔の中心から孔の径方向範囲３０までの距離を表している。ポート分配器の半径１２２は、ポート分配器の中心からポート分配器の径方向範囲２４までの距離を表している。回転角度１２４は、記号θが付してあり、各ポートによって占有された、ポート分配器の周縁部の角度を表している。ポート幅１２８は、ポートがポート分配器と接触するポイントにおいて、流出ポート１４の軸に直交し、文字ａが付されている。水平面における、開口ポートのフレア角度１０８は、ポート内側壁４０とポート外側壁４２との間の角度を表しており、記号γを付している。ポート入口線１３２は、ポート内側壁（ポート分配器交差部）と、ポート外側壁（所定のポートにおけるポート分配器交差部）との間の距離を表している。ポート出口角度１３４は、ポート入口線１３２と、ポート外側壁４２との間の角度を表している。

図９は、本発明の一実施形態に係るフローチューブに含まれた、ポート分配器１８と５つの流出ポート１４のフロー組立体１５０の内壁の底面図である。ポート分配器は、径方向範囲２４を有し、該径方向範囲２４は、孔の径方向範囲３０よりも大きい。水平面における、開口ポートのフレア角度１０８には、記号γを付している。回転角度１２４は、記号θが付してあり、各ポートによって占有された、ポート分配器の周縁部の角度を表している。ポート幅１２８は、ポートがポート分配器と接触するポイントにおいて、流出ポート１４の軸に直交し、文字ａが付されている。水平面における、開口ポートのフレア角度１０８は、記号γを付している。ポート入口線１３２は、ポート内側壁（ポート分配器交差部）と、ポート外側壁（ポート内側壁４０とポート外側壁４２を有する所定のポートにおける、ポート分配器交差部）との間の距離を表している。ポート出口角度１３４は、ポート入口線１３２と、ポート外側壁４２との間の角度を表している。

図１０は、本発明の一実施形態に係る注入チューブの種々の幾何学的要素の、水平面における図を示す。一方の円は、ポート分配器の径方向範囲２４を表している。他方の円は、孔の径方向範囲３０を表している。孔の径方向範囲とポート分配器の径方向範囲を環囲する円は、注入チューブの外面２８を表している。ポート分配器の垂直軸２０は、この図の水平面と交差する。流出ポート１４は、流出ポート内側壁４０および流出ポート外側壁４２によって、部分的に画定される。回転角度１２４は、記号θが付してあり、各ポートによって占有された、ポート分配器の周縁部の角度を表している。ポート分配器の周囲に亘る、注入チューブの壁の厚み１４２は、ポート分配器の径方向範囲２４と、注入チューブの外面２８との間の距離によって表される。ポート分配器の外周半径１４４は、ポート分配器の垂直軸２０と、注入チューブの外面２８との間の、ポート分配器の水平面における距離を示している。出口線１４６は、ポート分配器の垂直軸から延びる、水平面における径方向線を表している。本発明のある実施形態においては、水平面上にてポート分配器の垂直軸２０から放射状に延びる全ての出口線は、注入チューブの外面２８に到達する前に、流出ポートの壁と交差する。

図１１は、本発明の一実施形態に係るフローチューブに含まれた、ポート分配器と５つの流出ポートのフロー組立体１８０の内壁の側方斜視図である。ポート高さ１８２が、流出ポート１４用に示されている。

本発明の注入チューブは、複数の構成要素のうち、１以上の構成要素を利用する。

１）少なくとも２つの流出ポートが設けられる。本発明に係る注入チューブは、３つ、４つ、５つ、６つ、またはそれ以上の数の流出ポートを備えてもよい。

２）ポート分配器の径方向範囲は、孔の径方向範囲よりも大きい。

ｒ_ｐｄ＞ｒ_ｂ
ここで、ｒ_ｐｄは、ポート分配器の径方向範囲であり、ｒ_ｂは、孔の径方向範囲である。

３）液状金属を製造する、または鋳造するためのポート入口の幅は、８ｍｍ以上である。ポートに占有された、ポート分配器の周縁部の回転角度は、ラジアンにより表され、以下の数式に従う。

θ≧２ａｓｉｎ（√（８／（２ｒ_ｐｄ）））
ここで、ｒ_ｐｄは、ミリメータにより表される、ポート分配器の半径であり、θは、ラジアンにより表される、ポートに占有されたポート分配器の周縁部の回転角度である。

４）ポート内側壁（ポート分配器交差部）からポート外側壁（該ポートにおけるポート分配器交差部）までの弧長は、ｒ_ｐｄ×θに等しく、以下の数式に従う。

４πｒ_ｂ＞ｎｒ_ｐｄ（θ）＞１．３πｒ_ｂ
ここで、ｒ_ｂは、孔の半径であり、ｎは、流出ポートの数であり、ｒ_ｐｄは、ポート分配器の半径であり、θは、ラジアンにより表される、ポートに占有されたポート分配器の周縁部の回転角度である。

５）ポートにおける、ポート内側壁とポート外側壁との間のフレア角γは、以下の数式に従う。

π／２＞γ＞０
ここで、γは、ラジアンによって表される。

６）ポートの高さは、以下の数式によって表される。

３πｒ_ｂ ^２＞ｈｎａ＞０．５πｒ_ｂ ^２
ここで、ｒ_ｂは、孔の半径であり、ｈは、流出ポートの高さであり、ｎは、流出ポートの数であり、ａは、ポート入口の幅である。絶対値に関して、本発明の実施形態は、８ｍｍ以上の流出ポート高さを有する流出ポートを用いる。これにより、本発明の注入チューブを製造するのを容易とし、液状金属の可鍛性を高めることができる。

７）水平面において、ポート分配器の垂直軸から、流出ポートを経て、注入チューブの外側部まで延びる直線を形成すべきでない場合、流出ポートに占有されたポート分配器の周縁部の角度θは、以下の数式によって表される。

θ＜ａｒｃｃｏｓ（ｒ_ｐｄ／ｒ_ｅｘ）
または、注入チューブは、以下の数式に従うように構成される。

ａ＜ｒ_ｐｄ（（ｒ_ｅｘ−ｒ_ｐｄ）／ｒ_ｅｘ）
ここで、ａは、ポート入口の幅であり、ｒ_ｐｄは、ポート分配器の半径であり、ｒ_ｅｘは、ポート分配器の水平面における、注入チューブの半径である。絶対値に関して、本発明の実施形態は、８ｍｍ以上の流出ポート幅を有する流出ポートを用いる。これにより、本発明の注入チューブを製造するのを容易とし、液状金属の可鍛性を高めることができる。

８）流出ポートは、本発明の物の他の要素によって、外部から妨害されない。何故ならば、本発明の物の一部が流出ポートの外側に配置され、該物の一部が、流出ポートの断面の、外方に向かう投影と交差するような、物の一部が存在しないからである。

幾何学的要因における関係を示す、本発明の一実施形態の例において、注入チューブは、４つのポート（ｎ＝４）を備える。そして、孔の半径ｒ_ｂは、２０ｍｍであり、ポート分配器の半径ｒ_ｐｄは、２５ｍｍである。θの最小角度は、下式より導き出される。

θ＝２ａｓｉｎ（√（８／（２ｒ_ｐｄ）））＝２ａｓｉｎ（√（８／（２×２５）））
＝４７．１°
４つのポートに関して、ポート内側壁（ポート分配器交差部）から、ポート外側壁（該ポートにおけるポート分配器交差部）までの適切な弧長の範囲は、下式より導き出される。

４π（２０）＞４（２５）（θ）＞１．３π（２０）
１４４°＞θ＞４６．８°
本発明の一実施形態の他の例において、注入チューブは、４つのポート（ｎ＝４）を備える。そして、孔の半径ｒ_ｂは、２０ｍｍであり、ポート分配器の半径ｒ_ｐｄは、４０ｍｍである。θの最小角度は、下式より導き出される。

θ＝２ａｓｉｎ（√（８／（２ｒ_ｐｄ）））＝２ａｓｉｎ（√（８／（２×４０）））
＝３６．８７°
４つのポートに関して、ポート内側壁（ポート分配器交差部）から、ポート外側壁（該ポートにおけるポート分配器交差部）までの適切な弧長の範囲は、下式より導き出される。

４π（２０）＞４（４０）（θ）＞１．３π（２０）
９０°＞θ＞２６．７°
本発明の特定の実施形態において、ポート分配器の径方向範囲と、孔の径方向範囲とは、２．５ｍｍ、２．５ｍｍ以上の値、５ｍｍ、または５ｍｍ以上の値だけ、相違する。本発明の特定の実施形態において、ポート分配器の径方向範囲は、孔の径方向範囲よりも、２５％（または、少なくとも２５％）大きい。

流出ポートの数と、ポート分配器の拡大された径方向範囲と、流出ポートの外側壁のオフセット構成と、ポート入口の幅と、ポート内側壁（ポート分配器交差部）からポート外側壁（該ポートにおけるポート分配器交差部）までの弧長と、ポート壁のフレア角と、ポート高さと、水平面において、ポート分配器の垂直軸から流出ポートを経て注入チューブの外側部まで直線を形成しないこととによって、これら単体または組み合わせとして、流体が流出ポートを通って外方へ流れるにつれて、流出ポート軸の周りに旋回流を発生させることになる。従来技術の構成と比べて、本ポートの幾何学的形状によって、流出ポートを通過する流体の噴流の運動量を、低減することになる。結果的に、本発明の注入チューブが金型内に設置された場合、金型と接触する噴流の力が、低減されることになる。この噴流の力の低減は、方形の金型、および円形の金型において観測される。さらに、本発明の注入チューブは、流入口の流速に対する流出ポートの流速の比率を、従来の注入チューブよりも低くすることができる。円形および方形の金型において、４つのポートを備える本発明の注入チューブは、流入口の流速に対するポートの平均流速の比率を、１．０４、１．０３、１．００、またはそれ以下とすることができる。円形および方形の金型において、６つのポートを備える本発明の注入チューブは、流入口の流速に対するポートの平均流速の比率を、０．７３、またはそれ以下とすることができる。本発明の注入チューブは、流出ポートの内部と外部の双方に、湾曲した流路を形成する。４つのポート、および６つのポートを備える、本発明の注入チューブは、均一且つ均等に分配された旋回流速を生じさせることができる。

本発明の多くの修正および変形が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲内において、本発明は、特に説明された以外のものとして実施され得る。

Claims (17)

1. 溶融金属の流れを、上流位置から下流位置へと送るのに用いるための注入チューブであって、
   長手方向の軸と、
   孔およびポート分配器を互いに流体的に接続するように画定する内面と、
   少なくとも２つの流出ポートを有する外面と、を備え、
   前記流出ポートは、前記ポート分配器と流体的に接続しており、
   前記ポート分配器は、
   前記孔の下流側に配置され、
   前記長手方向の軸を基準として、前記孔よりも大きい半径を有し、
   前記流出ポートは、外側壁および内側壁を有し、
   前記外側壁および内側壁の各々は、前記ポート分配器および前記外面と接続しており、
   前記外側壁は、前記内側壁よりも長い、注入チューブ。
2. 前記ポート分配器の半径は、前記孔の半径の２倍よりも小さい、請求項１に記載の注入チューブ。
3. 前記流出ポートの外側壁の水平方向への投影は、前記孔と交差しない、請求項１に記載の注入チューブ。
4. 前記流出ポートの外側壁の水平方向への投影は、前記孔の垂直方向への突出部と交差しない、請求項１に記載の注入チューブ。
5. 前記流出ポートの外側壁は、円に接しており、
   該円は、前記孔と同心であり、且つ、該孔よりも大きな半径を有する、請求項１に記載の注入チューブ。
6. 前記流出ポートの外側壁は、前記ポート分配器に接する、請求項１に記載の注入チューブ。
7. 前記流出ポートは、
   前記ポート分配器の周縁部に亘って、回転角度θで規則的な間隔に配置され、
   少なくとも、２ｒ _ｐｄ ｓｉｎ（θ／２） ^２ として表される幅を有し、
   ｒ _ｐｄ は、前記ポート分配器の半径であり、
   θは、ラジアンにより表される、前記ポートに占有されたポート分配器の周縁部の回転角度である、請求項１に記載の注入チューブ。
8. 前記流出ポートは、４πｒ _ｂ ＞ｎｒ _ｐｄ （θ）＞１．３πｒ _ｂ を満たすように構成され、
   ｒ _ｂ は、前記孔の半径であり、
   ｎは、前記流出ポートの数であり、
   ｒ _ｐｄ は、前記ポート分配器の半径であり、
   θは、ラジアンにより表される、前記ポートに占有された前記ポート分配器の周縁部の回転角度である、請求項１に記載の注入チューブ。
9. 前記流出ポートは、水平面において０でないフレア角を有し、
   前記フレア角は、θ／２と同じ、またはそれよりも小さく、
   θは、ラジアンにより表される、前記ポートに占有された前記ポート分配器の周縁部の回転角度である、請求項１に記載の注入チューブ。
10. 前記流出ポートは、３πｒ _ｂ ^２ ＞ｈｎａ＞０．５πｒ _ｂ ^２ を満たすように構成され、
    ｒ _ｂ は、前記孔の半径であり、
    ｈは、前記流出ポートの高さであり、
    ｎは、前記流出ポートの数であり、
    ａは、ポート入口の幅である、請求項１に記載の注入チューブ。
11. 前記外面は、４つのポートを有する、請求項１に記載の注入チューブ。
12. 前記外面は、６つのポートを有する、請求項１に記載の注入チューブ。
13. 前記外面は、５つのポートを有する、請求項１に記載の注入チューブ。
14. 前記注入チューブの周縁部における少なくとも１つのポートは、水平面の上方側に向かう軸を有する、請求項１に記載の注入チューブ。
15. 前記注入チューブの周縁部における少なくとも１つのポートは、水平面の下方側に向かう軸を有する、請求項１に記載の注入チューブ。
16. 前記注入チューブの周縁部における少なくとも１つのポートは、水平面の下方側に向かう軸を有し、
    前記注入チューブの周縁部における少なくとも１つのポートは、水平面の上方側に向かう軸を有する、請求項１に記載の注入チューブ。
17. 前記ポート分配器は、前記長手方向の軸を基準として、前記孔の全長に亘って前記孔よりも大きい半径を有する、請求項１に記載の注入チューブ。

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