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Procédé pour la coulée et le laminage du cuivre
Cette invention est relative à des perfectionnements à la coulée et au laminage du cuivre pour la production de tôles ou de bandes de cuivre.
En travaillant d'après les procédés connus, on rencontre des difficultés considérables à produire des tôles de cuivre exemptes de soufflures, de cavités ou autres défauts. Il est d'usage de couler le cuivre sous forme de brames ou de saumons et de laminer ensuite ceux-ci en feuilles par des passes ré- pétées entre des cylindres. Le saumon est généralement coulé dans un moule peu profond, dont la hauteur détermine l'épais-
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seur du saumon et qui présente les dimensions et la forme extérieure des cotés plats du saumon ; a pour effet de provoquer une oxydation rapide de la surface de la masse de cuivre fondu exposée au contact de l'air, la couche super- ficielle du cuivre se saturant plus ou moins d'oxygène.
Cette couche contient alors tant d'impuretés qu'il faut dresser ou racler la face supérieure du saumon jusqu'à la profondeur voulue pour enlever l'oxyde et atteindre une surface de cuivre pur non contaminée, si on désire obtenir des tôles de qualité supérieure, si l'on ne prend pas cette précaution, l'oxyde est incrusté par le laminage dans la tôle et forme des battitures irrégulières qui s'écaillent ou se détachent d'une autre manière de la feuille en laissant des défauts superficiels ou une surface irrégulière. Le dressage ou le raclage est une opération coûteuse et le cuivre ainsi enlevé doit être ramené à la fonderie pour y être refondu et raffina.
Pour diminuer ces inconvénients on a dans certains cas, coulé les saumons de cuivre sur champ, de manière à réduire l'étendue de la surface supérieure du cuivre fondu qui seule s'oxyde; ceci peut donner lieu à certaines difficultés lors- qu'on retire le saumon coulé du moule, à moins que celui-ci ne présente une conicité ou une forme de coin prononcée pour assurer le démoulage du saumon (qui s'est légèrement contrac- té en se refroidissant) lorsqu'on renverse le moule. Mais, le laminage de ces saumons en forme de coin offre des diffi- cuités et la tôle laminée présente d'un coté, sur la totalité de sa longueur, une partie marginale de cuivre de qualité imparfaite et plus ou moins oxydée qui doit être découpée, ce qui entraîne des pertes considérables.
On a délà proposé aussi de diminuer encore davantage la surface du cuivre coulé qui est exposée à l'oxydation en
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coulant le saumon en bout, de manière que son extrémité su- périeure seulement soit soumise à l'oxydation; mais ceci donne lieu à de sérieuses difficultés lors de l'enlèvement des saumons coulés de leurs moules, à moins que ceux-ci ne présentent une forme conique prononcée d'une extrémité à l'autre. Toutefois dans ce cas, le saumon est beaucoup plus large à une extrémité qu'à l'autre, ce qui rend le laminage en tôles très difficile.
En dépit de cette difficulté, ce dernier procédé offre l'avantage de limiter la présence de cui- vre de qualité imparfaite à l'une des extrémités de la tôle, et comme les extrémités irrégulières des tôles doivent être découpées dans tous les cas, la perte due au raclage de la partie défectueuse de la tôle est ainsi notablement réduite.
La présente invention, qui est le résultat d'un grand nombre d'expériences tentées en vue de diminuer l'oxydation et autres défauts se produisant lors de la coulée du saumon de cuivre et d'en réduire les effets nuisibles sur les tôles laminées, permet d'éviter les plus importants inconvénients rencontrés.jusqu'ici et de produire des tôles de cuivre exemptes de poches d'oxyde, de soufflures, de battitures et autres impuretés, d'une manière beaucoup plus économique qu'il n'était possible de le faire jusqu'à présent.
suivant la présente Invention, on goule les saumons en bout, mais au lieu d'employer la méthode de coulée ordinaire nécessitant une conicité considérable de la cavité du moule, ce dernier présente une cavité à parois parallèles ou à peu près parallèles et on amène le saumon coulé à se contracter dans une telle mesure qu'il peut être facilement démoulé par l'une des extrémités du moule. Afin d'éviter de devoir ren- verser le moule, on forme de préférence dans le fond de celui-
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ci une ouverture fermée par une porte qu'on peut ouvrir lors du démoulage.
On provoque cette contraction du saumon coulé en re- froidissant convenablement et suffisamment le moule au mo- ment où le cuivre fondu y est coulé. On réalise ce refroidis- sement en munissant le moule d'une chemise d'eau et en pro- duisant une circulation suffisamment énergique de l'eau (ou autre fluide réfrigérant ) à travers cette chemise. Le saumon refroidi et contracté peut, à sa sortie du moule, être avan- tageusement plongé dans un bain d'eau pour y être refroidi davantage, puis il est enlevé.
Le saumon est ensuite laminé de la manière habituelle- ment employée pour le laminage longitudinal, mais le lamina- ge est considérablement facilité du fait que le saumon pré- sente une épaisseur a peu près uniforme d'un bout à l'autre (au lieu de présenter une forme conique prononcée ou une forme de coin comme précédemment) de telle sorte que les cy- lindres de laminoir ont une action uniforme sur le cuivre d'une extrémité à l'autre du saumon. Par conséquent. les opérations de laminage successives sont beaucoup plus faci- les à exécuter qu'il ne serait possible de le faire autre- ment.
L'oxydation du cuivre étant limitée à sa surface supé- rieure exposée à l'extrémité supérieure de la cavité du mou- le ne s'étend que sur une surface excessivement faible et ne se produit qu'à l'une des extrémités du saumon de cuivre coulé. il en résulte que lors du laminage du cuivre, les imperfections qui existent à cette extrémité exposée du saumon ne se retrouvent que dans la partie située à l'extré- mité de la feuille de cuivre laminé.
Lorsqu'on lamine des tôles de cuivre, la partie extrême de celles-ci doit toujours
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être coupée à cause de son irrégularité de forme et d'épais- seur et dans le procéàé considéré, l'extrémité oxydée ainsi coupée est a peine plus grande, si même elle l'est, que celle qu'il était de toute façon nécessaire de couper jusqu'à pré- sent. Le côté de la feuille qui ne contient pas d'oxyde, ne doit être raclé que dans une faible mesure, si même il doit l'être.
Afin de bien faire comprendre le procédé, celui-ci va être décrit ci-dessous avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Figure 1 est une vue plus ou moins schématique montrant le moule en coupe verticale axiale avec le dispositif de coulée et le dispositif de démoulage.
Figure 2 est une vue en coupe du moule.
Figure 3 est une vue en perspective du saumon coulé.
Figure 4 est une vue de côté ou en bout du saumon, mon- trant la manière dont il se présente devant les cylindres de laminoir qui sont représentés en coupe.
Figure 5 est une vue en coupe d'un moule formé de deux pièces articulées l'une à l'autre.
Sur les dessins,A désigne la goulotte de coulée d'un four d'où le cuivre fondu tombe dans une poche de coulée E qu'on peut faire basculer pour déverser son contenu dans le moule C. Celui-ci est pourvu d'une chemise d'eau D et d'un fond articulé E qui peut être parté par un levier à contre- poids F. L'eau pénètre dans la chemise D par un tuyau d'arri- vée a et s'échappe par un tuyau de décharge b. Lesarois internes du moule sont parallèles entre elles ou très légè- rement divergeantes.
Le refroidissement du moule par la cir- culation de l'eau dans la chemise D sert à refroidir et à
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contracter le saumon de manière que ses faces latérales n'adhérent pas aux surfaces internes de la cavité du moule, de telle façon que lorsqu'on ouvre le fond E, le saumon coulé puisse tomber Immédiatement du moule. Il est préférable de disposer un bain d'eau D en dessous du moule pour recevoir le saumon. Ce dernier peut tomber à plat dans ce bain dont on le retire ensuite pour le soumettre au traitement pré- paratoire habituel en vue du laminage. Le saumon obtenu est représenté sur la Figure 3. Pour le laminage, on le fait pas- ser longitudinalement et à plat entre des cylindres de la- minoir habituels, représentés en H sur la figure 4.
Par des passes successives appropriéesentre ces cylindres ou d'au- tres cylindres dans un train de laminoir, on lamine le cui- vre jusqu'à obtenir la tôle ou la bande de l'épaisseur vou- lue.
Les dessins représentent le moule et par conséquent le saumon dans la proportion de 75 X 50 X 8,75 cm, mais ces proportions sont données uniquement à titre d'exemple et peuvent varier dans une mesure quelconque, usuelle ou dési- rable, suivant les résultats à obtenir.
Pour que la coulée du cuivre puisse se faire rapidement et économiquement suivant ce procédé, il est important que le moule soit refroidi dans des limites de température appro- priées, la température optimum variant suivant les proportions du saumon et le point de fusion du cuivre ou autre métal ou alliage traité. S'il s'agit de cuivre en saumons ayant les dimensions mentionnées ci-dessus, la température de l'eau entrant par le tuyau est de préférence comprise entre 1050 et 1350 C; la température de l'eau quittant le moule par le tuyau b est plus élevée par suite de la chaleur absorbée du cuivre fondu. Dans le cas ou l'on emploie ces températures,
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l'eau est maintenue à une pression de vapeur de 1,05 kg par cm2 (15 livres par pouce carré).
Il est préférable de faire passer l'eau dans un système de circulation en circuit fermé, de manière qu'elle puisse être maintenue dans les limites de température désirées. On fait circuler l'eau assez rapidement afin que son courant à l'intérieur de l'enveloppe B soit suffisamment énergique pour maintenir le moule à une tempé- rature à peu près uniforme du haut en bas.
L'invention n'est limitée à aucun agent de refroidisse- ment déterminé, ni à aucune pression déterminée, ni à aucune température déterminée à l'intérieur de la chemise d'eau.
Dans certaines conditions, il peut être désirable de mainte- nir l'agent de refroidissement à la pression atmosphérique.
Lorsqu'on désire une température relativement élevée, on peut employer pour la circulation de l'huile ou un autre li- quide.
L'emploi de l'eau chauffée à une température déterminée et maintenue à une pression donnée, a été trouvé avantageux pour le genre de saumons qui doivent être coulés le plus souvent suivant le présent procédé. Si l'on désire obtenir des saumons présentant d'autres proportions ou d'autres for- mes, il peut être nécessaire de maintenir d'autres conditions.
L'avantage de faire circuler un liquide à travers des chemises de refroidissement est aue kles moules sont refroidis bien en dessous du point de fusion du cuivre et peuvent re- froidir celui-ci plus rapidement que si l'on employait des moules métalliques sans chemise de circulation, comme il était d'usage jusqu'à présent. Si la conicité ou la conver- gence des parois internes de la cavité du moule était plus grande, on pourrait maintenir une température différente
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dans la chemise de refroidissement, étant donné que le saumon tombe d'autant plus facilement du moule que la conici- té est plus forte.
Toutefois il est désirable en pratique que les saumons aient une conicité extrêmement faible, et l'un des avantages de-l'invention est de permettre aux saumons de tomber du moule alors qu'il ne présentent qu'une conicité beaucoup plus faible que jusqu'à présent, ou qu'ils ne pré- sentent même aucune conicité.
Après que le cuivre a été coulé dans le moule, il est désirable d'attendre un certain temps avant de le démouler afin-d'assurer le degré voulu de refroidissement et de con- traction du saumon coulé. Il est également désirable de lais- ser reposer le moule quelque temps après le démoulage, avant d'exécuter l'opération de coulée suivante, afin que sa température puisse être suffisamment réduite par la circula- tion continue de l'eau dans la chemise pour pouvoir refroi- dir efficacement le cuivre coulé lors de la coulée suivante.
Le procédé suivant l'invention est donc particulièrement appli- cable à la coulée mécanique dans laquelle une série de moules tournent par intermittences sur une roue ou une table tour- nante, la coulée s'effectuant en un certain point et le dé- moulage du saumon de cuivre solidifié et contracté s'effec- tuant en un autre point, de manière laisser s'écouler entre la coulée et le démoulage un temps suffisant pour permettre le refroidissement et la contraction du cuivre coulé, et après le démoulage, un temps suffisant pour que le moule puisse être refroidi davantage avant l'opération de coulée suivante. Un appareil pour réaliser ce procédé mécanique a été imaginé mais il sera décrit dans un brevet spécial.
L'invention peut être appliquée à des métaux ou allia-
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ges autres que le cuivre pur. Elle est applicable dans tous les cas où le métal possède, comme le cuivre, la propriété de s'oxyder superficiellement au contact de l'air à l'état fondu. Le terme "cuivre" employé dans cette description doit être entendu comme comprenant tout autre métal ou alliage possédant cette propriété.
Bien qu'il soit préférable d'employer un moule d'une pièce pourvu d'une porte à la base, on peut cependant utill- ser d'autres dispositifs pour couler suivant la présente in- vention un saumon de cuivre dont les faces latérales sont à peu près parallèle. La figure 5 montre en coupe une forme de construction de moule formée de deux pièces à doubles parois, dont l'une CI peut être fixe et l'autre C" être ar- ticulée à celle-ci, de préférence à un angle comme c'est in- diqué en d, et lorsque les deux pièces sont réunies, elles peuvent être attachées ensemble par tout dispositif de fixa- tion approprié tel qu'un crochet e.
Les deux pièces du moule comportent des chemises d'eau séparées dont chacune reçoit et décharge de l'eau par des tuyaux ..(non représentés) de tou- te manière appropriée. Le cuivre est coulé par l'extrémité supérieure ouverte du moule et, après qu'il a été refroidi et solidifié, on le démoule en dégageant le crochet e, et en ouvrant la partie c" dans la position représentée en pointillé . ou au-delà de cette position, après quoi on peut enlever le saumon ou le faire tomber. Dans les moules de ce genre, les cotés de la cavité peuvent être absolument parallèles et il est inutile de lesinclinér même légèrement.
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Process for casting and rolling copper
This invention relates to improvements in the casting and rolling of copper for the production of copper sheets or strips.
By working according to the known methods, considerable difficulty is encountered in producing copper sheets free from blisters, cavities or other defects. It is customary to cast copper in the form of slabs or slabs and then roll these into sheets by repeated passes between rolls. The salmon is usually poured into a shallow pan, the height of which determines the thick-
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sor of the salmon and which has the dimensions and the external shape of the flat sides of the salmon; has the effect of causing rapid oxidation of the surface of the molten copper mass exposed to contact with air, the surface layer of copper becoming more or less saturated with oxygen.
This layer then contains so many impurities that it is necessary to dress or scrape the upper face of the salmon to the desired depth to remove the oxide and achieve a pure copper surface uncontaminated, if one wishes to obtain sheets of superior quality. , if this precaution is not taken, the oxide is encrusted by the rolling in the sheet and forms irregular scales which flake or otherwise come off the sheet leaving surface defects or a surface irregular. Dressing or scraping is an expensive operation and the copper thus removed must be returned to the smelter for remelting and refining.
To reduce these drawbacks, in certain cases, the copper tips have been cast in the field, so as to reduce the extent of the upper surface of the molten copper which alone oxidizes; this can give rise to certain difficulties when removing the cast salmon from the mold, unless the latter has a sharp taper or wedge shape to ensure release of the salmon (which has contracted slightly cooling) when the mold is inverted. But, the rolling of these wedge-shaped tips offers difficulties and the rolled sheet has on one side, over its entire length, a marginal part of copper of imperfect quality and more or less oxidized which must be cut. , resulting in considerable losses.
It has also been proposed to further reduce the surface area of the cast copper which is exposed to oxidation by
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sinking the salmon end so that only its upper end is subject to oxidation; but this gives rise to serious difficulties in removing the cast salmon from their mussels, unless the latter have a pronounced conical shape from end to end. However in this case the salmon is much wider at one end than at the other, which makes rolling into sheets very difficult.
Despite this difficulty, the latter process offers the advantage of limiting the presence of imperfect quality copper at one end of the sheet, and as the irregular ends of the sheets must be cut in all cases, the loss due to scraping of the defective part of the sheet is thus significantly reduced.
The present invention, which is the result of a large number of experiments made with a view to reducing oxidation and other defects occurring during the casting of copper salmon and to reducing their harmful effects on the rolled sheets, allows to avoid the most important drawbacks encountered so far and to produce copper sheets free of oxide pockets, blisters, scale and other impurities, in a much more economical way than was possible to do so far.
according to the present invention, the salmon is gulped at the end, but instead of using the ordinary casting method requiring a considerable conicity of the mold cavity, the latter has a cavity with parallel or nearly parallel walls and the poured salmon to contract to such an extent that it can be easily pulled out from one end of the mold. In order to avoid having to overturn the mold, it is preferable to form in the bottom of the mold
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Ci an opening closed by a door that can be opened during demolding.
This contraction of the cast salmon is brought about by properly and sufficiently cooling the mold at the time the molten copper is poured into it. This cooling is achieved by providing the mold with a water jacket and by producing a sufficiently vigorous circulation of the water (or other refrigerant fluid) through this jacket. The cooled and contracted salmon can, on leaving the mold, advantageously be immersed in a water bath to be cooled further therein, and then it is removed.
The salmon is then rolled in the manner customarily employed for longitudinal rolling, but the rolling is considerably facilitated by the fact that the salmon is more or less uniform in thickness throughout (instead of to have a pronounced conical shape or a wedge shape as before) so that the rolling mill cylinders act uniformly on the copper from one end of the tip to the other. Therefore. successive rolling operations are much easier to carry out than would otherwise be possible.
The oxidation of copper being limited to its upper surface exposed to the upper end of the mold cavity extends only over an excessively small area and occurs only at one end of the salmon of cast copper. as a result, during the rolling of copper, the imperfections which exist at this exposed end of the tip are only found in the part situated at the end of the sheet of rolled copper.
When rolling copper sheets, the end part of the sheet must always
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be cut because of its irregularity of shape and thickness and in the process considered, the oxidized end thus cut is hardly larger, if even it is, than that which it was anyway necessary to cut until now. The side of the sheet which does not contain oxide should only be scraped to a small extent, if at all.
In order to make the process clearly understood, it will be described below with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a more or less schematic view showing the mold in axial vertical section with the casting device and the release device.
Figure 2 is a sectional view of the mold.
Figure 3 is a perspective view of the sunken salmon.
Figure 4 is a side or end view of the tip showing how it looks in front of the rolling mill rolls which are shown in section.
Figure 5 is a sectional view of a mold formed of two parts articulated to one another.
In the drawings, A designates the pouring chute of a furnace from which the molten copper falls into a pouring ladle E which can be tilted in order to pour its contents into the mold C. This is provided with a water jacket D and an articulated bottom E which can be released by a counterweight lever F. The water enters the jacket D through an inlet pipe a and escapes through a discharge b. The internal walls of the mold are mutually parallel or very slightly divergent.
The cooling of the mold by the circulation of water in the jacket D serves to cool and
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contracting the salmon so that its side faces do not adhere to the internal surfaces of the mold cavity, so that when the bottom E is opened, the sunk salmon can immediately fall out of the mold. It is preferable to have a water bath D below the mold to receive the salmon. The latter can fall flat into this bath, which is then removed for subjecting it to the usual preparatory treatment for rolling. The tip obtained is shown in Figure 3. For the rolling, it is passed longitudinally and flat between usual mill rolls, shown at H in Figure 4.
By suitable successive passes between these rolls or other rolls in a rolling mill, the copper is rolled until the sheet or strip of the desired thickness is obtained.
The drawings show the mussel and therefore the salmon in the proportion of 75 X 50 X 8.75 cm, but these proportions are given by way of example only and may vary to any extent customary or desirable according to the requirements. results to be obtained.
In order for the copper to be cast quickly and economically using this process, it is important that the mold be cooled within appropriate temperature limits, the optimum temperature varying according to the proportions of the salmon and the melting point of the copper or other metal or alloy treated. If it is salmon copper having the dimensions mentioned above, the temperature of the water entering through the pipe is preferably between 1050 and 1350 C; the temperature of the water leaving the mold through pipe b is higher as a result of the heat absorbed from the molten copper. If these temperatures are used,
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the water is maintained at a vapor pressure of 1.05 kg per cm2 (15 pounds per square inch).
It is preferable to pass the water through a closed circuit circulation system, so that it can be kept within the desired temperature limits. The water is circulated quickly enough so that its current within the envelope B is strong enough to maintain the mold at a temperature approximately uniform from top to bottom.
The invention is not limited to any specific coolant, or to any specific pressure, or to any specific temperature inside the water jacket.
Under certain conditions, it may be desirable to maintain the coolant at atmospheric pressure.
Where a relatively high temperature is desired, oil or other liquid can be used for the circulation.
The use of water heated to a determined temperature and maintained at a given pressure, has been found advantageous for the kind of salmon which must be cast most often according to the present process. If it is desired to obtain salmon of other proportions or shapes, it may be necessary to maintain other conditions.
The advantage of circulating a liquid through cooling jackets is that the molds are cooled well below the melting point of copper and can cool the copper more quickly than if one employed metal molds without a jacket. circulation, as was the custom until now. If the taper or conver- gence of the inner walls of the mold cavity were greater, a different temperature could be maintained
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in the cooling jacket, since the more easily the salmon falls out of the mold the greater the conicity.
However, it is desirable in practice that the salmon have an extremely low taper, and one of the advantages of the invention is to allow the salmon to fall out of the mold when they have only a much lower taper than up to. 'now, or even show no taper.
After the copper has been poured into the mold, it is desirable to wait some time before demoulding it in order to ensure the desired degree of cooling and contraction of the cast salmon. It is also desirable to allow the mold to stand some time after demolding, before performing the next casting operation, so that its temperature can be sufficiently reduced by the continuous circulation of water in the jacket to. be able to effectively cool the cast copper during the next casting.
The process according to the invention is therefore particularly applicable to mechanical casting in which a series of molds rotate intermittently on a wheel or a rotary table, the casting taking place at a certain point and the de-molding of the mold. solidified and contracted copper salmon taking place at another point, so as to allow sufficient time to elapse between casting and demolding to allow the cooling and contraction of the cast copper, and after demolding, sufficient time so that the mold can be cooled further before the next casting operation. An apparatus for carrying out this mechanical process has been devised but it will be described in a special patent.
The invention can be applied to metals or alloys.
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ges other than pure copper. It is applicable in all cases where the metal has, like copper, the property of superficially oxidizing on contact with air in the molten state. The term "copper" used in this description should be understood as including any other metal or alloy having this property.
Although it is preferable to employ a one-piece mold provided with a door at the base, however, other devices can be used for casting according to the present invention a copper tip whose side faces are roughly parallel. Fig. 5 shows in section a form of mold construction formed of two double-walled parts, one of which CI may be fixed and the other C "hinged to it, preferably at an angle like c. 'is indicated at d, and when the two pieces are brought together they can be tied together by any suitable fastening device such as a hook e.
The two mold pieces have separate water jackets each of which receives and discharges water through pipes (not shown) in any suitable manner. The copper is poured through the open upper end of the mold and, after it has been cooled and solidified, it is demolded by releasing the hook e, and opening part c "in the position shown in dotted lines. Or at- beyond this position, after which the salmon can be removed or dropped in. In molds of this kind, the sides of the cavity can be absolutely parallel and there is no need to tilt them even slightly.