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"PROCEDE ET INSTALLATION DE COULEE"
La présenté invention est relative à des procédés et une installation de coulée et se rapporte plus spécialement aux moulages constitués par des blocs-cylindres de moteurs.
Le premier objet de la présente invention consiste à établir un procédé de moulage propre à réduire les inégalités dans la composition et la température du métal utilisé pour le moulage de façon à produire des moulages uniformes.
Ceci est particulièrement avantageux lorsqu'il s'agit de couler
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des moulages compliqués, vu que, dans ce cas, le déchet est réduit dans une large mesure,, grâce au procédé suivant l'invention.
Un autre objet de l'invention consiste à établir un procédé de coulée grâce auquel le rendement du four servant à chauffer le métal se trouve presque doublé,, L'avantage économique résultant d'une telle amélioration du rendement est évident.
Un autre objet de la présente invention consiste à établir une nouvelle poche de coulés destinée à être utilisée en combinaison avec un système transporteur à mouvement continu qui supporte les moules destinés à former les moulages en question.
Dans les dessins annexés : Fige 1 est une vue en coupe verticale et axiale d'un four électrique et d'un four intezmédiaire, utilisés tous deux pour la mise en oeuvre du procédé perfectionné suivant l'invention;
Figé 2 est une vue en plan de la poche de coulée per- fectionnée, montrant la position de cette dernière par rapport au four intermédiaire montré dans la Fig. 1 ;
Fige 3 est une vue en plan plus détaillée de la poche de coulée, montrant la position de cette dernière par rapport au transporteur qui supporte les moules;
Fig. 4 est une vue d'élévation latérale de la poche montrée dans les Figs. 2 et 3;
Fig. 5 est une vue en bout de la poche de coulée, et Fige 6 est une vue en coupe suivant la ligne 6-6 de la Fig. 3.
Afin de mieux faire ressortir les avantages du procédé suivant l'invention, on décrira ci-après brièvement les opéra-
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tions qui étaient nécessaires jusqu'à présent pour couler des blocs-cylindres.
Dans ces procédés connus, le fer était d'abord chauffé à une température beaucoup supérieure au point de fusion, soit dans un cubilot, soit dans un four électrique, après quoi le métal en fusion était versé, par intermittences, du four dans les poches de coulée. Ces poches étaient transportées depuis le four jusqu'aux moules où les moulages devaient se former. Ce procédé classique présentait deux inconvénients, dont le fait que les moulages étaient caractérisés par un manque d'unifor- mité prononcé, ceci pour la raison que le fer versé en premier lieu dela poche était beaucoup plus chaud que celui qui provenait du fond de la poche.
En outre, les écarte inévitables dans les temps nécessaires pour transporter les différentes poches de coulée depuis le four jusqu'aux moules avaient éga- lement pour effet des différences de température. Lorsqu'il s'agit d'obtenir des moulages compliqués en fer, il convient tout particulièrement que celui-ci soit versé à une tempérai ture uniforme, de façon que la structure du fer soit uniforme dans tous les moulages.
Un autre désavantage du procédé usuel réside dans le fait que le f our reste inactif pendant toute la durée de la coulée dans les poches. Lorsqu'on utilise un four électrique de 15 tonnes, la coulée d'une fournée de métal du four dans les poches nécessite vingt minutes environ. En considérant que dans un tel four il suffit de vingt minutes pour porter la charge à la température voulue, on conçoit que le four ne sert au chauffage de la charge que pendant la moitié de la durée de son fonctionnement. De plus, la coulée doit s'opérer par intermittences, arec, comme résultat, un mauvais rendement.
Grâce au procédé perfectionné suivant l'invention, on obtient
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non seulement une coulée continue, mais également un rendement du four presque deux fois supérieur au rendement qu' il est possible de réaliser avec le procédé de coulée habituel.
Le procédé perfectionné suivant l'invention consiste, en résumé, à fondre le fer dans un four électrique et , une fois la température voulue du métal atteinte, à verser le contenu du four électrique dans un four intermédiaire. Cette opération de transvasement nécessite seulement une à deux minutes.
Le four intermédiaire est établi de manière à présenter une capacité normale à peu près double de celle du four électrique, de sorte qu'on obtient une compensation entre le contenu de fournées successives provenant du four électrique. iine auge partant du four intermédiaire est parcourue constamment par un jet de métal, ce dernier venant se déposer dans une poche spécialement conçue, montée sur un chariot qui va et vient le long d'une voie de faible longueur* Les moules sont suspendus à un transporteur aérien et se déplacent suivant un trajet parallèle à la voie sur laquelle se déplace la dite poche. De cette façon, et pendant que la poche de coulée se déplace côte à côte avec un des moules, elle peut être inclinée de façon à remplir le moule en question.
La poche est construite de telle manière que 1*auge venant du four intermédiaire décharge cons- taament du métal dans cette poche.
L'installation pour la mise en oeuvre du procédé perfec- tionné suivant l'invention comporte un four électrique usuel 10, de quinze tonnes ou d'une autre capacité. établi de manière à pouvoir pivoter par une de ses extrémités, autour d'un axe 11, sous l'action d'un câble 12. Ce four est chargé en faisant couler du métal, en partie de seconde fusion, en partie de première fusion, dans une auge 13, d'où le métal s'écoule jusqu'au creuset du four 10. On a constaté que lorsqu'il s'agit
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de couler des blocs cylindres pour moteurs à combustion interne, on obtient d'excellents moulages en utilisant 70% de fer de seconde fusion pour 30% de fer de première fusion, le métal chaud provenant du haut fourneau étant, employé seul, trop riche en carbone et en silicium.
Après que le métal contenu dans le four 10 a été chauffé, pendant vingt minutes environ, ou jusqu'à une température de 2700 à 2800 degrés F., on fait basculer ce four autour de l'axe 11, de sorte que le fer s'écoule du dit four, par un bec 14, dans une auge 15, d'où il pénètre, à travers un orifice 16,dana l'intérieur du f our à vent 17.. Le four intermédiaire 17 possède une capacité de trente tonnes, c'est-à-dire le double de la capacité du four électrique 10.
Le métal contenu dans le four à vent est maintenu à une température de 2750 degrés F. au moyen d'une flamme de charbon dirigée vers l'intérieur du four, à une des extrémités de ce dernier, à travers une ouverture 18..La flamme est dirigée contre le bain de métal, de manière à maintenir celui-ci à la température voulue. La capacité du four 17 étant double de celle du four 11, on conçoit que l'installation peut être conduite de manière qu'il y ait à tout moment au moins quinze tonnes de métal en fusion dans le four 17.
Les moules dans lesquels doit s'opérer la formation des moulages sont désignés par 19. Ces moules sont montés entre des potences individuelles 20 suspendues à une chaîne transporteuse 21, cette dernière étant supportée par une poutre en double T ou autre élément 22 au moyen d'une série de chariots 23. La poutre en double T 22 et la chaîne transporteuse 21 forment un système transporteur continu qui fait passer les potences 20 à travers une chambre de chargement où les moules 19 sont attachés à ces potences, après quoi ces dernières sont dirigées suivant un trajet qui passe à proximité du four 17 et
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où a lieu le remplissage des moules. Ces derniers sont ensuite transportée vers le poste de démoulage, après quoi les potences retournent à la chambre de chargement.
Pour permettre la coulée du fer depuis le four 17 jusqu' aux moules 19, l'invention prévoit une poche animée d'un mouve- ment de va et vient et qui est établie de manière à se déplar cer côte à cote- avec chaque moule pendant la partie du trajet de ce dernier qui s'effectue à proximité du four. Une paire de rails parallèles 24 est fixée au plancher, le chariot 25 étant disposé de façon à exécuter un déplacement de va et vient le long de la voie ainsi foxmée. Un moteur électrique 26 entraîne le chariot 25 dans les deux sens.
Le chariot 25 est pourvu de deux supports montants 27 dont les parties supérieure sont pourvues de paliers dans lesquels se trouvent montés à rotation deux tourillons 2B, Ces tourillons font saillie hori- zontalement depuis les extrémités respectives d'une poche 29.
On remarquera dans la Fig. 5 que les tourillons sont disposés directement au-dessus des moules 19. Un secteur denté 30 fixé à l'un des tourillons 28 est en prise avec un pignon 31 commandé par une roue à main 32 par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur de vitesse 33, de telle manière que lorsque ladite roue est tournée dans un seng, la poche est basculée jusqu'à la position montrée en traita interrompus dans la Fige 5. A ce moment,, le métal contenu dans la poche s'écoulera par le bec 35 et pénétrera dans un des moules située au-dessous. Les extrémitéa extérieures des tourillons 28 portent des bras appropriés 37, des ressorts de compression 38 étant interposés entre les extrémités libres de chaque bras 37 et la base du chariot 25.
Ces ressorts sont tendus à un degré suffisant pour contrebalancer, dans une large mesure, le poids de la poche et du métal contenu dans celle-ci. Etant donné que les tour il...
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Ions se trouvent à proximité du bord supérieur de la poche 29, et du coté extrême gauche du chariot 25. l'ensemble présente un prote-à-faux considérable, de sorte que l'opérateur aurait très difficile à faire basculer la poche sans l'effet d'équilibrage exercé par les ressorts 38. Une caractéristique très importante de la disposition suivant l'invention réside dans le fait que le bec 35 se trouve sensiblement en ligne avec l'axe des tourillons 28, de sorte que lorsqu'on fait basculer la poche, les positions relatives du bex de celle-ci, d'une part, et des moules, d'autre part, ne se modifient pas.
On remarquera qu'une auge 36 s'étend depuis le four 17 jusqu'à un point situé au-dessus de la poche 29, cette auge étant parallèle à la voie 24. La poche 29 présente une longueur suffisante pour que l'anse 36 se trouve constamment située au- dessus de cette poche, de sorte que le métal qui s'écoule par la dite auge viendra se déposer dans la poche de coulée, quelle que soit la position occupée par cette dernière et le chariot 25 sur la voie 24. Comme montré dans les Fige. 2 et 6, la poche 29 est pourvue d'une cloison transversale 40 disposée à proxi- mité du bec 35 et destinée à empêcher l'écoulement du laitier par ce bec.
Cette cloison ne s'étend pas jusqu'au fond de la poche, de sorte que le métal peut passer librement d'un côté de la poche vers l'autre, en s'écoulant en-dessous de la cloison. Grâce à cette disposition, le laitier qui se forme sur la surface du métal à l'extrémité d'amont de la poche ne peut pas s'écouler au-delà de la cloison 40.
Lors de la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on charge du fer en fusion dans un four électrique 10 dans lequel ce fer est chauffé pendant vingt minutes environ. Le four électrique 10 est ensuite rapidement déchargé dans le four intermédiaire 17, et une nouvelle charge de métal est
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introduite dans le dit four 10. Avant de mettre le four intermédiaire en décharge, il convient de mélanger une deuxième fournée de fer provenant du four 10 à la première fournée contenue dans le dit four intermédiaire, de manière à uniformiser la température et la composition des charges successives provenant du four électrique.
Lorsqu'on désire commencer l'opération de coulée, on ouvre le trou de coulée du four intermédiaire, de sorte que le métal s'écoule de ce four, à travers l'auge 36, dans la poche 29. Un orifice de sortie d'un diamètre de 5/8 de pouce dans le four intermédiaire est à peu près suffisant pour la marche en série avec un four électrique de quinze tonnes. Le métal coule en permanence dans l'auge 36 et se dépose dans une poche 29. Après que cette dernière a été remplie a moitié ou aux deux tiers , l'opérateur fait coïncider le bec 35 avec un des moules mobiles et met en marche le moteur 26, lequel entraîne le chariot 25 à la vitesse d'avancement du moule. L'opérateur fait alors basculer la poche, de sorte que le métal s'écoule par le bec 35 dans le moule le plus proche.
Dès que le moule est rempli, on fait basculer la poche en arrière, jusqu'à la position horizontale, et le moteur 26 est renversé, en vue de ramener le chariot 25 à sa position initiale ou de départ. Les moules 19 sont espacés de telle manière que, après avoir été amené à sa position de départ, le chariot se trouvera côte à côte avec le moule suivant suspendu au transporteur, de sorte qu'on peut immédiatement faire basculer la poche, en vue du remplissage du nouveau moule, ceci pendant que cette poche se déplace vers le four. La nouveauté du procé- dé réside dans le fait que, pendant le déplacement de la poche 29 dans les deux sens, le métal coule continuellement à travers l'auge 36.
On a constaté que, pour la coulée de blocs cylindres,
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il convient d'entraîner le transporteur à une vitesse de huit pieds et demi par minute, lorsque les moules sont disposés le long de la chaîne transporteuse à des intervalles de cinq pieds.
Parmi les nombreux avantages résultant de l'application du procédé suivant l'invention, il y a lieu de mentionner le fait que le rendement du four électrique se trouve presque doublé, étant donné que ce four peut être vidé en l'espace d'une minute ou deux, tandis qu'avec les anciennes méthodes decoulée, où le fer était versé dans des poches individuelles, le temps requis pour vider le four était égal à, celui néces- saire pour le réchauffage de la charge.
En outre, et grâce au procédé suivant l'invention, la composition des charges successives provenant du four électri que se trouve égalisée,de sorte qu'on obtient des moulages plus uniformes .
De plus, le fait que la température du four intermédiaire peut être maintenue dans des limites étroites assure également une plus grande unif ormité des moulages. Une perte de chaleur dans l'auge 36 et la poche 29, bien qu'inévitable - le métal se refroidissant jusqu'à 2650 degrés F. pendant la traversée de ces dernières - est cependant uniforme et peut être compensée par le chauffage du four intermédiaire, de sorte qu'une température de coulée comprise dans des limites très étroites est constamment assurée.
Certaines modifications peuvent être apportées aux diverses opérations qui constituent le procédé perfectionné suivant l'invention, ainsi qu'à l'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé, sans s'écarter de l'esprit de cette invention, les revendications qui suivent étant censées couvrir les modifica- tions qui peuvent être comprises raisonnablement dans le domaine de la dite invention.
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"CASTING PROCESS AND INSTALLATION"
The present invention relates to methods and a casting plant and relates more particularly to moldings constituted by engine cylinder blocks.
The first object of the present invention is to provide a molding process suitable for reducing the inequalities in the composition and temperature of the metal used for the molding so as to produce uniform moldings.
This is particularly advantageous when it comes to casting
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complicated moldings, since in this case the waste is reduced to a large extent, thanks to the process according to the invention.
Another object of the invention is to provide a casting process whereby the efficiency of the furnace for heating the metal is almost doubled. The economic benefit resulting from such improvement in efficiency is evident.
Another object of the present invention is to provide a new casting ladle for use in combination with a continuously moving conveyor system which supports the molds intended to form the castings in question.
In the accompanying drawings: Fig. 1 is a view in vertical and axial section of an electric oven and of an intermediate oven, both used for carrying out the improved process according to the invention;
Fig. 2 is a plan view of the improved ladle showing the position of the ladle relative to the intermediate furnace shown in Fig. 1;
Fig 3 is a more detailed plan view of the pouring ladle, showing the position of the latter with respect to the conveyor which supports the molds;
Fig. 4 is a side elevational view of the pocket shown in Figs. 2 and 3;
Fig. 5 is an end view of the pouring ladle, and Fig. 6 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG. 3.
In order to better demonstrate the advantages of the process according to the invention, the operations will be briefly described below.
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tions which were heretofore necessary for casting cylinder blocks.
In these known methods, the iron was first heated to a temperature much above the melting point, either in a cupola or in an electric furnace, after which the molten metal was poured, intermittently, from the furnace into the pockets. casting. These bags were transported from the oven to the molds where the casts were to form. This conventional process had two drawbacks, one of which was that the castings were characterized by a pronounced lack of uniformity, for the reason that the iron first poured from the ladle was much hotter than that which came from the bottom of the ladle. poached.
Furthermore, the inevitable variations in the times required to transport the various ladles from the furnace to the molds also had the effect of temperature differences. When it comes to obtaining complicated iron castings, it is especially suitable that the iron be poured at a uniform temperature, so that the structure of the iron is uniform in all the castings.
Another disadvantage of the usual method lies in the fact that the furnace remains inactive throughout the duration of the casting in the pockets. When using a 15 ton electric furnace, pouring a batch of metal from the furnace into the ladles takes about twenty minutes. Considering that in such a furnace twenty minutes are sufficient to bring the load to the desired temperature, it will be understood that the furnace is used for heating the load only for half the duration of its operation. In addition, the casting must take place intermittently, with poor performance as a result.
Thanks to the improved process according to the invention, one obtains
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not only continuous casting, but also an efficiency of the furnace almost twice as high as that which can be achieved with the usual casting process.
The improved process according to the invention consists, in summary, in melting the iron in an electric furnace and, once the desired temperature of the metal has been reached, in pouring the contents of the electric furnace into an intermediate furnace. This transfer operation takes only one to two minutes.
The intermediate oven is set up to have a normal capacity approximately double that of the electric oven, so that a compensation is obtained between the contents of successive batches from the electric oven. The trough from the intermediate furnace is constantly traversed by a jet of metal, the latter being deposited in a specially designed pocket, mounted on a trolley which comes and goes along a path of short length * The molds are suspended from a air carrier and move along a path parallel to the track on which the said pocket moves. In this way, and while the ladle is moving side by side with one of the molds, it can be tilted so as to fill the mold in question.
The ladle is constructed in such a way that the trough from the intermediate furnace constantly discharges metal into this ladle.
The installation for carrying out the improved process according to the invention comprises a conventional electric furnace 10, of fifteen tonnes or of other capacity. established so as to be able to pivot at one of its ends, around an axis 11, under the action of a cable 12. This furnace is charged by flowing metal, partly from second fusion, partly from first fusion , in a trough 13, from which the metal flows to the crucible of furnace 10. It has been observed that when it is
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to cast cylinder blocks for internal combustion engines, excellent castings are obtained using 70% secondary iron for 30% primary iron, the hot metal from the blast furnace being, used alone, too rich in carbon and silicon.
After the metal contained in furnace 10 has been heated, for about twenty minutes, or to a temperature of 2700 to 2800 degrees F., this furnace is tilted around axis 11, so that the iron s 'flows from said furnace, through a spout 14, into a trough 15, from where it enters, through an orifice 16, into the interior of the wind furnace 17. The intermediate furnace 17 has a capacity of thirty tons , that is, double the capacity of the electric oven 10.
The metal contained in the blast furnace is maintained at a temperature of 2750 degrees F. by means of a charcoal flame directed towards the interior of the furnace, at one end of the latter, through an opening 18..La flame is directed against the metal bath, so as to maintain the latter at the desired temperature. The capacity of the furnace 17 being double that of the furnace 11, it can be seen that the installation can be carried out so that there is at any time at least fifteen tonnes of molten metal in the furnace 17.
The molds in which the formation of the castings is to take place are designated by 19. These molds are mounted between individual brackets 20 suspended from a conveyor chain 21, the latter being supported by a double T-beam or other element 22 by means of 'a series of carriages 23. The double T-beam 22 and the conveyor chain 21 form a continuous conveyor system which passes the jib cranes 20 through a loading chamber where the molds 19 are attached to these jib cranes, after which the latter are directed along a path which passes near the furnace 17 and
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where the molds are filled. These are then transported to the demoulding station, after which the jib cranes return to the loading chamber.
In order to allow the iron to be cast from the furnace 17 to the molds 19, the invention provides a pocket which moves back and forth and which is established so as to move side by side with each mold. during the part of the latter's journey which takes place near the oven. A pair of parallel rails 24 is fixed to the floor, the carriage 25 being arranged so as to perform a reciprocal movement along the track thus formed. An electric motor 26 drives the carriage 25 in both directions.
The carriage 25 is provided with two upright supports 27, the upper parts of which are provided with bearings in which two journals 2B are rotatably mounted. These journals project horizontally from the respective ends of a pocket 29.
It will be noted in FIG. 5 that the journals are arranged directly above the molds 19. A toothed sector 30 fixed to one of the journals 28 is in engagement with a pinion 31 controlled by a hand wheel 32 via a reduction gear. speed 33, so that when said wheel is rotated in a seng, the pocket is tilted to the position shown in line interrupted in Fig 5. At this time, the metal contained in the pocket will flow through the nozzle 35 and will enter one of the molds below. The outer ends of the journals 28 carry suitable arms 37, compression springs 38 being interposed between the free ends of each arm 37 and the base of the carriage 25.
These springs are tensioned to a sufficient degree to counterbalance, to a large extent, the weight of the pocket and the metal contained therein. Since the towers there ...
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The ions are located near the upper edge of the pocket 29, and the far left side of the carriage 25. The assembly presents a considerable overhang, so that the operator would have very difficult to tip the pocket without the 'balancing effect exerted by the springs 38. A very important characteristic of the arrangement according to the invention lies in the fact that the spout 35 is located substantially in line with the axis of the journals 28, so that when tilting the pocket, the relative positions of the bex thereof, on the one hand, and of the molds, on the other hand, do not change.
It will be noted that a trough 36 extends from the oven 17 to a point located above the pocket 29, this trough being parallel to the track 24. The pocket 29 has sufficient length for the handle 36 is constantly located above this pocket, so that the metal which flows through said trough will be deposited in the casting ladle, regardless of the position occupied by the latter and the carriage 25 on the track 24 As shown in Figs. 2 and 6, the pocket 29 is provided with a transverse partition 40 disposed near the spout 35 and intended to prevent the flow of slag through this spout.
This partition does not extend to the bottom of the pocket, so that the metal can pass freely from one side of the pocket to the other, flowing below the partition. Thanks to this arrangement, the slag which forms on the surface of the metal at the upstream end of the ladle cannot flow beyond the partition 40.
When carrying out the process according to the invention, molten iron is charged into an electric furnace 10 in which this iron is heated for approximately twenty minutes. The electric furnace 10 is then rapidly discharged into the intermediate furnace 17, and a new charge of metal is
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introduced into said furnace 10. Before discharging the intermediate furnace, a second batch of iron from furnace 10 should be mixed with the first batch contained in said intermediate furnace, so as to standardize the temperature and the composition of the successive charges from the electric oven.
When it is desired to begin the casting operation, the casting hole of the intermediate furnace is opened, so that the metal flows from this furnace, through the trough 36, into the ladle 29. An outlet orifice d A 5/8 inch diameter in the intermediate furnace is about sufficient for series operation with a fifteen ton electric furnace. The metal flows continuously in the trough 36 and is deposited in a pocket 29. After the latter has been half or two-thirds full, the operator makes the spout 35 coincide with one of the mobile molds and starts the device. motor 26, which drives the carriage 25 at the speed of advance of the mold. The operator then tilts the pocket so that the metal flows through the spout 35 into the nearest mold.
As soon as the mold is filled, the pocket is tilted back, to the horizontal position, and the motor 26 is reversed, with a view to returning the carriage 25 to its initial or starting position. The molds 19 are spaced so that, after being brought to its starting position, the carriage will lie side by side with the next mold suspended from the conveyor, so that the pocket can be immediately tilted, in view of the filling of the new mold, while this pocket is moving towards the oven. The novelty of the process lies in the fact that, during the movement of the pocket 29 in both directions, metal continuously flows through the trough 36.
It has been found that, for the casting of cylinder blocks,
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the conveyor should be driven at a speed of eight and a half feet per minute, when the molds are arranged along the conveyor chain at five foot intervals.
Among the numerous advantages resulting from the application of the process according to the invention, it should be mentioned that the efficiency of the electric oven is almost doubled, given that this oven can be emptied in the space of one minute or two, whereas with the old casting methods, where the iron was poured into individual pockets, the time required to empty the furnace was equal to that required to reheat the load.
In addition, and by virtue of the process according to the invention, the composition of the successive charges originating from the electric furnace is equalized, so that more uniform moldings are obtained.
In addition, the fact that the temperature of the intermediate furnace can be kept within narrow limits also ensures greater uniformity of the castings. Heat loss in trough 36 and ladle 29, although inevitable - the metal cooling down to 2650 degrees F. as it passes through them - is however uniform and can be compensated for by heating the intermediate furnace. , so that a casting temperature within very narrow limits is constantly ensured.
Certain modifications may be made to the various operations which constitute the improved process according to the invention, as well as to the apparatus for carrying out this process, without departing from the spirit of this invention, the claims which follow being intended to cover modifications which may be reasonably understood within the scope of said invention.