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La présente Invention: est relative à la coulée en lin- gotière ou dans les moules de forme similaire de métaux ou alliages et plus particulièrement de métaux ferreux tels que les aciers calmés ou très peu effervescents, que la coulée se fasse par le haut, en chute, ,ou par le bas, en source. on sait que lorsqu'une lingotière, en fonte par exem- ple, non masselottée vient d'être remplie, qu'elle soit évasée vers le haut ou vers le bas, le métal se fige à la périphérie après un certain temps suivant la paroi intérieure de la lin- gotiére de telle sorte que, très peu de temps après la coulée,
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la partie solidifiée ou encore partiellement pâteuse forme une sorte de récipient rempli du métal coulé encore liquide.
La forme et la position de la cavité sont fonction de nombreux facteurs : nature du métal, dimensions des parois de la lingotière, température, vitesse et mode de coulée, mais après un certain temps très court, on retrouve toujours une telle ca- vité, qui est obturée à la partie supérieure du bain par une croûte superficielle.
Pour éviter que le creux central du retrait ne s'en- fonce pas trop profondément dans le lingot, on recouvre généra- lement cette croûte d'une poudre dite "antiretassure".
Si cette poudre est peu active et/ou si elle n'est pas répandue immédiatement après le remplissage ou même un peu avant la fin du remplissage, il peut arriver que cette croûte ne s'af- faisse pas et forme un pont obturant la cavité bien que cepen- dant on obtienne généralement un cône ouvert de retassement.
Quoi qu'il en soit, que le pont s'affaisse ou non, le résultat est mauvais, du fait que la cavité s'enfonce profon- dément en pointe au sein du lingot; dans tous les cas la por- tion ou "chute" du lingot à éliminer est considérable.
De plus, la poudre "antiretassure" peut se loger dans la pointe inférieure de la cavité surtout si cette cavité s'ou- vre vers le haut, ce qui supprime toute chance de ressoudage du creux dans la partie avoisinant ladite pointe.
Une solution plus efficace consiste à disposer, lorsque cela est possible, sur la paroi latérale interne de la lingo- tière à sa partie supérieure ou sur la paroi latérale de sa re- hausse, un revêtement calorifuge et/ou exothermique. Ce calo- rifugeage latéral et/ou cet apport latéral de calories doit, en principe, permettre de combler le creux axial par le métal
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resté liquide en tête du lingot en formation, on complète généralement l'effet du masselottage, plus ou moins compliqué, fixe ou flottant sur le bain, par une couche de poudre "anti- retassure" jetée à la pelle et souvent touillée à l'aide d'un ringard de sorte que si le masselottage est bien conçu et si la poudre "antiretassure" est efficace, la tête du lingot se retasse suivant une cavité ouverte.
Ce serait parfait si ce procédé ne présentait pas des inconvénients qui obligent très souvent à y renoncer.
Un masselottage de lingotiêre est, en effet, coûteux, il demande des soins particuliers et, très souvent, la succes- sion des coulées est si rapide qu'on doit y renoncer. Quant à la poudre "antiretassure" jetée sans précautions à la sur- face du bain, elle n'est efficace que dans le cas d'un excellent masselottage ou lorsque sa composition est extrêmement active ce qui en rend l'emploi très onéreux, sinon prohibitif.
En plus de ces inconvénients et dans le cas d'un lingot soumis à un contrôle sévère rendu possible par les appareils perfectionnés actuels, on a constaté que l'emploi d'un masse- lottage si perfectionné qu'il soit et/ou d'une poudre "antire- tassure" jetée sans précaution sur le bain provoque des modifi- cations défavorables de contexture, par exemple, de cristalli- sation, de ségrégation, de recarburation, de fixation d'oxydes dans les creux se 'formant dans la partie sous-jacente à la ca- vité de retassement. Il en résulte qu'une partie importante du lingot doit être rebutée au cours des essais des produits laminés, même si la cavité de retassement s'est formée parfai- tement. C'est le cas typique, par exemple, du lingot d'acier à rails.
L'Invention a pour objet un procédé perfectionné de
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coulée et un dispositif destiné à son application qui permettent d'éviter ces inconvénients.
Ce procédé est remarquable notamment en ce que le métal ou alliage étant coulé, on le laisse se refroidir pendant un court instant, de manière qu'il se formeà la manière usuelle, une croûte superficielle, puis on effectue un apport; périphé- rique de caloriessur tout le pourtour de cette croûte super- ficielle, de manière, par un réchauffage des portions sous- jacentes, à assurer une alimentation en métal encore relative- ment fluide, du creux de retassement pour combler sinon tout ce creux, du, moins son fond,
L'apport de calories peut être assuré notamment par une couronne d'un mélange exothermique déposé sur la périphé- rie de ladite croûte dont la formation et la solidité pourront être accélérées par un apport, très provisoire,
de frigories sous forme d'un balayage de cette croûte par un fluide froid (par exemple air et/ou eau).
Grâce à ce procédé, l'apport périphérique de calories permet de maintenir dans un état pâteux suffisamment fluide la portion annulaire sous-jacente à la croûte superficielle du lingot pour que cette portion puisse "nourrir" la cavité de retassement et en combler au moins la pointe inférieure qui, dans les procédés de coulée actuels, oblige, malgré son volume réduit et en raison de sa grande longueur, à effectuer un chu- tage particulièrement important.
Le procédé permet donc de réduire considérablement la chute et ce résultat est obtenu sans risques de pénétration du mélange exothermique dans la ca- vité de retassement, puisque la croûte superficielle ne se rompt pas et constitue un écran protecteur contre toute pénétration de corps indésirables au sein du lingot y compris l'air atmos-
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phérique dont l'effet nuisible est connu.
Le dispositif, destiné à permettre l'application du procédé perfectionné ci-dessus est remarquable notamment en ce qu'il comporte une couronne dont le contour correspond au moins très sensiblement à celui de la lingotière et qui est constituée par une masse exothermique.
D'autres caractéristiques résulteront de la description qui va suivre .
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple : - la Fig. 1 est une coupe longitudinale d'une lingo- tière remplie du métal coulé , tel qu'il se présente au début de la solidification, au moment de l'application du procédé suivant l'invention, le lingot en cours de solidification por- tant le dispositif de mise en oeuvre de ce procédé; - la Fig. 2 est une coupe partielle, dans des condi- tions analogues, de la partie supérieure de la lingotière, et illustre une variante du procédé; - la Fig. 3 est une coupe analogue, illustrant une au- tre variante; - la Fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la Fig. 5, d'un dispositif destiné à l'application du procédé; - la Fig. 5 en est une vue en plan avec arrachement partiel;
- la Fig. 6 est une coupe transversale suivant la ligne 6-6 de la Fig. 7 d'une première variante de ce dispositif; - la Fig; 7 en est une vue en plan avec arrachement partiel; - la Fig. 8 est une coupe transversale suivant la ligne 8-8 de la Fig. 9 d'une deuxième variante de dispositif;
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- la Fig. 9 en est une vue en plan avec arrachement part iel ; - la Fig. 10 représente une coupe axiale diamétrale de la partie supérieure d'une lingotière pourvue, sur le métal déjà coulé, d'une troisième variante de dispositif suivant l'invention, ce dispositif étant vu en coupe diamétrale dans sa partie de gauche et en élévation dans sa partie de droite; - la Fig.
Il est une vue en plan de ce dispositif avec arrachement partiel suivant la ligne 11-11 de la Fig. 10; - la Fig. 12 est une coupe verticale partielle, à plus grande échelle, de ce dispositif ; - la Fig, 13 est une vue en élévation, à la même échelle que celle de la Fig, 10 de l'une des extrémités du bourrelet entrant dans la construction de ce dispositif, ce bourrelet étant incomplètement rempli et sensiblement cylindri- que avant son cintrage en forme de tore; - la Fig. 14 est une coupe suivant la ligne 14-14 de la Fig. 13.
On se reportera d'abord à la Fig. 1 qui représente une lingotière A qui, uniquement à titre d'exemple, a été repré- sentée du type allant en s'évasant vers le bas où elle repose sur une base B de coulée en chute dans laquelle a été toutefois représenté en traits mixtes un canal d'arrivée de coulée en source.
En chute ou en source, le métal a déjà été coulé et a commencé à se figer à sa périphérie suivant la paroi interne de la lingotière A, de telle sorte que la partie C solidifiée ou encore partiellement pâteuse, limitée par le contour exter- ne abcd et le contour interne alblcldl, forme une sorte de ré- cipient rempli du reste du métal coulé et encore liquide D et
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fermé par une croûte E. pour fixer les idées, cet état du lingot est obtenu une à trois minutes après la fin de la coulée, dans le cas d'un lingot en acier calmé à section carrée de 500 à 600 mm de côté et de 1,5 à 1,8 m de haut.
Sur cette Fig. 1 on a, en outre, représenté en traits mixtes : d'une part en r1 la forme de la cavité de retassement qui est généralement obtenue, avec sa longue pointe qui s'en- fonce jusqu'en e; on rappelle que l'invention a pour but de l'éviter; et, d'autre part, en fghi, le revêtement calorifuge et/ou exothermique dont peut éventuellement être pourvue la partie supérieure de la surface interne de la lingotière.
Ceci posé, le procédé suivant l'invention consiste d'abord à laisser le refroidissement du lingot se poursuivre pendant un très court instant, jusqu'à ce que la croate super- ficielle E (ab, albl) qui ferme la portion a1b1,c1d1 non soli- difiée du lingot, ait atteint une épaisseur j de l'ordre du centimètre suffisante pour que cette croûte E puisse résister sans se rompre aux efforts divers auxquels elle va être soumise dans la suite, ,
Le temps d'attente nécessaire à la formation de cette croûte E varie suivant la composition du métal et les moyens que l'on peut employer pour refroidir la surface du bain, soit que l'on laisse cette surface se refroidir purement et simple - ment sous l'action de l'air atmosphérique,
soit que l'on balaie cette surface par un jet d'air comprimé détendu froid et/ou humide ou par un jet d'eau plus ou moins copieux.
-Le temps d'attente peut en définitive varier pratique-
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ment de.quelques secondes à trois ou quatre minutes suivant les dimensions de la lingotière, la nature du métal en fusion et les conditions de la coulée, notamment de sa vitesse et de sa température. puis on pose sur la périphérie de la croûte E formée une couronne F d'un mélange exothermique destiné à dégager une quantité suffisante de calories au contact de cette périphérie de la croûte E.
Cette couronne qui épouse la forme du contour de la section horizontale de la lingotière peut notamment être dis- tribuée avec précision par l'emploi de l'un des dispositifs qui seront décrits ci-après. Le produit exothermique F peut être soit une poudre, soit un aggloméré pouvant se pulvériser au contact de la croûte E ou même s'enfoncer dans cette croûte ramollie si l'on désire utiliser l'une des variantes'du pro- cédé, décrites plus loin, pour en activer l'effet.
Les calories apportées par la couronne exothermique F maintiennent à l'état liquide ou pâteux la portion périphérique du lingot sous-jacente à la croûte malgré la perte des calories par les parois de la lingotière A, et ce sans que la croûte fonde à nouveau même à sa partie centrale.
Il en résulte qu'au lieu d'obtenir le creux axial ou- vert r1 qui se serait formé si on avait disposé les poudres exothermiques et/ou calorifuges sans précautions à la surface du bain, on obtient un creux fermé r2 beaucoup moins profond, du fait que cette portion périphérique sous-jacente du lingot peut nourrir la cavité de retassement.
La chute à effectuer n'a donc plus que la hauteur k tandis qu'elle aurait été 1 du fait que la partie inférieure du creux r1 aurait été certainement souillée par la chute des
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poudres jetées sur le bain ou par les impuretés apportées par le jet de coulée ou encore par l'effet défavorable de l'air atmosphérique. k est de l'ordre de 7% c e la hauteur du lingot alorsque 1 atteint souvent 25%. Le gain est donc.considérable.
Le produit exothermique F peut être de nature telle que la réaction exothermique : a) ou bien s'amorce d'elle-même au contact de la sur- face encore très chaude de la croûte E; b) ou bien demande un amorçage par un apport auxiliaire de calories.
Dans le cas a ci-dessus, il est avantageux d'une façon générale de recourir aux réactions exothermiquesconnues, se produisant entre un métal très réducteur tel que aluminium, silicium, magnésium, etc. et une masse capable de céder son oxygène de telle sorte que le bilan thermique des réactions en jeu soit fortement positif. Cette masse peut être un oxyde de fer sous forme par exemple de minerais, minette ou bauxite, de battiturcs dites encore pailles de laminoirs, etc, La réaction peut par exemple être la suivante : 2 Al + 3 FeO = A1203 + 3 Fe + Calories.
Les formules de réactions exothermiques permettent de déterminerd'une part-le bilan thermique, et, d'autre part, les proportions, en poids, 'de matières à prévoir dans les mé- langos exothermiques, sous forme de poudres, de granulés, de grenailles ou de paillettes ou encore agglomérées par l'addi- tion d'un liant de préférence combustible tel que goudron, brai de houille ou de pétrole, dextrine, empois d'amidon ou produits similaires ou encore par une faible proportion de silicate de sodium.
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Exemple I - A titre indicatif, pour un lingot d'acier de 4 à 5 tonnes dont la section transversale serait dérivée d'un carré d'environ 500 mm de côté., on peut utiliser 4 à 6 kg d'une masse exothermique ayant une composition en poids comprise dans les limites suivantes :
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<tb> fines <SEP> grenailles <SEP> ou <SEP> pailles <SEP> d'aluminium
<tb> et/ou <SEP> de <SEP> silicium <SEP> de <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 1 <SEP> mm <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 30%
<tb>
<tb> battitures, <SEP> minerai <SEP> de <SEP> fer <SEP> ou <SEP> bauxite
<tb> riches <SEP> en <SEP> fer.......................... <SEP> 90 <SEP> à <SEP> 70%
<tb> 100 <SEP> 100%
<tb>
On peut y ajouter du magnésium en pailles ou grains de 5% à 10,,-' du poids total pour amorcer plus facilement la réaction.
Dans le cas b ci-dessus d'un mélange exothermique né- cessitant un amorçage, il est avantageux de recourir aux mêmes réactions que pour les cas précédents, mais en partant des ferro-alliages de métaux réducteurs tels qu'un ferro-silicium comprenant en poids :
Fe de 50 à la %
Si de 50 à 90 %
100 à 100 % ou un ferro-silico-aluminium comprenant en poids :
Fe de 20 à 30%
Si de 30 à 50 le'
Al de 50 à 20 %
100 à 100 %
Ces produits sont moins coûteux que les métaux purs et sont emmagasinables sans risques du fait de l'amorçage diffi- cile des réactions, on peut lies incorporer en plus grandes proportions dans les mélangeexothermiques, à desprix avan- tageux mais à condition d.e les amorcer.
A titre d'exemplesnon limitatifs on peut prendre l'une ou l'autre des compositions suivantes en poids, à raison de 4 à 7 kg pour un lingot d'acier de 4 à 5 tonnes :
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ExempleII
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;,iiner 1 1 de fer et/ou battitures....... 50 à 80 'j,.; -.-inGrti fer et,/ou battitures ( Ferro siliciQ de 40 à 80f de si ..... 45 à 10 ' ( fines p'renailles d aiun;1 n ii . , , , , .... 5 à 1.0 cC!
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<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
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exemple III' -
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<tb> Bauxite <SEP> et/ou <SEP> battitures. <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 80%
<tb>
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( erro-eilao-almrln.u:
(Fe = 20 à 50 ) )Si= 30 à 50--"( 50 à 20 '-, (1= 50 à 20-")- ¯¯¯¯¯
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<tb> 100 <SEP> 100'. <SEP> 100 <SEP> 100%
<tb>
Dans les deux cas a et b les proportions et quantités
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peuvent être faci18mf-Jnt déterminées, en première approximation, par les bilans thra< f :. ; des réactions en ;jeu, le calcul des pertes de calories par la parole et la chaleur nécessaire au ramollissement du métal figé prévu aux fins de l'invention. Ces résultats de calcul doivent être vérifies ou complétés par quel- ques expériences pratiques préalables par exemple en aciéries pour les coulées d'aciers destinés à des produits sidérurgiques entrant plus particulièrement dans le cadre de l'invention, tel ges l'acier à rails.
Dans le cas des compositions exothermiques < aype a à amorçage direct au contact de la croûte E, on peut avantageu- sement recouvrir la couronne exothermique F, ainsi que la partie
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centrale de ladite croûte E, d'une couche G (F.;. 1) d'un pro- duit calorifuge et/ou légèrement exothermique, on peut utili- ser notamment pour cette couche des déchets de bois, de la sciure, des copeaux,' de la tourbe, un charbon minéral, du, sable
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fin sil.c3eux, ces matières pouvant e'tre utilisées séparément ou mélangées en diverses proportions à l'état de poudre ou de granulés.
On peut utiliser notamment, toujours dans le cas d'un
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lingot d'acier de 4 à 5 tonnez lao kg de l'une des compo-
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sitions suivantes c: o2s : ;:):e;.r::le i -
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Babis ................. 50 Çi
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<tb> Sciure <SEP> 25%
<tb>
<tb> Copeaux <SEP> 25 <SEP> %
<tb> 100%
<tb>
ou ExempleV-
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<tb> Charbon <SEP> minéral <SEP> 40 <SEP> à <SEP> 70 <SEP> %
<tb>
<tb> Sable <SEP> 60 <SEP> à <SEP> 30 <SEP> %
<tb>
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> % <SEP>
<tb>
Dans le cas b d'un produit exothermique nécessitant un apport de calories d'amorçage, cet apport peut être effectué en utilisant pour la couche calorifuge G (Fig. 1) une substance combustible à la température de la croûte.
on peut recourir notamment au charbon de bois pulvérisé mélangé en plus ou moins grande proportion suivant les tempéra- tures en jeu, aux matières qui viennent d'être indiquées à pro- pos des compositions calorifuges et/ou légèrement exothermiques.
On peut notamment utiliser, toujours pour un lingot d'acier de 4 à 5 tonnes, 5 à 10 kg de l'une des compositions ci-après : Exemple VI -
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<tb> Charbon <SEP> de <SEP> bois <SEP> 20 <SEP> à <SEP> 30 <SEP> %
<tb>
<tb> Graphite <SEP> naturel <SEP> ou
<tb>
<tb> charbon <SEP> minéral <SEP> 80 <SEP> à <SEP> 70 <SEP> %
<tb>
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
exemple VII -
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<tb> Charbon <SEP> de <SEP> bois <SEP> ....... <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 20%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tourbe <SEP> 30 <SEP> à <SEP> 15%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Graphite <SEP> naturel <SEP> ou
<tb>
<tb> charbon <SEP> minéral <SEP> .......
<SEP> 60 <SEP> à <SEP> 65%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
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L'apport de calories d'amorçage pout également être effectué par une coulée supplémentaire de métal frais commo représenté à. la Fig. 2, le jetH de cette coulée supplémentai- re s'épanouissant en I pour venir recouvrir la couronne éxo- thermique F.
Dans ce cas, la couronne F peut être plus importante que dans le cas précédent du fait que l'amorçage par le jet de coulée H dont on connaît éxactement la température et les calories qu'il peut apporter est plus commode et plus certain.
De préférence, dans ce cas, la couronne F comporte un écran protecteur central 1 réfractaire ou lentement combusti- ble interposé au-dessus de la croûte E entre la partie restée liquide D et l'atmosphère. Cet écran central 1 comporte des trous 2 d'évacuation des gaz qui se dégagent toujours en plus ou moins grande quantité d'un métal en fusion même calmé et qui peuvent s'évacuer à travers la croûte E sans détruire celle- ci qui se referme immédiatement après le passage des gaz du fait qu'elle est protégée par l'écran 1.
Cet écran 1 constitue en fait le fond d'une cuvette dont les bords sont constitués par la masse F et disposée très favorablement pour recevoir l'apport de métal H qui s'étale sur cet écran 1 pour remonter jusqu'à la paroi interne de la lingotière Al qui est représentée pourvue d'un masselottage 3.
L'amorçage de la couro@ne F ne nécessite pratiquement qu'une très faible quantité d'apport de métal frais H, par exemple, d'une épaisseur de l'ordre du centimètre, mais si l'on désire exercer sur le lingot une certaine pression de nature à favoriser la réduction du creux central on peut continuer l'ap port de métal frais jusqu'au voisinage du niveau supérieur de la lingotière.
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Le matériau constituant l'écran central 1 doit être plus ou moins résistant selon qu'on désire simplement amorcer la. masse exothermique 7 ou constituer une charge, On peut par exemple utiliser les Matériaux suivants : carton plus ou moins épais de 1 à 3 mm imprégné ou non de silicate de sodium comme
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ignifugeant, plaque cOúlpri'ao à b'-ce de déchets cellulosiques tels que fibres, copeaux et sciure .'0 'boi', fibres végétales, animales ou minérales comprimées j carton dt^:i:nts ou r.1atières similaires suffisamment réfractaires ?t r':'1i'St.8nto3 à la par- foration du jet d'apport è m:-t3.1 cou1! qui doit l taie réglé avec précaution pour éviter ladite perforation.
Il est à remarquer que le .^¯;p't r.atzL do métal coulé pour former la masse de charge se solidifie très rapidement au contact de l'air atmosphérique dès qu'il n'est plus agité par le jet de coulée E. La couronne exothermique D peut ainsi s'en- foncer dans la partie sous-jacente ramollie par l'apport impor- tant de calories.
L'amorçage peut encore être assuré par les actions con- juguées d'un apport d'un métal frais et(le. la combustion d'une
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charge combustible ètamorçae.
La Fig. 5 illustre une autre variante du procédé. Le métal C a été coulé dans la lingotière A2 et, suivant lrinven- tion, la couronne F et le produit calorifuge G ont été poses en temps opportun sur la croûte relativement épaisse dont la
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formation a été activée par exemple, par un arroua#¯ c- à l t eau, de la surface du bain.
Au lieu du creux r2 substitué au creux profond rl dans le cas des Fig. 1 et 2, on obtient ainsi de petits creux partiels r, disséminés à la partie supérieure du lingot, limitant de façon imprécise la surface inférieure de la croûte B et présentant toutes les chances de pouvoir se
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ressouder au moins partiellement sous l'action d'une masse lour de E que l'on pose sur la couronne F et la masse calorifuge G.
Le corroyage se produisant au cours des opérations ul- térieures de laminage, immédiatement après la coulée ou après un réchauffage dans un four approprié, complète la soudure des petits creux r3 amorcée par le poids de cette masse et ce d'au- tant mieux que dès leur formation, ils sont restés à l'abri de toute souillure, de telle sorte que la partie à chuter en tête est extrêmement réduite.
Le poids de cette masse lourde K peut être facilement déterminée par expérience et à priori peut être de l'ordre de 200 à 600 kg pour une surface de 20 à 30 dm2.
Cette masse K peut être constituée par un bloc de fonte plein préalablement chauffé ou comportant un évidement calori- fugé rempli de sable sec ou autresmatières lourdesmauvaises conductrices de la chaleur. on va maintenant décrire quelques dispositifsd'un usage pratique pour la mise en oeuvre de l'invention.
Les Fig. 4 et 5 représentent un dispositif répondant à l'exemple schématique de la Fig. 1. Un fond 3 pouvant être en carton d'une épaisseur de l'ordre d'un à trois mm dont le pour- tour est tel qu'il suive approximativement la paroi intérieure de la lingotière au niveau supérieur du bain est réuni par cou- ture ou agrafage, et/ou collage en 4 sur toute sa pjriphérie et en 4a à une certaine distance de cette périphérie, à une , paroi supérieure 5 pouvant être en carton ignifugé et mis en forme.
Le produit exothermique F est préalablement introduit dans des sachets 6 logés à la périphérie sous des parties bom- bées du carton supérieur 5.
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Le produit calorifuge et/ou combustible G est logé dans une enveloppe'7 en papier Kraft d'une ou deux feuilles de quel- .ques dixièmes d'épaisseur formant une ;:aine aplatie, agrafée ou cousue à ses deux extrémités en 8 et 9, les deux autres côtés 10 et Il obtenus par enroulement des feuilles de papier ne hé- cessitant ni agrafage ni couture.
La paroi inférieure 3 se détruit par combustion au con- tact du métal en fusion pendant que la croûte E (Fig. 1) se forme et prend l'épaisseur désirable, puis la poudre G contenue dans l'enveloppe 7 entre en combustion sous l'effet de la cha- leur de la croûte E mise à nu lorsque le papier de la paroi in- férieure de cette enveloppe est détruit également par combus- t ion.
Cette succession de combustions et notamment celle de la poudre G amorce la réaction exothermique de la masse F, à moins que celle-ci ne s'amorce directement au contact de la croû- te E (Fig. 1) du lingot en cours de solidification, le produit G étant dans ce cas peu ou pas combustible.
Aux Fig. 6 et 7 est représentée une première variante de dispositif dans lequel au lieu d'utiliser les feuilles de carton de 3 et 5 de l'exemple précédent on utilise un sac de papier Kraft formé' d'une ou plusieurs feuilles 10 dans lequel on place les saches contenant la masse à réaction exothermi- que F'en commençant par loger le sachet lla (Fig. 7) dans le fond du sac étalé à plat dont le dessus et le dessous sont res- tés flexibles, puis on pose les sachets llb et 11c. A ce'moment,
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on agrafe un carton 12 sur toute sa périphérie en 13 à travers tout1J! ép.isse. du sac 10; on pladé le dernier sachet lld et 'k,,. /; 7, ' .
,on agrafe en '12. c6e du saa resté ouvert et on agrafe ou on r 1 < 'j ,f,:} . t . '1;..' ! - ' '. '
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Les sachets 11a, 11b, 11c et 11d sont constitués, dans -cet exemple, par des gaines plus largesque celles représentées .en coupe àla Fig. 4. Ces gaines sont constituées par une feuille de papier Kraft agrafée en bout et collée longitudinale- ment puis après avoir été garnies de la masse F, elles sont re- pliées longitudinalement de telle sorte que lesdeux portions longitudinales renfermant la masse F sont moins épaisses et sont séparées (Fig. 6) par des feuilles 17 de papier ce qui facilite dans une certaine mesure l'amorçage de la réaction exothermique.
Dans la sorte de cuvette formée au-dessus du carton la est collé un bloc alvéolaire 18 constitué par exemple par un enroulement de papier ondulé à grandes ondulations et imprégné de silicate de sodium, cet amortisseur alvéolaire étant connu en soi pour amortir l'étalement du jet de coulée dans les fond,,, de lingotières.
Il est collé sur le carton 12 et/ou réuni par un lien 19 en fil de fer par exemple, passant par certains des trous 20 d'évacuation des gaz et formant une anse permettant de poser facilement le dispositif sur la croûte E (Fig. 1 ou 2).
Les alvéolesde l'amortisseur 18 peuvent être remplis d'une poudre calorifuge et/ou combustible G en totalité ou de préférence à la périphérie du bloc alvéolaire.
Le jet de coulée d'amorçage tombant da'ns les- alvéoles,, s'étale sans@éclaboussement vers les bourrelets périphériques renfermant la masse F dont la réaction exothermique s'amorc,e ainsi dans'd'excellentes conditions.
Les Fig. 8 et 9 représentent une autre variante analo- gue à celle de l'exemple précédent, mais dans laquelleles gaines 21 contenant la masse F ne sont pas repliées sur elles- mêmes et l'amortisseur alvéolaire 18 est remplacé par un tronc
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de pyramide 22 de métal ou de carton fortement ignifugé .desti- né à diriger le jet de coulée d'amorçage vars la couronne exo- thermique F pour y amorcer la réaction.
Comme dans le cas précédent, un lien 19 passant à tra- vers les trous 20 de dégagement de gaz de la paroi inférieure 16 du dispositif et du sac 10 ainsi que d'autres 20a ménagés dans le déflecteur 22 permet la manipulation commode du dispo- sitif pour le placer sur la croûte solidifiée E et les gaz en provenance du bain peuvent s'évacuer par lesdits trous.
Comme dans les exemples précédents on peut couler un supplément de métal d'amorçage pour former une masse pesante et ce jusqu'au voisinage du niveau de la petite base supérieu- re du déflecteur 22 à condition que celui-ci soit prévu suffi- samment résistant, par exemple en tôle d'acier de deux à trois mm d'épaisseur ou en terre réfractaire de cinq à dix mm d'é- paisseur pour que dans le cas d'un métal calmé trop juste, ou même effervescent, le dégagement puisse s'effectuer pendant un temps suffisante métal du lingot pouvant alors remonter dans le cône in-extremis.
L'utilisation des dispositifs qui viennent d'être dé- crits peut présenter quelques difficultés, notamment pour les petits lingots de métaux ferreux de loo à 1500 kg environ.
De tels lingots peuvent être demandés dans toutes les qualités possibles de métaux ferreux calmés dont la gamme s'é- tend des aciers extra-doux jusqu'aux aciers extra-durs alliés,-. pouvant contenir de- très fortes teneurs en chrome, nickel et/ou tous autres éléments entrant dans la composition courante des produits ferreux et ce dans des proportions très variables.
Or, de tels lingots présentent la particularité commune de former très rapidement une croûte à la surface du bain, dès
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l'arrôt du jet de coulée.
En outre, la solidification totale du lingot s'effectue rapidement avec un creux de retrait dont la forma et l'impor- tance sont fonction de tous les facteurs de coulée, y compris la forme des lingotières, la nature et l'épaisseur de ses pa- rois,
Il résulte de la double rapidité de formation de la croûte et du creux de retrait de grandes difficultés pour obte- nir un dispositif suivant l'invention à action suffisamment rapide.
A ces difficultés s'ajoute celle d'avoir, surtout dans le cas des lingotières convergentes vers le haut, une surface de bain extrêmement réduite, à la partie supérieure de la lin- gotièro, ce qui rend plus difficile l'application du procédé suivant l'invention dans les conditions les plus avantageuses.
Enfin, de tels lingots sont généralement d'un prix très élevé et la perte d'acier pour la mise en oeuvre du procédé doit être, en conséquence, aussi réduite que possible. on peut remédier à ces inconvénients en utilisant un dispositif perfectionné tel que la masse exothermique est logée dans une gaine en matière combustible et le bourrelet en forme de couronne, formé par cette masse et cette gaine, est enserré entre deux plaques, ménageant avec la couronne uno cavité cen- trale qui débouche à l'extérieur par de petits orifices prévus dans cesplaques, et la gaine n'est combustible que sur la por- tion , adjacente à l'une au moins de ces plaques., de sa surface périphérique externe, laissée à découvert par les plaques, le reste de cette surface externe étant ignifugé.
Il en résulte que lorsque le dispositif est posé sur la croûte en cours de formation du métal coulé :
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d'une part, la gaine brûle d'abord par cette portion combustible de sa périphérie et s'ouvre ainsi par l'extérieur pour permettre une libération de la charge exothermique à la périphérie du dessus du lingot ; et, d'autre part, la cavité centrale est le siège d'une certaine pression due aux gaz se dégageant du lingot à travers sa croûte et ces gaz favorisent le vidage de la gaine par sa périphérie.
Ce dispositif perfectionné permet, outre l'avantage pré- cité, à l'effet exothermique périphérique de s'exercer non seule- ment à la surface et surtout sur la périphérie de la croûte for- mée, mais encore vers la paroi de la lingotière, de telle sorte qu'on obtient dans le lingot ou autre pièce coulée un creux axial en forme de galette à fond sensiblement plat et avec le minimum de perte du métal nécessaire à la constitution' de la croûte à sa partie supérieure et de ses parois latérales le pro- tégeant contre les contaminations en provenance de l'extérieur, tant de l'air atmosphérique que des réactions du dispositif.
Cet avantage est d'autant plus sensible que le métal coulé est d'un prix plus élevé.
En beef, la contexture du lingot en ost considérablement améliorée avec .Le minimum de chutage en tête.
On se reportera maintenant aux Fig. 10 à 14 qui repré- sentent un mode d'exécution de ce dispositif perfectionné.
Suivant cet exemple d'exécution, le dispositif est for- mé essentiellement d'un boudin 30 de section plus ou moins carrée ou rectangulaire à coins arrondis, disposé en forme, de couronne entre deux plaques 31 et 32 en forme de disques dont il est solidaire par collage ou autrement.
Le boudin 30 est formé d'une gaine tubulaire 33 (Fig.11)
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Si l'ignifugation n'intéresse que la zone mn, on remar- quera que la surface externe du bourrelet comporte deux portions
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combustibles non ignifugées no et nip , , c e qui permet d'utiliser le dispositif indifféremment avec l'orientation représentée ou renversé sens' dessus dessous.
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A noter, toutef0is, qu'on peut ignifuger la portion no, la portion mp restant seule combustible, dans lequel cas le dis- positif doit être utilisé avec l'orientation représentée.
Le papier Kraft utilisé a, pour les petits lingots en-
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r.sa;s, une épaisseur de l'ordre du dixième de millimètre. on ferme l'une des extrémités du tube f0'mé, par exem- ple l'extrémité 35, avant le remplissage du tube, par collage, par exemple à l'aide d'un papier adhésif 36 (Pig. 13, 14) et/ou par agrafage. on remplit ensuite la gaine ainsi formée avec sa charge exothermique F.
Cotte gaine prend ainsi l'aspect d'un bourre- let cylindrique; on a soin de ne pas la bourrer complètement pour qu'on puisse cintrer ce boudin en forme do tore, comme pré'- cisé ci-aprcs, Le remplissage effectuée on ferme la deuxième extrémité 37 (Fig. 11); un papier collant cellulosique est très commode dans ce cas.
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La gai.n-- garnie de la masse exothermique F, qui pont être constituée psr l'une es compositions sus(6cr'it8s, est on-
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suite cintrée en forme de tore. Le cintrage est facile grâce au remplissage incomplet de la gaine qui se plisse simplement sur sa surface interne, comme représenté en 39 sur les Fig. 10 et 11. Fuis, les deux extrémités adjacentes 35 et 37 sont ré- unies soit par agrafage soit par collage à l'aide, par exemple, de d'une bande/papier collant non représentée.
On notera qu'au lieu d'utiliser un bourrelet unique, on peut utiliser deux demi-bourrelets de longueur moitié pour que la répartition de la charge F, qui ne doit pastout à fait rem- plir le bourrelet, se fasse plus uniformément et plus sucement, ces deux demi-bourrelets étant reliés bout à bout comme le sont les deux extrémités 35 et 37 du bourrelet unique.
Le bourrelet unique ou en derx parties(ou plus) est disposé en forme de tore 30 sur le disque 31 en carton, de pré- férence en carton "cuir" d'environ o,5 à 1 mm d'épaisseur. Le diamètre de ce dir que est très peu inférieur à celui de la par- tie supérieure de la lingotière A3. Le diamètre externe du tore 30 est lui-même légèrement inférieur à celui du disque 31.
La face supérieure de ce disque 31 venant au contact dubourre- let 30 est enduite d'un adhésif ignifuge, de préférence d'une
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solution de s3.lica Ë le sodium à 38/40 Bé, le rapport Si02/j'Í2 étant compris entre 3,5 et 3,75, ou d'un produit ayant des pro- priétés analogues, c'est-à-dire d'un adhésif, compte tenu des faibles quantités en jeu, ne donnant pas lieu à des réactions endothermiques trop importantes.
Il convient d'ailleurs de remarquer, au surplus,'que même des réactions pouvant paraître à priori nuisibles au lin- got, resteraient sans effets, du fait que la croûte se formant définitivement dès que les gaz du lingot se sont évacués, rend impossible toute contamination au sein du lingot en provenance
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du dispositif,tant de sa charge qua de l'enduit ignifuge.
Le disque supérieur 39, également de préférence en car- ton "cuir" et d'une épaissaur de l'ordre de 0,5 à 1 mm, est en- duit également sur sa face inférieure destinée à venir au con- tact du toro, d'un adhésif approprié tel que la solution de si- licate de sodium utilisée pour le disque 31, et on applique ce disque 32 sur le tore 30 déjà collé sur le disque 31, puis on exerce sur le disque 32 une pression de quelques kilos soit par une charge de même diamètre que les disques, soit par une pile de plusieurs dispositifs ou de toute autre façon.
Il en résulte que, sous l'effet de cette pression, le tore 30, initialement de forme sensiblement circulaire, prend la forme à section carrée (ou rectangulaire) à angles arrondis représentés à la Fig. 10 et à la Fig. 12, et que les deux dis- ques 31 et 32 sont collés de façon étanche aux faces supérieure et inférieure planes du tore 30 (Fig. 12).
Il est bon de limiter l'enduisage d'adhésif aux faces internes des disques 31 et 32 pour éviter le collage des dis- positifs entre eux en cas d'empilage pendant l'emmagasinage.
Les disques inférieur 31 et supérieur 32 comportent .cinq trous 39 ou 39a d'environ 5 mm de diamètre dont l'utilité sera précisée par la suite. Doux fils de for recuit 40 do 0,5 à 1 mm de diamètre passant dans les trous 39, 39a, constituent deux anses triangulaires facilitant la pose du dispositif sur le bain de fusion.
Les fils de fer sont représentés rabattus sur le disque 32 à la Fig. Il, dans une position favorable à l'empilage pour le stockage en magasin et dans leur position d'utilisation à la Fig. 10.
Voici comment on peut utiliser avantageusement ce dis-
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positif, Dès que la lingotière A3 est remplie jusqu'à son ni- veau supérieur ab, qui peut varier suivant le poids du lingot à obtenir jusqu'à sa hauteur maximum sensiblement au ras de la face supérieure de la lingotière, lorsqu'il s'agit de la coulée d'un métal bien calmé ne risquant pas de déborder, on pose le dispositif sur le lingot quelques secondes après l'arrêt du jet de coulée.
Les gaz chauds et/ou combustibles qui se dégagent toujours, en plus ou moins grandes quantités, .nome d'un bain de métal calmé, et qui comprennent notamment de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène, de l'azote, etc... pénètrent suivant les flè- ches f par les trous 39 à l'intérieur de la cavité centrale 41, ménagée entre les disques 31 et 32 et la paroi interne du tore 30, pendant que la croûta E se forme, ce qui est rendu possible ¯ par une ignifugation partielle du disque inférieur 31 et par la rapidité avec laquelle se forme cette croûte :!: et le retrait, suivant lesexplications donnéesau préambule.
Les gaz en question exercent une pression sous l'effet de la chaleur sur la paroi interne verticale du tore et ressor- tent, dans l'atmosphère., par les trous 39a suivant les flèches f1, après avoir créé cependant des mouvements tourbillonnaires à l'intérieur du dispositif et exercé une pression tendant à localiser la charge F vers les parois de la lingotière, ce qui évite sûrement la destruction de la croûte E par l'effet de la poudre qui, sur une aussi petite section, transversale, aurait pu s'étaler et agir à sa partie centrale la plus f@ ile.
Les gaz du linrot peuvent ainsi liminer à travers la croûte en formation E, sansla détruire, ce qui est une des conditions essentielles eu ^on comportement du dispositif sui- vant l'invention.
Ces gaz peuvent aussi comprendre de la vapeur d'eau en
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faces provenance de l'adhésif qui se trouve sur les/internes des dis-.
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ques ,31 et 32., ainsi d':Uleurs que Ce l'air ati.lOD!h,:'L1UG r':3r.1" plissant initialement le dispositif, auquel se substituent ra- pidement les gaz en provenance du bain.
De toute façon, ainsi
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.qu:ti1. vient à,"ét1-.e expli1't:.--3, les gas en question agissent sur la paroi interne du tore avant do s'évacuer suivant les flèches f1. pendant ce temps, la chaleur de rayonnement de la sono périphérique de la croûte E en formation provoque la combustion de la portion non ignifugée mp de la surface externe du bourre- let, on peut voir sur la Fig. 12 comment la portion om, proè tégée par la pellicule ignifugeante 34, s'ouvre en om1 suivant la flèche f2 pendant ur temps pouvant être très court, mais suffisant, sous'l'action du poids de la charge F et de la pous- sée centrifuge exercée sur cette charge par la pression des gaz remplissant la cavité 41.
Il en résulte qu'une certaine quantité de la poudre F se trouvant à l'intérieur du bourrelet s'écoule suivant la flè-
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Che f vers la prîph,5rîe, par écoulement naturel et par l'effet de ladite pression desgaz s'exerçant à l'intérieur de la cavité centrale 41. La poudre qui s'écoule ainsi en a (Fig. 12) agit immédiatement pour réchauffer non seulement la croûte'?, à sa
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périphérie, mais encore la paroi interne de la 13.not.èr A3, ce qui facilite l'écoulement du métal sous-jacent dans le creux de retrait au fur et à mesure de sa formation et ce,tout en facilitant la formation de la croûte E pendant le dégazage du lingot,
La propriété de la gains 30 de s'ouvrir extérieurement suivant la floche f2 présente donc un intérêt remarquable pour les petits lingots.
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Le dispositif n'a pas été essayeur do plus pros lin- gots, par exemple au delà de 2 tonnes jusqu'à 100 tonnes et plus, et il est possible que l'effet soit alors moins sensible, nais on peut admettre qu'il pourra rendre encore d'éminents services pour de tels lingots du fait qu'il permettra d'obtenir;
, coulée dans le cas de petits lingots, un creux de retrait à fond sensiblement plat, limité à sa partie supérieure par une croûte aussi mince que possible et, latéralement, par une épaisseur de métal très réduite, ce qui évitera des pertes de métal au chutage de tête, par ailleurs, les gaz chauds circulant à l'intérieur du tore 30 et s'évacuant finalement dans l'atmosphère suivant los flèches fl permettent non seulement l'évacuation des gaz du lingot sans que la croûte E se détériore in-extremis, mais en- coré constituent, en quelque sorte automatiquement, un calori- fugeage extrêmement favorable à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
L'effet de cette nappe de gaz chauds et/ou combustibles peut notamment remplacer celui de la poudre G et de la coulée après coup, prévus dans les exemples précédents, pour l'amor- gage de la composition exothermique F et/ou pour en compléter son effet.
On peut garnir la cavité 41 d'une masse fibreuse combus- tible ou même incombustible, telle que copeaux et/ou sciure de bois, déchets cellulosiques, déchets d'amiante, laine de verre, etc,. qui seraient ainsi dosés pour laisser agir les gaz, y compris ceux qui pourraient émaner de ladite garniture sous l'effet de la chaleur du bain de métal coulé.
Cette masse fibreuse aurait comme effet principal d'évi- ter l'évacuation trop rapide des raz par les trous 39a suivant
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f1 et/ou d'en augmenter le volume, notamment lorsque les gaz des métaux coulés se dégageraient en quantités insuffisantes pour obtenir l'effet décrit dans la présente demande.
Bien que le dispositif ait été essentiellement prévu pour de petits lingots, il est bien entendu applicable, comme déjà précisé plus haut, à de plus gros lingots. on peut considérer comme acquis que l'effet des gaz chauds et/ou combustibles observés pour les petits lingots peut aussi convenir avantageusement dans le cas de lingotières de grandes capacités.
Il est évident que pour de très gros lingets, par exem- ple de. 5 tonnes à 100 tonnes et plus, le dispositif devrait com- porter des éléments en proportion.
Afin de fixer lesidées, pour lespetits lingots dont la section transversale varie par exemple de 3 dm2 à 30 dm2 environ, le bourrelet 30 peut être fait, comme déjà précisée en papier Kraft d'une épaisseur de l'ordre du dixième de millimè- tre. pour des lingots plus importants, pouvant atteindre plusieurs centaines de dm2, notamment pour les lingots de forge, il faudra, dans ce cas, utiliser pour la fabrication de la gaine 33, un carton souple dont l'épaisseur sera de l'ordre du milli- mètre ou encore plusieurs feuilles de papier Kraft, collées par un adhésif approprié. On pourra utiliser par exemple trois épaisseurs de papier de quelques dixièmes de millimètre d'épais- seur, collées au silicate de sodium liquide.
Quant aux disques 31 et 32, ils pourront être faits en un carton dont l'épaisseur sera de l'ordre du cent imètre, ou encore en plaquesde sciure, de copeaux ou de déchets cellulosiques fortement agglomérées et comprimées et convenablement ignifugées, notamment sur les
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faces venant au contact du tore.
Le dispositif facilite à tous points de vue la mise en ,oeuvre du procédé et permet de réduire considérablement les chutes de tâte par l'obtention du creux de retrait suivant les traits mixtes r2 de la Fig. 10 tout en améliorant au maximum la contexture interne du lingot.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes d'exécution représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemples.
Il est bien entendu que les exemples choisis pour une lingotière à section carrée s'appliquent sans sortir du cadre de l'invention aux lingotières ayant une section transversale de forme quelconque, rectangle allongé, polygone pouvant avoir les cottes incurvés ou les angles arrondis, cercle, etc.
REVENDICATIONS
1 - Procédé perfectionné de coulée de métaux et allia- ges en lingotière, ce procédé, destiné à réduire le creux de retassement, étant caractérisé en ce que le métal ou alliage étant coulé, on le laisse se refroidir pendant un court instant, de manière qu'il se forme, à la manière usuelle, une croûte su- perficielle, puis on effectue un apport périphérique de calo- ries sur tout le pourtour de cette croûte superficielle, de ma- nière, par un réchauffage des portions sous-jacentes, à assurer une alimentation, en métal encore relativement fluide, du creux de retassement pour combler sinon tout ce creux, du moins son fond.