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procédé de fabrication de rails à ornière et de rails de chemins de fer en acier compound.
Il est connu que des rails de tout genre en acier compound, dans lesquels la surface de roulement et les parties voisines sont donc en acier plus dur que la partie restante, non soumise aux efforts produits par la roue de véhicule roulant sur le rail, montrent en service une résistance particulièrement bonne et de longue durée.
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de rails, qui diffère des procédés connus par le fait qu'il permet d'atteindre avec certitude et sans rebut le but poursuivi, à savoir une liaison sûre et irréprochable entre les couches d'acier dur et d'acier doux.
Conformément à l'invention on procède dans ce sens que tout d'abord on coule dans la même coquille un bloc en acier dur, qui ne remplit qu'une partie de l'espace de la coquille et qui est limité dans sa section transversale, de telle sorte que les par-
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ties latérales, inclinées par rapport à la partie centrale,font avec cette partie centrale un angle obtus tel que l'espace de la coquille séparé par la cloison a de préférence une section traneversale en forme de trapèze. Ici il y a lieu de faire remarquer que la forme de la section transversale est connue comme telle.
Toutefois, ce qui est nouveau, c'est que cette partie de bloc est formée à l'aide d'une cloison séparatrice susceptible d'être retirée et ne se soudant pas au bloc. Lorsque ce bloc en acier dur (par exemple d'une composition de 0.8 % de carbone, 0. 8 % de manganèse, environ 0.25 % de silicium, de peu de phosphore et de soufre, pour le surplus de fer), le cas échéant avec des éléments d'alliage (comme par exemple le chrome, le molybdène, le vanadium, le nickel et autres analogues), est refroidi su perficiellement, tout en étant encore liquide à l'intérieur, on coule l'acier plus doux (par exemple un acier fondu normal avec environ 0.25 à 0.30 % de carbone) en source par ascension ou de haut en bas, de façon à remplir la partie restante de l'espace de la coquille.
Une autre forme de réalisation pour la section transversale de la partie de bloc en acier dur consiste en ce qu'elle reçoit une forme en U, les branches de cette forme en U s'ouvrant vers l'intérieur de la coquille, et que cette partie de bloc est également coulée en utilisant une cloison séparatrice susceptible d'être retirée.
La première forme, donc celle dans laquelle on obtient une section transversale en forme de trapèze, dont la base s'appli que contre la paroi de la coquille, est utilisée pour la fabri cation de rails à ornière, tandis que la seconde forme, donc la forme en U, est utilisée pour la fabrication de rails Vignole, ou en cas de dédoublement, donc en plaçant en regard l'un de l'autre deux blocs de section transversale en U, dont les branches s'ouvrent vers le milieu de la coquille, pour la fabrica tion de rails à double champignon, appelés aussi rails bull-head.
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Toutefois le procédé peut aussi être modifié en ce sens que le grand espace de la coquille, qui est rempli avec l'acier doux, reçoit la forme en U, les branches de la forme en U ne se pro longeant pas alors tout-à-fait jusqu'à la paroi opposée de la coquille. Ceci permet de fabriquer des rails à ornière, dans lesquels l'acier doux embrasse l'acier dur, de telle sorte que l'acier doux se prolonge presque jusqu'à la surface du bord de roulement.
Dans le cas de rails à ornière la coulée est effectuée en coulant d'abord l'acier dur et ensuite, après le retrait de la cloison séparatrice, l'acier doux pour remplir la coquille complètement. D'autres perfectionnements consistent en ce que l'acier dur reçoit des saillies en forme de bandes, de préférence d'une section transversale triangulaire, qui lors de la cou lée de l'acier doux sont léchées d'une façon particulièrement intime et qui par conséquent se soudent d'une façon particuliè rement facile à l'acier doux. La cloison séparatrice elle-même, qui est retirée, est enduite du côté qui vient en contact avec l'acier lors de la coulée, d'une matière réfractaire, de préfé rence lorsqu'elle est en acier ou en fonte travaillée.
Toutefois cet enduit en matière réfractaire devient inutile, si la surface, qui vient en contact avec l'acier lors de la coulée, n'est pas travaillée et qu'elle possède encore sa pellicule de fonte na turelle. Le but de cette précaution est de pouvoir rapidement retirer la cloison séparatrice à la fin de la coulée et après solidification superficielle du bloc, sans qu'une liaison par tielle entre l'acier coulé et la cloison séparatrice puisse avoir lieu.
Pour empêcher que lors de la coulée de l'acier doux, cet acier puisse couler sur le bloc coulé en premier lieu - ce qui présenterait le danger de l'écoulement de l'acier dans l'espace de la retirure - on place sur le bloc d'acier coulé en premier lieu un chapeau d'arrêt, qui empêche le passage de l'acier.
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Aprèsqu'un bloc d'acier est coulé de la façon décrite cidessus, ce bloc est placé dans une fosse de cémentation pour l'égalisation de la chaleur, ensuite réchauffé et laminé en rails de la façon connue.
Un autre perfectionnement du procédé consiste en ce qu'un très grand bloc en acier compound est coulé (par exemple de 15 à 25 tonnes), ce bloc, après le traitement thermique connu, étant ensuite soumis à un cinglage tel que des blocs plus petits (par exemple d'un poids de 2 à 5 tonnes) peuvent en être séparés,ces blocs découpés étant alors laminés en rails après un réchauffage correspondant, connu comme tel.
La coulée en grands blocs a l'avantage que la quantité de chaleur de l'acier doux effectue une fusion de la couche exté rieure de l'acier dur du bloc d'acier dur, encore liquide à l'intérieur, en produisant ainsi une liaison indétachable entre l'acier dur et l'acier doux.
Le dessin annexé représente différents exemples de réalisation du procédé conforme à l' invention. Dans ce dessin : Fig.l est la coupe transversale d'une coquille a, dans la quelle au moyen d'une cloison démontable b l'espace de section transversale en forme de trapèze est séparé du reste de l'espace, la base du trapèze étant formée par la paroi d de la coquille.
La cloison séparatrice est en fonte de fer. Les faces e,tournées vers l'espace c, ne sont pas travaillées, elles ont donc encore leur pellicule de fonte naturelle. Elle est maintenue en place dans la coquille par des poids placés sur elle, et par calage, ainsi qu'au moyen de vis de serrage, pour empêcher qu'elle puisse être déplacée par l'acier liquide. La cloison séparatrice étant retirée après la solidification superficielle du bloc d'acier en acier dur remplissant l'espace c, le restant f de l'espace de la coquille est rempli avec de l'acier doux. La partie coulée en premier lieu est maintenue sur la paroi de la coquille par des crampons coulés en même temps. L'acier doux pénètre d'en
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bas par l'ouverture g dans la coquille . il est donc introduit dans la coquille selon le principe de la coulée en source ou par ascension.
Toutefois on peut aussi procéder en ce sens - ce qui est spécialement indiqué dans le cas de blocs très gros - qu'une partie de la matière est introduite par le bas et le restant par le haut dans la coquille. Il n'est pas recommandable de couler ces blocs exclusivement par le haut, parce que l'acier s'écla bousse sous la grande hauteur de chute et donne une fonte peu propre.
La fig. 2 montre la coupe transversale d'une coquille, dans laquelle l'acier dur h reçoit à l'aide d'une cloison séparatrice de forme correspondante une forme en U, dont les branches inté rieures s'ouvrent vers le milieu de la coquille. Pour le surplus la coulée s'effectue de la même façon que celle qui a été décrite pour la fige 1.
Afin d'obtenir une liaison mécanique particulièrement intime, il est toutefois plus avantageux dans ce cas de remplir d'abord avec de l'acier doux le grand espace de la coquille, fermé par la cloison séparatrice, ensuite, après solidification superficielle mais pendant que l'intérieur du bloc est encore liquide, de retirer la cloison séparatrice 1,¯et de ne remplir qu'alors l'espace restant h avec de l'acier dur, de sorte que l'acier dur, qui se refroidit en dernier lieu, est relié solidement à l'acier doux, non seulement par soudage, res pectivement par fusion, mais aussi par son retrait. Un effet de retrait analogue se produit dans un bloc, dont la coulée est décrite avec l'appui de la fig.l. Ici l'acier doux maintient par son retrait solidement l'acier dur.
Un bloc, qui est coulé conformément à la fig. 2, est destiné à être employé avec avantage pour la fabrication de rails Vignole ou de rails à double champignon (ou rails bull-head), dans lesquels un seul champignon reçoit une surface de roulement, résistant particulièrement à l'usure.
Dans le cas de la fig. 2a, on procède de la même façon que
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dans le cas de'la fig. 2, sauf qu'ici l'acier doux kl,qui remplit le grand espace de la coquille et qui est coulé en dernier lieu, donc après que le petit espace h1 de la coquille est rempli avec de l'acier dur et qu'après un certain temps la cloison sépara trice il a été retirée, reçoit la forme en U, dont les branches s'ouvrent vers l'intérieur de la coquille.
Les figs.3 et 4 montrent par exemple le mode d'application de bandes saillantes. Ces figures représentent des coupes transversales de blocs, dans lesquels l'acier, qui est coulé en pre mier lieu, dans ce cas l'acier dur, est muni de bandes 1 de section transversale triangulaire.
Mais s'il s'agit de fabriquer des rails à double champignon ou rails bull-head, donc des rails dans lesquels, après l'usure de l'un des champignons, le rail est retourné pour amener l'autre champignon en haut, de façon à mettre en service la surface de roulement résistante de ce second champignon, on procédera,comme le montre la fig.5, en ce sens qu'on coule deux blocs en acier dur m, placés en regard l'un de l'autre et ayant une section transversale en forme d'U, dont les branches intérieures s'ou vrent vers le milieu de la coquille, tandis que la partie res tante n est en acier doux, coulé après le refroidissement superficiel des blocs en acier dur m.
La coulée s'effectue judicieusement en utilisant des aloi - sons séparatrices démontables, comme il a été décrit pour les figs.l et 2.
La fig. 6 montre une vue en perspective de la coquille a de la fig.1 avec la cloison séparatrice b mise en place. Sur la cloison séparatrice b et la paroi supérieure de la coquille est placé le caisson o, dont l'intérieur a à peu près la forme de l'espace c. Lors du remplissage de l'espace c avec de l'acier dur, celui-ci remonte presque jusqu'au bord supérieur du cais son, de sorte qu'après le retrait de la cloison séparatrice b et le démontage du caisson o l'acier dur dépasse le bord supérieur
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de la coquille. Lors du remplissage subséquent de la coquille avec de l'acier doux,-dont la surface, à la fin de la coulée, reste encore au-dessous du bord supérieur de la coquille a , l'acier doux ne peut pas couler dans la retirure du bloc en acier dur.
La fig.7montre la vue en perspective d'un grand bloc com pound brut p, qui possède la partie encastrée en acier dur q , tandis que le restant r du bloc est en acier doux. Après le cinglage la section transversale est réduite d'une façon correspondante, mais sa longueur est agrandie, comme le montre la fig..
8. De ce bloc préalablement cinglé ou forgé, on découpe plu sieurs blocs plus petits, comme l'indiquent les traits interrom- pus t, ces petits blocs découpés étant ensuite laminés en rails à une température correspondante.
Les figs. 9 à 14 montrent les coupes transversales de rails obtenus par laminage suivant le procédé décrit plus haut. Dans tous les cas, l'acier dur, résistant à l'usure, est indiqué par u, tandis que l'acier doux est désigné par v. Le rail à ornière de la fig.9 est obtenu au moyen d'un bloc, coulé conformément à la fig. 1. Les rails de la fig. 10 (rail Vignole) et de la fig. il (rail à double champignon avec un seul champignon renforcé) sont obtenus conformément au procédé de la fig.2. Le rail à double champignon renforcé de la fig.12 est laminé d'un bloc, conforme à la f i g. 5. Le rail à ornière de la fige 13 est laminé d'un bloc, coulé conformément à la fig.2a, tandis que la fig.14 montre un rail Vignole, laminé d'un bloc conforme à la fig.4.
Comme la plupart du temps on ne dispose que de grandes coquilles, il est préférable de travailler conformément au procédé décrit avec l'appui de la fig.15, et ce en divisant la coquille par une cloison w, qui reste dans la coquille lors de la coulée, en deux moitiés égales, et en séparant des deux côtés de cette cloison à l'aide de cloisons séparatrices b1 de petits espaces creux o1, qui sont remplis avec de l'acier dur. Après
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l'enlèvement des cloisons b1, on remplit l'espace restant avec de l'acier plus doux. Cette forme de réalisation a l'avantage qu'en utilisant des cloisons très minces w, on obtient une excellente accumulation de chaleur, qui favorise le soudage des aciers doux avec les aciers durs. Les espaces creux pour l'acier dur peuvent aussi avoir toute autre forme, décrite plus haut.
Toutes les cloisons séparatrices, qui sont employées dans les procédés décrits plus haut, ne touchent pas les parois de la coquille par leurs extrémités, mais elles y laissent subsister un étroit espace intermédiaire x, comme le montre la fig. 16 à une échelle plus grande, cet espace intermédiaire étant bouché au moyen d'une bande d'amiante Z, encastrée dans les rainures de la cloison séparatrice. Le but de cette précaution est d'ob tenir en toute circonstance entre la cloison séparatrice et la paroi de la coquille un joint étanche. Ceci empêche que l'acier puisse couler latéralement dans l'espace de la coquille, destiné à être rempli avec un acier diff érent.
REVENDICATIONS.
1. Un procédé de fabrication de rails à ornière et de rails de chemins de fer en acier compound, caractérisé par le fait que le bloc en acier coulé compound est produit en séparant dans une coquille, à' l'aide d'une cloison séparatrice, un espace de préférence en forme de trapèze, dont la base est formée par la paroi de la coquille, et en retirant la cloison séparatrice après la coulée, dès que l'espace trapézoïdal est rempli avec de l'acier dur, qui se refroidit seulement superficiellement et dont l'intérieur reste encore liquide.
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manufacturing process for rut rails and compound steel railways.
It is known that rails of all kinds in compound steel, in which the running surface and the neighboring parts are therefore made of steel that is harder than the remaining part, not subjected to the forces produced by the vehicle wheel running on the rail, show particularly good and long lasting resistance in service.
The present invention relates to a method of manufacturing rails, which differs from known methods in that it makes it possible to achieve with certainty and without waste the aim pursued, namely a safe and flawless connection between the layers of steel. hard and mild steel.
According to the invention, the procedure is that first of all a hard steel block is poured in the same shell, which only fills part of the space of the shell and which is limited in its cross section, so that the par-
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Lateral ties, inclined with respect to the central part, form with this central part an obtuse angle such that the space of the shell separated by the partition preferably has a traneversal section in the form of a trapezoid. Here it should be noted that the shape of the cross section is known as such.
However, what is new is that this part of the block is formed using a separating partition which can be removed and does not weld to the block. When this hard steel block (for example of a composition of 0.8% carbon, 0.8% manganese, about 0.25% silicon, little phosphorus and sulfur, for the surplus iron), if necessary with alloying elements (such as for example chromium, molybdenum, vanadium, nickel and the like), is perficially cooled, while still being liquid inside, the softer steel is poured (for example example a normal molten steel with approximately 0.25 to 0.30% of carbon) in source by rise or top to bottom, so as to fill the remaining part of the space of the shell.
Another embodiment for the cross section of the hard steel block part is that it receives a U-shape, the legs of this U-shape opening inwardly of the shell, and this part of the block is also cast using a removable partition wall.
The first form, therefore the one in which we obtain a cross section in the shape of a trapezoid, the base of which rests against the wall of the shell, is used for the manufacture of rut rails, while the second form, therefore the U-shape, is used for the manufacture of Vignole rails, or in case of doubling, therefore by placing opposite one another two blocks of U-shaped cross section, the branches of which open towards the middle of the shell, for the manufacture of double mushroom rails, also called bull-head rails.
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However, the process can also be modified in that the large space of the shell, which is filled with mild steel, receives the U-shape, the branches of the U-shape then not extending all the way through. made up to the opposite wall of the shell. This makes it possible to fabricate rut rails, in which the mild steel embraces the hard steel, such that the mild steel extends almost to the surface of the running edge.
In the case of rutting rails the casting is carried out by first casting the hard steel and then, after removing the partition wall, the mild steel to fill the shell completely. Other improvements consist in that the hard steel receives projections in the form of strips, preferably of a triangular cross section, which during the casting of the mild steel are licked in a particularly intimate way and which therefore weld particularly easily to mild steel. The partition wall itself, which is removed, is coated on the side which comes into contact with the steel during casting with a refractory material, preferably when it is of steel or wrought iron.
However, this coating of refractory material becomes useless if the surface, which comes into contact with the steel during casting, is not worked and still has its natural cast iron film. The purpose of this precaution is to be able to quickly remove the separating partition at the end of the casting and after surface solidification of the block, without a partial connection between the cast steel and the separating partition being able to take place.
To prevent that during casting of mild steel, this steel may flow onto the cast block in the first place - which would present the danger of the steel flowing into the recess space - one places on the steel block first cast a stopper, which prevents the passage of steel.
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After a steel block is cast as described above, this block is placed in a carburizing pit for heat equalization, then reheated and rolled into rails in known fashion.
Another improvement of the process consists in that a very large block of compound steel is cast (for example from 15 to 25 tons), this block, after the known heat treatment, then being subjected to a lashing such as smaller blocks. (for example weighing 2 to 5 tonnes) can be separated, these cut blocks then being rolled into rails after a corresponding reheating, known as such.
Large block casting has the advantage that the amount of heat from the mild steel melts the hard steel outer layer of the hard steel block, still liquid inside, thus producing a undetachable bond between hard steel and mild steel.
The appended drawing represents various embodiments of the process according to the invention. In this drawing: Fig. 1 is the cross section of a shell a, in which by means of a demountable partition b the trapezoidal cross section space is separated from the rest of the space, the base of the trapezoid being formed by the wall d of the shell.
The dividing wall is made of cast iron. The faces e, turned towards the space c, are not worked, they therefore still have their natural cast iron film. It is held in place in the shell by weights placed on it, and by wedging, as well as by means of set screws, to prevent it from being displaced by the liquid steel. With the partition wall removed after the surface solidification of the hard steel block of steel filling the space c, the remainder f of the shell space is filled with mild steel. The part cast in the first place is held on the shell wall by clamps cast at the same time. Mild steel penetrates in
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down through the opening g in the shell. it is therefore introduced into the shell according to the principle of source casting or by ascent.
However, it is also possible to proceed in this direction - which is especially indicated in the case of very large blocks - that part of the material is introduced from below and the remainder from above into the shell. It is not advisable to pour these blocks exclusively from the top, because the steel collapses under the great fall height and gives a not very clean cast.
Fig. 2 shows the transverse section of a shell, in which the hard steel h receives, by means of a separating partition of corresponding shape, a U-shape, the inner branches of which open towards the middle of the shell. For the rest, the casting is carried out in the same way as that which was described for fig 1.
In order to obtain a particularly intimate mechanical connection, it is however more advantageous in this case to first fill with mild steel the large space of the shell, closed by the dividing wall, then, after surface solidification but while the interior of the block is still liquid, to remove the dividing wall 1, ¯and only then fill the remaining space h with hard steel, so that the hard steel, which cools down last , is firmly connected to mild steel, not only by welding, respectively by fusion, but also by its shrinkage. A similar shrinkage effect occurs in a block, the casting of which is described with the support of fig.l. Here the mild steel firmly retains the hard steel by its shrinkage.
A block, which is cast in accordance with fig. 2, is intended to be used with advantage for the manufacture of Vignole rails or double mushroom rails (or bull-head rails), in which a single mushroom receives a running surface, particularly resistant to wear.
In the case of fig. 2a, we proceed in the same way as
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in the case of fig. 2, except that here the mild steel kl, which fills the large space of the shell and which is cast last, so after the small space h1 of the shell is filled with hard steel and after some time the partition wall it was removed, receives the U-shape, the branches of which open towards the inside of the shell.
Figs.3 and 4 show for example the mode of application of projecting strips. These figures show cross sections of blocks, in which the steel which is cast first, in this case hard steel, is provided with strips 1 of triangular cross section.
But if it is a question of making rails with a double mushroom or bull-head rails, therefore rails in which, after the wear of one of the mushrooms, the rail is turned over to bring the other mushroom up, in order to put into service the resistant running surface of this second mushroom, one will proceed, as shown in fig. 5, in the sense that two hard steel blocks m are cast, placed opposite one of the other and having a U-shaped cross section, the inner branches of which open towards the middle of the shell, while the remaining part n is made of mild steel, cast after the surface cooling of the hard steel blocks m .
The casting is carried out judiciously by using removable separating elements, as has been described for figs. 1 and 2.
Fig. 6 shows a perspective view of the shell a of fig.1 with the dividing wall b in place. On the dividing wall b and the upper wall of the shell is placed the box o, the interior of which has approximately the shape of the space c. When filling space c with hard steel, it rises almost to the upper edge of the sound box, so that after removing the dividing wall b and dismantling the box o the steel hard exceeds the top edge
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of the shell. During the subsequent filling of the shell with mild steel, the surface of which, at the end of the casting, still remains below the upper edge of the shell a, the mild steel cannot flow in the recess of the hard steel block.
Fig. 7 shows the perspective view of a large coarse pound block, which has the hard steel embedded part q, while the rest r of the block is made of mild steel. After the lashing the cross section is correspondingly reduced, but its length is enlarged, as shown in fig.
8. Several smaller blocks are cut from this previously slashed or forged block, as indicated by the interrupted lines t, these small cut blocks then being rolled into rails at a corresponding temperature.
Figs. 9 to 14 show the cross sections of rails obtained by rolling according to the process described above. In all cases, hard, wear-resistant steel is denoted by u, while mild steel is denoted by v. The rut rail of fig. 9 is obtained by means of a block, cast in accordance with fig. 1. The rails of fig. 10 (Vignole rail) and fig. il (double head rail with a single reinforced head) are obtained according to the method of fig. 2. The reinforced double mushroom rail in fig. 12 is rolled from a block, in accordance with f i g. 5. The rut rail of the pin 13 is rolled from a block, cast in accordance with fig.2a, while fig.14 shows a Vignole rail, rolled from a block in accordance with fig.4.
As most of the time only large shells are available, it is preferable to work according to the process described with the support of fig. 15, and this by dividing the shell by a partition w, which remains in the shell during casting, in two equal halves, and by separating on both sides of this partition using dividing partitions b1 of small hollow spaces o1, which are filled with hard steel. After
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removing partitions b1, the remaining space is filled with softer steel. This embodiment has the advantage that by using very thin partitions w, excellent heat build-up is obtained, which favors the welding of mild steels with hard steels. Hollow spaces for hard steel can also have any other shape, described above.
All the separating partitions, which are used in the processes described above, do not touch the walls of the shell by their ends, but they leave there a narrow intermediate space x, as shown in FIG. 16 on a larger scale, this intermediate space being closed by means of an asbestos strip Z, embedded in the grooves of the dividing wall. The purpose of this precaution is to obtain a watertight seal between the dividing wall and the wall of the shell in all circumstances. This prevents the steel from flowing laterally into the shell space, intended to be filled with a diff erent steel.
CLAIMS.
1. A method of manufacturing rut rails and compound steel railroad tracks, characterized in that the compound cast steel block is produced by separating in a shell, using a partition wall. , a space preferably in the form of a trapezoid, the base of which is formed by the wall of the shell, and removing the partition wall after casting, as soon as the trapezoidal space is filled with hard steel, which cools down only superficially and the interior of which is still liquid.