Dispositif de centrale de l'écoulement du métal dans un panier répartiteur de coulée continue.
La présente invention concerne un dispositif de contrôle de l'écoulement du métal dans un panier répartiteur de coulée continue.
On sait que la coulée continue est une technique qui consiste à couler le métal, en particulier l'acier, depuis une poche dans un récipient intermédiaire appelé panier répartiteur, et de celui-ci dans la lingotière. Le panier répartiteur est alimenté en acier par des poches qui se succèdent; cette alimentation est réglée de telle façon qu'en régime, le niveau de l'acier dans le panier répartiteur reste pratiquement constant. Il ne se produit une certaine fluctuation de ce niveau, à savoir une baisse suivie d'une remontée, que pendant le court laps de temps nécessaire pour le changement de poche. Il en résulte une hauteur de charge sensiblement invariable sur l'orifice de coulée du panier répartiteur et par conséquent des conditions de coulée aussi constantes que possible.
On peut rappeler ici qu'un panier répartiteur peut présenter plusieurs orifices de coulée, soit pour alimenter plusieurs lingotières de petites dimensions, comme dans les machines de coulée de blooms ou de billettes, soit pour alimenter une seule ou deux lingotières de plus grandes dimensions dans une machine de coulée de brames.
Comme on vient de le rappeler, un premier rôle, du panier répartiteur est de-fournir l'acier à l'orifice de- coulée- ou aux orifices de coulée, tout en assurant des conditions de coulée <EMI ID=1.1>
l'acier un temps de séjour suffisamment long pour que se produise une décantation appréciable des inclusions de l'acier. A cet égard, on rappellera que les inclusions sont plus légères que l'acier et que la décantation des inclusions signifie en fait leur remontée vers la surface de l'acier où elles peuvent être captées par la scorie qui couvre l'acier.
A cet effet, l'introduction de l'acier dans le panier répartiteur est réalisée à une distance de l'orifice de coulée, suffisante pour assurer le temps de séjour désiré et ne pas perturber l'écoulement de l'acier par cet orifice.
D'une façon très générale, l'acier est introduit dans le panier répartiteur sous la forte d'un jet vertical à travers un tube de coulée fixé extérieurement au fond de la poche et dont l'extrémité inférieure est habituellement immergée dans l'acier présent dans le panier répartiteur. Le jet d'acier se brise contre le fond du panier répartiteur et l'acier se répand alors dans ce dernier sous la forme d'un courant principal auquel sont associés plusieurs courants secondaires. Le courant principal remonte obliquement depuis le fond du panier jusqu'à la surface, où l'acier vient en contact avec la couche de scorie, puis il s'incurve à nouveau pour se diriger vers l'orifice de coulée.
Un premier courant secondaire provoque la recirculation d'une certaine quantité d'acier à proximité du jet d'alimentation; ce flux d'acier ne participe pratiquement pas à l'écoulement principal du panier. Un autre courant secondaire circule le long du fond du panier répartiteur et gagne- directement l'orifice de coulée où il rejoint le courant principal. Il ne subit aucune décantation de ses inclusions et celles-ci sont intégralement entraînées dans l'acier coulé.
On connaît actuellement différents dispositifs pour modifier l'écoulement de l'acier dans le panier répartiteur, notamment en vue de diriger plus t8t le- courant principal d'acier vers la couche de scorie afin d'améliorer la décantation des inclusions.
Un premier dispositif connu comporte un barrage partiellement immergé, occupant toute la section du panier, à proximité du point d'alimentation. Dans la partie immergée du barrage, il est prévu un ou plusieurs passages dirigeant le courant principal d'acier vers la surface. Il comporte souvent également un passage, situé au fond du panier, destiné à éviter la rétention d'acier liquide et la formation de loups en amont du barrage. On rappelle ici qu'un loup est une quantité d'acier solidifié adhérant au fond d'un récipient métallurgique après vidange dudit récipient. Un inconvénient majeur de ce dispositif est qu'il n'empêche pas la formation d'un courant secondaire chargé d'inclusions, circulant dans le fond du panier jusqu'à l'orifice de coulée.
Un autre dispositif connu comprend un barrage partiellement immergé, arrêté à une certaine distance du fond du panier, et un barreau déflecteur fixé au fond du panier, en aval du barrage. Ce dispositif peut assurer une bonne trajectoire du courant principal vers la surface. Toutefois, le barreau déflecteur empêche la vidange totale du panier et provoque donc la formation de loups indésirables.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif, simple à réaliser et à mettre en oeuvre, qui permet d'assurer un écoulement optimal de l'acier, et plus généralement d'un métal, dans un panier répartiteur de coulée continue sans présenter les inconvénients qui ont été indiqués plus haut.
Conformément à la présente invention, un dispositif de centrale de l'écoulement du métal dans un panier répartiteur de coulée continue, entre un point d'introduction du métal dans ledit panier et un orifice de coulée dudit panier, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un barrage disposé dans ledit panier transversalement par rapport à la direction dudit écoulement, en ce que ledit barrage est situé entièrement sous le- niveau de la surface supérieure du métal et en ce qu'il subsiste un espace libre d'une part entre le bord supérieur dudit barrage et le niveau de la surface supérieure du métal et d'autre part entre le bord inférieur dudit barrage et le fond du panier répartiteur.
Le dispositif de l'invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, données ici dans un ordre qui ne traduit aucune préférence particulière :
a) le barrage est constitué par une plaque en matériau réfractaire, éventuellement renforcée par des barres, des fils ou des fibres métalliques et/ou céramiques; b) le barrage est réalisé en une seule pièce; c) le barrage est réalisé en plusieurs pièces assemblées l'une à l'autre; d) le barrage présente des faces planes, qui peuvent être parallèles ou inclinées l'une par rapport à l'autre; e) le barrage présente au moins une face partiellement ou entièrement incurvée; f) le barrage présente un bord supérieur et un bord inférieur rectilignes, qui peuvent être parallèles l'un à l'autre;
g) le barrage présente au moins un bord, supérieur ou inférieur,
partiellement ou entièrement courbe;
h) le barrage présente au moins un bord, supérieur ou inférieur,
comportant au moins deux tronçons rectilignes faisant un angle entre eux;
i) le barrage est disposé suivant un plan perpendiculaire au fond
du panier répartiteur;
j) le barrage est incliné par rapport au fond du panier
répartiteur;
k) au moins un bord rectiligne, respectivement au mains un tronçon
rectiligne d'un bord du barrage est disposé parallèlement au fond du- panier répartiteur;
1) la plus grande distance entre le bord inférieur du barrage et
le- fond du panier répartiteur est comprise entre 10 % et 30 % de la hauteur nominale de métal dans le panier, ladite hauteur nominale étant définie comme étant la distance verticale comprise entre le fond du panier et le niveau de la surface supérieure du métal dans ledit panier; a) la plus grande distance entre le bord supérieur du barrage et le niveau de la surface supérieure du métal dans le panier répartiteur est comprise entre 20 X et 60 % de la hauteur nominale de métal dans le panier; cette distance doit être suffisante pour qu'il subsiste un courant principal de métal au-dessus du barrage quand le niveau du métal est minimum dans le panier.
Dans le cadre de la présente invention, le barrage peut être placé en tout point de la distance séparant le point d'introduction du métal et l'orifice de coulée. Il s'est cependant avéré avantageux de le placer dans la région du panier répartiteur où le courant principal de métal est, par écoulement naturel, le plus proche de la couche de scorie. C'est dans cette région que le barrage perturbe le moins le courant principal de métal. Cette position optimale du barrage dépend cependant aussi de la géométrie du panier répartiteur et il est recommandé de la déterminer expérimentalement pour chaque type de panier.
D'une manière générale toutefois, il est apparu que le barrage pouvait avantageusement être placé à une distance, mesurée à partir de l'orifice de coulée, comprise entre 0,2 fois et 0,6 fois la distance séparant cet orifice de coulée et le point d'introduction du métal dans le panier répartiteur.
Toujours dans le- cadre delà présente invention, le barrage qui vient d'être décrit peut être combiné- à un ou à plusieurs autres dispositifs, en vue d'améliorer encore l'écoulement du métal et/ou la décantation des inclusions présentes dans celui-ci.
Plusieurs variantes de réalisation du dispositif de l'invention, données uniquement à titre d'exemple, sont illustrées dans les dessins annexés, dans lesquels la Figure 1 montre un panier répartiteur usuel de coulée continue, avec indication des trajectoires d'écoulement de l'acier;
la Figure 2 illustre l'effet d'un barrage immergé sur les trajectoires d'écoulement de l'acier; et les Figure 3 à figure 6 présentent diverses combinaisons d'un barrage immergé avec d'autres dispositifs ainsi que les trajectoires d'écoulement de l'acier qui en résultent.
Ces figures constituent des représentations schématiques, dans lesquelles on n'a volontairement reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Les trajectoires d'écoulement de l'acier sont symbolisées par des flèches appropriées. Ces trajectoires comprennent le courant principal (1), les courants locaux de recirculation (2), le.courant de fuite (3) le long du fond du panier, des zones aortes (4) et le vortex (5) qui se forme à l'orifice de coulée.
En outre, des éléments identiques ou analogues du dispositif illustré sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les figures; c'est le cas en particulier du panier répartiteur (6), représenté en coupe, de
-..:la busette d'alimentation (7), généralement une busette immergée, de l'orifice de coulée (8) et du dispositif de fermeture de cet orifice de coulée; ce dispositif de fermeture est ici symbolisé par une quenouille (9), mais il pourrait être constitué par tout moyen approprié, tel qu'un obturateur à tiroir. Le niveau supérieur (10) indique l'interface acier-scorie.
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panier répartiteur 6 usuel qui ne comporte aucun moyen de guidage de l'acier. Le jet d'acier introduit par la busette 7 se brise contre- le fond du panier répartiteur qui le dévie en un courant principal 1 globalement dirige vers l'orifice de- coulée 8. On n'a représenté-ici qu'un seul orifice de coulée 8 et un seul courant principal 1; il va de soi qu'il s'établit un courant principal analogue en direction de chacun des orifices de coulée que peut comporter le panier répartiteur 6. Comme on le voit dans la Fig. 1, le courant principal 1 remonte en oblique vers l'interface 10 où une partie des inclusions de l'acier est captée par la scorie. Le courant principal 1 s'incurve ensuite vers l'orifice de coulée 8 par lequel l'acier, entraîné par le vortex 5, s'écoule vers une lingotière non représentée.
A proximité immédiate de la busette 7, il s'établit un courant de recirculation 2 qui ne participe pas activement à l'écoulement. Par contre, une certaine quantité d'acier forme un courant de fuite 3 qui circule horizontalement le long du fond du panier 6, avec une vitesse relativement faible et qui gagne directement l'orifice de coulée 8. Cet acier ne subit pas de décantation de ses inclusions par la scorie et il influence donc défavorablement la propreté inclusionnaire de l'acier coulé dans la lingotière. En 4 se trouve une zone morte qui n'est le siège d'aucun courant et qui ne participe pas à l'écoulement.
Le barrage immergé, qui fait l'objet de la présente invention, est représenté dans la Fig. 2. En toute généralité, il se compose d'une plaque 11, représentée ici avec une section rectangulaire, qui est disposée transversalement par rapport au courant principal 1. Elle est placée dans la région du panier où le courant principal 1 vient toucher la couche de scorie; ses bords supérieur et inférieur sont situés à une certaine distance respectivement du niveau supérieur
10 et du fond du panier 6. On constate que ce barrage- a pour effet d'interroapre le courant de fuite 3 et de le remplacer par des courants de recirculation 2, qui ne prennent pratiquement aucune part à l'écoulement. Il en résulte dQnc une meilleure décantation des inclusions et une plus grande propreté de- l'acier coulé dans la lingotière.
L'espace- libre- entre le bord inférieur du barrage 11 et le fond du panier 6 n'est parcouru, ea régime, par aucun courant de fuite et il permet d'éviter la formation de loups lors de la vidange du panier 6. Le bord supérieur du barrage 11 sera situé à un niveau inférieur au niveau minimal de l'acier dans le panier au changement de poche, de sorte que le barrage 11 est toujours entièrement immergé.
Les figures 3 à 6 illustrent quelques combinaisons du barrage 11 avec divers dispositifs complémentaires qui agissent essentiellement sur le courant principal 1.
Un barrage partiellement immergé 12 a pour effet de créer un compartiment d'introduction de l'acier dans le panier et de réduire la turbulence dans l'ensemble du panier.
Un muret 13, placé au fond du panier 6 dans la Fig. 4, permet d'améliorer quelque peu le guidage du courant principal 1, mais il crée une seconde zone morte 4 et rend difficile la vidange complète du panier 6, ce qui provoque la formation d'un loup.
Un second barrage immergé 14, représenté dans la Fig. 5, réduit également la turbulence dans le panier 6 sans interrompre la couche de scorie flottant sur l'acier.
On peut encore prévoir un second barrage partiellement immergé 15, comme dans la Fig. 6, pour améliorer encore le guidage du courant principal 1.
L'une ou l'autre combinaison, dont les solutions illustrées ici ne constituent que quelques exemples, peut être adoptée notamment en fonction de la forme et des dimensions du panier, de son coût ou de-
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qui sont décrits en détail dans la présente demande.
REVENDICATIONS
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répartiteur de coulée continue, entre un point d'introduction (7) du métal dans ledit panier (6) et un orifice de coulée (8) dudit panier, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un barrage (11) disposé dans ledit panier (6) transversalement par rapport à la direction dudit écoulement (1), en ce que ledit barrage (11) est situé entièrement sous le niveau de la surface supérieure (10) du métal et en ce qu'il subsiste un espace libre d'une part entre le bord supérieur dudit barrage (11) et le niveau de la surface supérieure (10) du métal et d'autre part entre le bord inférieur dudit barrage (11) et le fond du panier répartiteur (6).
Device for centralizing the flow of metal in a distribution basket for continuous casting.
The present invention relates to a device for controlling the flow of metal in a continuous flow distributor basket.
It is known that continuous casting is a technique which consists in casting metal, in particular steel, from a pocket in an intermediate container called a distribution basket, and from this into the mold. The distribution basket is supplied with steel by successive pockets; this supply is adjusted so that in operation, the level of steel in the distribution basket remains practically constant. There is a certain fluctuation in this level, namely a decrease followed by an increase, only during the short time necessary for the change of pocket. This results in a substantially unchanging load height on the pouring orifice of the distributor basket and therefore pouring conditions as constant as possible.
It may be recalled here that a distribution basket may have several pouring holes, either to feed several small ingot molds, as in bloom or billet casting machines, or to feed a single or two large ingot molds in a slab casting machine.
As we have just recalled, a first role of the distribution basket is to supply the steel to the pouring orifice or to the pouring orifices, while ensuring casting conditions <EMI ID = 1.1>
the steel a residence time long enough for an appreciable settling of the inclusions of the steel to occur. In this regard, it will be recalled that the inclusions are lighter than steel and that the settling of the inclusions in fact means their ascent to the surface of the steel where they can be captured by the slag which covers the steel.
To this end, the steel is introduced into the distributor basket at a distance from the pouring orifice, sufficient to ensure the desired residence time and not to disturb the flow of steel through this orifice.
Generally, the steel is introduced into the distribution basket under the force of a vertical jet through a pouring tube fixed externally to the bottom of the pocket and the lower end of which is usually immersed in the steel. present in the distribution basket. The steel jet breaks against the bottom of the distributor basket and the steel then spreads in the latter in the form of a main stream with which several secondary streams are associated. The main current rises obliquely from the bottom of the basket to the surface, where the steel comes into contact with the slag layer, then it bends again to go towards the pouring orifice.
A first secondary current causes the recirculation of a certain quantity of steel near the supply jet; this steel flow practically does not participate in the main flow of the basket. Another secondary current flows along the bottom of the distributor basket and directly reaches the pouring orifice where it joins the main current. It does not undergo any settling of its inclusions and these are entirely entrained in the cast steel.
Various devices are currently known for modifying the flow of steel in the distributor basket, in particular with a view to directing the main stream of steel more quickly towards the slag layer in order to improve the settling of the inclusions.
A first known device comprises a partially submerged dam, occupying the entire section of the basket, near the feed point. In the submerged part of the dam, one or more passages are provided directing the main stream of steel towards the surface. It often also includes a passage, located at the bottom of the basket, intended to avoid the retention of liquid steel and the formation of wolves upstream of the dam. It is recalled here that a wolf is a quantity of solidified steel adhering to the bottom of a metallurgical container after emptying of said container. A major drawback of this device is that it does not prevent the formation of a secondary current charged with inclusions, flowing in the bottom of the basket up to the pouring orifice.
Another known device comprises a partially submerged dam, stopped at a certain distance from the bottom of the basket, and a deflector bar fixed to the bottom of the basket, downstream of the dam. This device can ensure a good trajectory of the main current towards the surface. However, the deflector bar prevents total emptying of the basket and therefore causes the formation of unwanted wolves.
The object of the present invention is to propose a device, simple to make and to implement, which makes it possible to ensure optimal flow of steel, and more generally of a metal, in a distributor basket for continuous casting without having the disadvantages which have been indicated above.
According to the present invention, a device for centralizing the flow of metal in a continuous casting distributor basket, between a point of introduction of the metal into said basket and a pouring orifice of said basket, is characterized in that it comprises at least one barrier arranged in said basket transversely to the direction of said flow, in that said barrier is situated entirely below the level of the upper surface of the metal and in that there remains a free space on the one hand between the upper edge of said barrier and the level of the upper surface of the metal and on the other hand between the lower edge of said barrier and the bottom of the distribution basket.
The device of the invention may also have one or more of the following characteristics, given here in an order which does not reflect any particular preference:
a) the dam is constituted by a plate of refractory material, possibly reinforced by bars, wires or metallic and / or ceramic fibers; b) the dam is made in one piece; c) the dam is made of several pieces assembled together; d) the dam has planar faces, which can be parallel or inclined with respect to each other; e) the dam has at least one partially or entirely curved face; f) the dam has a straight upper edge and a lower straight edge, which can be parallel to each other;
g) the dam has at least one edge, higher or lower,
partially or fully curved;
h) the dam has at least one edge, higher or lower,
comprising at least two rectilinear sections making an angle between them;
i) the dam is arranged in a plane perpendicular to the bottom
the distribution basket;
j) the dam is inclined relative to the bottom of the basket
distributor;
k) at least one straight edge, respectively a section
straight from one edge of the dam is arranged parallel to the bottom of the distributor basket;
1) the greatest distance between the lower edge of the dam and
the bottom of the distributor basket is between 10% and 30% of the nominal height of metal in the basket, said nominal height being defined as the vertical distance between the bottom of the basket and the level of the upper surface of the metal in said basket; a) the greatest distance between the upper edge of the dam and the level of the upper surface of the metal in the distribution basket is between 20 X and 60% of the nominal height of metal in the basket; this distance must be sufficient for there to be a main current of metal above the dam when the metal level is minimum in the basket.
In the context of the present invention, the barrier can be placed at any point of the distance separating the point of introduction of the metal and the pouring orifice. However, it has proven advantageous to place it in the region of the distribution basket where the main stream of metal is, by natural flow, closest to the slag layer. It is in this region that the dam least disturbs the main metal flow. This optimal position of the barrier, however, also depends on the geometry of the distribution basket and it is recommended to determine it experimentally for each type of basket.
In general, however, it appeared that the dam could advantageously be placed at a distance, measured from the pouring orifice, of between 0.2 times and 0.6 times the distance separating this pouring orifice and the point of introduction of the metal into the distribution basket.
Still within the framework of the present invention, the dam which has just been described can be combined with one or more other devices, with a view to further improving the flow of the metal and / or the settling of the inclusions present in that -this.
Several alternative embodiments of the device of the invention, given solely by way of example, are illustrated in the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows a usual distributor basket for continuous casting, with indication of the flow paths of the steel;
Figure 2 illustrates the effect of a submerged dam on the steel flow paths; and Figure 3 to Figure 6 show various combinations of a submerged dam with other devices as well as the resulting steel flow paths.
These figures constitute schematic representations, in which only the elements necessary for the understanding of the invention have been deliberately reproduced. The steel flow paths are symbolized by appropriate arrows. These trajectories include the main current (1), the local recirculation currents (2), the leakage current (3) along the bottom of the basket, aortic zones (4) and the vortex (5) which forms at the pouring orifice.
In addition, identical or analogous elements of the device illustrated are designated by the same reference numerals in all the figures; this is the case in particular of the distribution basket (6), shown in section, of
- ..: the supply nozzle (7), generally a submerged nozzle, of the pouring orifice (8) and of the device for closing this pouring orifice; this closing device is here symbolized by a stopper (9), but it could be constituted by any suitable means, such as a drawer shutter. The upper level (10) indicates the steel-slag interface.
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usual distributor basket 6 which has no means for guiding the steel. The jet of steel introduced by the nozzle 7 breaks against the bottom of the distributor basket which deflects it into a main current 1 generally directs towards the pouring orifice 8. We have represented here only one orifice casting 8 and a single main stream 1; it goes without saying that a similar main current is established in the direction of each of the pouring orifices which the distribution basket 6 may include. As can be seen in FIG. 1, the main current 1 rises obliquely towards the interface 10 where a part of the inclusions of the steel is captured by the slag. The main stream 1 then curves towards the pouring orifice 8 through which the steel, entrained by the vortex 5, flows towards an ingot mold not shown.
In the immediate vicinity of the nozzle 7, a recirculation current 2 is established which does not actively participate in the flow. On the other hand, a certain quantity of steel forms a leakage current 3 which circulates horizontally along the bottom of the basket 6, with a relatively low speed and which directly reaches the pouring orifice 8. This steel does not undergo decantation from its inclusions by slag and it therefore adversely affects the inclusiveness of the steel cast in the mold. In 4 is a dead zone which is not the seat of any current and which does not take part in the flow.
The submerged dam, which is the subject of the present invention, is shown in FIG. 2. In general, it consists of a plate 11, shown here with a rectangular section, which is arranged transversely to the main stream 1. It is placed in the region of the basket where the main stream 1 comes to touch the layer slag; its upper and lower edges are located at a certain distance respectively from the upper level
10 and from the bottom of the basket 6. It can be seen that this dam has the effect of interroaping the leakage current 3 and replacing it with recirculation currents 2, which take practically no part in the flow. This results in better settling of the inclusions and greater cleanliness of the steel poured into the mold.
The free space between the lower edge of the dam 11 and the bottom of the basket 6 is not traversed, under regime, by any leakage current and it makes it possible to avoid the formation of wolves during the emptying of the basket 6. The upper edge of the dam 11 will be located at a level below the minimum level of steel in the basket when changing the pocket, so that the dam 11 is always fully submerged.
FIGS. 3 to 6 illustrate some combinations of the dam 11 with various complementary devices which act essentially on the main current 1.
A partially submerged dam 12 has the effect of creating a compartment for introducing steel into the basket and of reducing turbulence in the whole basket.
A low wall 13, placed at the bottom of the basket 6 in FIG. 4, somewhat improves the guiding of the main current 1, but it creates a second dead zone 4 and makes it difficult to completely empty the basket 6, which causes the formation of a wolf.
A second submerged dam 14, shown in FIG. 5, also reduces turbulence in the basket 6 without interrupting the layer of slag floating on the steel.
It is also possible to provide a second partially submerged dam 15, as in FIG. 6, to further improve the guidance of the main current 1.
Either combination, of which the solutions illustrated here are only a few examples, can be adopted in particular according to the shape and dimensions of the basket, its cost or
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which are described in detail in the present application.
CLAIMS
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continuous casting distributor, between a point of introduction (7) of the metal into said basket (6) and a pouring orifice (8) of said basket, characterized in that it comprises at least one barrier (11) disposed in said basket (6) transversely to the direction of said flow (1), in that said dam (11) is situated entirely below the level of the upper surface (10) of the metal and in that there remains a free space d on the one hand between the upper edge of said dam (11) and the level of the upper surface (10) of the metal and on the other hand between the lower edge of said dam (11) and the bottom of the distribution basket (6).