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Procédé et dispositif en vue d'exercer une pression sur des métaux en fusion.
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif en vue d'exercer une pression sur des métaux en fusion.
Ils trouvent leur application notamment dans le cas de la coulée continue de lingots à faibles sections sans retassure.
Le but de l'invention est de réaliser cette opé- ration à l'aide de moyens particulièrement simples et peu coû- teux par le simple déplacement d'un piston dans une cuve.
Ainsi que cela est bien connu, ces métaux à point de fusion élevé ne peuvent être contenus que dans des réci- pients pourvus intérieurement d'un garnissage réfractaire.
De ce fait, il n'est pas possible de réaliser un calibrage /
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rigoureux de la surface interne de ces réceptacles, en raison d'une part des dégradations que doivent subir à l'usage ces revêtements et, d'autre part, de l'irrégularité de leur usure.
Un réservoir pourvu d'un tel garnissage ne peut donc jouer le rôle d'un cylindre dans lequel coulisse un piston destiné à comprimer le métal situé en-dessous de lui sans que l'on prévoie un joint tenant lieu de segment.
On se rend compte aisément des conditions exigées par un tel joint : il doit être réfractaire, imperméable au métal et capable de combler un espace essentiellement variable, compris entre des surfaces rugueuses et irrégulières.
Conformément à l'invention, le procédé consiste en ce que le métal liquide, contenu dans la partie inférieure d'une cuve garnie en cet endroit d'un revêtement réfractaire, est soumis à l'action d'un piston ou d'un organe analogue qui coulisse dans cette cuve en exerçant une pression sur le métal et qui en même temps comprime une matière plastique réfractaire disposée dans un espace compris entre le corps du piston et la surface inté- rieure de la.partie nue de la cuve, de telle manière que cette matière forme joint entre le piston et la surface intérieure du revêtement réfractaire garnissant la cuve vers le bas où est contenu le métal, la compression de cette matière étant obtenue par une diminution progressive du volume de l'espace dont elle dispose au fur et à mesure de la descente du piston,
la section de l'espace contenant le métal étant inférieure à celle de la partie supérieure et nue de la cuve.
Les dessins ci-joints montrent à titre d'exemple un dis- positif convenant pour la réalisation du procédé. Ce dispositif n'est représenté que schématiquement et les détails de réalisa- tion peuvent évidemment varier dans une large mesure.
La fig. 1 est une coupe verticale du réservoir contenant le métal liquide à soumettre à l'action d'une pression extérieu- re. Cette figure montre également le piston devant exercer cette pression sur le bain. Elle permet aussi de voir comment est réa-
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lisé le joint jouant le rôle de segment et montre également comment le procédé peut être appliqué à la coulée de lingots sans retassure.
La figure 2 est une vue en plan de la partie supérieure de la cuve.
La figure 3 est une vue de détail.
La figure 4 est une vue en coupe verticale relative à une variante de réalisation.
L'appareil utilisé pour la réalisation du procédé com- prend en ordre principal un réservoir 1 dont la partie inférieu- re destinée à recevoir le métal en fusion est munie intérieure- ment d'un revêtement 2 en une matière réfractaire.
Cet appareil est évidemment décrit à titre d'exemple et de nombreuses modifications constructives peuvent être introdui- tes. C'est ainsi, par exemple, que la, cuve au lieu d'être cylin- drique pourrait être ovale ou posséder une autre section .
Au-dessus du revêtement 2, le réservoir 1 se prolonge par une partie 3 dont le diamètre reste toujours supérieur à celui de la partie inférieure contenant le métal, quel que soit le degré d'usure du garnissage 2. La surface interne de la partie 3 est avantageusement usinée.
Vers le bas, le réservoir 1 comporte une tubulure 4 qui est destinée à permettre l'écoulement du métal sous pression. l'intérieur de la cuve, se trouve un piston 5 dont le diamètre correspond au diamètre intérieur de la partie nue 3 de la cuve, moins le léger jeu habituellement prévu. Ce piston se prolonge vers le bas par une partie 6 dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de la cuve et il se termine par un fond 7 muni d'un revêtement réfractaire 8 par l'intermé- diaire duquel le piston vient en contact avec le métal liquide 9 contenu dans la partie inférieure du réservoir 1. Le diamètre du revêtement 8 est aussi voisin que possible du diamètre intérieur de l'espace contenant le métal en fusion, tout en lui étant toute- fois toujours inférieur.
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L'espace 10 compris entre la partie nue 3 de la cuve et la partie cylindrique 6 du piston doit être remplie par un mortier réfractaire de consistance convenable.
Cette installation peut être utilisée pour la- coulée sous pression de moulages soit en sable, soit en coquille. Elle trouve aussi son application dans le cas du lingotage des métaux.
C'est cette dernière application qui a été prévue dans l'exemple représenté.
A cet effet, à la tubulure 4, est raccordée une lingo- tière métallique 11 qui est de préférence usinée intérieurement et qui est entourée d'une chemise 12, laquelle est parcourue de façon continue par un fluide réfrigérant amené par une tuyauterie 13 et évacué, après échauffement, par une tuyauterie 14. La pres- sion et la vitesse de ce fluide, comme aussi le volume de la che- mise par rapport à celui de la lingotière, doivent être judi- cieusement calculés.
Au lieu d'une seule tubulure 4, on peut évidemment en prévoir plusieurs et dans ce cas il y a évidemment aussi plu- sieurs lingotières.
Deux cylindres superposés 15 et 16 à écartement variable sont disposés à proximité de l'extrémité de la lingotière par laquelle doit sortir le lingot, @ lequel devra s'introduire entre ces deux cylindres. Ceux-ci peuvent, dans certains cas, tourner librement autour de leur axe, mais leur rotation peut aussi être provoquée par tout moyen approprié. Dans ce cas, leur vitesse de rotation doit être variable et réglable, et ils doi- vent pouvoir tourner en sens inverse. Ces cylindres sont destinés à freiner la sortie du lingot de manière que la pression commu- niquée au métal en fusion par le piston 5-8 conserve son ,maxi- mum d'efficacité. Ces cylindres pourraient également coopérer au démoulage si la pression n'y suffisait pas. Dans ce cas, ils devraient être commandés.
La production de lingots au moyen de l'installation ainsi décrite s'effectue de la façon suivante :
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Avant l'introduction du métal dans la partie inférieure de la cuve 1 revêtue du garnissage 2, on place dans la lingo- tière un tronçon de lingot 17 qui devra la remplir entièrement; l'une des extrémités de ce lingot sera engagée entre les deux cylindres 15 et 16 qui doivent être suffisamment rapprochés l'un de l'autre pour que le bouchon constitué par le lingot 17 reste bien en place pendant tout le temps que cela sera néces- saire.
On supposera qu'à ce moment le piston a été remonté à une assez grande hauteur en dehors de la cuve et suffisamment pour qu'il soit possible d'introduire le métal dans la cuve.
Après introduction du métal, le piston 5-8 est redescendu et remis à la place indiquée à la figure 1 et dans laquelle la partie inférieure réfractaire 8 affleure le niveau supérieur du bain de métal.
Au préalable, on aura garni la périphérie de la partie
6 du piston, avant son introduction dans la cuve, de mortier réfractaire comme indiqué en 10, ce mortier ayant une consis- tance convenable. On ouvre alors les vannes d'admission et d'évacuation du fluide réfrigérant dans les tuyaux 13 et 14 ; on charge ensuite la partie supérieure 5 du piston,par exemple à l'aide d'une masse ayant un poids convenable.
Les cylindres 15 et 16 sont alors insensiblement écartés jusqu'au moment où, sous la poussée du métal sous pression, le lingot-bouchon 17 se déplace lentement et sorte de la lingo- tière. Il va de soi que la vitesse du démoulage peut être ré- glée à volonté en agissant d'une part sur l'écartement variable des cylindres et d'autre part sur la pression exercée sur le piston.
On se rend compte aisément du rôle important joué par le joint constitué par le mortier plastique 10 pendant la des- cente du piston 5-8.
Aussitôt en effet que le piston commence à descendre, le mortier est soumis à une pression exercée par la partie 5
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du piston et est comprimé fortement dans un espace qui va en se réduisant. Ce mortier s'introduit entre la partie inférieure 8 du piston et le garnissage réfractaire de la cuve en formant joint. Les infractuosités de la surface du garnissage 2 ne peu- vent même pas dans ce cas constituer un obstacle en vue de la constitution d'un joint entièrement efficace, ces infractuosités étant comblées par le mortier 10 qui, comprimé dans son logement à volume décroissant, comblera tous les vides dans lesquels il pourra s'introduire sous la pression à laquelle il sera soumis.
Toutefois, comme la compressibilité de ce mortier est limitée,il y a lieu de prévoir un moyen permettant à la matière, réellement en excès, de s'échapper. Ceci est obtenu en prévoyant à la partie supérieure 5 du piston des trous 18 dont le nombre et le diamètre doivent toutefois être calculés de telle manière que le mortier 10 soit toujours soumis à une pression suffisante pour qu'il puisse remplir le rôle qui lui est dévolu.
Pendant la descente du piston au cours de l'opération de lingotage, on peut boucher ces trous,ou certains d'entr'eux, si l'on s'aperçoit que le mortier s'échappe trop facilement, ce qui Indique que la compression est insuffisante à l'intérieur pour obtenir un joint efficace.
Sous l'action du fluide réfrigérant circulant dans la chemise 12, le mtal arrivant dans la lingotière 11y est presque aussitôt solidifié et la solidification s'opère évidemment de la périphérie du lingot vers le centre de sa section. Le lingot sor- tira de la lingotière au fur et à mesure de sa solidification, de la même manière que le bouchon 17, et il s'engagera à son tour entre les cylindres 15 et 16 en poussant le bouchon devant lui; il continuera son chemin, sur un transporteur à rouleaux par exem- ple, ou sur tout autre dispositif approprié. On peut évidemment prévoir des moyens pour effectuer le tronçonnage de ce lingot con- tinu.
Il est toutefois à remarquer,qu'étant donné que plusieurs lingots peuvent être obtenus simultanément en prévoyant une cuve comportant plusieurs orifices de sertie, la longueur de chaque @
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lingot sera dans bien des cas assez réduite pour que cette opération ne s'avère pas indispensable au cours du dmoulage.
La construction de la lingotière peut être réalisée selon différentes conceptions, mais il sera avantageux de la cons- truire en un métal qui soit de nature à favoriser au maximum l'échange de température qui devra s'opérer entre le métal en fusion arrivant dans cette lingotière et le fluide réfri- gérant. Certains alliages Al-Cu ou ±1-Si à conductibilité thermique élevée pourraient par exemple très bien convenir à un tel usage. D'autre part, sa résistance à l'éclatement peut être considérablement accrue en l'entourant d'une frette appropriée qui peut être constituée par exemple par un fil d'acier enroulé sous tension convenable.
Comme montré par la figure 3, le lingot 17 occupera de préférence la position indiquée par cette figure, entre deux cylindres cannelés 15 et 16 et les cannelures du cylindre ve- nant en contact avec les faces du lingot sur une grande sur- face.
On pourra prévoir avantageusement,également dans la partie 7 du piston, un évent pour l'échappement des gaz com- pris entre le piston et la surface du bain avant que le con- tact s'établisse. Cet évent pourra être fermé par un bouchon 19 aussitôt que le contact sera établi entre la surface du bain et le piston.
La figure 4 représente une variante de réalisation dans laquelle le piston peut rester en place pendant le rem- plissage. A cet effet, la partie inférieure 7 -est munie d'un trou de grande dimension pouvant être obturé par un bouchon 20 Le métal liquide est introduit à la partie supérieure du pis- ton en passant à travers une ouverture 21 prévue dans la par- tie 5 du piston et représentée à la figure 1.
Pour éviter que la température élevée qui règnera dans la partie inférieure de la cuve ne dessèche le mortier et di- minue se plasticité, il peut être avantageux de prévoir un
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refroidissement de la partie nue de la cuve et de la surface du piston devant venir en contact avec le mortier. On peut éven- tuellement remédier au séchage du mortier, par addition d'eau par les trous 18.
On peut aussi prévoir des guides appropriés entre lesquels le piston peut coulisser, lors de le sa descente, en vue de sa mise en place.
On pourra également prévoir un agencement permettant de sou- mettre le piston à l'action d'une pression mécanique, hydrauli- que ou pneumatique qui sera reetransmise au métal contenu dans la cuve. Dans certains cas; il suffira de placer sur le piston une charge d'un poids convenable.
La surface extérieure de la cuve 1 est de préférence munie de nervures de raidissasge 22 afin d'augmenter sa résistance.
Ainsi que l'on pourra s'en rendre compte, grâce au procédé décrit, la retassure,qui se forme dans le métal en cours de so- lidification et qui se situe à l'endroit de la masseuse solidi- fie en dernier lieu, sera comblée par l'apport constant de métal liquide et chaud arrivant sous pression de la cuve. Le compacité du métal ainsi obtenu sera bien supérieure aussi à celle dé l'a- cier composant les lingots coulés parles procédés habituels soit en chute, soit en source. La ségrégation sera aussi fortement atténuée en raison du refroidissement rapide du métal.
L'installation servent à la réalisation du procédé sera.peu coûteuse et peu compliquée et,une fois amortie, le prix de revient à la tonne de lingots coulés par ce procédé sera très voisin du prix de revient d'une tonne de gros lingots coulés par le procédé actuellement en usage.
Le procédé permet encore l'obtention directe de lingots à faible section, de l'ordre de celle des blooms ou billettes et ces lingots qui seront de véritables demi-produits ne comporteront, p.ais plus que ces derniers, la retassure constatée au sommet des lingots coulés par toute autre méthode.
En résumé, on peut dire que, par le procédé décrit, le tonnage du métal liquide sortant de l'appareil dans lequel il a @
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été élaboré peut être transformé sans frais en un tonnage équivalent de demi-produits.
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Method and device for exerting pressure on molten metals.
The present invention relates to a method and to a device for exerting pressure on molten metals.
They find their application in particular in the case of the continuous casting of ingots with small sections without shrinkage.
The aim of the invention is to carry out this operation using particularly simple and inexpensive means by simply moving a piston in a tank.
As is well known, these high melting point metals can only be contained in containers internally provided with a refractory lining.
Therefore, it is not possible to perform a calibration /
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rigorous of the internal surface of these receptacles, on the one hand due to the degradation which these coatings must undergo in use and, on the other hand, to the irregularity of their wear.
A reservoir provided with such a lining cannot therefore play the role of a cylinder in which slides a piston intended to compress the metal situated below it without providing a seal in lieu of a segment.
It is easy to see the conditions required by such a joint: it must be refractory, impermeable to metal and capable of filling an essentially variable space, comprised between rough and irregular surfaces.
In accordance with the invention, the method consists in that the liquid metal, contained in the lower part of a vessel lined at this location with a refractory lining, is subjected to the action of a piston or of a member. analogue which slides in this vessel by exerting pressure on the metal and which at the same time compresses a refractory plastic material disposed in a space between the body of the piston and the inner surface of the bare part of the vessel, in such a way so that this material forms a seal between the piston and the inner surface of the refractory lining lining the vessel downwards where the metal is contained, the compression of this material being obtained by a progressive decrease in the volume of the space available to it as and as the piston descends,
the section of the space containing the metal being less than that of the upper and bare part of the tank.
The accompanying drawings show, by way of example, a device suitable for carrying out the process. This device is only shown schematically and the details of construction can obviously vary to a large extent.
Fig. 1 is a vertical section through the reservoir containing the liquid metal to be subjected to the action of an external pressure. This figure also shows the piston having to exert this pressure on the bath. It also makes it possible to see how
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reads the gasket acting as a segment and also shows how the process can be applied to ingot casting without shrinkage.
Figure 2 is a plan view of the top of the vessel.
Figure 3 is a detail view.
FIG. 4 is a view in vertical section relating to an alternative embodiment.
The apparatus used for carrying out the process mainly comprises a tank 1, the lower part of which intended to receive the molten metal is provided internally with a coating 2 of a refractory material.
This apparatus is obviously described by way of example and numerous constructive modifications can be introduced. Thus, for example, the tank, instead of being cylindrical, could be oval or have another section.
Above the lining 2, the reservoir 1 is extended by a part 3, the diameter of which always remains greater than that of the lower part containing the metal, regardless of the degree of wear of the lining 2. The internal surface of the part 3 is advantageously machined.
Downwards, the reservoir 1 comprises a pipe 4 which is intended to allow the flow of the metal under pressure. inside the tank, there is a piston 5, the diameter of which corresponds to the inside diameter of the bare part 3 of the tank, minus the slight play usually expected. This piston is extended downwards by a part 6, the outside diameter of which is less than the inside diameter of the tank and it ends in a bottom 7 provided with a refractory lining 8 through which the piston comes into contact. with the liquid metal 9 contained in the lower part of the tank 1. The diameter of the coating 8 is as close as possible to the internal diameter of the space containing the molten metal, while being however always less.
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The space 10 between the bare part 3 of the tank and the cylindrical part 6 of the piston must be filled with a refractory mortar of suitable consistency.
This installation can be used for the pressure casting of castings either in sand or in shell. It also finds its application in the case of the ingoting of metals.
It is this latter application which has been provided for in the example shown.
To this end, to the pipe 4 is connected a metal mold 11 which is preferably machined internally and which is surrounded by a jacket 12, which is continuously traversed by a refrigerant supplied by a pipe 13 and discharged. , after heating, by a pipe 14. The pressure and the velocity of this fluid, as also the volume of the sleeve with respect to that of the mold, must be carefully calculated.
Instead of a single pipe 4, it is obviously possible to provide several and in this case there are obviously also several molds.
Two superimposed cylinders 15 and 16 with variable spacing are arranged near the end of the mold through which the ingot must exit, @ which must be introduced between these two cylinders. These can, in certain cases, rotate freely around their axis, but their rotation can also be caused by any suitable means. In this case, their speed of rotation must be variable and adjustable, and they must be able to turn in the opposite direction. These cylinders are intended to slow down the exit of the ingot so that the pressure communicated to the molten metal by the piston 5-8 retains its maximum efficiency. These cylinders could also cooperate in the demolding if the pressure was not sufficient. In this case, they should be ordered.
The production of ingots by means of the installation thus described is carried out as follows:
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Before the metal is introduced into the lower part of the tank 1 coated with the lining 2, a section of ingot 17 is placed in the mold, which must fill it entirely; one of the ends of this ingot will be engaged between the two cylinders 15 and 16 which must be sufficiently close to each other so that the stopper formed by the ingot 17 remains in place for as long as this will be necessary - sary.
It will be assumed that at this time the piston has been raised to a sufficiently great height outside the vessel and sufficiently so that it is possible to introduce the metal into the vessel.
After introduction of the metal, the piston 5-8 is lowered and returned to the place indicated in FIG. 1 and in which the lower refractory part 8 is flush with the upper level of the metal bath.
Beforehand, we will have garnished the periphery of the part
6 of the piston, before its introduction into the tank, of refractory mortar as indicated at 10, this mortar having a suitable consistency. The refrigerant inlet and outlet valves are then opened in pipes 13 and 14; the upper part of the piston is then loaded, for example with a mass of suitable weight.
The rolls 15 and 16 are then imperceptibly separated until the moment when, under the pressure of the pressurized metal, the ingot-stopper 17 moves slowly and leaves the mold. It goes without saying that the demoulding speed can be adjusted at will by acting on the one hand on the variable spacing of the cylinders and on the other hand on the pressure exerted on the piston.
It is easy to see the important role played by the seal formed by the plastic mortar 10 during the descent of the piston 5-8.
As soon as the piston begins to descend, the mortar is subjected to a pressure exerted by part 5
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of the piston and is compressed strongly in a space which goes down in reduction. This mortar is introduced between the lower part 8 of the piston and the refractory lining of the tank, forming a seal. The infractuosities of the surface of the lining 2 cannot even in this case constitute an obstacle with a view to the constitution of a fully effective seal, these infringements being filled by the mortar 10 which, compressed in its housing to decreasing volume, will fill all the gaps in which it will be able to introduce itself under the pressure to which it will be subjected.
However, as the compressibility of this mortar is limited, it is necessary to provide a means allowing the material, really in excess, to escape. This is achieved by providing the upper part 5 of the piston with holes 18, the number and diameter of which must however be calculated in such a way that the mortar 10 is always subjected to a sufficient pressure so that it can fulfill its role. devolved.
During the descent of the piston during the ingoting operation, one can plug these holes, or some of them, if one notices that the mortar escapes too easily, which indicates that the compression is insufficient inside to obtain an effective seal.
Under the action of the coolant circulating in the jacket 12, the metal arriving in the mold 11y is almost immediately solidified and solidification obviously takes place from the periphery of the ingot towards the center of its section. The ingot will come out of the ingot mold as it solidifies, in the same way as stopper 17, and it will in turn engage between cylinders 15 and 16 by pushing the stopper in front of it; it will continue on its way, on a roller conveyor for example, or on any other suitable device. Means can obviously be provided for cutting this continuous ingot.
It should be noted, however, that given that several ingots can be obtained simultaneously by providing a vessel comprising several crimping holes, the length of each
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The ingot will in many cases be small enough so that this operation does not prove to be essential during demolding.
The construction of the ingot mold can be carried out according to different designs, but it will be advantageous to construct it of a metal which is such as to promote as much as possible the temperature exchange which must take place between the molten metal arriving in this. ingot mold and the cooling fluid. Certain Al-Cu or ± 1-Si alloys with high thermal conductivity could, for example, be very suitable for such use. On the other hand, its resistance to bursting can be considerably increased by surrounding it with a suitable hoop which can be constituted for example by a steel wire wound under suitable tension.
As shown in FIG. 3, the ingot 17 will preferably occupy the position indicated by this figure, between two grooved rolls 15 and 16 and the grooves of the cylinder coming into contact with the faces of the ingot over a large surface.
Advantageously, also in part 7 of the piston, a vent for the escape of gases comprised between the piston and the surface of the bath can be provided before contact is established. This vent can be closed by a plug 19 as soon as contact is established between the surface of the bath and the piston.
FIG. 4 represents an alternative embodiment in which the piston can remain in place during the filling. For this purpose, the lower part 7 -is provided with a large hole which can be closed by a plug 20. The liquid metal is introduced at the upper part of the piston by passing through an opening 21 provided in the part. tie 5 of the piston and shown in Figure 1.
To prevent the high temperature which will prevail in the lower part of the tank from drying out the mortar and reducing its plasticity, it may be advantageous to provide a
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cooling of the bare part of the tank and of the piston surface which must come into contact with the mortar. The drying of the mortar can possibly be remedied by adding water through the holes 18.
It is also possible to provide suitable guides between which the piston can slide, during its descent, with a view to its installation.
It is also possible to provide an arrangement making it possible to subject the piston to the action of a mechanical, hydraulic or pneumatic pressure which will be transmitted back to the metal contained in the tank. In some cases; it will suffice to place a load of suitable weight on the piston.
The outer surface of the tank 1 is preferably provided with stiffening ribs 22 in order to increase its strength.
As we can see, thanks to the process described, the shrinkage, which forms in the metal during solidification and which is located at the place of the masseuse solidified last, will be filled by the constant supply of liquid and hot metal arriving under pressure from the tank. The compactness of the metal thus obtained will also be much greater than that of the steel composing the ingots cast by the usual methods, either in drop or in source. The segregation will also be greatly reduced due to the rapid cooling of the metal.
The installation used to carry out the process will be inexpensive and uncomplicated and, once amortized, the cost price per tonne of ingots cast by this process will be very close to the cost price of a tonne of large ingots cast. by the method currently in use.
The process also allows the direct production of small-section ingots, of the order of that of blooms or billets and these ingots which will be true semi-products will not include, p.ais more than the latter, the shrinkage observed at the top. ingots cast by any other method.
In summary, it can be said that, by the method described, the tonnage of the liquid metal leaving the apparatus in which it has @
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summer can be processed free of charge into an equivalent tonnage of semi-finished products.