TW201841701A - 用於金屬鑄造包含增強振動耦合之超音波顆粒精製及除氣程序及系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於將能量耦合至熔融金屬中之能量耦合裝置。該能量耦合裝置包括空蝕源，其經由冷卻介質且經由與該熔融金屬接觸的接收器供應能量。該空蝕源包括安置於冷卻通道中之探針。該探針具有至少一個注入口，其用於在該探針之底部與該接收器之間注入冷卻介質。該探針在運作時會在該冷卻介質中產生空穴。該等空穴經由該冷卻介質導引至該接收器。

Description

用於金屬鑄造包含增強振動耦合之超音波顆粒精製及除氣程序及系統

本發明係關於一種用於製造具有受控顆粒尺寸之金屬鑄件的方法、用於製造該等金屬鑄件之系統及由該等金屬鑄件獲得之產物。

在冶金領域中已耗費相當大的精力來研發用於將熔融金屬鑄造成連續金屬棒（metal rod）或鑄件之技術。分批鑄造及連續鑄造都得到很好地開發。儘管兩者在行業中都得到大量使用，但相比於分批鑄造，連續鑄造存在多種優點。 在金屬鑄件之連續製造中，將熔融金屬自保溫爐傳送至一系列流槽中且傳送至轉輪鑄造機之模中，在該模中，將該熔融金屬鑄造成金屬條（metal bar）。將經固化之金屬條自轉輪鑄造機移除且導引至輥軋機中，在該輥軋機中，將該金屬棒輥軋成連續棒。視金屬棒產物和合金之預期最終用途而定，可在輥軋期間對棒進行冷卻或可在自輥軋機軋出後立即對棒進行冷卻或淬火以賦予其所需機械及物理特性。已使用諸如Cofer等人之美國專利第3,395,560號(其全部內容以引用之方式併入本文中)中所述之技術來連續加工金屬棒或金屬條產物。 Sperry等人之美國專利第3,938,991號(其全部內容以引用之方式併入本文中)顯示，「純」金屬產物之鑄造長期以來一直認為是個問題。對於「純」金屬鑄件，這一術語係指針對特定電導性或拉伸強度或延性設計的由原生金屬元素形成的金屬或金屬合金，其不包含出於顆粒控制目的而添加的個別雜質。 顆粒精製為以下方法，利用該方法，新形成相之晶體大小藉由化學或物理/機械手段減小。顆粒精製劑通常在固化過程或液體轉變成固相過程中添加至熔融金屬中以顯著減小固化結構之顆粒尺寸。 實際上，Boily等人之WIPO專利申請案WO/2003/033750 (其全部內容以引用之方式併入本文中)描述了「顆粒精製劑」之具體用途。'750申請案在其先前技術章節中描述，在鋁業中，通常將不同顆粒精製劑併入鋁中以形成母合金。供用於鋁鑄造中之典型母合金包含1%至10%鈦及0.1%至5%硼或碳，其餘部分基本上由鋁或鎂組成，其中TiB₂ 或TiC之粒子分散於整個鋁基質中。根據'750申請案，含有鈦及硼之母合金可藉由將所需量之鈦及硼溶解於鋁熔體中來產生。此係藉由在超過800℃之溫度下使熔融鋁與KBF₄ 及K₂ TiF₆ 反應來達成。此等鹵化物錯鹽與熔融鋁快速反應且將鈦及硼提供至熔體。 '750申請案亦描述，截至2002年，幾乎全部顆粒精製劑製造公司均使用此技術來製造商用母合金。目前仍在使用常常稱為晶核生成劑之顆粒精製劑。舉例而言，TIBOR母合金之一個商業供應商描述對鑄造結構之精密控制為高品質鋁合金產品製造中之主要要求。 在本發明之前，認為顆粒精製劑為獲得精細及均一鑄造顆粒結構之最有效方式。以下參考文獻(其所有內容以引用之方式併入本文中)提供此背景研究之詳情：Abramov, O.V., (1998), “ High-Intensity Ultrasonics, ” Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands, pp. 523-552. Alcoa, (2000), “ New Process for Grain Refinement of Aluminum, ” DOE Project Final Report, Contract No. DE-FC07-98ID13665, September 22, 2000. Cui, Y., Xu, C.L. and Han, Q., (2007), “ Microstructure Improvement in Weld Metal Using Ultrasonic Vibrations, Advanced Engineering Materials, ” v. 9, No. 3, pp.161-163. Eskin, G.I., (1998), “ Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts, ” Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands. Eskin, G.I. (2002) “ Effect of Ultrasonic Cavitation Treatment of the Melt on the Microstructure Evolution during Solidification of Aluminum Alloy Ingots, ” Zeitschrift Fur Metallkunde/Materials Research and Advanced Techniques, v.93, n.6, June, 2002, pp. 502-507. Greer, A.L., (2004), “ Grain Refinement of Aluminum Alloys, ” in Chu, M.G., Granger, D.A., and Han, Q., (eds.), “ Solidification of Aluminum Alloys, ” Proceedings of a Symposium Sponsored by TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), TMS, Warrendale, PA 15086-7528, pp. 131-145. Han, Q., (2007), The Use of Power Ultrasound for Material Processing, ” Han, Q., Ludtka, G., and Zhai, Q., (eds), (2007), “ Materials Processing under the Influence of External Fields, ” Proceedings of a Symposium Sponsored by TMS (The Minerals, Metals & Materials Society), TMS, Warrendale, PA 15086-7528, pp. 97-106. Jackson, K.A., Hunt, J.D., and Uhlmann, D.R., and Seward, T.P., (1966), “ On Origin of Equiaxed Zone in Castings, ” Trans. Metall. Soc. AIME, v. 236, pp.149-158. Jian, X., Xu, H., Meek, T.T., and Han, Q., (2005), “ Effect of Power Ultrasound on Solidification of Aluminum A356 Alloy, ” Materials Letters, v. 59, no. 2-3, pp. 190-193. Keles, O. and Dundar, M., (2007). “ Aluminum Foil: Its Typical Quality Problems and Their Causes, ” Journal of Materials Processing Technology, v. 186, pp.125-137. Liu, C., Pan, Y., and Aoyama, S., (1998), Proceedings of the 5^th International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Eds.: Bhasin, A.K., Moore, J.J., Young, K.P., and Madison, S., Colorado School of Mines, Golden, CO, pp. 439-447. Megy, J., (1999), “ Molten Metal Treatment, ” US Patent No. 5,935,295, August, 1999 Megy, J., Granger, D.A., Sigworth, G.K., and Durst, C.R., (2000), “ Effectiveness of In-Situ Aluminum Grain Refining Process, ” Light Metals, pp.1-6. Cui et al., “ Microstructure Improvement in Weld Metal Using Ultrasonic Vibrations, ” Advanced Engineering Materials, 2007, vol. 9, no. 3, pp. 161-163. Han et al., “ Grain Refining of Pure Aluminum, ” Light Metals 2012, pp. 967-971. 在本發明之前，美國專利第8,574,336號及第8,652,397號(各專利之全部內容以引用之方式併入本文中)描述用於降低熔融金屬浴中的溶解氣體(及/或各種雜質)之量的方法(例如超音波除氣)，其例如係藉由將吹掃氣體引入至緊鄰超音波裝置之熔融金屬浴中。此等專利在下文中稱作‘336專利及'397專利。

在本發明之一個實施例中，提供一種用於將能量耦合至熔融金屬中之能量耦合裝置。該能量耦合裝置包括空蝕源，其經由冷卻介質且經由與熔融金屬接觸的接收器供應能量。該空蝕源包括安置於冷卻通道中之探針。該探針具有至少一個注入口，其用於在該探針之底部與該接收器之間注入冷卻介質。該探針在運作時會在該冷卻介質中產生空穴。該等空穴經由冷卻介質導引至接收器。 在本發明之一個實施例中，提供一種用於形成金屬產物之方法。該方法將熔融金屬提供至圍阻結構中，用冷卻介質藉由將冷卻介質注入與熔融金屬接觸的接收器之5 mm內區域中來冷卻圍阻結構中之熔融金屬，且經由在冷卻介質中產生空穴之振動探針將能量耦合至圍阻結構中之熔融金屬中。在耦合期間，該方法在探針之底部與與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器之間注入冷卻介質。 在本發明之一個實施例中，提供一種鑄軋機。鑄軋機包括經組態以冷卻熔融金屬之熔融金屬圍阻結構；及空蝕源，其經組態以將具有空穴之冷卻介質注入空蝕源與接收器之間的區域中，該接收器與圍阻結構中之熔融金屬接觸。 應理解，本發明之以上一般描述及後續詳細描述為例示性的，但並不限制本發明。

相關申請案之交叉引用 本申請案為2017年2月17日申請的美國專利序列號62/460,287 (其全部內容以引用之方式併入本文中)之接續申請案。 本申請案與2016年8月9日申請的題為用於金屬鑄造之超音波顆粒精製及除氣程序及系統(ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING PROCEDURES AND SYSTEMS FOR METAL CASTING)之美國專利序列號62/372,592 (其全部內容以引用之方式併入本文中)相關。本申請案與2016年2月15日申請的題為用於金屬鑄造之超音波顆粒精製及除氣(ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING FOR METAL CASTING)之美國專利序列號 62/295,333 (其全部內容以引用之方式併入本文中)相關。本申請案與2015年12月15日申請的題為熔融金屬之超音波顆粒精製及除氣(ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING OF MOLTEN METAL)之美國專利序列號 62/267,507 (其全部內容以引用之方式併入本文中)相關。本申請案與2015年2月9日申請的題為超音波顆粒精製(ULTRASONIC GRAIN REFINING)之美國專利序列號62/113,882 (其全部內容以引用之方式併入本文中)相關。本申請案與2015年9月10日申請的題為連續鑄造帶上之超音波顆粒精製(ULTRASONIC GRAIN REFINING ON A CONTINUOUS CASTING BELT)之美國專利序列號62/216,842 (其全部內容以引用之方式併入本文中)相關。本申請案與2016年9月9日申請的題為用於金屬鑄造之超音波顆粒精製及除氣程序及系統(ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING PROCEDURES AND SYSTEMS FOR METAL CASTING)之PCT/2016/050978 (其全部內容以引用之方式併入本文中)相關。本申請案與2016年10月28日申請的題為用於金屬鑄造之超音波顆粒精製及除氣程序及系統(ULTRASONIC GRAIN REFINING AND DEGASSING PROCEDURES AND SYSTEMS FOR METAL CASTING)之美國專利序列號15/337,645 (其全部內容以引用之方式併入本文中)相關。 出於多種原因，金屬及合金之顆粒精製至關重要，其包括使鑄錠鑄造速率達至最大；改良熱撕裂抗性；使元素分離降至最低；增強機械特性，尤其延性；改良鍛製產物之表面加工特徵及增加模填充特徵；及降低鑄造合金之孔隙度。通常而言，顆粒精製為金屬及合金產品，尤其鋁合金及鎂合金之製造的首要加工步驟中之一者，該等鋁合金及鎂合金為日益用於航空、國防、汽車、建築及封裝行業中的兩種輕質材料。顆粒精製亦為用於製成可藉由消除柱狀顆粒且形成等軸顆粒來鑄造的金屬及合金之重要加工步驟。 顆粒精製為固化加工步驟，藉由該處理步驟，固相之晶體大小經化學、物理或機械手段降低以便形成可鑄造之合金且減少缺陷形成。當前使用TIBOR對鋁製品進行顆粒精製，其會引起在經固化之鋁中形成等軸顆粒結構。在本發明之前，使用雜質或化學「顆粒精製劑」係解決金屬鑄造行業中長期公認的在金屬鑄件中形成柱狀顆粒的問題之唯一方式。此外，在本發明之前，並未採取1)自熔融金屬移除雜質之超音波除氣(在鑄造之前)與2)上述超音波顆粒精製(亦即至少一個振動能源)之組合。然而，由於要將彼等接種劑進料到熔體中，因此與使用TIBOR及機械限定相關聯之成本很大。該等限定中之一些包括延性、可加工性及電導性。 不管成本如何，在美國製造的鋁中有大約68%首先鑄造成鑄錠，隨後進一步加工成片材、板材、擠製件或箔片。主要歸因於穩固性及相對簡單性，半連續直接冷(DC)鑄製程及連續鑄造(CC)製程已成為鋁業之主要途徑。DC及CC製程之一個問題在於鑄錠固化期間存在熱撕裂形成或裂化形成。基本上幾乎所有的鑄錠在不使用顆粒精製之情況下均將會發生裂化(或不可鑄造)。 此外，此等現代製程之生產率會受到避免裂化形成之條件的限制。顆粒精製為減少合金熱撕裂傾向，且因此增加生產率之有效方式。因此，集中大量精力來研發可產生儘可能小的顆粒尺寸的有效顆粒精製劑。若顆粒尺寸可降低至次微米級，則可達成超塑性，其不僅准許在比現今加工鑄錠之速率要快得多之速率下鑄造合金，亦准許在低溫下在比現今加工鑄錠之速率要快得多之速率下輥軋/擠製，使得顯著節約成本且節能。 目前，幾乎世界上所有的來自一級廢料(大約200億公斤)或二級及內部廢料(250億公斤)之鋁鑄件均經直徑為大約數微米的不溶性TiB₂ 晶核之非均質晶核顆粒精製，其在鋁中使精細顆粒結構成核。與使用化學顆粒精製劑相關之一個問題為顆粒精製能力受限。實際上，使用化學顆粒精製劑會使得鋁顆粒大小自具有超過2,500 μm之線性顆粒尺寸的柱狀結構減小至小於200 μm之等軸顆粒受限。鋁合金中100 µm之等軸顆粒呈現為界限，該界限可使用可在市面上購得之化學顆粒精製劑獲得。 若顆粒尺寸可得到進一步減小，則產率可顯著增加。次微米級之顆粒大小會產生超塑性，其使得在室溫下形成鋁合金更為容易。 與使用化學顆粒精製劑相關之另一問題為與使用顆粒精製劑相關聯之缺陷形成。儘管先前技術中考慮到需要進行顆粒精製，但鋁中的外來不溶性粒子在其他方面為不合需要的，尤其呈粒子聚結物形式(「團」)之粒子。以化合物形式存在於鋁類母合金中的現行顆粒精製劑係藉由複雜的採礦、選礦及製造製程之鏈產生。目前所用母合金常常含有氟化鉀鋁(KAIF)鹽及氧化鋁雜質(浮渣)，其由鋁顆粒精製劑之習知製造製程而產生。此等雜質導致鋁中產生局部缺陷(例如飲料罐中之「漏罐(leaker)」及薄箔片中之「針孔」)、機器工具磨耗及鋁中之表面加工問題。來自鋁電纜公司中之一者的資料指示，25%之生產缺陷係由於TiB₂ 粒子聚結物，且另外25%之缺陷係由於鑄造過程中包覆於鋁中之浮渣。TiB₂ 粒子聚結物通常會在擠壓期間使電線斷裂，尤其當電線直徑小於8 mm時。 與化學顆粒精製劑相關之另一問題為顆粒精製劑之成本。此對於使用Zr顆粒精製劑製造鎂鑄錠而言尤其如此。使用Zr顆粒精製劑之顆粒精製製造每公斤Mg鑄件要額外花費約$1。針對鋁合金之顆粒精製劑每公斤花費約$1.50。 與使用化學顆粒精製劑相關之另一問題為降低之電導率。使用化學顆粒精製劑會將過量Ti引入鋁中，導致電纜應用中純鋁之電導率顯著降低。為了維持特定電導率，公司必須支付額外的費用以使用純鋁製成電纜及電線。 除了化學方法之外，在過去的一個世紀中已探索出多種其他顆粒精製方法。此等方法包括使用物理場，諸如磁場及電磁場，及使用機械振動。高強度、低振幅超音波振動為證實用於金屬及合金之顆粒精製而無需使用外來粒子的物理/機械機制中之一者。然而，在經歷短時段之超音波振動的小鑄錠至數磅金屬中獲得諸如來自上述Cui等人，2007之實驗結果。使用高強度超音波振動進行CC或DC鑄錠/坯料之顆粒精製輕而易舉。 本發明中針對顆粒精製解決的技術難題中之一些為(1)將超音波能耦合至熔融金屬持續延長時間；(2)在高溫下維持系統固有振動頻率；及(3)當超音波導之溫度較高時，增加超音波顆粒精製之顆粒精製效率。增強對超音波導與鑄錠兩者之冷卻(如下文所述)為本文中呈現的用於解決此等難題的解決方案中之一者。此外，本發明中要解決的另一技術難題係關於鋁愈純，固化過程中獲得等軸顆粒愈難之事實。即使在純鋁，諸如鋁之1000、1100及1300系列中使用外部顆粒精製劑，諸如TiB (硼化鈦)，仍然難以獲得等軸顆粒結構。然而，使用本文所述之新穎顆粒精製技術，會獲得顯著顆粒精製。 在一個實施例中，柱狀顆粒形成得到部分抑制，而不需要引入顆粒精製劑。當將熔融金屬倒入鑄件中時，對熔融金屬施加振動能准許實現與用最先進的顆粒精製劑(諸如TIBOR母合金)獲得之顆粒尺寸相當或比用最先進的顆粒精製劑(諸如TIBOR母合金)獲得之顆粒尺寸要小之顆粒尺寸。 如本文所用，將使用本領域中熟習此項技術者通常採用以呈現其研究之術語來描述本發明實施例。此等術語與如由一般熟習材料科學、冶金、金屬鑄造及金屬加工之技術者所理解之常用含義一致。取用較特定含義之一些術語描述於以下實施例中。然而，術語「經組態以」在本文中理解為描繪(本文中所說明或由此項技術已知或暗示的)合適結構准許其對象執行「經組態以」術語之後的功能。術語「耦合至」意謂耦合至第二物體之一個物體具有所需結構以在存在或不存在第一及第二物體直接附接在一起之情況下，支持第一物體處於相對於第二物體之一定位置(例如對接、附接、自第二物體位移預定距離、相鄰、鄰接、連接在一起、彼此可分離、彼此可拆卸、固定在一起、滑動接觸、滾動接觸)。 Chia等人之美國專利第4,066,475號(其全部內容以引用之方式併入本文中)描述連續鑄造製程。一般而言，圖1描繪具有鑄軋機2之連續鑄造系統，該鑄軋機2具有遞送裝置10 (諸如漏斗(turndish))，其將熔融金屬提供至傾注口11，該傾注口11將熔融金屬導引至旋轉模環13上所含之外周凹槽。可撓性環形金屬帶14環繞模環13之一部分以及一組帶定位輥15之一部分以使得連續鑄模由凹槽界定於模環13及上覆金屬帶14中。冷卻系統提供用於冷卻設備且在熔融金屬在旋轉模環13上輸送期間實現該熔融金屬之受控固化。冷卻系統包括複數個側集管17、18及19，其安置於模環13之側部上，且內部與外部帶狀集管20及21分別安置於位於環繞模環處的金屬帶14之內側及外側上。具有適合閥調之管道網24經連接以向不同集管供給且排出冷卻劑，以便控制設備冷卻及熔融金屬之固化速率。 藉由此類構造，將熔融金屬自傾注口11饋入鑄模中且在藉由經由冷卻系統循環冷卻劑對其進行輸送期間加以固化及部分冷卻。自轉輪鑄造機抽拉固體鑄條25且饋入輸送機27，該輸送機27會將鑄條輸送至輥軋機28。應注意，僅以足以使條固化之量冷卻鑄條25，且使該條保持處於高溫下以允許於其上立即進行輥軋操作。輥軋機28可包括輥軋架之串聯陣列，該等輥軋架依次將條輥軋成連續長度之線棒材30，其具有大體上均一之圓形截面。 圖1及圖2顯示控制器500，其控制其中所示之連續鑄造系統的不同部件，如下文較詳細地論述。控制器500可包括一或多個具有程式化指令(亦即演算法)之處理器，以控制連續鑄造系統及其組件之操作。 在本發明之一個實施例中，如圖2中所示，鑄軋機2包括轉輪鑄造機30，其具有將熔融金屬倒入其中(例如鑄造)之圍阻結構32 (例如轉輪鑄造機30中之槽或通道)；及熔融金屬加工裝置34。帶36 (例如鋼可撓性金屬帶)將熔融金屬限制在圍阻結構32 (亦即通道)中。當將熔融金屬固化於轉輪鑄造機之通道中且輸送離開熔融金屬加工裝置34時，輥38使熔融金屬加工裝置34保持在旋轉的轉輪鑄造機上之固定位置處。 在本發明之一個實施例中，熔融金屬加工裝置34包括安裝於轉輪鑄造機30上之總成42。總成42包括至少一個振動能源(例如振動器40)、容納該振動能源40之外殼44 (亦即支撐裝置)。總成42包括至少一個冷卻通道46以用於輸送自其穿過之冷卻介質。可撓性帶36係藉由附接於外殼之底面的密封件44a密封至外殼44，由此准許來自冷卻通道之冷卻介質沿與轉輪鑄造機之通道中的熔融金屬相對的可撓性帶之側部流動。 在本發明之一個實施例中、鑄帶(亦即振動能之接收器)可由以下中之至少一或多者製成：鉻、鈮、鈮合金、鈦、鈦合金、鉭、鉭合金、銅、銅合金、鎳、鎳合金、錸、錸合金、鋼、鉬、鉬合金、鋁、鋁合金、不鏽鋼、陶瓷、複合材料、或金屬或合金及以上之組合。 在本發明之一個實施例中，鑄帶寬度在25 mm至400 mm之間的範圍內。在本發明之另一實施例中，鑄帶寬度在50 mm至200 mm之間的範圍內。在本發明之另一實施例中，鑄帶寬度在75 mm至100 mm之間的範圍內。 在本發明之一個實施例中，鑄帶厚度在0.5 mm至10 mm之間的範圍內。在本發明之另一實施例中，鑄帶厚度在1 mm至5 mm之間的範圍內。在本發明之另一實施例中，鑄帶厚度在2 mm至3 mm之間的範圍內。 如圖2中所示，空氣擦拭器(air wipe) 52導引空氣(作為安全預防措施)，以使得將沿離開熔融金屬之鑄造源的方嚮導引自冷卻通道洩漏之任何水。密封件44a可由多種材料製得，其包括乙烯、丙烯、氟化橡膠、布納-n (腈)、氯丁橡膠、聚矽氧橡膠、胺基甲酸酯、氟聚矽氧，聚四氟乙烯以及其他已知的密封劑材料。在本發明之一個實施例中，導引裝置(例如輥38)相對於旋轉的轉輪鑄造機30導引熔融金屬加工裝置34。冷卻介質提供對圍阻結構32中之熔融金屬及/或至少一個振動能源40進行冷卻。在本發明之一個實施例中，熔融金屬加工裝置34之組件包括可由以下製得之外殼：金屬，諸如鈦、不鏽鋼合金、低碳鋼或H13鋼；其他高溫材料；陶瓷；複合材料或聚合物。熔融金屬加工裝置34之組件可由以下中之一或多者製得：鈮、鈮合金、鈦、鈦合金、鉭、鉭合金、銅、銅合金、錸、錸合金、鋼、鉬、鉬合金、不鏽鋼及陶瓷。陶瓷可為氮化矽陶瓷，諸如二氧化矽-氧化鋁氮化物或SIALON。 在本發明之一個實施例中，當在振動器40下在金屬帶36下傳送熔融金屬時，在金屬開始冷卻及固化時將振動能供應至熔融金屬。在本發明之一個實施例中，用例如藉由壓電裝置生成之超音波轉換器施加振動能。在本發明之一個實施例中，用例如藉由磁致伸縮轉換器生成之超音波轉換器施加振動能。在本發明之一個實施例中，用機械驅動振動器(待後文加以論述)施加振動能。在一個實施例中，振動能量准許形成多個小晶種，由此產生精細顆粒產物。 在本發明之一個實施例中，超音波顆粒精製涉及施加超音波能(及/或其他振動能)以精製顆粒尺寸。儘管本發明不受任何特定理論束縛，但一種理論認為將振動能(例如超音波功率)注入熔融或固化合金中可引起非線性效應，諸如空蝕、聲射流及輻射壓力。此等非線性效應可用於使新顆粒成核，且在合金固化過程中分解枝晶。 在此理論下，顆粒精製方法可劃分成兩個階段：1)成核及2)由液體生長新形成之固體。在成核階段期間形成球核。此等核在生長階段期間發展成枝晶。枝晶之單向生長會引起形成柱狀顆粒，其可能會引起次相熱撕裂/裂化及非均勻分佈。此反過來可導致較差可鑄造性。另一方面，枝晶沿所有方向均勻生長(諸如利用本發明成為可能)會引起形成等軸顆粒。含有小型及等軸顆粒之鑄件/鑄錠具有極佳成形性。 在此理論下，當合金中之溫度低於液相線溫度時；在固體胚之尺寸大於以下方程式所給之臨界尺寸時，可能會發生成核：其中r* 為臨界尺寸，為與固液界面相關聯之界面能，且為與單位體積之液體轉變成固體相關聯之吉布斯自由能(Gibbs free energy)。 在此理論下，當固體坯尺寸大於r* 時，吉布斯自由能隨固體胚尺寸增加而減小，其指示固體胚之生長在熱力學上為有利的。在此類條件下，固體胚變成穩定核。然而，具有大於r* 之尺寸的固相之均質成核僅在需要在熔體中進行大規模過冷(undercooling)之極端條件下發生。 在此理論下，固化期間所形成之核可生長成稱為枝晶之固體顆粒。藉由施加振動能，枝晶亦可分成多個小片段。由此形成之枝狀片段可生長成新顆粒且引起形成小顆粒；由此產生等軸顆粒結構。 儘管不受任何特定理論束縛，但在轉輪鑄造機30之通道的頂部(例如抵靠帶36之底面)對熔融金屬進行相對較少量之過冷(例如小於2℃、5℃、10℃或15℃)會引起抵靠鋼帶形成純鋁(或其他金屬或合金)之小核之層。振動能(例如超音波或機械驅動振動)會釋放此等核，其隨後在固化期間用作晶核生成劑，產生均一顆粒結構。因此，在本發明之一個實施例中，所用冷卻方法確保當熔融金屬持續冷卻時，在轉輪鑄造機30之通道的頂部處抵靠鋼帶進行的少量過冷引起材料之小核加工成熔融金屬。作用於帶36之振動用以將此等核分散於轉輪鑄造機30之通道中的熔融金屬中及/或可用以分解過冷層中所形成之枝晶。舉例而言，當冷卻熔融金屬時，熔融金屬中所施加之振動能可藉由空蝕(參見下文)分解枝晶以形成新核。此等核及枝晶片段可隨後用於在固化期間在模中形成(促進)等軸顆粒，產生均一顆粒結構。 換言之，傳輸於過冷液態金屬中之超音波振動在金屬或金屬合金中形成成核位點以精製顆粒尺寸。可經由如上文所述之振動能作用生成成核位點以分解枝晶，在熔融金屬中形成多個核，其並不視外來雜質而定。在一個態樣中，轉輪鑄造機30之通道可為耐火金屬或其他高溫材料，諸如銅、鐵及鋼、鈮、鈮及鉬、鉭、鎢、及錸、以及其合金，其包括可擴大此等材料之熔點的一或多種元素，諸如矽、氧或氮。 在本發明之一個實施例中，振動能源40之超音波振動的源在20 kHz之聲頻下提供1.5 kW之功率。本發明並不限於彼等功率及頻率。確切而言，儘管關注以下範圍，但可使用寬範圍之功率及超音頻率。功率 ： 一般而言，針對各超音波發生器，功率在50 W與5000 W之間，其視超音波發生器或探針之尺寸而定。通常將此等功率施加至超音波發生器以確保超音波發生器之端部處的功率密度高於100 W/cm² ，其可視為在熔融金屬中引起空蝕之臨限值，其視熔融金屬之冷卻速率、熔融金屬類型及其他因素而定。此區域處之功率可在50 W至5000 W、100 W至3000 W、500 W至2000 W、1000 W至1500 W範圍內或任何中間或疊加範圍。針對較大探針/超音波發生器之較高功率及針對較小探針之較低功率為可能的。在本發明之各種實施例中，所施加之振動能功率密度可在10 W/cm² 至500 W/cm² 、或20 W/cm² 至400 W/cm² 、或30 W/cm² 至300 W/cm² 、或50 W/cm² 至200 W/cm² 、或70 W/cm² 至150 W/cm² 範圍內或其任何中間或疊加範圍。頻率 ： 一般而言，可使用5 kHz至400 kHz (或任何中間範圍)。或者，可使用10 kHz及30 kHz (或任何中間範圍)。或者，可使用15 kHz及25 kHz (或任何中間範圍)。所施加之頻率可在5 KHz至400 KHz、10 KHz至30 KHz、15 KHz至25 kHz、10 kHz至200 kHz或50 kHz至100 kHz範圍內或其任何中間或疊加範圍。 在本發明之一個實施例中，安置至少一個振動器40耦合至冷卻通道46，其在超音波轉換器之超音波探針(或超音波發生器、壓電轉換器、或超音波輻射器、或磁致伸縮元件)之情況下，經由冷卻介質且經由總成42及帶36而將超音波振動能提供至液態金屬中。在本發明之一個實施例中，由能夠將電流轉換成機械能之轉換器供應超音波能，由此產生高於20 kHz (例如至多400 kHz)之振動頻率，其中超音波能由壓電元件或磁致伸縮元件中之一者或兩者供應。 在本發明之一個實施例中，將超音波探針插入冷卻通道46中以與液體冷卻介質接觸。在本發明之一個實施例中，超音波探針之尖端與帶36的分隔距離(若存在)可有所變化。分隔距離可例如小於1 mm、小於2 mm、小於5 mm、小於1 cm、小於2 cm、小於5 cm、小於10 cm、小於20 cm或小於50 cm。在本發明之一個實施例中，可將多於一個超音波探針或超音波探針之陣列插入冷卻通道46中以與液體冷卻介質接觸。在本發明之一個實施例中，超音波探針可附接於總成42之壁。 在本發明之一個態樣中，供應振動能之壓電轉換器可由夾在各電極之間的陶瓷材料形成，該等電極提供電接觸之附接點。經由電極將電壓施加至陶瓷之後，陶瓷在超音頻率下膨脹且收縮。在本發明之一個實施例中，充當振動能源40之壓電轉換器附接於助推器，其將振動轉移至探針。美國專利第9,061,928號(其全部內容以引用之方式併入本文中)描述一種超音波轉換器總成，其包括超音波轉換器、超音波助推器、超音波探針及助推器冷卻單元。'928專利中之超音波助推器與超音波轉換器連接以增強由超音波轉換器產生之聲能且將經增強之聲能轉移至超音波探針。'928專利之助推器組態可適用於本發明中，以向與上文所論述之液體冷卻介質直接或間接接觸之超音波探針提供能量。 實際上，在本發明之一個實施例中，在超音波領域中使用超音波助推器以增強或強化壓電轉換器所產生之振動能。助推器不會增加或減少振動頻率，其會增加振幅。(當反向安裝助推器時，其亦可壓縮振動能。) 在本發明之一個實施例中，助推器連接在壓電轉換器與探針之間。在將助推器用於超音波顆粒精製之情況下，以下為展示與壓電振動能源一起使用助推器的例示性數目個方法步驟： 1)將電流供應至壓電轉換器。在施加電流之後，轉換器中之陶瓷片膨脹且收縮，此將電能轉化成機械能。 2)在一個實施例中，彼等振動隨後轉移至助推器，其增強或強化此機械振動。 3)在一個實施例中，來自助推器的經增強或強化之振動隨後傳送至探針。探針隨後在超音頻率下振動，由此產生空穴。 4)由振動探針產生之空穴衝擊鑄帶，其在一個實施例中，與熔融金屬接觸。 5) 在一個實施例中，空穴分解枝晶且產生等軸顆粒結構。 參看圖2，探針耦合至流動通過熔融金屬加工裝置34之冷卻介質。經由在超音頻率下振動之探針在冷卻介質中產生之空穴會衝擊與圍阻結構32中之熔融鋁接觸的帶36。 在本發明之一個實施例中，可藉由充當振動能源40之磁致伸縮轉換器供應振動能。在一個實施例中，充當振動能源40之磁致伸縮轉換器具有與利用圖2之壓電轉換器單元相同之位置，唯一不同在於驅使表面在超音頻率下振動之超音波源為至少一個磁致伸縮轉換器，而非至少一個壓電元件。圖13描繪根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機組態，其將磁致伸縮元件70用於至少一個超音波振動能源。在本發明之此實施例中，磁致伸縮轉換器70在例如30 kHz之頻率下振動耦合至冷卻介質之探針(圖13之側視圖中未示)，但可如下文所述使用其他頻率。在本發明之另一個實施例中，磁致伸縮轉換器70振動熔融金屬加工裝置34中的圖14截面示意圖中所示的底板71，其中底板71耦合至以下冷卻通道中之冷卻介質(圖14中所示)。 磁致伸縮轉換器通常由在施加電磁場之後將膨脹及收縮的大量材料板構成。更具體言之，在一個實施例中，適用於本發明之磁致伸縮轉換器可包括大量鎳(或其他磁致伸縮材料)板或經配置而平行於附接於加工容器之底部或其他待振動表面的各層壓物之一個邊緣的疊層。環繞磁致伸縮材料置放線圈以得到磁場。舉例而言，當經由線圈供應電流時，產生磁場。此磁場引起磁致伸縮材料收縮或伸長，由此將聲波引入與膨脹及收縮磁致伸縮材料接觸之流體中。適用於本發明的來自磁致伸縮轉換器之典型超音頻率在20 kHz至200 kHz範圍內。可使用較高或較低頻率，其視磁致伸縮元件之固有頻率而定。 對於磁致伸縮轉換器而言，鎳為最常用材料中之一者。當向轉換器施加電壓時，鎳材料在超音頻率下膨脹及收縮。在本發明之一個實施例中，鎳板直接銀硬焊至不鏽鋼板。參看圖2，磁致伸縮轉換器之不鏽鋼板為在超音頻率下振動之表面，且為直接耦合至流動通過熔融金屬加工裝置34之冷卻介質的表面(或探針)。經由在超音頻率下振動之板在冷卻介質中產生之空穴隨後會衝擊與圍阻結構32中之熔融鋁接觸的帶36。 美國專利第7,462,960號(其全部內容以引用之方式併入本文中)描述一種具有巨大磁致伸縮元件之超音波轉換器驅動器。因此，在本發明之一個實施例中，磁致伸縮元件可由稀土合金類材料，諸如Terfenol-D及其複合材料製得，相較於前過渡金屬，該等材料具有異常大的磁致伸縮效應，諸如鐵(Fe)、鈷(Co)及鎳(Ni)。或者，在本發明之一個實施例中，磁致伸縮元件可由鐵(Fe)、鈷(Co)及鎳(Ni)製得。 或者，在本發明之一個實施例中，磁致伸縮元件可由以下一或多種合金製得：鐵及鋱；鐵及鐠；鐵、鋱及鐠；鐵及鏑；鐵、鋱及鏑；鐵、鐠及鏑；鐵、鋱、鐠及鏑；鐵及鉺；鐵及釤；鐵、鉺及釤；鐵、釤及鏑；鐵及鈥；鐵、釤及鈥；或其混合物。 美國專利第4,158,368號(其全部內容以引用之方式併入本文中)描述一種磁致伸縮轉換器。如其中所述且適用於本發明，磁致伸縮轉換器可包括安置在外殼內的展現負磁彈性之材料的柱塞。美國專利第5,588,466號(其全部內容以引用之方式併入本文中)描述一種磁致伸縮轉換器。如其中所述且適用於本發明，將磁致伸縮層塗覆至可撓性元件，例如可撓性樑。可撓性元件係藉由外部磁場偏轉。如'466專利中所述且適用於本發明，可將薄磁致伸縮層用於磁致伸縮元件，其由Tb(1-x) Dy(x) Fe₂ 組成。美國專利第4,599,591號(其全部內容以引用之方式併入本文中)描述一種磁致伸縮轉換器。如其中所述且適用於本發明，磁致伸縮轉換器可利用磁致伸縮材料及複數個與多個電流源連接之繞組，其具有相位關係以便在磁致伸縮材料中確立旋轉磁感應矢量。美國專利第4,986808號(其全部內容以引用之方式併入本文中)描述一種磁致伸縮轉換器。如其中所述且適用於本發明，磁致伸縮轉換器可包括複數個狹長的磁致伸縮材料條帶，各條帶具有近端、遠端及實質上V形截面，其中該V之各臂由條帶之縱向長度形成，且各條帶在近端與遠端兩者處附接於鄰近條帶以成型，且一體的實質上剛性之管柱具有中心軸，其帶有相對於此軸徑向延伸之凸片。 圖3A為本發明之另一實施例的示意圖，其顯示用於將較低頻率之振動能供應至轉輪鑄造機30之通道中的熔融金屬之機械振動組態。在本發明之一個實施例中，振動能來自由轉換器或其他機械攪拌器產生之機械振動。如根據此項技術已知，振動器為產生振動之機械裝置。振動通常由在驅動軸上具有不平衡質量塊之電馬達產生。一些機械振動器由電磁驅動裝置及攪拌器軸組成，該攪拌器軸藉由垂直往復運動進行攪動。在本發明之一個實施例中，由振動器(或其他組件)供應振動能，該振動器能夠使用機械能產生至多(但不限於) 20 kHz，且較佳在5 kHz至10 kHz範圍內之振動頻率。 無論振動機制如何，將振動器(壓電轉換器、磁致伸縮轉換器或機械驅動振動器)附接至外殼44意謂可將振動能轉移至總成42下的通道中之熔融金屬。 適用於本發明之機械振動器可以8,000至15,000次振動/分鐘運作，但可使用較高及較低頻率。在本發明之一個實施例中，振動機制經組態以每秒在565與5,000次振動之間振動。在本發明之一個實施例中，振動機制經組態以在甚至更低之頻率下振動，該等頻率低至每秒少許振動，至多每秒565次振動。適用於本發明之機械驅動振動的範圍包括例如6,000至9,000次振動/分鐘、8,000至10,000次振動/分鐘、10,000至12,000次振動/分鐘、12,000至15,000次振動/分鐘及15,000至25,000次振動/分鐘。根據文獻報告，適用於本發明之機械驅動振動的範圍包括例如在133 Hz至250 Hz、200 Hz至283 Hz (12,000至17,000次振動/分鐘)及4 Hz至250 Hz範圍內。此外，可藉由週期性地驅動簡單之錘式或柱塞裝置以撞擊轉輪鑄造機30或外殼44來在轉輪鑄造機30或外殼44中施加多種機械驅動振盪。一般而言，機械振動範圍可至多為10 kHz。因此，適用於本發明中所用的機械振動之範圍包括：0 KHz至10 KHz、10 Hz至4000 Hz、20 Hz至2000 Hz、40 Hz至1000 Hz、100 Hz至500 Hz及其中間及組合範圍，包括565 Hz至5,000 Hz之較佳範圍。 儘管上文所述係相對於超音波及機械驅動實施例，本發明並不限於此等範圍中之一者或其他者，但可用於至多400 KHz之振動能的廣泛範圍，其包括單頻及多頻源。此外，可使用各源之組合(超音波及機械驅動源或不同超音波源或不同機械驅動源或下文所述之聲能源)。 如圖3A中所示，鑄軋機2包括轉輪鑄造機30，其在轉輪鑄造機30中具有將熔融金屬倒入其中之圍阻結構32 (例如槽或通道)；及熔融金屬加工裝置34。帶36 (例如鋼帶)將熔融金屬限制在圍阻結構32 (亦即通道)中。如上所述，當將熔融金屬1)固化於轉輪鑄造機之通道中，及2)輸送離開熔融金屬加工裝置34時，輥38使熔融金屬加工裝置34保持固定。 冷卻通道46輸送自其穿過之冷卻介質。如前所述，空氣擦拭器52導引空氣(作為安全預防措施)，以使得沿離開熔融金屬之鑄造源的方向導引自冷卻通道洩漏之任何水。如前所述，輥軋裝置(例如輥38)相對於旋轉的轉輪鑄造機30導引熔融金屬加工裝置34。冷卻介質提供對熔融金屬及至少一個振動能源40 (圖3A中示為機械振動器40)進行冷卻。 當在機械振動器40下在金屬帶36下傳送熔融金屬時，在金屬開始冷卻及固化時將機械驅動振動能供應至熔融金屬。在一個實施例中，機械驅動振動能准許形成多個小核，由此產生精細顆粒金屬產物。 在本發明之一個實施例中，安置至少一個振動器40耦合至冷卻通道46，其在機械振動器之情況下，經由冷卻介質且經由總成42及帶36而將機械驅動振動能提供至液態金屬中。在本發明之一個實施例中，將機械振動器之頭插入冷卻通道46中以與液體冷卻介質接觸。在本發明之一個實施例中，可將多於一個機械振動器頭或機械振動器頭之陣列插入冷卻通道46中以與液體冷卻介質接觸。在本發明之一個實施例中，機械振動器頭可附接於總成42之壁。 儘管不受任何特定理論束縛，但在轉輪鑄造機30之通道的底部進行相對較少量之過冷(例如小於10℃)會引起形成純鋁(或其他金屬或合金)之小核之層。機械驅動振動產生此等核，其隨後在固化期間用作晶核生成劑，產生均一顆粒結構。因此，在本發明之一個實施例中，所用冷卻方法確保在通道之底部處進行的少量過冷引起材料之小核之層得到加工。來自通道底部之機械驅動振動將此等核分散及/或可用以分解過冷層中所形成之枝晶。此等核及枝晶片段隨後用於在固化期間在模中形成等軸顆粒，產生均一顆粒結構。 換言之，在本發明之一個實施例中，傳輸於液態金屬中之機械驅動振動在金屬或金屬合金中形成成核位點以精製顆粒尺寸。如上所述，轉輪鑄造機30之通道可為耐火金屬或其他高溫材料，諸如銅、鐵及鋼、鈮、鈮及鉬、鉭、鎢、及錸、以及其合金，其包括可擴大此等材料之熔點的一或多種元素，諸如矽、氧或氮。 圖3B為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機混合組態之示意圖，其利用至少一個超音波振動能源及至少一個機械驅動振動能源(例如機械驅動振動器)兩者。與圖3A中之元件相同的元件為執行如上文所述之類似功能的類似元件。舉例而言，圖3B中標註之圍阻結構32 (例如槽或通道)處於所描繪轉輪鑄造機中，在該圍阻結構中會倒入熔融金屬。如上所述，帶(圖3B中未示)將熔融金屬限制在圍阻結構32中。在此，在本發明之此實施例中，可選擇性地啟動超音波振動能源及機械驅動振動能源兩者，且可彼此分開或彼此結合來驅動以提供振動，在該等振動傳輸於液態金屬中後，在金屬或金屬合金中形成成核位點以精製顆粒尺寸。在本發明之各種實施例中，可配置且利用超音波振動能源與機械驅動振動能源之不同組合。 圖3C為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機組態之示意圖，其利用具有增強振動能耦合及/或增強冷卻之振動能源。圖3C中所示之超音波顆粒精製劑描繪一體化振動能/冷卻系統，其安置於轉輪鑄造機30上且藉由自例如振動器40中之一者(或兩者)的底部(及較佳地，但非必要，中央底部區)朝向鑄帶36(亦即與熔融金屬接觸之接收器)注入冷卻介質及/或流體為鑄帶36提供冷卻及增強振動能耦合。圖3D為顯示圖3C中的圓形區域的放大部分之示意圖。圖3D顯示具有冷卻劑注入口40b之振動器40 (例如超音波探針)。如圖3D中所示，振動器插入於在冷卻介質自探針尖端40a射出之後，含有冷卻介質之冷卻通道46中。 在本發明之一個實施例中，各探針可具有一或多個冷卻介質注入口以用於在相應探針或振動器40之尖端40a下方提供水。在本發明之一個實施例中，來自供應源之冷卻介質饋料移行振動器之軸向長度且自探針尖端40a射入探針尖端與與熔融金屬接觸之接收器(例如帶36)之間的區域中。圖3E為具有多個冷卻劑注入口40b之超音波探針的示意圖，其提供增強振動能耦合及/或冷卻。在圖3E中所示之實施例中，在自探針尖端之中心徑向位移之位置處供應冷卻劑。圖3E中僅示出兩個冷卻劑注入口。然而，可使用大於兩個注入口。一般而言，本發明在探針尖端40a之底部處或探針尖端40a之底部的緊鄰處提供中央及/或徑向位移之冷卻劑注入。舉例而言，冷卻劑注入管線(與探針40分開及/或與探針尖端40a分開)可在探針尖端與與熔融金屬接觸之接收器(例如帶36)之間另外地或可替代地提供/注入冷卻劑。 在本發明之一個例示性實施例中，冷卻介質/流體存在於探針尖端處或接近於探針尖端處，以使得超音波振動可與冷卻介質耦合且形成空穴(液體冷卻介質中之氣泡)。在一個較佳實施例中，液態水經霧化而含有小蒸氣泡。此等小氣泡充當空穴且當其破裂時，將能量施加至帶36以破壞鑄帶上的水/金屬界面處之任何蒸氣邊界層，由此增加熱傳遞。在本發明之一個例示性實施例中，氣泡在帶36 (亦即接收器)上或其附近處破裂且將振動能施加至與熔融金屬接觸之帶或接收器，其可分解熔融金屬側上之任何固化微粒，該等微粒可用作核以形成等軸顆粒結構。在本發明之一個實施例中，氣泡破裂將大量能量釋放至鑄帶表面，該能量耦合至鑄帶之熔融金屬側，在該熔融金屬側處，該能量分解任何固化微粒。在本發明之一個實施例中，分解微粒在熔融金屬中用作核以在所得金屬鑄件中形成等軸顆粒結構。 儘管水為適宜冷卻介質，但亦可使用其他冷卻劑。在本發明之一個實施例中，冷卻介質為超冷液體(例如處於或低於0℃至-196℃之液體，即在冰之溫度與液氮之溫度之間的液體)。在本發明之一個實施例中，超冷液體，諸如液氮與超音波或其他振動能源耦合。淨效應為固化速率增加，使得加工更快。在本發明之一個實施例中，射出探針之冷卻介質將不僅形成空穴，且亦將霧化且對熔融金屬進行超冷卻。在一個較佳實施例中，此引起轉輪鑄造機之區域中的熱傳遞增加。 在本發明之一個實施例中，探針尖端與帶36 (接收器)之間的分隔距離D (如圖3F中所示)通常小於接觸接收器之5 mm、小於接觸接收器之2 mm、小於接觸接收器之1 mm、小於接觸接收器之0.5 mm或小於接觸接收器之0.2 mm。 在本發明之一個實施例中，來自超音波探針之水自超音波探針之底面上的一或多個流體注入口注入至鑄帶上。在本發明之另一個實施例中，將水流維持在高速下以確保破環抵抗鑄帶之蒸氣障壁。一般而言，水流往往會破環鑄造傳送帶表面或熔融金屬圍阻結構之壁的任何蒸氣邊界層。通過探針之流動速率可隨設計不同而變化。任何設計之流動速率可為不變或可變的。在一例示性實施例中，對於1 mm直徑液體注入孔，水之流動速率將為約1加侖/分鐘。 在本發明之另一實施例中，鑄帶在朝向水之表面上及/或在朝向熔融金屬之表面上具有紋理。在一個較佳實施例中，紋理用以破環蒸氣障壁。不管怎樣，鑄帶表面可為平滑、粗糙、凸起、凹陷、紋理化及/或拋光的。鑄帶可鍍覆或覆蓋有鉻、鎳、銅、鈦及/或碳纖維。 在本發明之一個實施例中，藉由一體化振動/冷卻探針提供之增強振動能耦合及/或增強冷卻准許以下中之一或多者：1)獲得等軸顆粒結構，而無需使用TiBor之化學添加；2)帶壽命增加，引起產率增加；3)空穴增加，其係由於射出探針尖端之冷卻介質。在本發明之一個實施例中，藉由一體化振動/冷卻探針提供之增強振動能耦合及/或增強冷卻准許調節及/或增加可能引起合成官能化合金之固化熱動力學。本發明之態樣 在本發明之一個態樣中，可在冷卻期間將振動能(來自低頻機械驅動振動器，其處於8,000至15,000次振動/分鐘或至多10 KHz範圍內及/或在5 kHz至400 kHz範圍內之超音頻率)施加於熔融金屬圍阻結構。在本發明之一個態樣中，可以多個不同頻率施加振動能。在本發明之一個態樣中，可將振動能施加於多種金屬合金，其包括(但不限於)下列彼等金屬及合金：鋁、銅、金、鐵、鎳、鉑、銀、鋅、鎂、鈦、鈮、鎢、錳、鐵及合金及其組合；金屬合金，其包括黃銅(銅/鋅)、青銅(銅/錫)、鋼(鐵/碳)、鉻合金(鉻)、鋼(鐵/鉻)、工具鋼(碳/鎢/錳)、鈦(鐵/鋁)及標準化等級之鋁合金，其包括1100、1350、2024、2224、5052、5154、5356、5183、6101、6201、6061、6053、7050、7075、8XXX系列；銅合金，其包括青銅(上述)及與鋅、錫、鋁、矽、鎳、銀之組合摻合的銅；與鋁、鋅、錳、矽、銅、鎳、鋯、鈹、鈣、鈰、釹、鍶、錫、釔、稀土摻合之鎂；鐵及與鉻、碳、矽鉻、鎳、鉀、鈈、鋅、鋯、鈦、鉛、鎂、錫、鈧摻合之鐵；及其他合金及其組合。 在本發明之一個態樣中，振動能(來自低頻機械驅動振動器，其處於8,000至15,000次振動/分鐘或至多10 KHz範圍內及/或在5 kHz至400 kHz範圍內之超音頻率)耦合經由與帶接觸之液體介質耦合至熔融金屬加工裝置34下之固化金屬中。在本發明之一個態樣中，振動能在565 Hz與5,000 Hz之間機械耦合。在本發明之一個態樣中，振動能在甚至更低之頻率下經機械驅動，該等頻率低至每秒少許振動，至多每秒565次振動。在本發明之一個態樣中，振動能在5 kHz至400 kHz範圍內之頻率下經超音波驅動。在本發明之一個態樣中，振動能經由含有振動能源40之外殼44耦合。外殼44連接至其他結構元件，諸如帶36或輥38，其與通道壁接觸或與熔融金屬直接接觸。在本發明之一個態樣中，當金屬冷卻時，此機械耦合將振動能自振動能源傳輸至熔融金屬中。 在一個態樣中，冷卻介質可為液體介質，諸如水。在一個態樣中，冷卻介質可為氣態介質，諸如壓縮空氣或氮氣中之一者。在一個態樣中，冷卻介質可為相變材料。較佳地，在足夠速率提供冷卻介質以對鄰近帶36之金屬進行過冷(小於高於合金之液相線溫度5℃至10℃，或甚至低於液相線溫度)。 在本發明之一個態樣中，無需將雜質粒子，諸如硼化鈦添加至金屬或金屬合金中以增加顆粒數目且改良均一的非均質固化即在鑄件中獲得等軸顆粒。在本發明之一個態樣中，代替使用晶核生成劑，可使用振動能形成成核位點。 在操作過程中，處於實質上高於合金之液相線溫度的溫度下之熔融金屬藉由重力流入至轉輪鑄造機30之通道中，且在熔融金屬加工裝置34下穿過，在該熔融金屬加工裝置34中，其暴露於振動能(亦即超音波或機械驅動振動)。流入鑄造機之通道中的熔融金屬之溫度視合金類型選擇、傾倒速率、轉輪鑄造機通道之尺寸等而定。對於鋁合金而言，鑄造溫度可在1220℉至1350℉範圍內，其中較佳範圍在諸如1220℉至1300℉、1220℉至1280℉、1220℉至1270℉、1220℉至1340℉、1240℉至1320℉、1250℉至1300℉、1260℉至1310℉、1270℉至1320℉、1320℉至1330℉之間，其中疊加及中間範圍及+/-10℉之變動亦為適合的。冷卻轉輪鑄造機30之通道以確保通道中之熔融金屬接近於低於液相線溫度(例如小於高於合金之液相線溫度5℃至10℃或甚至小於液相線溫度，但傾注溫度可顯著高於10℃)。在操作過程中，可藉助於用惰性氣體，諸如Ar、He或氮氣填充或吹掃之護罩(未圖示)控制熔融金屬周圍之氛圍。轉輪鑄造機30上之熔融金屬通常處於熱穩定(thermal arrest)狀態，其中熔融金屬自液體轉變成固體。 由於接近於低於液相線溫度之過冷，固化速率並未慢至足以允許整個固相線-液相線界面平衡，其反過來會引起鑄條中之組成發生變化。化學組成之非均一性會引起分離。另外，分離之量與熔融金屬中各個元素之擴散係數以及熱傳遞速率直接相關。另一類型之分離為熔點較低之成分將首先凍結所處之位置。 在本發明之超音波或機械驅動振動實施例中，當熔融金屬冷卻時，振動能會對其進行攪動。在此實施例中，振動能賦予有攪動且有效攪拌熔融金屬之能量。在本發明之一個實施例中，機械驅動振動能用以在熔融金屬冷卻時對其進行連續攪拌。在不同鑄造合金製程中，期望鋁合金中具有高濃度矽。然而，在較高矽濃度下可能會形成矽沈澱物。藉由將此等沈澱物「再混合」回呈熔融狀態，元素矽可至少部分地返回至溶液中。或者，即使殘留有沈澱物，混合將不會引起矽沈澱物分離，由此在下游金屬模及輥上產生磨耗。 在不同金屬合金系統中，會發生相同種類之效應，其中合金之一個組分(通常較高熔點組分)以純形式沈澱，其實際上會「污染」具有純組分之粒子的合金。一般而言，當鑄造合金時，會發生分離，溶質濃度藉此在整個鑄造中並不恆定。此可由多種過程引起。微觀分離發生在與枝晶臂間距之大小相當的距離內，咸信微觀分離為具有比最終平衡濃度要低的濃度的所形成之第一固體之結果，其導致過量溶質分配至液體中，以使得隨後形成之固體具有較高濃度。宏觀分離發生在與鑄件之尺寸相似的距離內。此可能由固化鑄件時，涉及收縮效應的多種複雜過程，及分配溶質時，液體密度之變化引起。期望防止在鑄造期間發生分離，以得到期間具有均一特性之固體坯料。 因此，將受益於本發明之振動能處理的一些合金包括上述彼等合金。其他組態 本發明並不限於僅將振動能用於上文所述之通道結構的應用。一般而言，振動能(來自低頻機械驅動振動器，其處於至多10 KHz範圍內及/或在5 kHz至400 kHz範圍內之超音頻率)可在鑄造製程中在各點處引發成核，其中熔融金屬開始自熔融態冷卻且進入固態(亦即熱穩定狀態)。換個角度看，在各種實施例中，本發明使來自多個源之振動能與熱管理組合以使得鄰近於冷卻表面之熔融金屬接近於合金之液相線溫度。在此等實施例中，轉輪鑄造機30之通道中或抵靠轉輪鑄造機30之帶36的熔融金屬之溫度足夠低以引發成核及晶體成長(枝晶形成)，同時振動能產生核及/或破壞可形成於轉輪鑄造機30中之通道之表面上的枝晶。 在本發明之一個實施例中，可在不向振動能源供能或連續供能之情況下具有與鑄造製程相關聯之有益態樣。在本發明之一個實施例中，對於在0%至100%、10%至50%、50%至90%、40%至60%、45%至55%範圍內及全部其間中間範圍內的工作週期百分比，可在程式化開閉循環期間經由控制振動能源之功率向振動能源供能。 在本發明之另一個實施例中，在帶36接觸熔融金屬之前，將振動能(超音波或機械驅動)直接射入轉輪鑄造機中之熔融鋁鑄件中。直接施加振動能會在熔體中產生交變壓力。直接向熔融金屬施加呈振動能形式之超音波能可在熔融熔體中產生空穴。 儘管不受任何特定理論束縛，但空穴由以下組成：在液體中形成微小的間斷或空腔，之後其進行生長、脈動及破裂。空腔係由於由疏相中之聲波產生之拉伸應力而出現。若拉伸應力(或負壓)在已形成空腔之後持續存在，則空腔將膨脹至初始尺寸的若干倍。在空蝕期間，在超音場中，會在小於超音波長之距離處同時出現多個空腔。在此情況下，空泡會保持其球形。空泡之後續特性高度可變：一小部分氣泡聚結形成大氣泡，但幾乎全部均會經壓縮相位中之聲波而破裂。在壓縮期間，此等空腔中之一些可由於壓縮應力而破裂。因此，當此等空穴破裂時，會在熔體中出現高震波。因此，在本發明之一個實施例中，由震波引起之振動能用以分解枝晶及其他生長核，由此產生新核，其隨後產生等軸顆粒結構。此外，在本發明之另一個實施例中，連續超音波振動可有效地均質化所形成之核，從而進一步有助於等軸結構。在本發明之另一個實施例中，非連續超音波或機械驅動振動可有效地均質化所形成之核，從而進一步有助於等軸結構。 圖4為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機組態之示意圖，其特定地具有振動探針裝置66，該振動探針裝置66具有直接插入轉輪鑄造機60中之熔融金屬鑄件的探針(未圖示)。該探針之構造與所屬領域中已知的用於超音波除氣之構造相似。圖4描繪將帶68按壓於轉輪鑄造機60之輪緣上的輥62。振動探針裝置66將振動能(超音波或機械驅動能)直接地或間接地耦合至轉輪鑄造機60之通道(未圖示)中的熔融金屬鑄件中。當轉輪鑄造機60逆時針旋轉時，熔融金屬在輥62下移行且與視情況選用之熔融金屬冷卻裝置64接觸。此裝置64可與圖2及圖3之總成42相似，但不含振動器40。此裝置64可與圖3A之熔融金屬加工裝置34相似，但不含機械振動器40。 在此實施例中，如圖4中所示，鑄軋機之熔融金屬加工裝置利用至少一個振動能源(亦即振動探針裝置66)，其在轉輪鑄造機中之熔融金屬冷卻時，藉由插入轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件中(較佳但不必直接插入轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件中)的探針供應振動能。支撐裝置將振動能源(振動探針裝置66)固定在適當位置。 在本發明之另一個實施例中，可在經由作為介質之空氣或氣體冷卻熔融金屬時，藉由使用聲振盪器將振動能耦合至熔融金屬中。聲振盪器(例如音頻放大器)可用於產生聲波且將其傳輸至熔融金屬中。在此實施例中，上文所論述之超音波或機械驅動振動器將經聲振盪器替代或由聲振盪器作補充。適用於本發明之音頻放大器將提供1 Hz至20,000 Hz之聲振盪。可使用高於或低於此範圍之聲振盪。舉例而言，可使用0.5 Hz至20 Hz、10 Hz至500 Hz、200 Hz至2,000 Hz、1,000 Hz至5,000 Hz、2,000 Hz至10,000 Hz、5,000 Hz至14,000 Hz及10,000 Hz至16,000 Hz、14,000 Hz至20,000 Hz及18,000 Hz至25,000 Hz之聲振盪。電聲轉換器可用於產生及傳輸聲能。 在本發明之一個實施例中，可經由氣態介質將聲能直接耦合至熔融金屬中，其中聲能會使熔融金屬振動。在本發明之一個實施例中，可經由氣態介質將聲能間接耦合至熔融金屬中，其中聲能會使帶36或含有熔融金屬之其他支撐結構振動，其隨後會使熔融金屬振動。 除在上文所述的連續轉輪型鑄造系統中使用本發明之振動能處理以外，本發明亦可用於定模及豎直鑄造軋機中。 對於固定軋機，將熔融金屬倒入定模62中，諸如圖5中所示之定模，其本身具有熔融金屬加工裝置34(示意性地示出)。以此方式，振動能(來自低頻機械驅動振動器，其以至多10 KHz及/或在5 kHz至400 kHz範圍內之超音頻率操作)可在定模中在各點處引發成核，其中熔融金屬開始自熔融態冷卻且進入固態(亦即熱穩定狀態)。 圖6A至圖6D描繪豎直鑄軋機之選定組件。此等組件之更多細節及豎直鑄軋機之其他態樣見於美國專利第3,520,352號中(其全部內容以引用之方式併入本文中)。如圖6A至圖6D中所示，豎直鑄軋機包括熔融金屬鑄造腔213，其在所示之實施例中一般為正方形，但可為圓形、橢圓形、多邊形或任何其他適合形狀，且其由豎直的相互相交之第一壁部215及位於模頂部處的第二壁部或轉角壁部217界定。流體留持包封物219以與之間隔開的關係來包圍鑄造腔之壁215及轉角構件217。包封物219適於經由入口導管221接收冷卻流體，諸如水且經由出口導管223排出冷卻流體。 儘管第一壁部215較佳由高導熱性材料，諸如銅製成，但第二壁部或轉角壁部217由較低導熱性材料，諸如陶瓷材料構成。如圖6A至圖6D中所示，轉角壁部217一般具有L形或角形截面，且各轉角之豎邊朝下傾斜且朝向彼此會聚地傾斜。因此，轉角構件217在位於橫向部分之間的模之排放端部上方的模中之一些適宜水準處端接。 在操作中，熔融金屬自漏斗流至垂直往復運動之鑄模中，且自模連續拉伸金屬之鑄造股線。在接觸較冷模壁後，熔融金屬首先在模中冷卻，該等模壁中可視為第一冷卻區域。自此區域中之熔融金屬快速移除熱量，且咸信形成完全環繞熔融金屬之中央池的材料表層。 在本發明之一個實施例中，振動能源(為簡單起見，僅在圖6D上示意性地示出振動器40)將相對於流體留持包封物219安置且較佳安置於在流體留持包封物219中循環的冷卻介質中。振動能(來自低頻機械驅動振動器，其處於8,000至15,000次振動/分鐘範圍內及/或在5 kHz至400 kHz範圍內之超音頻率；及/或上述聲振盪器)將在鑄造製程中在各點處引發成核，其中當熔融金屬自液體轉變成固體時且當自金屬鑄造腔213連續拉伸金屬之鑄造股線時，熔融金屬開始自熔融態冷卻且進入固態(亦即熱穩定狀態)。 本發明亦可應用各種其他鑄造方法，其包括(但不限於)連續鑄造、直接冷鑄及定模。本文中所概述之主要實施例向連續鑄造轉輪與傳送帶組態施加振動，在該組態中，轉輪為圍阻結構。然而，存在其他連續鑄造方法，諸如雙輥鑄造，如圖15及圖16中所示，其使用輥或傳送帶設計作為圍阻結構。在雙輥鑄造方法中，熔融金屬經由圍阻結構中之流槽系統75供應至鑄軋機。圍阻結構可具有至多(但不限於) 22826 mm之不同寬度及至多(但不限於)2.03 m之長度。在此等組態中，將熔融金屬供應於模之單側上且在冷卻時沿模長連續移動；由此排出為呈片材形式之固化金屬78。舉例而言，當熔融金屬在圍阻結構中固化時，振動(超音波振動、機械振動或其組合)可由振動供應裝置77直接或經由冷卻介質施加至與熔融金屬相對的傳送帶或輥76、80之側部。 在本發明之一個實施例中，使上述超音波顆粒精製與上述超音波除氣組合以在鑄造金屬之前自熔浴移除雜質。圖9為描繪本發明之一實施例的示意圖，其利用超音波除氣及超音波顆粒精製。如其中所示，鍋爐為熔融金屬源。將熔融金屬自鍋爐輸送至流槽中。在本發明之一個實施例中，在將熔融金屬提供至含有超音波顆粒精製劑之鑄造機(例如轉輪鑄造機) (未圖示)之前，將超音波除氣器安置於流槽路徑處。在一個實施例中，鑄造機中之顆粒精製不需要在超音波頻率下進行，而是可在其他地方論述的其他機械驅動頻率中之一或多者下進行。 儘管不限於以下特定超音波除氣器，但'336專利描述了適用於本發明之不同實施例的除氣器。一種適合除氣器將為具有以下之超音波裝置：超音波轉換器；包含第一端部及第二端部之狹長探針，第一端部附接於超音波轉換器且第二端部包含尖端；及吹掃氣體遞送系統，其中該吹掃氣體遞送系統可包含吹掃氣體入口及吹掃氣體出口。在一些實施例中，吹掃氣體出口可在狹長探針之尖端的約10 cm (或5 cm或1 cm)內，而在其他實施例中，吹掃氣體出口可在狹長探針之尖端處。此外，超音波裝置可包含多個探針總成及/或按超音波轉換器包含多個探針。 儘管不限於以下特定超音波除氣器，但'397專利描述了亦適用於本發明之不同實施例的除氣器。一種適合除氣器將為具有以下之超音波裝置：超音波轉換器；附接於超音波轉換器之探針，該探針包含尖端；及氣體遞送系統，該氣體遞送系統包含氣體入口、通過探針之氣流路徑及位於探針尖端處之氣體出口。在一實施例中，探針可為包含第一端部及第二端部之狹長探針，第一端部附接於超音波轉換器且第二端部包含尖端。此外，探針可包含不鏽鋼、鈦、鈮、陶瓷及其類似者或此等材料中之任一者之組合。在另一實施例中，超音波探針可為具有一體化氣體遞送系統自其穿過之單一SIALON探針。在又一實施例中，超音波裝置可包含多個探針總成及/或按超音波轉換器包含多個探針。 在本發明之一個實施例中，使用例如上文所論述之超音波探針的超音波除氣補充超音波顆粒精製。在超音波除氣之各種實例中，例如藉助於上文所論述之探針在約1 L/min至約50 L/min範圍內之速率下將吹掃氣體添加至熔融金屬中。藉由揭示流動速率在約1 L/min至約50 L/min範圍內，流動速率可為約1 L/min、約2 L/min、約3 L/min、約4 L/min、約5 L/min、約6 L/min、約7 L/min、約8 L/min、約9 L/min、約10 L/min、約11 L/min、約12 L/min、約13 L/min、約14 L/min、約15 L/min、約16 L/min、約17 L/min、約18 L/min、約19 L/min、約20 L/min、約21 L/min、約22 L/min、約23 L/min、約24 L/min、約25 L/min、約26 L/min、約27 L/min、約28 L/min、約29 L/min、約30 L/min、約31 L/min、約32 L/min、約33 L/min、約34 L/min、約35 L/min、約36 L/min、約37 L/min、約38 L/min、約39 L/min、約40 L/min、約41 L/min、約42 L/min、約43 L/min、約44 L/min、約45 L/min、約46 L/min、約47 L/min、約48 L/min、約49 L/min或約50 L/min。此外，流動速率可在約1 L/min至約50 L/min之任何範圍內(舉例而言，速率在約2 L/min至約20 L/min範圍內)，且此亦包括在約1 L/min至約50 L/min之間的範圍之任何組合。中間範圍為可能的。同樣地，應以類似方式解釋本文所揭示之全部其他範圍。 與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的本發明之實施例可提供用於對熔融金屬進行超音波除氣之系統、方法及/或裝置，該等熔融金屬包括(但不限於)鋁、銅、鋼、鋅、鎂及其類似者或此等金屬與其他金屬之組合(例如合金)。由熔融金屬加工或鑄造製品可能需要含有熔融金屬之浴，且此熔融金屬浴可維持在高溫下。舉例而言，熔融銅可維持在約1100℃之溫度下，而熔融鋁可維持在約750℃之溫度下。 如本文所用，術語「浴」、「熔融金屬浴」及其類似者意謂涵蓋可含有熔融金屬之任何器皿，其包括容器、坩堝、槽、流槽、鍋爐、澆桶等。術語浴及熔融金屬浴用於涵蓋分批、連續、半連續等操作，且舉例而言，其中熔融金屬一般為靜態(例如通常與坩堝相關聯)，且其中熔融金屬一般為運動的(例如通常與流槽相關聯)。 可使用多種儀器或裝置來監測、測試或調節浴中的熔融金屬之條件，且將其用於所需金屬製品之最終產物或鑄件。需要此等儀器或裝置較佳耐受熔融金屬浴中遇到之高溫，有利地，具有較長使用壽命且限制為對熔融金屬沒有反應性，不管金屬為鋁、或銅、或鋼、或鋅、或鎂等(或金屬包含鋁、或銅、或鋼、或鋅、或鎂等)。 此外，熔融金屬可能會具有溶解於其之一或多種氣體，且此等氣體可能會對所需金屬製品之最終產物及鑄件，及/或金屬製品本身之所得物理特性產生不利影響。舉例而言，溶解於熔融金屬中之氣體可包含氫氣、氧氣、氮氣、二氧化硫及其類似者或其組合。在某些情況下，移除氣體或降低熔融金屬中的氣體之量可為有利的。作為實例，溶解氫氣在鋁(或銅或其他金屬或合金)之鑄造中可能為不利的，且因此，由鋁(或銅或其他金屬或合金)產生之最終製品的特性可藉由降低鋁(或銅或其他金屬或合金)之熔浴中所混入的氫氣之量來改良。以質量計，超過0.2 ppm、超過0.3 ppm或超過0.5 ppm之溶解氫氣可能會對鑄造速率及所得鋁(或銅或其他金屬或合金)棒及其他製品之品質造成不利影響。氫氣可能藉由存在於含有熔融鋁(或銅或其他金屬或合金)之浴上方的氛圍中而進入熔融鋁(或銅或其他金屬或合金)或其可能存在於熔融鋁(或銅或其他金屬或合金)浴中所用的鋁(或銅或其他金屬或合金)原料起始物質中。 降低熔融金屬浴中的溶解氣體之量的嘗試尚未完全成功。通常，此等方法在過去會涉及額外及昂貴設備，以及可能存在之有害物質。舉例而言，金屬鑄造行業中所用的降低熔融金屬之溶解氣體含量的方法可由由諸如石墨之材料製成的轉子組成，且此等轉子可置放於熔融金屬浴中。此外，可在鄰近於熔融金屬浴中之轉子的位置處將氯氣添加至熔融金屬浴中。儘管添加氯氣可在一些情況下成功降低例如熔融金屬浴中的溶解氫氣之量，但此習知方法具有明顯缺陷，其中最重要的為成本、複雜性及可能存在的有害及可能存在的對環境有害之氯氣的使用。 此外，熔融金屬可能具有存在於其中之雜質，且此等雜質可能會對所需金屬製品之最終產物及鑄件，及/或金屬製品本身之所得物理特性產生不利影響。舉例而言，熔融金屬中之雜質可包含鹼金屬或既不需要存在於熔融金屬中亦不期望存在於熔融金屬中的其他金屬。會有少量百分比之某些金屬存在於各種金屬合金中，且此類金屬將不視為雜質。作為非限制性實例，雜質可包含鋰、鈉、鉀、鉛及其類似者或其組合。不同雜質可能會藉由存在於熔融金屬浴中所用的引入之金屬原料起始物質中而進入熔融金屬浴(鋁、銅或其他金屬或合金)。 與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的本發明之實施例可提供用於降低熔融金屬浴中的溶解氣體之量的方法，或換言之，用於對熔融金屬進行除氣之方法。一種此類方法可包含在熔融金屬浴中操作超音波裝置，且將吹掃氣體引入緊鄰超音波裝置之熔融金屬浴中。溶解氣體可為或可包含氧氣、氫氣、二氧化硫及其類似者或其組合。舉例而言，溶解氣體可為或可包含氫氣。熔融金屬浴可包含鋁、銅、鋅、鋼、鎂及其類似者或其混合物及/或組合(例如包括鋁、銅、鋅、鋼、鎂等之各種合金)。在與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的一些實施例中，熔融金屬浴可包含鋁，而在其他實施例中，熔融金屬浴可包含銅。因此，浴中之熔融金屬可為鋁，或替代地，熔融金屬可為銅。 此外，本發明之實施例可提供用於降低熔融金屬浴中所存在的雜質之量的方法，或換言之，用於移除雜質之方法。與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的一種此類方法可包含在熔融金屬浴中操作超音波裝置，且將吹掃氣體引入緊鄰超音波裝置之熔融金屬浴中。雜質可為或可包含鋰、鈉、鉀、鉛及其類似者或其組合。舉例而言，雜質可為或可包含鋰或鈉。熔融金屬浴可包含鋁、銅、鋅、鋼、鎂及其類似者或其混合物及/或組合(例如包括鋁、銅、鋅、鋼、鎂等之各種合金)。在一些實施例中，熔融金屬浴可包含鋁，而在其他實施例中，熔融金屬浴可包含銅。因此，浴中之熔融金屬可為鋁，或替代地，熔融金屬可為銅。 本文所揭示之除氣方法及/或移除雜質之方法中所用的與超音波除氣及超音波顆粒精製相關之吹掃氣體可包含以下中之一或多者：氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣及/或氙氣，但不限於此。預期任何適合之氣體可用作吹掃氣體，其限制條件為氣體不與熔融金屬浴中之特定金屬明顯反應或溶解於該熔融金屬浴中之特定金屬中。此外，可採用氣體之混合物或組合。根據本文中所揭示之一些實施例，吹掃氣體可為或可包含惰性氣體；或者，吹掃氣體可為或可包含稀有氣體；或者，吹掃氣體可為或可包含氦氣、氖氣、氬氣或其組合；或者，吹掃氣體可為或可包含氦氣；或者吹掃氣體可為或可包含氖氣；或者吹掃氣體可為或可包含氬氣。此外，在一些實施例中，申請者預期習知除氣技術可結合本文所揭示之超音波除氣方法使用。因此，在一些實施例中，吹掃氣體可進一步包含氯氣，諸如單獨使用氯氣作為吹掃氣體或與以下中之至少一者組合作為吹掃氣體：氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣及/或氙氣。 然而，在本發明之其他實施例中，可在實質上沒有氯氣之情況下或不存在氯氣之情況下進行用於除氣或用於降低熔融金屬浴中的溶解氣體之量的與超音波除氣及超音波顆粒精製相關之方法。如本文所用，實質上沒有意謂可使用以所用吹掃氣體之量計。不超過5重量%之氯氣。在一些實施例中，本文所揭示之方法可包含引入吹掃氣體，且此吹掃氣體可選自由以下組成之群：氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣及其組合。 引入至熔融金屬浴的吹掃氣體之量可視多種因素而變化。通常，根據本發明之實施例的對熔融金屬進行除氣之方法中(及/或自熔融金屬移除雜質之方法中)所引入的與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的吹掃氣體之量可在約0.1標準公升/分鐘(L/min)至約150 L/min範圍內。在一些實施例中，所引入的吹掃氣體之量可在約0.5 L/min至約100 L/min、約1 L/min至約100 L/min、約1 L/min至約50 L/min、約1 L/min至約35 L/min、約1 L/min至約25 L/min、約1 L/min至約10 L/min、約1.5 L/min至約 20 L/min、約2 L/min至約15 L/min、或約2 L/min至約10 L/min範圍內。此等體積流動速率以標準公升/分鐘為單位，亦即處於標準溫度(21.1℃)及壓力(101 kPa)下。 在連續或半連續熔融金屬操作中，引入至熔融金屬浴中的吹掃氣體之量可根據熔融金屬產量或產生速率而有所不同。因此，根據與超音波除氣及超音波顆粒精製相關之此類實施例的對熔融金屬進行除氣之方法中(及/或自熔融金屬移除雜質之方法中)所引入的吹掃氣體之量可在每kg/h之熔融金屬約10 mL/h至約500 mL/h吹掃氣體(mL吹掃氣體/kg熔融金屬)。在一些實施例中，吹掃氣體之體積流動速率與熔融金屬之輸出速率的比可在約10 mL/kg至約400 mL/kg；或者，約15 mL/kg至約300 mL/kg；或者，約20 mL/kg至約250 mL/kg；或者，約30 mL/kg至約200 mL/kg；或者，約40 mL/kg至約150 mL/kg；或者，約50 mL/kg至約125 mL/kg範圍內。如上所述，吹掃氣體之體積流動速率處於標準溫度(21.1℃)及壓力(101 kPa)下。 與本發明之實施例相一致且與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的用於對熔融金屬進行除氣之方法可有效移除熔融金屬浴中所存在的大於約10重量百分比之溶解氣體，亦即熔融金屬浴中的溶解氣體之量可自採用除氣過程之前存在的溶解氣體之量降低大於約10重量百分比。在一些實施例中，所存在的溶解氣體之量可自採用除氣方法之前存在的溶解氣體之量降低大於約15重量百分比、大於約20重量百分比、大於約25重量百分比、大於約35重量百分比、大於約50重量百分比、大於約75重量百分比或大於約80重量百分比。舉例而言，若溶解氣體為氫氣，則大於約0.3 ppm或0.4 ppm或0.5 ppm (以質量計)的含有鋁或銅之熔浴中的氫氣含量可為不利的，且通常，熔融金屬中之氫氣含量可為約0.4 ppm、約0.5 ppm、約0.6 ppm、約0.7 ppm、約0.8 ppm、約0.9 ppm、約1 ppm、約1.5 ppm、約2 ppm或大於2 ppm。預期採用本發明實施例中所揭示之方法可將熔融金屬浴中的溶解氣體之量降低至小於約0.4 ppm；或者，小於約0.3 ppm；或者，小於約0.2 ppm；或者，在約0.1 ppm至約0.4 ppm範圍內；或者，在約0.1 ppm至約0.3 ppm範圍內；或者，在約0.2 ppm至約0.3 ppm範圍內。在此等及其他實施例中，溶解氣體可為或可包含氫氣，且熔融金屬浴可為或可包含鋁及/或銅。 關於超音波除氣及超音波顆粒精製，且涉及除氣方法(例如減少包含熔融金屬之浴中的溶解氣體之量)或涉及移除雜質之方法的本發明之實施例可包含在熔融金屬浴中操作超音波裝置。超音波裝置可包含超音波轉換器及狹長探針，且該探針可包含第一端部及第二端部。第一端部可附接於超音波轉換器且第二端部可包含尖端，且狹長探針之尖端可包含鈮。下文描述可用於本文所揭示之製程及方法中的超音波裝置之例示性及非限制性實例的細節。 當涉及超音波除氣方法或用於移除雜質之方法，可將吹掃氣體引入例如接近於超音波裝置處的熔融金屬浴中。在一個實施例中，可將吹掃氣體引入接近於超音波裝置之尖端處的熔融金屬浴中。在一個實施例中，可將吹掃氣體引入超音波裝置之尖端的約1公尺內的熔融金屬浴中，諸如超音波裝置之尖端的約100 cm內、約50 cm內、約40 cm內、約30 cm內、約25 cm內或約20 cm內。在一些實施例中，可將吹掃氣體引入超音波裝置之尖端的約15 cm內的熔融金屬浴中；或者，約10 cm內；或者，約8 cm內；或者，約5 cm內；或者，約3 cm內；或者，約2 cm內；或者，約1 cm內。在一特定實施例中，可將吹掃氣體引入鄰近於或通過超音波裝置之尖端的熔融金屬浴中。 儘管並不意欲受此理論束縛，但使用超音波裝置且併入緊鄰之吹掃氣體會引起含有熔融金屬之浴中的溶解氣體之量顯著減少。藉由超音波裝置產生之超音波能可在熔體中形成空泡，溶解氣體可在該等空泡中擴散。然而，在不存在吹掃氣體下，多個空泡可在達至熔融金屬浴之表面之前破裂。吹掃氣體可減少在達至表面之前破裂的空泡之量，及/或可增加含有溶解氣體之氣泡的尺寸，及/或可增加熔融金屬浴中氣泡的數目，及/或可增加將含有溶解氣體之氣泡輸送至熔融金屬浴之表面的速率。超音波裝置可在超音波裝置之尖端緊鄰處內形成空泡。舉例而言，對於尖端直徑為約2 cm至5 cm之超音波裝置而言，在破裂之前，空泡可在超音波裝置之尖端的約15 cm、約10 cm、約5 cm、約2 cm或約1 cm內。若在距超音波裝置之尖端過遠處添加吹掃氣體，則吹掃氣體可能無法擴散至空泡中。因此，在與超音波除氣及超音波顆粒精製相關之實施例中，在超音波裝置之尖端的約25 cm或約20 cm內將吹掃氣體引入至熔融金屬浴中，且更有利地，在超音波裝置之尖端的約15 cm內、約10 cm內、約5 cm內、約2 cm內或約1 cm內。 根據本發明之實施例的超音波裝置可與熔融金屬，諸如鋁或銅接觸，例如如美國專利公開案第2009/0224443號中所揭示，其以全文引用之方式併入本文中。在用於降低熔融金屬中之溶解氣體含量(例如氫氣)的超音波裝置中，當其暴露於熔融金屬時，鈮或其合金可用作裝置之保護性障壁，或用作直接暴露於熔融金屬之情況下的裝置之組件。 與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的本發明之實施例可提供用於增加與熔融金屬直接接觸的組件之壽命的系統及方法。舉例而言，本發明之實施例可使用鈮來減少與熔融金屬接觸的材料之降解，引起最終產物品質得到顯著改良。換言之，本發明之實施例可藉由使用鈮作為保護性障壁來增加與熔融金屬接觸的材料或組件之壽命或保持該等材料或組件。鈮可具有可有助於提供本發明之前述實施例的特性，例如其高熔點。此外，當暴露於約200℃及高於200℃之溫度時，鈮亦可形成保護性氧化物障壁。 此外，與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的本發明之實施例可提供用於增加與熔融金屬直接接觸或介接的組件之壽命的系統及方法。由於鈮與特定熔融金屬具有低反應性，因此使用鈮可防止基板材料降解。因此，與超音波除氣及超音波顆粒精製相關的本發明之實施例可使用鈮來減少基板材料之降解，引起最終產物品質得到顯著改良。因此，與熔融金屬相關聯之鈮可將鈮之高熔點及其與熔融金屬，諸如鋁及/或銅之低反應性組合。 在一些實施例中，鈮或其合金可用於包含超音波轉換器及狹長探針之超音波裝置中。狹長探針可包含第一端部及第二端部，其中第一端部可附接於超音波轉換器且第二端部可包含尖端。根據此實施例，狹長探針之尖端可包含鈮(例如鈮或其合金)。超音波裝置可用於超音波除氣方法中，如上文所論述。超音波轉換器可產生超音波，且附接於轉換器之探針可將超音波傳輸於包含熔融金屬，諸如鋁、銅、鋅、鋼、鎂及其類似者或其混合物及/或組合(例如包括鋁、銅、鋅、鋼、鎂等之各種合金)之浴中。 在本發明之各種實施例中，使用超音波除氣與超音波顆粒精製之組合。使用超音波除氣與超音波顆粒精製之組合以分開的方式及組合方式提供優點，如下文所述。儘管不限於以下論述，但以下論述提供對伴隨超音波除氣及超音波顆粒精製之組合的特有效應之理解，使得鑄件在單獨使用時非所預期之總體品質得到改良。此等效應已實現且由本發明人在其研發此經組合之超音波加工中實現。 在超音波除氣中，自金屬鑄造過程消除氯化學物質(當不使用超音波除氣時進行利用)。當氯作為化學物質存在於熔融金屬浴中時，其可在浴中與其他外來元素，諸如可能存在之鹼金屬反應且與其形成較強化學鍵。當存在鹼金屬時，在熔融金屬浴中會形成穩定鹽，其可能會在鑄造金屬產物中產生夾雜物，使電導率及機械特性劣化。在不存在超音波顆粒精製之情況下，使用化學顆粒精製劑，諸如硼化鈦，但此等材料通常含有鹼金屬。 因此，伴隨消除呈製程元素形式之氯的超音波除氣且伴隨消除顆粒精製劑(鹼金屬源)之超音波顆粒精製，在鑄造金屬產物中形成穩定鹽及形成所得夾雜物的可能性得到實質上降低。此外，消除呈雜質形式之此等外來元素會改良鑄造金屬產物之電導率。因此，在本發明之一個實施例中，超音波除氣與超音波顆粒精製之組合意謂所得鑄件具有優良機械及電導率特性，因為兩種主要雜質源得到消除，而無需用一種外來雜質取代另一種。 藉由超音波除氣與超音波顆粒精製之組合提供的另一優點係關於以下事實：超音波除氣及超音波顆粒精製兩者均有效地「攪拌」熔浴，使熔融材料均質化。當將金屬之合金熔融，且隨後冷卻至固化時，由於不同合金部分之熔點方面有相應差異，因此可能會存在合金之中間相。在本發明之一個實施例中，超音波除氣及超音波顆粒精製兩者均攪拌且將中間相混合回至熔融相中。 所有此等優點准許獲得小顆粒狀，具有比當使用超音波除氣或超音波顆粒精製任一者時或當用習知氯加工替代任一者或兩者或使用化學顆粒精製劑時將預期的要少的雜質、比其要少之夾雜物、較佳電導率、較佳延性及較高拉伸強度。超音波顆粒精製之說明 在轉輪鑄造機30中使用深度為10 cm且寬度為8 cm，形成矩形槽或通道的圖2及圖3及圖3B中所示之圍阻結構。可撓性金屬帶之厚度為6.35 mm。可撓性金屬帶之寬度為8 mm。用於該帶之鋼合金為1010鋼。在供應至具有與冷卻介質中之水接觸的振動探針之一或兩個轉換器的120 W (每探針)之功率下使用20 KHz之超音頻率。將銅合金轉輪鑄造機之一部分用作模。在接近於室溫下供應水作為冷卻介質且以大約15升/分鐘流動通過通道46。 以40 kg/min之速率倒入熔融鋁，儘管未添加顆粒精製劑，但仍產生顯示與等軸顆粒結構相一致之特性的連續鋁鑄件。實際上，已使用此技術鑄造出大於3億磅鋁棒，且拉伸至針對電線及電纜應用之最終尺寸。金屬產物 在本發明之一個態樣中，可在不需要顆粒精製劑，且仍具有次毫米顆粒尺寸之情況下，在轉輪鑄造機之通道中或在上文所論述之鑄造結構中形成包括鑄造金屬組合物之產物。因此，可用小於5%之包括顆粒精製劑之組合物製得鑄造金屬組合物，且仍獲得次毫米顆粒尺寸。可用小於2%之包括顆粒精製劑之組合物製得鑄造金屬組合物，且仍獲得次毫米顆粒尺寸。可用小於1%之包括顆粒精製劑之組合物製得鑄造金屬組合物，且仍獲得次毫米顆粒尺寸。在較佳組合物中，顆粒精製劑小於0.5%或小於0.2%或小於0.1%。可用不包括顆粒精製劑之組合物製得鑄造金屬組合物，且仍獲得次毫米顆粒尺寸。 鑄造金屬組合物可具有多種次毫米顆粒尺寸，其視多種因素而定，其包括「純」或摻合金屬之組分、傾倒速率、傾倒溫度、冷卻速率。可用於本發明的顆粒尺寸之清單包括以下。對於鋁及鋁合金，顆粒尺寸在200微米至900微米、或300微米至800微米、或400微米至700微米、或500微米至600微米範圍內。對於銅及銅合金，顆粒尺寸在200微米至900微米、或300微米至800微米、或400微米至700微米、或500微米至600微米範圍內。對於金、銀或錫或其合金，顆粒尺寸在200微米至900微米、或300微米至800微米、或400微米至700微米、或500微米至600微米範圍內。對於鎂或鎂合金，顆粒尺寸在200微米至900微米、或300微米至800微米、或400微米至700微米、或500微米至600微米範圍內。儘管以範圍形式給定，但本發明亦可呈中間值。在本發明之一個態樣中，可添加低濃度(小於5%)顆粒精製劑以將顆粒尺寸進一步減小至在100微米與500微米之間的值。鑄造金屬組合物可包括鋁、銅、鎂、鋅、鉛、金、銀、錫、青銅、黃銅及其合金。 鑄造金屬組合物可拉伸成或以其他方式形成為條料、棒料、片料、線材、坯料及丸粒。電腦化控制 圖1、圖2、圖3及圖4中之控制器500可藉助於圖7中所示之電腦系統1201來執行。電腦系統1201可用作控制器500以控制上述鑄造系統或採用本發明之超音波處理的任何其他鑄造系統或設備。儘管在圖1、圖2、圖3及圖4中單獨地描繪為一個控制器，但控制器500可包括彼此通信及/或專用於特定控制功能之分散及獨立處理器。 特定言之，可用控制演算法特定地程式化控制器500，該等演算法執行圖8中之流程圖所描繪的功能。 圖8描繪其單元可程式化或儲存於電腦可讀媒體中或下文所論述之資料儲存裝置中之一者中。圖8之流程圖描繪一種用於在金屬產物中引發成核位點的本發明方法。在步驟單元1802處，程式化單元將指導將熔融金屬倒入熔融金屬圍阻結構中之操作。在步驟單元1804處，程式化單元將指導例如藉由使液體介質通過鄰近於熔融金屬圍阻結構之冷卻通道來冷卻熔融金屬圍阻結構之操作。在步驟單元1806處，程式化單元將指導將振動能耦合至熔融金屬中之操作。在此單元中，振動能將具有在熔融金屬中引發成核位點之頻率及功率，如上文所論述。 將用標準軟體語言(下文所論述)程式化各要素，諸如熔融金屬溫度、傾倒速率、通過冷卻通道之冷卻流及模冷卻以及與經由軋機控制且拉伸鑄件相關的要素，其包括振動能源之功率及頻率的控制，以產生專用處理器，其含有應用本發明方法以在金屬產物中引發成核位點之指令。 更具體言之，圖7中所示之電腦系統1201包括匯流排1202或用於進行資訊通信之其他通信機制，及與匯流排1202耦合以用於處理資訊之處理器1203。電腦系統1201亦包括主記憶體1204，諸如隨機存取記憶體(RAM)或其他動態儲存裝置(例如動態RAM(DRAM)、靜態RAM(SRAM)及同步DRAM(SDRAM))，其耦合至匯流排1202以用於儲存資訊及待由處理器1203執行之指令。此外，主記憶體1204可用於在處理器1203執行指令期間儲存臨時變量或其他中間資訊。電腦系統1201進一步包括唯讀記憶體(ROM) 1205或其他靜態儲存裝置(例如可程式化唯讀記憶體(PROM)、可抹除PROM(EPROM)及電可抹除PROM(EEPROM))，其耦合至匯流排1202以用於儲存靜態資訊及針對處理器1203之指令。 電腦系統1201亦包括耦合至匯流排1202以控制一或多個用於儲存資訊及指令之儲存裝置的磁碟控制器1206，諸如磁硬碟1207及抽取式媒體驅動器1208 (例如軟碟機、唯讀光碟機，讀取/寫入光碟機、光碟櫃、磁帶驅動器及抽取式磁光碟機)。可使用合適裝置介面(例如小電腦系統介面(SCSI)、積體裝置電路(IDE)、增強型IDE (E-IDE)、直接記憶體存取(DMA)或超DMA)將儲存裝置添加至電腦系統1201中。 電腦系統1201還可包括專用邏輯裝置(例如特定應用積體電路(ASIC))或可組態邏輯裝置(例如簡單的可程式化邏輯裝置(SPLD)、複雜的可程式化邏輯裝置(CPLD)及場可程式化閘陣列(FPGA))。 電腦系統1201還可包括耦合至匯流排1202以控制顯示器之顯示控制器1209，諸如陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(LCD)，以用於向電腦使用者顯示資訊。電腦系統包括輸入裝置，諸如鍵盤及指向裝置，其用於與電腦使用者(例如經控制器500介接之使用者)交互作用且向處理器1203提供資訊。 電腦系統1201執行本發明之加工步驟之一部分或全部(諸如關於將振動能提供至呈熱穩定態之液態金屬所述的彼等步驟)，其回應於執行記憶體，諸如主記憶體1204中所含的一或多個指令的一或多個序列的處理器1203。此類指令可為在主記憶體1204中自另一電腦可讀取媒體，諸如硬碟1207或抽取式媒體驅動器1208讀取。呈多處理配置之一或多個處理器亦可用以執行主記憶體1204中含有之指令序列。在替代性實施例中，可代替或結合軟體指令而使用硬連線電路。因此，實施例不限於硬體電路與軟體之任何特定組合。 電腦系統1201包括至少一個電腦可讀取媒體或記憶體以保存根據本發明之教示程式化的指令且含有資料結構、表格、紀錄或本文所述之其他資料。電腦可讀取媒體之實例為光碟、硬碟、軟碟、磁帶、磁光碟、PROM (EPROM、EEPROM、快閃EPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM或任何其他磁性媒體、光碟(例如CD-ROM)或任何其他光學媒體或其他實體媒體、載波(下文所述)或電腦可讀取之任何其他媒體。 本發明包括用於控制電腦系統1201、用於驅動實施本發明之裝置及用於使電腦系統1201能夠與人類使用者交互之軟體，其儲存於電腦可讀取媒體中任一者上或其組合上。此類軟體可包括(但不限於)裝置驅動程式、操作系統、開發工具及應用軟體。此類電腦可讀取媒體進一步包括用於執行實施本發明中進行的加工之全部或一部分(若加工為分散的)的本發明之電腦程式產品。 本發明之電腦代碼裝置可為任何可譯碼或可執行碼機制，其包括(但不限於)指令碼、可譯碼程式、動態鏈接程式庫(DLL)、Java類及完整可執行程式。此外，出於較佳效能、可靠性及/或成本，本發明之加工之部件可為分散的。 如本文中所用，術語「電腦可讀取媒體」係指參與將指令提供至處理器1203以供執行之任何媒體。電腦可讀取媒體可呈許多形式，其包括(但不限於)非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。非揮發性媒體包括例如光碟、磁碟及磁光碟，諸如硬碟1207或抽取式媒體驅動器1208。揮發性媒體包括動態記憶體，諸如主記憶體1204。傳輸媒體包括同軸電纜、銅線及光纖，包括組成匯流排1202之線。傳輸媒體亦可呈聲波或光波形式，諸如在無線電波及紅外線資料通信期間產生之彼等者。 電腦系統1201亦可包括耦合至匯流排1202之通信介面1213。通信介面1213提供耦合至網路鏈路1214之雙向資料通信，該網路鏈路1214與例如局域網(LAN) 1215或另一通信網路1216，諸如互聯網連接。舉例而言，通信介面1213可為附接至任何封包交換LAN之網路介面卡。作為另一實例，通信介面1213可為非對稱數位用戶線(ADSL)卡、整合服務數位網路(ISDN)卡或數據機，以提供針對相應類型之通信線路的資料通信連接。亦可實施無線鏈路。在任何此類實施中，通信介面1213發送及接收攜載表示各種類型之資訊之數位資料串流的電信號、電磁信號或光信號。 網路鏈路1214通常經由一或多個網路將資料通信提供至其他資料裝置。舉例而言，網路鏈路1214可經由區域網路1215 (例如LAN)或經由由服務提供者操作之設備提供與另一電腦之連接，該服務提供者經由通信網路1216提供通信服務。在一個實施例中，此能力准許本發明具有網路連接在一起之多個上述控制器500以用於諸如工廠泛自動化或品質控制之目的。區域網路1215及通信網絡1216使用例如攜載數位資料串流之電信號、電磁信號或光信號及相關聯實體層(例如CAT 5電纜、同軸電纜、光纖等)。經由不同網路之信號及網路鏈路1214上且經由通信介面1213之信號可以基頻信號或載波類信號形式實施，該等信號將數位資料攜載至電腦系統1201且自電腦系統1201攜載數位資料。基頻信號將數位資料作為描述數位資料位元流的未經調變電脈衝進行傳送，其中術語「位元」將廣義解釋為意謂符號，其中各符號傳送至少一或多個資訊位元。數位資料亦可用以調變載波，諸如以幅移鍵控、相移鍵控及/或頻移鍵控信號來調變，該等信號經由導電媒體傳播，或經由傳播媒體以電磁波形式傳輸。因此，數位資料可經由「有線」通信通道作為未經調變之基頻資料傳送及/或藉由調變載波在不同於基頻之預定頻帶內傳送。電腦系統1201可經由網路1215及網路1216、網路鏈路1214及通信介面1213傳輸及接收資料，包括程式碼。此外，網路鏈路1214可經由LAN 1215提供與行動裝置1217，諸如個人數位助理(PDA)、膝上型電腦或蜂巢式電話之連接。 更具體言之，在本發明之一個實施例中，提供連續鑄造及輥軋系統(CCRS)，其可在連續基礎上由熔融金屬直接產生純電導體級鋁棒及合金導體級鋁盤條。CCRS可使用電腦系統1201 (上文所述的)中之一或多者來實施控制、監測及資料儲存。 在本發明之一個實施例中，為了提高高品質鋁棒之產率，用高級電腦監測及資料獲取(SCADA)系統監測及/或控制輥軋機(亦即CCRS)。可對此系統之其他變量及參數進行顯示、記錄、儲存及分析以供品質控制。 在本發明之一個實施例中，將以下製造後測試過程中之一或多者擷取至資料獲取系統。 可使用直列式渦電流疵點偵測器以連續監測鋁棒之表面品質。若夾雜物位於棒之附近處，則可加以偵測，因為基質夾雜物充當非連續缺陷。在鋁棒之鑄造及輥軋期間，成品中之缺陷可來自製程之任何地方。不恰當之熔體化學性質及/或金屬中有過多氫氣在輥軋過程中產生疵點。渦電流系統為非破壞性測試，且CCRS之控制系統可就上文所述之缺陷中之任一者向操作者進行警告。渦電流系統可偵測表面缺陷，且將該等缺陷分類成小型、中等或大型。可將渦電流結果記錄於SCADA系統中且在鋁批料(或經加工之其他金屬)產生時對其進行追蹤。 在製程結束時，對棒進行捲繞後，可量測鑄鋁之總機械及電特性且記錄於SCADA系統中。產物品質測試包括：拉伸、伸長率及電導率。拉伸強度為材料強度之量度且為材料斷裂之前在拉力下可承受的最大力。伸長率值為材料延性之量度。電導率量測結果一般報導為「國際經退火之銅標準物」(IACS)之百分比。此等產物品質度量值可記錄於SCADA系統中且在鋁批料產生時對其進行追蹤。 除了渦電流資料以外，亦可使用扭曲測試進行表面分析。對鑄鋁棒進行受控扭轉測試。在輥軋過程中產生的與不當固化相關聯之缺陷、夾雜及縱向缺陷會在扭曲後的棒上放大且顯示。一般而言，此等缺陷顯現為與輥軋方向平行之接縫形式。在順時針及逆時針扭曲棒之後，一系列平行線指示樣本為均質的，而鑄造過程中之非均質將產生波動線。扭曲測試之結果可記錄於SCADA系統中且在鋁批料產生時對其進行追蹤。樣本及產物製備 可用利用上文詳述之增強振動能量耦合及/或增強冷卻技術的上述CCR系統製成樣本及產物。鑄造及輥軋製程以熔融鋁之連續流形式自熔融及固定鍋爐之系統開始，經由耐火材料內襯之流槽系統遞送至直列式化學顆粒精製系統或上文所論述之超音波顆粒精製系統中之任一者。此外，CCR系統可包括上文所論述之超音波除氣系統，其使用超音波及吹掃氣體以便自熔融鋁移除溶解氫氣或其他氣體。金屬將自除氣器流動至具有多孔陶瓷元件之熔融金屬過濾器，其進一步減少熔融金屬中之夾雜物。流槽系統將隨後輸送熔融鋁至漏斗。熔融鋁將自漏斗倒入由銅鑄環及鋼帶之外周凹槽形成之模中，如上文所論述，且該模包括上文所述之冷卻劑注入口，其在振動能探針之底部處或其附近提供冷卻劑流。藉由自多區域水歧管經噴嘴分配之水將熔融鋁冷卻成固體鑄條，該等水歧管在臨界區域具有磁流量計。連續鋁鑄條離開條抽取輸送機上之鑄環而達至輥軋機。 輥軋機可獨立地包括減小條直徑之驅動輥軋架。將棒傳送至抽軋機，在該抽軋機中，桿將拉伸至預定直徑，且隨後進行捲繞。在製程結束時，對棒進行捲繞後，可量測鑄鋁之總機械及電特性。品質測試包括：拉伸、伸長率及電導率。拉伸強度為材料強度之量度且為材料斷裂之前在拉力下可承受的最大力。伸長率值為材料延性之量度。電導率量測結果一般報導為「國際經退火之銅標準物」(IACS)之百分比。 1) 拉伸強度為材料強度之量度且為材料斷裂之前在拉力下可承受的最大力。在同一樣本上進行拉伸及伸長率量測。選擇10”標距樣本進行拉伸及伸長率量測。將棒樣本插入拉伸機中。將夾具置放於10”量規標記處。拉伸強度=斷裂力(磅)/截面積()其中其中r (吋)為棒之半徑。 2) 伸長率% = ((L₁ - L₂ )/ L₁ ) × 100。L₁ 為材料之初始標距，且L₂ 為藉由將來自拉力測試之兩個斷裂樣本置放在一起且量測發生之斷裂而獲得之最終長度。一般而言，延性材料愈多，在處於拉伸之樣本中將觀測到之頸縮(neck down)愈多。 3) 電導率：電導率量測結果一般報導為「國際經退火之銅標準物」(IACS)之百分比。使用開爾文電橋(Kelvin Bridge)進行電導率量測且詳情提供於ASTM B193-02中。IAC為相對於經退火之標準銅導體的金屬及合金之電導率之單位；100%之IACS值係指20℃下5.80 × 10⁷ 西門子/公尺(58.0 MS/m)之電導率。 如上文所述之連續棒製程不僅可用於製造電級鋁導體，且亦可利用超音波顆粒精製及超音波除氣用於機械鋁合金。為了測試且對超音波顆粒精製方法進行品質控制，將收集鑄條樣本且加以蝕刻。 圖10為ACSR電線製程流程圖。其顯示將純熔融鋁轉變成將用於ACSR電線之鋁線。轉變過程中之第一步驟為將熔融鋁轉變成鋁棒。在下一步驟中，經由若干模具拉伸棒，且視端部直徑而定，此可經由一或多次拉伸來實現。在將棒拉伸至最終直徑後，將電線纏繞於卷軸上，其重量介於200磅與500磅之間。此等獨立卷軸將環繞鋼絞電纜絞合，形成含有若干獨立鋁股線之ACSR電纜。股線數目及各股線之直徑將視例如消費者要求而定。 圖11為ACSS電線製程流程圖。其顯示將純熔融鋁轉變成將用於ACSS電線之鋁線。轉變過程中之第一步驟為將熔融鋁加工成鋁棒。在下一步驟中，經由若干模具拉伸棒，且視端部直徑而定，此可經由一或多次拉伸來實現。在將棒拉伸至最終直徑後，將電線纏繞於卷軸上，其重量介於200磅與500磅之間。此等獨立卷軸將環繞鋼絞電纜絞合，形成含有若干獨立鋁股線之ACSS電纜。股線數目及各股線之直徑將視消費者要求而定。ACSR電纜與ACSS電纜之間的一個不同之處在於，在鋁環繞鋼電纜絞合後，在鍋爐中對整個電纜進行熱處理以使鋁呈極軟狀態。值得注意的是，在ACSR中，電纜強度係源自各強度之組合，此係由於鋁及鋼電纜，但在ACSS電纜中，大部分強度來自ACSS電纜中之鋼。 圖12為鋁帶材製程流程圖，其中帶材最後加工成金屬包覆電纜。其顯示第一步驟為將熔融鋁轉變成鋁棒。在此之後，經由若干輥軋模輥軋棒以將其轉變成帶材，一般而言，寬度為約0.375"且厚度為約0.015至0.018"。將輥軋帶材加工成環形墊片，重量為大約600磅。值得注意的是，使用該輥軋製程亦可產生其他寬度及厚度，但0.375”寬度及0.015至0.018”厚度為最常見的。在鍋爐中對此等墊片進行熱處理以使各墊片呈中間退火狀態。在此條件下，鋁既不會完全硬化，亦不會呈極軟狀態。帶材隨後將用作保護套，其組裝為封閉一或多個絕緣電路導體的互鎖金屬帶(帶材)之鎧甲。 利用上文所述之增強振動能量耦合的本發明之超音波顆粒精製材料可使用上文所述之製程製成上述電線及電纜產物。本發明之一般陳述 本發明之以下陳述提供本發明之一或多個特徵且並不限制本發明之範疇。 陳述項1. 一種用於鑄軋機上之轉輪鑄造機的熔融金屬加工裝置，其包含：安裝於轉輪鑄造機上(或耦合至轉輪鑄造機)之總成，其包括至少一個振動能源，該振動能源在轉輪鑄造機中之熔融金屬冷卻時，將振動能(例如直接地或間接地供應的超音波、機械驅動及/或聲能)供應(例如其具有進行供應之組態)至轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件；容納該至少一個振動能源之支撐裝置；及視情況選用之導引裝置，其相對於轉輪鑄造機之運動導引總成。在此熔融金屬加工裝置之一態樣中，提供用於將能量耦合至熔融金屬中之能量耦合裝置。熔融金屬加工裝置可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項2. 如陳述項1之裝置，其中支撐裝置包括外殼，其包含冷卻通道以用於輸送自其穿過之冷卻介質。 陳述項3. 如陳述項2之裝置，其中冷卻通道包括該冷卻介質，其包含水、氣體、液態金屬及機油中之至少一者。 陳述項4. 如陳述項1、2、3或4之裝置，其中至少一個振動能源包含至少一個超音波轉換器、至少一個機械驅動振動器或其組合。 陳述項5. 如陳述項4之裝置，其中超音波轉換器(例如壓電元件)經組態以在至多400 kHz之頻率範圍內提供振動能，或其中超音波轉換器(例如磁致伸縮元件)經組態以在20 kHz至200 kHz之頻率範圍內提供振動能。 陳述項6. 如陳述項1、2或3之裝置，其中該機械驅動振動器包含複數個機械驅動振動器。 陳述項7. 如陳述項4之裝置，其中機械驅動振動器經組態以在至多10 KHz之頻率範圍內提供振動能，或其中機械驅動振動器經組態以在8,000至15,000次振動/分鐘之頻率範圍內提供振動能。 陳述項8a. 如陳述項1之裝置，其中轉輪鑄造機包括將熔融金屬限制在轉輪鑄造機之通道中的帶。 陳述項8b. 如陳述項1至7中任一項之裝置，其中總成定位於轉輪鑄造機上方且在針對帶之外殼中具有通道，該帶將熔融金屬限制在轉輪鑄造機之通道中以自其穿過。 陳述項9. 如陳述項8之裝置，其中沿外殼引導該帶以准許來自冷卻通道之冷卻介質沿與熔融金屬相對的帶之側部流動。 陳述項10. 如陳述項1至9中任一項之裝置，其中支撐裝置包含以下中之至少一或多者：鈮、鈮合金、鈦、鈦合金、鉭、鉭合金、銅、銅合金、錸、錸合金、鋼、鉬、鉬合金、不鏽鋼、陶瓷、複合材料、聚合物或金屬。 陳述項11. 如陳述項10之裝置，其中陶瓷包含氮化矽陶瓷。 陳述項12. 如陳述項11之裝置，其中氮化矽陶瓷包含SIALON。 陳述項13. 如陳述項1至12中任一項之裝置，其中該外殼包含耐火材料。 陳述項14. 如陳述項13之裝置，其中耐火材料包含以下中之至少一者：銅、鈮、鈮及鉬、鉭、鎢及錸及其合金。 陳述項15. 如陳述項14之裝置，其中耐火材料包含以下中之一或多者：矽、氧或氮。 陳述項16. 如陳述項1至15中任一項之裝置，其中至少一個振動能源包含與冷卻介質接觸；例如與流動通過支撐裝置或導引裝置之冷卻介質接觸的多於一個振動能源。 陳述項17. 如陳述項16之裝置，其中至少一個振動能源包含插入支撐裝置中之冷卻通道中的至少一個振動探針。 陳述項18. 如陳述項1至3及6至15中任一項之裝置，其中至少一個振動能源包含與支撐裝置接觸的至少一個振動探針。 陳述項19. 如陳述項1至3及6至15中任一項之裝置，其中至少一個振動能源包含與支撐裝置之基部處的帶接觸的至少一個振動探針。 陳述項20. 如陳述項1至19中任一項之裝置，其中至少一個振動能源包含分佈在支撐裝置中之不同位置處的複數個振動能源。 陳述項21. 如陳述項1至20中任一項之裝置，其中導引裝置安置於轉輪鑄造機之輪緣上的帶上。 陳述項22. 一種用於形成金屬產物之方法，該方法包含：將熔融金屬提供至鑄軋機之圍阻結構中；冷卻圍阻結構中之熔融金屬，且在該冷卻期間將振動能耦合至圍阻結構中之熔融金屬中。用於形成金屬產物之方法可視情況包括陳述項129至138中所述之步驟單元中之任一者。 陳述項23. 如陳述項22之方法，其中提供熔融金屬包含將熔融金屬倒入轉輪鑄造機中之通道中。 陳述項24. 如陳述項22或23之方法，其中耦合振動能包含由超音波轉換器或磁致伸縮轉換器中之至少一者供應該振動能。 陳述項25. 如陳述項24之方法，其中供應該振動能包含在5 kHz至40 kHz之頻率範圍內提供振動能。 陳述項26. 如陳述項22或23之方法，其中耦合振動能包含由機械驅動振動器供應該振動能。 陳述項27. 如陳述項26之方法，其中供應該振動能包含在8,000至15,000次振動/分鐘或至多10 KHz之頻率範圍內提供振動能。 陳述項28. 如陳述項22至27中任一項之方法，其中冷卻包含藉由將水、氣體、液態金屬及機油中之至少一者施加至容納熔融金屬之限制結構來冷卻熔融金屬。 陳述項29. 如陳述項22至28中任一項之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬遞送至模中。 陳述項30. 如陳述項22至29中任一項之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬遞送至連續鑄模中。 陳述項31. 如陳述項22至30中任一項之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬遞送至水平或豎直鑄模或雙輥鑄模中。 陳述項32. 一種鑄軋機，其包含經組態以冷卻熔融金屬之鑄模，及如陳述項1至21及/或陳述項106至128中任一項之熔融金屬加工裝置。 陳述項33. 如陳述項32之軋機，其中模包含連續鑄模。 陳述項34. 如陳述項32或33之軋機，其中模包含水平或豎直鑄模。 陳述項35. 一種鑄軋機，其包含：經組態以冷卻熔融金屬之熔融金屬圍阻結構；及附接於熔融金屬圍阻結構且經組態以在範圍高至400 kHz之頻率下將振動能耦合至熔融金屬中的振動能源。鑄軋機可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項36. 一種鑄軋機，其包含：經組態以冷卻熔融金屬之熔融金屬圍阻結構；及附接於熔融金屬圍阻結構且經組態以在範圍高至10 KHz (包括0至15,000次振動/分鐘及8,000至15,000次振動/分鐘之範圍)之頻率下將振動能耦合至熔融金屬中的機械驅動振動能源。鑄軋機可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項37. 一種用於形成金屬產物之系統，其包含：用於將熔融金屬倒入熔融金屬圍阻結構中之構件；用於冷卻熔融金屬圍阻結構之構件；用於在範圍高至400 KHz (包括0至15,000次振動/分鐘、8,000至15,000次振動/分鐘、至多10 KHz、15 KHz至40 KHz或20 kHz至200 kHz之範圍)之頻率下將振動能耦合至熔融金屬中之構件；及包括資料輸入及控制輸出，且用控制演算法程式化之控制器，該等演算法准許操作陳述項22至31中及/或陳述項129至138中所述的步驟單元中之任一者。 陳述項38. 一種用於形成金屬產物之系統，其包含：陳述項1至21及/或陳述項106至128中任一項之熔融金屬加工裝置；及包括資料輸入及控制輸出，且用控制演算法程式化之控制器，該等演算法准許操作陳述項22至31中及/或陳述項129至138中所述的步驟單元中之任一者。 陳述項39. 一種用於形成金屬產物之系統，其包含：耦合至轉輪鑄造機之總成，其包括容納冷卻介質以使得轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件經冷卻介質冷卻之外殼，及相對於轉輪鑄造機之運動導引總成之裝置。系統可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項40. 如陳述項38之系統，其包括陳述項2至3、8至15及21中所界定之元件中之任一者。 陳述項41. 一種用於鑄軋機之熔融金屬加工裝置，其包含：在轉輪鑄造機中之熔融金屬冷卻時，將振動能供應至轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件中的至少一個振動能源；及容納該振動能源之支撐裝置。熔融金屬加工裝置可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項42. 如陳述項41之裝置，其包括陳述項4至15中所界定之元件中之任一者。 陳述項43. 一種用於鑄軋機上之轉輪鑄造機的熔融金屬加工裝置，其包含：耦合至轉輪鑄造機之總成，其包括1)至少一個振動能源，該至少一個振動能源在轉輪鑄造機中之熔融金屬冷卻時，將振動能供應至轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件；2)容納該至少一個振動能源之支撐裝置；及3)視情況選用之導引裝置，其相對於轉輪鑄造機之運動導引總成。熔融金屬加工裝置可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項44. 如陳述項43之裝置，其中至少一個振動能源將振動能直接供應至轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件中。 陳述項45. 如陳述項43之裝置，其中至少一個振動能源將振動能間接供應至轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件中。 陳述項46. 一種用於鑄軋機之熔融金屬加工裝置，其包含：至少一個振動能源，其在轉輪鑄造機中之熔融金屬冷卻時，藉由插入轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件中的探針供應振動能；及容納該振動能源之支撐裝置，其中當金屬固化時，振動能減少熔融金屬分離。熔融金屬加工裝置可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項47. 如陳述項46之裝置，其包括陳述項2至21中所界定之元件中之任一者。 陳述項48. 一種用於鑄軋機之熔融金屬加工裝置，其包含：在轉輪鑄造機中之熔融金屬冷卻時，將聲能供應至轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件中的至少一個振動能源；及容納該振動能源之支撐裝置。熔融金屬加工裝置可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項49. 如陳述項48之裝置，其中至少一個振動能源包含音頻放大器。 陳述項50. 如陳述項49之裝置，其中音頻放大器經由氣態介質將振動能耦合至熔融金屬中。 陳述項51. 如陳述項49之裝置，其中音頻放大器經由氣態介質將振動能耦合至容納熔融金屬之支撐結構中。 陳述項52. 一種用於精製顆粒尺寸之方法，該方法包含：在熔融金屬冷卻時將振動能供應至熔融金屬；使熔融金屬中所形成之枝晶分裂以在熔融金屬中產生核源。用於精製顆粒尺寸之方法可視情況包括陳述項129至138中所述的步驟單元中之任一者。 陳述項53. 如陳述項52之裝置，其中振動能包含以下中之至少一或多者：超音波振動、機械驅動振動及聲振動。 陳述項54. 如陳述項52之裝置，其中熔融金屬中之核源不包括外來雜質。 陳述項55. 如陳述項52之裝置，其中對熔融金屬之一部分進行過冷以產生該等枝晶。 陳述項56. 一種熔融金屬加工裝置，其包含：熔融金屬源；超音波除氣器，其包括插入熔融金屬中之超音波探針；用於接收熔融金屬之鑄造機；安裝於鑄造機上之總成，其包括：至少一個振動能源，該至少一個振動能源在鑄造機中之熔融金屬冷卻時，將振動能供應至鑄造機中之熔融金屬鑄件；及容納該至少一個振動能源之支撐裝置。熔融金屬加工裝置可視情況包括陳述項106至128中之能量耦合裝置中之任一者。 陳述項57. 如陳述項56之裝置，其中鑄造機包含鑄軋機之轉輪鑄造機之組件。 陳述項58. 如陳述項56之裝置，其中支撐裝置包括外殼，其包含冷卻通道以用於輸送自其穿過之冷卻介質。 陳述項59. 如陳述項58之裝置，其中冷卻通道包括該冷卻介質，其包含水、氣體、液態金屬及機油中之至少一者。 陳述項60. 如陳述項56之裝置，其中至少一個振動能源包含超音波轉換器。 陳述項61. 如陳述項56之裝置，其中至少一個振動能源包含機械驅動振動器。 陳述項62. 如陳述項61之裝置，其中機械驅動振動器經組態以在至多10 KHz之頻率範圍內提供振動能。 陳述項63. 如陳述項56之裝置，其中鑄造機包括將熔融金屬限制在轉輪鑄造機之通道中的帶。 陳述項64. 如陳述項63之裝置，其中總成定位於轉輪鑄造機上方且在針對帶之外殼中具有通道，該帶將熔融金屬限制在轉輪鑄造機之通道中以自其穿過。 陳述項65. 如陳述項64之裝置，其中沿外殼引導該帶以准許來自冷卻通道之冷卻介質沿與熔融金屬相對的帶之側部流動。 陳述項66. 如陳述項56之裝置，其中支撐裝置包含以下中之至少一或多者：鈮、鈮合金、鈦、鈦合金、鉭、鉭合金、銅、銅合金、錸、錸合金、鋼、鉬、鉬合金、不鏽鋼、陶瓷、複合材料、聚合物或金屬。 陳述項67. 如陳述項66之裝置，其中陶瓷包含氮化矽陶瓷。 陳述項68. 如陳述項67之裝置，其中氮化矽陶瓷包含SIALON。 陳述項69. 如陳述項64之裝置，其中外殼包含耐火材料。 陳述項70. 如陳述項69之裝置，其中耐火材料包含以下中之至少一者：銅、鈮、鈮及鉬、鉭、鎢及錸及其合金。 陳述項71. 如陳述項69之裝置，其中耐火材料包含以下中之一或多者：矽、氧或氮。 陳述項72. 如陳述項56之裝置，其中至少一個振動能源包含與冷卻介質接觸之多於一個振動能源。 陳述項73. 如陳述項72之裝置，其中至少一個振動能源包含至少一個振動探針，其插入支撐裝置中之冷卻通道中。 陳述項74. 如陳述項56之裝置，其中至少一個振動能源包含與支撐裝置接觸之至少一個振動探針。 陳述項75. 如陳述項56之裝置，其中至少一個振動能源包含與支撐裝置之基部處的帶直接接觸的至少一個振動探針。 陳述項76. 如陳述項56之裝置，其中至少一個振動能源包含分佈在支撐裝置中之不同位置處的複數個振動能源。 陳述項77. 如陳述項57之裝置，其進一步包含導引裝置，該導引裝置相對於轉輪鑄造機之運動導引總成。 陳述項78. 如陳述項77之裝置，其中導引裝置安置於轉輪鑄造機之輪緣上的帶上。 陳述項79. 如陳述項56之裝置，其中超音波除氣器包含：包含第一端部及第二端部之狹長探針，第一端部附接於超音波轉換器且第二端部包含尖端；及吹掃氣體遞送裝置，其包含吹掃氣體入口及吹掃氣體出口，該吹掃氣體出口安置於狹長探針之尖端處以用於將吹掃氣體引入熔融金屬中。 陳述項80. 如陳述項56之裝置，其中狹長探針包含陶瓷。 陳述項81. 一種金屬產物，其包含：具有次毫米顆粒尺寸且在其中包括小於0.5%顆粒精製劑且具有以下特性中之至少一者的鑄造金屬組合物：在100磅/平方吋之拉伸力下，伸長率在10%至30%範圍內；拉伸強度在50 MPa至300 MPa範圍內；或電導率在45%至75% IAC範圍內，其中IAC為相對於經退火之標準銅導體的電導率之百分比單位。 陳述項82. 如陳述項81之產物，其中組合物在其中包括小於0.2%顆粒精製劑。 陳述項83. 如陳述項81之產物，其中組合物在其中包括小於0.1%顆粒精製劑。 陳述項84. 如陳述項81之產物，其中組合物在其中不包括顆粒精製劑。 陳述項85. 如陳述項81之產物，其中組合物包括以下中之至少一者：鋁、銅、鎂、鋅、鉛、金、銀、錫、青銅、黃銅及其合金。 陳述項86. 如陳述項81之產物，其中組合物形成為以下中之至少一者：條料、棒料、片料、線材、坯料及丸粒。 陳述項87. 如陳述項81之產物，其中伸長率在15%至25%範圍內，或拉伸強度在100 MPa至200 MPa範圍內，或電導率在50%至70% IAC範圍內。 陳述項88. 如陳述項81之產物，其中伸長率在17%至20%範圍內，或拉伸強度在150 MPa至175 MPa範圍內，或電導率在55%至65% IAC範圍內。 陳述項89. 如陳述項81之產物，其中伸長率在18%至19%範圍內，或拉伸強度在160 MPa至165 MPa範圍內，或電導率在60%至62% IAC範圍內。 陳述項90. 如陳述項81、87、88及89中任一項之產物，其中組合物包含鋁或鋁合金。 陳述項91. 如陳述項90之產物，其中鋁或鋁合金包含鋼強化鋼索股。 陳述項91A. 如陳述項90之產物，其中鋁或鋁合金包含鋼支撐鋼索股。 陳述項92. 一種金屬產物，其由陳述項52至55中或陳述項129至138中所闡述之製程步驟中之任何一或多者製成，且包含鑄造金屬組合物。 陳述項93. 如陳述項92之產物，其中鑄造金屬組合物具有次毫米顆粒尺寸且在其中包括小於0.5%顆粒精製劑。 陳述項94. 如陳述項92之產物，其中金屬產物具有以下特性中之至少一者：在100磅/平方吋之拉伸力下，伸長率在10%至30%範圍內；拉伸強度在50 MPa至300 MPa範圍內；或電導率在45%至75% IAC範圍內，其中IAC為相對於經退火之標準銅導體的電導率之百分比單位。 陳述項95. 如陳述項92之產物，其中組合物在其中包括小於0.2%顆粒精製劑。 陳述項96. 如陳述項92之產物，其中組合物在其中包括小於0.1%顆粒精製劑。 陳述項97. 如陳述項92之產物，其中組合物在其中不包括顆粒精製劑。 陳述項98. 如陳述項92之產物，其中組合物包括以下中之至少一者：鋁、銅、鎂、鋅、鉛、金、銀、錫、青銅、黃銅及其合金。 陳述項99. 如陳述項92之產物，其中組合物形成為以下中之至少一者：條料、棒料、片料、線材、坯料及丸粒。 陳述項100. 如陳述項92之產物，其中伸長率在15%至25%範圍內，或拉伸強度在100 MPa至200 MPa範圍內，或電導率在50%至70% IAC範圍內。 陳述項101. 如陳述項92之產物，其中伸長率在17%至20%範圍內，或拉伸強度在150 MPa至175 MPa範圍內，或電導率在55%至65% IAC範圍內。 陳述項102. 如陳述項92之產物，其中伸長率在18%至19%範圍內，或拉伸強度在160 MPa至165 MPa範圍內，或電導率在60%至62% IAC範圍內。 陳述項103. 如陳述項92之產物，其中組合物包含鋁或鋁合金。 陳述項104. 如陳述項103之產物，其中鋁或鋁合金包含鋼強化鋼索股。 陳述項105. 如陳述項103之產物，其中鋁或鋁合金包含鋼支撐鋼索股。 陳述項106. 一種用於將能量耦合至熔融金屬中之能量耦合裝置，其包含：經由冷卻介質及與熔融金屬接觸之接收器供應能量的空蝕源；該空蝕源包括安置於冷卻通道中之探針；該探針具有至少一個注入口，其用於在探針之底部與接收器之間注入冷卻介質；且該探針在運作時會在冷卻介質中產生空穴，其中該等空穴經由冷卻介質導引至接收器。在本發明之一個態樣中，具有注入口之空蝕源向熔融金屬提供增強振動能耦合及/或熔融金屬之增強冷卻。 陳述項107. 如陳述項106之裝置，其中該至少一個注入口包含用於使冷卻介質穿過探針之通孔。 陳述項108. 如陳述項106之裝置，其進一步包含總成，該總成將該空蝕源安裝於鑄軋機之轉輪鑄造機上或將熔融金屬供應至轉輪鑄造機之漏斗上。 陳述項109. 如陳述項108之裝置，其中總成在針對帶之外殼中具有通道，該帶將熔融金屬限制在轉輪鑄造機之通道中以自其穿過。 陳述項110. 如陳述項109之裝置，其中該帶包含與熔融金屬接觸之該接收器。 陳述項111. 如陳述項106之裝置，其中空蝕源包含超音波轉換器或磁致伸縮轉換器中之至少一者，其將該能量提供至該探針。 陳述項112. 如陳述項111之裝置，其中向該探針提供之能量在至多400 kHz之頻率範圍內。 陳述項113. 如陳述項106之裝置，其中該至少一個注入口在探針中包含用於使冷卻介質穿過之通孔。 陳述項114. 如陳述項106之裝置，其中該至少一個注入口在探針中包含中央通孔及外周通孔。 陳述項115. 如陳述項106之裝置，其中該冷卻介質包含以下中之至少一者：水、氣體、液態金屬、液氮及機油。 陳述項116. 如陳述項106之裝置，其中接收器包含以下中之至少一或多者：鈮、鈮合金、鈦、鈦合金、鉭、鉭合金、銅、銅合金、錸、錸合金、鋼、鉬、鉬合金、不鏽鋼、陶瓷、複合材料或金屬。 陳述項117. 如陳述項116之裝置，其中陶瓷包含氮化矽陶瓷。 陳述項118. 如陳述項117之裝置，其中氮化矽陶瓷包含二氧化矽-氧化鋁氮化物。 陳述項119. 如陳述項106之裝置，其中空蝕源附接於含有熔融金屬且包括冷卻通道之外殼，且外殼包含耐火材料。 陳述項120. 如陳述項119之裝置，其中耐火材料包含以下中之至少一者：銅、鈮、鈮及鉬、鉭、鎢及錸及其合金。 陳述項121. 如陳述項119之裝置，其中耐火材料包含以下中之一或多者：矽、氧或氮。 陳述項122. 如陳述項106之裝置，其中空蝕源包含多於一個空蝕源。 陳述項123. 如陳述項106之裝置，其中探針包含至少一個振動探針。 陳述項124. 如陳述項106之裝置，其中探針之尖端在接觸接收器之5 mm內。 陳述項125. 如陳述項106之裝置，其中探針之尖端在接觸接收器之2 mm內。 陳述項126. 如陳述項106之裝置，其中探針之尖端在接觸接收器之1 mm內。 陳述項127. 如陳述項106之裝置，其中探針之尖端在接觸接收器之0.5 mm內。 陳述項128. 如陳述項106之裝置，其中探針之尖端在接觸接收器之0.2 mm內。 陳述項129. 一種用於形成金屬產物之方法，該方法包含：將熔融金屬提供至圍阻結構中；用冷卻介質藉由將冷卻介質注入與熔融金屬接觸的接收器之5 mm內區域中來冷卻圍阻結構中之熔融金屬；且經由在冷卻介質中產生空穴之振動探針將能量耦合至圍阻結構中之熔融金屬中，其中在該耦合期間，在探針之底部與與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器之間注入冷卻介質。 陳述項130. 如陳述項129之方法，其中提供熔融金屬包含將熔融金屬倒入轉輪鑄造機中之通道中。 陳述項131. 如陳述項129之方法，其中耦合能量包含由超音波轉換器或磁致伸縮轉換器中之至少一者將該能量供應至該探針。 陳述項132. 如陳述項131之方法，其中供應該能量包含在5 kHz至400 kHz之頻率範圍內提供能量。 陳述項133. 如陳述項129之方法，其中冷卻包含自探針中之至少一個注入孔注入該冷卻介質。 陳述項134. 如陳述項129之方法，其中冷卻包含朝向接收器注入冷卻介質且空穴包括於冷卻介質中。 陳述項135. 如陳述項129之方法，其中冷卻包含藉由將水、氣體、液態金屬、液氮及機油中之至少一者施加至容納熔融金屬之限制結構來冷卻熔融金屬。 陳述項136. 如陳述項129之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬遞送至模中。 陳述項137. 如陳述項129之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬遞送至連續鑄模中。 陳述項138. 如陳述項129之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬遞送至水平或豎直鑄模中。 陳述項139. 一種鑄軋機，其包含：經組態以冷卻熔融金屬之鑄模，及陳述項106至128中任一項之能量耦合裝置。 陳述項140. 如陳述項139之軋機，其中模包含連續鑄模。 陳述項141. 如陳述項139之軋機，其中模包含水平或豎直鑄模。 陳述項142. 一種鑄軋機，其包含：經組態以冷卻熔融金屬之熔融金屬圍阻結構；及具有一體化冷卻劑注入器之空蝕源，其經組態以將冷卻介質注入空蝕源與接收器之間的區域中，該接收器與圍阻結構中之熔融金屬接觸。 陳述項143. 一種鑄軋機，其包含：經組態以冷卻熔融金屬之熔融金屬圍阻結構；及具有一體化冷卻劑注入器之空泡產生器，其經組態以將冷卻介質注入空泡產生器與接收器之間的區域中，該接收器與圍阻結構中之熔融金屬接觸。 陳述項144. 一種用於形成金屬產物之系統，其包含：用於將熔融金屬倒入熔融金屬圍阻結構中之構件；用於冷卻熔融金屬圍阻結構之構件；用於藉由將冷卻介質注入與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器之5 mm內的區域中來冷卻熔融金屬圍阻結構之構件；及包括資料輸入及控制輸出，且用控制演算法程式化之控制器，該等演算法准許操作技術方案24至33中所述的步驟單元中之任一者。 陳述項145. 一種用於形成金屬產物之系統，其包含：技術方案106至128中任一項之能量耦合裝置；及包括資料輸入及控制輸出，且用控制演算法程式化之控制器，該等演算法准許操作技術方案129至138中所述的步驟單元中之任一者。 陳述項146. 一種用於形成金屬產物之系統，其包含：耦合至轉輪鑄造機之總成，其包括容納冷卻介質以使得轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件經冷卻介質冷卻之外殼；具有一體化冷卻劑注入器之空蝕源，其經組態以將冷卻介質注入空蝕源與與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器之間的區域中；及相對於轉輪鑄造機之運動導引總成之裝置。 陳述項147. 一種用於鑄軋機之熔融金屬加工裝置，其包含：具有一體化冷卻劑注入器之空蝕源，其經組態以將冷卻介質注入空蝕源與與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器之間的區域中；及容納該振動能源之支撐裝置。 陳述項148. 一種用於鑄軋機上之轉輪鑄造機的熔融金屬加工裝置，其包含：耦合至轉輪鑄造機之總成，其包括：具有一體化冷卻劑注入器之空蝕源，其經組態以將冷卻介質注入空蝕源與與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器之間的區域中；容納該至少一個振動能源之支撐裝置；及相對於轉輪鑄造機之運動導引總成之導引裝置。 陳述項149. 如陳述項148之裝置，其中空蝕源供應空泡，空泡破裂會在冷卻介質中產生震波。 陳述項150. 如陳述項148之裝置，其中空蝕源供應空泡，空泡在與熔融金屬接觸之接收器上的破裂會在冷卻介質中產生震波。 陳述項151. 一種用於鑄軋機之熔融金屬加工裝置，其包含：空泡產生器，其將空泡供應至與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器，且將冷卻介質注入空泡產生器與接收器之間的區域中，其中空泡將能量提供至熔融金屬。 陳述項152. 一種用於鑄軋機之熔融金屬加工裝置，其包含：空泡產生器，其在轉輪鑄造機中之熔融金屬經冷卻介質冷卻時，將能量供應至轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件，且將具有空泡之冷卻介質供應至空泡產生器與與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器之間的區域中；及在冷卻介質中容納該空泡產生器之支撐裝置。 陳述項153. 一種熔融金屬加工裝置，其包含：熔融金屬源；包括插入熔融金屬中之超音波探針的超音波除氣器；用於接收熔融金屬之鑄造機；安裝於鑄造機上之總成，其包括：具有一體化冷卻劑注入器之空蝕源，其經組態以將冷卻介質注入空蝕源與與圍阻結構中之熔融金屬接觸的接收器之間的區域中；及容納該至少一個振動能源之支撐裝置。 根據上述教示內容，可對本發明作出多種修改及變化。因此應理解，在所附申請專利範圍之範疇內，可以不同於如本文特定描述之方式的其他方式實踐本發明。

2‧‧‧鑄軋機

10‧‧‧遞送裝置

11‧‧‧傾注口

13‧‧‧旋轉模環/模環

14‧‧‧可撓性環形金屬帶/上覆金屬帶/金屬帶

15‧‧‧帶定位輥

17‧‧‧側集管

18‧‧‧側集管

19‧‧‧側集管

20‧‧‧帶狀集管

21‧‧‧帶狀集管

24‧‧‧管道網

25‧‧‧固體鑄棒

27‧‧‧輸送機

28‧‧‧輥軋機

30‧‧‧線棒材/轉盤鑄造機

32‧‧‧圍阻結構

34‧‧‧熔融金屬加工裝置

36‧‧‧帶/可撓性帶/金屬帶/鑄帶

38‧‧‧輥

40‧‧‧振動器/振動能源/機械振動器

40a‧‧‧探針尖端

40B/40b‧‧‧冷卻液注入口

42‧‧‧總成

44‧‧‧外殼

44a‧‧‧密封件

46‧‧‧冷卻通道/通道

52‧‧‧空氣擦拭器

60‧‧‧轉盤鑄造機

62‧‧‧定模/輥

64‧‧‧熔融金屬冷卻裝置/裝置

66‧‧‧振動探針裝置

68‧‧‧帶

70‧‧‧磁致伸縮元件/磁致伸縮轉換器

71‧‧‧底板

75‧‧‧流槽系統

76‧‧‧輥

77‧‧‧振動供應裝置

78‧‧‧固化金屬/傳送帶

80‧‧‧輥

213‧‧‧金屬鑄造腔/熔融金屬鑄造腔

215‧‧‧第一壁部/壁

217‧‧‧第二壁部/轉角壁部/轉角構件

219‧‧‧流體留持包封物/包封物

221‧‧‧入口導管

223‧‧‧出口導管

500‧‧‧控制器

1201‧‧‧電腦系統

1202‧‧‧匯流排

1203‧‧‧處理器

1204‧‧‧主記憶體

1205‧‧‧唯讀記憶體

1206‧‧‧磁碟控制器

1207‧‧‧磁硬碟

1208‧‧‧抽取式媒體驅動器

1209‧‧‧顯示控制器

1213‧‧‧通信介面

1214‧‧‧網路鏈路

1215‧‧‧局域網/網路/LAN

1216‧‧‧通信網路/網路

1217‧‧‧行動裝置

1802‧‧‧步驟單元

1804‧‧‧步驟單元

1806‧‧‧步驟單元

D‧‧‧分隔距離

當結合附圖考慮時，參考以下實施方式，本發明之較完整評價及其許多伴隨優點將易於獲得，同樣變得較好理解，其中： 圖1為根據本發明之一個實施例的連續鑄軋機之示意圖； 圖2為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機，其利用至少一個超音波振動能源； 圖3A為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機組態之示意圖，其利用至少一個機械驅動振動能源； 圖3B為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機混合組態之示意圖，其利用至少一個超音波振動能源及至少一個機械驅動振動能源兩者； 圖3C為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機組態之示意圖，其利用具有增強振動能耦合之振動能源； 圖3D為具有冷卻劑注入口之超音波探針的示意圖； 圖3E為具有多個冷卻劑注入口之超音波探針的示意圖； 圖3F為顯示與帶具有分隔距離之超音波探針的示意圖；圖4為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機組態之示意圖，其顯示直接耦合至轉輪鑄造機中之熔融金屬鑄件的振動探針裝置； 圖5為利用本發明之振動能源的定模之示意圖； 圖6A為豎直鑄軋機之選定組件的截面示意圖； 圖6B為豎直鑄軋機之其他組件的截面示意圖； 圖6C為豎直鑄軋機之其他組件的截面示意圖； 圖6D為豎直鑄軋機之其他組件的截面示意圖； 圖7為本文中所描繪之控制件及控制器的示意性電腦系統之示意圖； 圖8為描繪根據本發明之一個實施例的方法之流程圖； 圖9為描繪本發明之一實施例的示意圖，其利用超音波除氣及超音波顆粒精製； 圖10為ACSR電線製程流程圖； 圖11為ACSS電線製程流程圖； 圖12為鋁帶材製程流程圖； 圖13為根據本發明之一個實施例的轉輪鑄造機配置之示意性側視圖，其將磁致伸縮元件用於至少一個超音波振動能源； 圖14為圖13之磁致伸縮元件的截面示意圖； 圖15為利用本發明之振動能源的雙輥軋鑄機輥設計之示意圖；及 圖16為利用本發明之振動能源的雙輥軋鑄機傳送帶設計之示意圖。

Claims (33)

1. 一種能量耦合裝置，其用於將能量耦合至熔融金屬中，其包含： 將能量供應至與該熔融金屬接觸之接收器的振動源，該振動源包括探針，該探針具有至少一個注入口， 其中該探針在運作時會產生導引至該接收器之振動及/或空穴。
2. 如請求項1之裝置，其中該探針安置於冷卻通道中且在運作時經組態以在該探針之底部與該接收器之間注入冷卻介質。
3. 如請求項2之裝置，其中該至少一個注入口包含用於使該冷卻介質穿過該探針之通孔。
4. 如請求項1至3中任一項之裝置，其進一步包含總成，該總成將該振動源安裝於鑄軋機上或將熔融金屬供應至該鑄軋機之漏斗上。
5. 如請求項4之裝置，其中與該熔融金屬接觸之該接收器包含帶。
6. 如請求項1至5中任一項之裝置，其中該振動源包含至少一個壓電或磁致伸縮超音波轉換器，其將該能量提供至該探針。
7. 如請求項1至6中任一項之裝置，其中該振動源包含至少一個機械振動源。
8. 如請求項1至7中任一項之裝置，其中向該探針提供之該能量在至多400 kHz之頻率範圍內。
9. 如請求項1至8中任一項之裝置，其中該至少一個注入口在該探針中包含中央通孔及外周通孔。
10. 如請求項2之裝置，其中該冷卻介質包含以下中之至少一者：水、氣體、液態金屬、液氮及油。
11. 如請求項1至10中任一項之裝置，其中該接收器包含以下中之至少一或多者：鈮、鈮合金、鈦、鈦合金、鉭、鉭合金、銅、銅合金、錸、錸合金、鋼、鉬、鉬合金、不鏽鋼、陶瓷、複合材料或金屬。
12. 如請求項5之裝置，其中該帶包含不鏽鋼。
13. 如請求項1至12中任一項之裝置，其中該探針包含鈦。
14. 如請求項1至13中任一項之裝置，其中該振動源附接於含有該熔融金屬之外殼，及 該外殼包含耐火材料。
15. 如請求項14之裝置，其中該耐火材料包含以下中之至少一者：銅、鈮、鈮及鉬、鉭、鎢及錸及其合金。
16. 如請求項15之裝置，其中該耐火材料包含以下中之一或多者：矽、氧或氮。
17. 如請求項1至16中任一項之裝置，其中該探針之尖端在接觸該接收器之5 mm內。
18. 如請求項1至17中任一項之裝置，其中該探針之尖端在接觸該接收器之2 mm內。
19. 如請求項1至18中任一項之裝置，其中該探針之尖端在接觸該接收器之1 mm內。
20. 如請求項1至19中任一項之裝置，其中該探針之尖端在接觸該接收器之0.5 mm內。
21. 如請求項1至20中任一項之裝置，其中該探針之尖端在接觸該接收器之0.2 mm內。
22. 一種用於形成金屬產物之方法，該方法包含： 將熔融金屬提供至圍阻結構中； 用冷卻介質藉由將冷卻介質注入與該熔融金屬接觸的接收器之5 mm內區域中來冷卻該圍阻結構中之該熔融金屬；及 經由在該冷卻介質中產生振動及/或空穴之振動探針將能量耦合至該圍阻結構中之該熔融金屬中， 其中，在該耦合期間，在該探針之底部及與該圍阻結構中之該熔融金屬接觸的接收器之間注入冷卻介質。
23. 如請求項22之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬倒入轉輪鑄造機中之通道中。
24. 如請求項22至23中任一項之方法，其中耦合能量包含由超音波轉換器或磁致伸縮轉換器中之至少一者將該能量供應至該探針。
25. 如請求項24之方法，其中供應該能量包含在5 kHz至400 kHz之頻率範圍內提供該能量。
26. 如請求項22至25中任一項之方法，其中冷卻包含自該探針中之至少一個注入孔注入該冷卻介質。
27. 如請求項26之方法，其中冷卻包含朝向該接收器注入該冷卻介質且振動及/或空穴包括於該冷卻介質中。
28. 如請求項22至27中任一項之方法，其中冷卻包含藉由將水、氣體、液態金屬、液氮及機油中之至少一者施加至容納該熔融金屬之限制結構來冷卻該熔融金屬。
29. 如請求項22至28中任一項之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬遞送至模中。
30. 如請求項22至29中任一項之方法，其中提供熔融金屬包含將該熔融金屬遞送至連續鑄模、水平模、豎直鑄模或雙輥鑄模中。
31. 一種鑄軋機，其包含： 經組態以冷卻熔融金屬之鑄模，及 將能量供應至與該熔融金屬接觸之接收器的振動源，該振動源包括探針，該探針具有至少一個注入口， 其中該探針在運作時會產生導引至該接收器之振動及/或空穴。
32. 如請求項31之軋機，其中該模包含連續鑄模、水平模、豎直鑄模或雙輥鑄模。
33. 一種熔融金屬加工裝置，其包含： 熔融金屬源； 超音波除氣器，其包括插入該熔融金屬中之超音波探針； 用於接收該熔融金屬之鑄造機； 安裝於該鑄造機上之總成，其包括， 具有一體化冷卻劑注入器之振動及/或空蝕源，其經組態以將冷卻介質注入該振動及/或空蝕源與接收器之間的區域中，該接收器與該圍阻結構中之該熔融金屬接觸。