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Production de gueuses, de saumons et de lingots de métaux.
La présente invention concerne la production de lingots par un procédé suivant lequel le métal est coulé dans des lingo- tières métalliques et plus spécialement la production de gueuses d'acier ou de saumons et de lingots de cuivre, de nickel ou d'alliages de ces métaux.
Au cours de la coulée de l'acier en fusion dans une lingotière métallique, une couche d'oxyde tend à se former à la surface du courant de métal en fusion exposé à l'atmosphère. Cette formation d'oxyde est plus marquée dans le cas des lingots coulés par le dessus, étant donné qu'au moment où le métal atteint le fond de la lingotière ou bien où la surface du métal coulé s'élève,
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des éclaboussures de métal sont projetées sur les pareil de la lin- gotière et subsistent à l'état de gouttelettes aplatira à surface oxydée La plupart de ces gouttelettes ondées ne peuvent se dans la masse du métal de la lingotière et, en subsis- tant, forment des défauts à la surface du lingot et parfois des inclusions dans la masse de celui-ci.
De même, l'oxyde flottant à la sur,:race du. Métal qui relevé lorsque le'métal en fusion est versé dans la lingotière peut être retenu entre le métal en fu- sion et les parois de la lingotière, ce qui est 4 l'origine de défauts analogues.
On sait qu'on peut utiliser des agents ou additifs de démoulage qui atténuent l'oxydation du métal en fusion parce qu'ils agissent comme fondants ou réducteur et empêchent l'appa- rition de ces défauts., Par exemple on dispose d'une part de laitiers ayant un point de fusion beaucoup intérieur à celui du métal coulé et formant sur la surface du métal coulé qui s'élève une couche de fondant en fusion et, d'autre part. d' agents de démoulage des types ordinaires, notamment ceux à base de compositions de goudron, de brai ou d'huile lourde.
Ces der- nières créent l'atmosphère réductrice requise,mais ont l'inconvé- nient.de conduire la formation de grandes quantités de fumée et de suie pendant la coulée et, en outre, d'être d'une application gênante.
La production de saumons et de lingots d'alliages à base de cuivre et à base de nickel conduit à des difficultés analogues.
L'invention a pour but de procurer des moyens permettant une protection excellente et parfois complète contre la forma- tion de défauts par oxydation dans les gueuses d'acier et dans les saumons et les lingots à base de cuivre et à base de nickel.
L'invention procure par conséquent un procédé de produc- tion de gueuses d'acier ou de saumons et de lingots de cuivre, , de
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nickel ou d'alliages de ces métaux,suivant lequel on verse le métal en fusion dans une lingotière, caractérisé en ce qu'on introduit
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dans lë lingotiére une substance chimique r.rcyolique qui compre du carbone, de l'hydrogène et éventuellement aussi de l'oxygène et/ou de l'azote et qui, en brûlante forme sur les parois de la lingotière un dépôt de particules de carbone qui adhèrent à ces parois en raison de l'effet adhésif d'une partie de la subs- tance ou d'un produit de combustion de celle-ci qui se dépose sur les parois de la lingotière par sublimation ou condensation ou qui existe à l'état de revêtement sur les particules de car- bone,
la combustion de la substance engendrant un gaz ou une vapeur non oxydant et non corrosif, et on fait brûler la substance pour créer le dépôt avant ou pendant la coulée du métal en fusion dans la lingotière.
La substance peut être un composé chimique organique unique ou un mélange de composés de ce genre. Il s'est parfois révélé préférable d'utiliser une substance qui est un solide stable à des températures atteignant 80 C mais qui, plus parti- culièrement, reste solide jusqu'à des températures atteignant 140 C. En variante, on peut utiliser une substance qui existe à l'état de gaz dense à des températures de 80 C et davantage, mais qui est liquide ou solide à la température ambiante. Si la substance choisie a un point de fusion inférieur à 140 C, il est en général préférable qu'elle ait un domaine peu étendu d'existence à l'état fondu, c'est-à-dire que l'intervalle de température entre son point de fusion et son point d'ébullition sous la pression ordinaire soit de l'ordre de 30 C ou même moins.
La substance choisie n'est de préférence ni déliques- cente ni hygroscopique,étant donné que les substances de ce genre ont tendance à introduire de la vapeur d'eau dans la lingotière, Il s'est révélé généralement préférable d'utiliser un composé aroma- tique dont la molécule a une haute teneur en carbone.
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De nombreux composés peuvent être utilisés pour exécuter ! le procédé suivant l'invention. Ce sont des hydrocarbures carbo- cycliques comme le naphtalène, le phénanthrène, l'anthracène, le biphénylène, le naphtacène, le rubrène, le pentacène, l'hepta- cène, le pyrène, le pérylène et l'acénaphtène. D'autres substances appropriées sont des composés phénoliques (par exemple le résorci- nol, l'hydroquinone, l'a- et le ss-naphtols, l'anthraquinone et le quinol), des esters d'acides carbocycliques (par exemple les esters du pentaérythritol et du glycérol avec des colophanes, comme la gomme ester), des, composés terpéniques (comme le camphre, le bor- néol, le pinène ou l'acide abiétique),
ou certaines résines natu- Telles ou synthétiques à groupes carbocycliques (par exemple les résines de phénol-formaldéhyde, de copal et de terpène et les rési- nes alkydes). On peut utiliser également des composés azotés comme l'c-naphtylamine et les aminoanthraquinones. Les substances halogénées, les acides aromatiques et les anhydrides ne sont pas au nombre des substances préférées, parce qu'ils tendent à pro- voquer la corrosion.
La liste ci-dessus de substances qu'on peut utiliser suivant l'invention ne peut être considérée comme exhaustive, étant donné que toute substance carbocyclique organique donnant le revêtement de particules de carbone et ayant les autres effets désirés comme indiqué peut être utilisée également. L'efficacité d'un composé quelconque peut être appréciée facilement par simple essai.
Il s'est révélé que de très petites quantités de ces substances sont suffisantes pour obtenir l'effet recherché. Il convient de noter sous ce rapport que ces mêmes substances incor- porées à des sables de moulage utilisés pour la production de pièces coulées améliorent la fluidité du métal en fusion. Toute- fois, la quantité minimum de substance volatile qui est nécessaire est habituellement de l'ordre de 0,01% du poids du métal a couler.
La présente invention,qui concerne uniquement la coulée d'acier et
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de métaux à base de cuivre et de nickel dans ces lingotières métal- liques refroidies,permet d'utiliser des quantités encore plus pe- tites, c'est-à-dire inférieures à 0,01% et souvent atteignant à peine 0,002% ou même moins. Ainsi, pour la production de gueuses . d'acier une quantité de substance de l'ordre de 56 g par tonne de métal coulé suffit d'habitude.
Des mélanges de différentes substances organiques comme indiqué ci-dessus peuvent être utilisés, si on le désire, des mélanges très appropriés étant les suivants:
A. Mélanges de gomme ester et de résine phénol-formal- déhyde ou mélamine-formaldéhyde (avec ou sans charge telle que de la sciure de bois) et contenant éventuellement aussi du noir de carbone.
Des intervalles de concentration appropriés de ces constituants sont:
Gomme ester 65 à 95 parties en poids
Résine (corne défini 5 à 30 parties en poids ci-dessus)
Noir de carbone 0 à 5 parties en poids
Une classe préférée d'additifs ce cet intervalle sont ceux ayant les compositions suivantes : Gomme ester 80 à 90 parties en poids
Résine (comme défini 15 à 5 parties en poids ci-dessus)
Noir de carbone 0 à 5 parties en poids
B, Mélanges de camphre et de naphtalène contenant éventuellement aussi de l'urée.
Des intervalles de concentration appropriés pour ces constituants sont :
Camphre 5 à 95 parties en poids
Naphtalène 95 à 5 parties en poids
Urée 0 à 10 parties en poids
Une classe préférée d'additifs de cet intervalle sont ceux ayant les compositions suivantes :
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camphre 75 à 85 parties en poids
Naphtalène 10 à 20 parties en poias
Urée 0 à 10 parties en poids
Une composition spécifique de cette classe comprend:
Camphre 80 parties en poids
Naphtalène 10 parties en poids
Urée 10 parties en poids
La substance peut être utilisée à l'état de poudre ou de comprimés. Toutefois, il s'est révélé que l'état physique de l'additif a un effet important sur les résultats obtenus,en particulier lorsque l'additif est utilisé pour la production de . gros lingots, par exemple de plus de 3 tonnes.
Dans le cas des gros lingots, l'additif tend parfois, s'il est utilisé à l'état de po@ dre ou sous une autre forme finement divisée, à se volatliser trop vite, de façon que son effet sur les parties supérieures du lingot est rendu minime, Cette difficulté n'est pas évitée facilement en utilisant diverses quantités d'additif a différentes hauteurs dans' la lingotière, mais on a découvert qu'on peut obtenir des résul- tats satisfaisants en utilisant l'additif sous la forme d'un comprime; d'un bloc ou d'une briquette. Sous cette forme de l'ad- ditif, la volatilisation est ralentie.
Pour obtenir les meilleurs résultats dans les conditions indiquées, il est désirable que le comprimée le bloc ou la briquette ait une densité apparente approximativement égale à la densité vraie de la matière ou de ses constituants. Ainsi, lorsque 'le comprimé, le bloc ou la briquette qu'on utilise est formé par compression de l'additif dans un moule, il est désirable de recourir à une pres- sion suffisamment élevée pour que la quantité d'air occlus dans le comprimé, le bloc ou la briquette soit faible'sinon nulle.
Lorsque l'additif peut être fondu avant la volatilisa- tion, on préfère beaucoup utiliser le produit sous la forme du bloc obtenu par fusion, étant donné qu'on obtient ainsi un produit
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ayant la compacité la plus élevée possible. En outre, ce procédé est particulièrement intéressant lorsque l'additif n'est pas de nature à se prêter facilement au façonnage par compression.
Par exemple, un additif particulièrement intéressant contient de la gomme ester et une résine phénol-formaldéhyde, par exemple dans les proportions suivantes:
Gomme ester 85 parties en poids
Résine phénol-formaldéhyde 15 parties en poids
Une telle composition ne peut être pressée facilement mais peut être fondue commodément puis refroidie, après quoi le produit solidifié est transformé en blocs de la dimension convenable.
A l'état de blocs formés par fusion, la volatilisation est telle que même pour de gros lingo@s la matière continue à s'évaporer pendant toute la coulée, de sorte que la partie supérieure du lingot présente la surface améliorée résultant de l'utilisation des additifs. La matière utilisée à l'état de blocs formés par fusion a un temps de volatilisation qui vaut envi- ron 1,5 fois celui de la, matière comprimée'et qui est beaucoup supé- rieur à celui de la matière pulvérulente. A l'état de bloc for-, mé par fusion, l'additif est beaucoup plus avantageux à utili- ser et beaucoup plus facile à'manipuler. L'utilisation de blocs formés par fusion permet également une plus grande économie, étant donné que la mise en oeuvre d'une quantité prédéterminée est facile.
Les blocs formés par fusion peuvent être utilisés pour des lingots de toute dimension,à partir des plus petits tandis que des additifs pulvérulents ou comprimés sont utilisés de préférence uniquement pour des lingots jusqu'à. 3 tonnes.
Les additions peuvent être les mêmes pour les comprimés et pour les poudres,mais dans le cas des blocs,formés par fusion, les additions peuvent être parfois plus petites. Lorsqu'on utilise des poudres, des additions multiples peuvent être quelquefois
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. nécessaires mais dans le cas des blocs formés par fusion, il suffit en général à'ajouter la quantité requise au début de la coulée, la dimension du bloc étant telle qu'il subsiste de l'aduitif jus- qu'à ce que la lingotière soit remplie.
Des additions recomman- dées sont les suivantes :
Pour des lingots jusqu'à 230 kg 56 à 112 g/tonne
Pour de? lingots de 230 kg à 112 à 280 g/tonne
5 tonnes
Pour des lingots de plus de 168 g/tonne
5 tonnes et sur des aciers tendant l'incrustation
Pour exécuter le procédé suivant l'invention, la quan-, tité requise de substance est posée au fond de la lingotière en métal. On peut allumer la substance et la laisser brûler avant d'introduire le métal en fusion, mais en variante la combustion peut être amorcée par l'introduction du métal fondu dans la lingo- tiëre. La substance se décompose de façon à remplir la lingotière de sa vapeur ou des vapeurs de ses produits de décomposition et forme un dépôt adhérent de carbone sur les parois.
Lorsque les substances se volatilisent ou se décomposent complètement, il n'est pas possible d'être gêné par les inconvénients des additifs déjà connus, c'est-à-dire qu'il est impossible que l'acier coulé contienne des inclusions provenant ae l'additif et qu'il subsiste à la surface du métal coulé du laitier d'aucune espace.
Les difficultés résultant de la formation de fumée sont petites sinon nulles. En outre, la simplicité d'application est un avan- tage marqué sur les procédés normaux d'application des agents de démoulage.
L'invention peut être appliquée avec succès dans le cas de la coulée de gueuses d'acier de toute nature mais en particulier d'aciers alliés, en effet des gueuses carrées ayant des dimensions de 76 à 458 mm (environ 34 kg à 2 tenues) ont été traitées avec un succès absolu à l'aide ces additifs@pul-
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vérulents et des gueuses de 3 a 6 tonnes ont été traitées avec succès a l'aide des additifs présentés en blocs formés par fusion.
REVENDICATIONS
1.- Procéda de'production de gueuses d'acier ou de saumons et de lingots de cuivre, de nickel ou d'alliages de ces métaux, suivant leouel on verse le métal en fusion dans une lingo.. tière, caractérisé en ce qu'on introduit dans la lingotière'une substance chimique carbocycliquequi comprend du carbone, de l'hy- drogène et éventuellement aussi de l'oxygène et/ou de l'azote et qui, en brûlant,
forme sur les parois de la lingotière un dépôt de particules de carbone qui adhèrent à ces parois en rai- son de l'effet adhésif d'une partie de la substance ou d'un pro- duit de combustion de celle-ci qui se dépose sur les parois de la lingotière par sublimation ou condensation ou qui existe à l'état de revêtement sur les particules de carbone, la combustion de la substance engendrant un gaz ou une vapeur non oxydant et non corrosif, et on fait brûler la substance pour créer le dépôt avant ou pendant la coulée du métal en fusion dans la lingotière.
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Production of pigs, salmon and metal ingots.
The present invention relates to the production of ingots by a process in which the metal is poured into metal ingots and more especially to the production of steel or salmon pigs and ingots of copper, nickel or alloys thereof. metals.
During the pouring of molten steel into a metal ingot mold, an oxide layer tends to form on the surface of the stream of molten metal exposed to the atmosphere. This oxide formation is more marked in the case of ingots cast from the top, given that when the metal reaches the bottom of the mold or when the surface of the cast metal rises,
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metal splashes are projected onto the molds of the mold and remain as flattened droplets with an oxidized surface. Most of these wavy droplets cannot be found in the mass of the metal of the mold and, by remaining, form defects on the surface of the ingot and sometimes inclusions in the mass thereof.
Likewise, the oxide floating at the,: race of. Metal which is raised when molten metal is poured into the mold may be retained between the molten metal and the walls of the mold, causing similar defects.
It is known that mold release agents or additives can be used which attenuate the oxidation of the molten metal because they act as fluxes or reducing agents and prevent the occurrence of these defects. the part of slags having a melting point much inside that of the cast metal and forming on the surface of the cast metal which rises a layer of molten flux and, on the other hand. common types of mold release agents, especially those based on tar, pitch or heavy oil compositions.
These create the required reducing atmosphere, but have the disadvantage of leading to the formation of large amounts of smoke and soot during casting and, moreover, of being troublesome to apply.
The production of salmon and ingots of copper-based and nickel-based alloys leads to similar difficulties.
The object of the invention is to provide means which allow excellent and sometimes complete protection against the formation of defects by oxidation in steel pigs and in copper-based and nickel-based salmon and ingots.
The invention therefore provides a method of producing steel pigs or salmon and copper ingots,,
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nickel or alloys of these metals, according to which the molten metal is poured into an ingot mold, characterized in that one introduces
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in the ingot mold a r.rcyolic chemical substance which comprises carbon, hydrogen and possibly also oxygen and / or nitrogen and which, on burning, forms a deposit of carbon particles on the walls of the mold which adhere to these walls due to the adhesive effect of a part of the substance or of a combustion product thereof which is deposited on the walls of the mold by sublimation or condensation or which exists at the 'state of coating on the carbon particles,
combustion of the substance generating a non-oxidizing and non-corrosive gas or vapor, and the substance is burned to create the deposit before or during the pouring of the molten metal into the ingot mold.
The substance can be a single organic chemical compound or a mixture of such compounds. It has sometimes been found preferable to use a substance which is a solid which is stable at temperatures up to 80 ° C. but, more particularly, remains solid up to temperatures up to 140 C. Alternatively, a substance can be used. which exists as a dense gas at temperatures of 80 C and above, but which is liquid or solid at room temperature. If the substance chosen has a melting point below 140 C, it is generally preferable that it has a small range of existence in the molten state, i.e. the temperature interval between its melting point and its boiling point under ordinary pressure is of the order of 30 C or even less.
The substance chosen is preferably neither deliquescent nor hygroscopic, since substances of this kind tend to introduce water vapor into the mold. It has generally been found preferable to use an aroma compound. - tick whose molecule has a high carbon content.
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Many compounds can be used to perform! the process according to the invention. They are carbo-cyclic hydrocarbons such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, biphenylene, naphtacene, rubrene, pentacene, heptacene, pyrene, perylene and acenaphthene. Other suitable substances are phenolic compounds (eg resorcinol, hydroquinone, α- and ss-naphthols, anthraquinone and quinol), esters of carbocyclic acids (eg esters pentaerythritol and glycerol with rosins, such as ester gum), terpene compounds (such as camphor, boronol, pinene or abietic acid),
or certain natural or synthetic resins containing carbocyclic groups (for example, phenol-formaldehyde, copal and terpene resins and alkyd resins). Nitrogenous compounds such as α-naphthylamine and aminoanthraquinones can also be used. Halogenated substances, aromatic acids and anhydrides are not among the preferred substances because they tend to cause corrosion.
The above list of substances which can be used according to the invention cannot be considered as exhaustive, since any organic carbocyclic substance giving the coating of carbon particles and having the other desired effects as indicated can be used as well. The effectiveness of any compound can be readily appreciated by simple testing.
It has been found that very small amounts of these substances are sufficient to achieve the desired effect. It should be noted in this connection that these same substances incorporated in molding sands used for the production of castings improve the fluidity of the molten metal. However, the minimum amount of volatile substance which is required is usually on the order of 0.01% by weight of the metal to be cast.
The present invention, which relates only to the casting of steel and
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of metals based on copper and nickel in these cooled metal ingot molds, allows the use of even smaller quantities, that is to say less than 0.01% and often as little as 0.002% or even less. Thus, for the production of pigs. of steel a quantity of substance of the order of 56 g per ton of cast metal is usually sufficient.
Mixtures of different organic substances as indicated above can be used, if desired, very suitable mixtures being the following:
A. Mixtures of ester gum and phenol-formaldehyde or melamine-formaldehyde resin (with or without filler such as sawdust) and optionally also containing carbon black.
Suitable concentration ranges for these constituents are:
Ester gum 65 to 95 parts by weight
Resin (horn defined 5 to 30 parts by weight above)
Carbon black 0 to 5 parts by weight
A preferred class of additives within this range are those having the following compositions: Ester gum 80 to 90 parts by weight
Resin (as defined 15 to 5 parts by weight above)
Carbon black 0 to 5 parts by weight
B, Mixtures of camphor and naphthalene optionally also containing urea.
Suitable concentration ranges for these constituents are:
Camphor 5 to 95 parts by weight
Naphthalene 95 to 5 parts by weight
Urea 0 to 10 parts by weight
A preferred class of additives within this range are those having the following compositions:
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camphor 75 to 85 parts by weight
Naphthalene 10 to 20 parts in poias
Urea 0 to 10 parts by weight
A specific composition of this class includes:
Camphor 80 parts by weight
Naphthalene 10 parts by weight
Urea 10 parts by weight
The substance can be used in the form of powder or tablets. However, it has been found that the physical state of the additive has an important effect on the results obtained, especially when the additive is used for the production of. large ingots, for example over 3 tonnes.
In the case of large ingots, the additive sometimes tends, if used as a powder or in some other finely divided form, to volatilize too quickly, so that its effect on the upper parts of the ingot. This difficulty is not easily avoided by using various amounts of additive at different heights in the ingot mold, but it has been found that satisfactory results can be obtained by using the additive in the form a tablet; a block or a briquette. In this form of the additive, volatilization is slowed down.
For best results under the conditions indicated, it is desirable that the compact, block or briquette have a bulk density approximately equal to the true density of the material or its constituents. Thus, when the tablet, block or briquette in use is formed by compressing the additive in a mold, it is desirable to use a pressure high enough so that the amount of air entrained in the mold. compressed, the block or briquette is weak, otherwise none.
Where the additive can be melted prior to volatilization, it is much preferred to use the product in the form of the melted block, since a product is thus obtained.
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having the highest possible compactness. In addition, this process is particularly advantageous when the additive is not such as to lend itself easily to compression shaping.
For example, a particularly interesting additive contains ester gum and a phenol-formaldehyde resin, for example in the following proportions:
Ester gum 85 parts by weight
Phenol-formaldehyde resin 15 parts by weight
Such a composition cannot be squeezed easily but can be conveniently melted and then cooled, after which the solidified product is formed into blocks of the suitable size.
In the state of blocks formed by fusion, the volatilization is such that even for large ingots the material continues to evaporate throughout the casting, so that the upper part of the ingot exhibits the improved surface area resulting from the casting. use of additives. The material used in the form of melting blocks has a volatilization time which is about 1.5 times that of the compressed material and which is much greater than that of the powder material. In the form of a melt formed block, the additive is much more advantageous to use and much easier to handle. The use of blocks formed by fusion also allows greater economy, since it is easy to process a predetermined amount.
Blocks formed by fusion can be used for ingots of any size, starting from the smallest while powdery or compressed additives are preferably used only for ingots up to. 3 tons.
The additions can be the same for tablets and for powders, but in the case of blocks, formed by fusion, the additions can sometimes be smaller. When using powders, multiple additions can sometimes be
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. necessary, but in the case of blocks formed by fusion, it is generally sufficient to add the required quantity at the start of the casting, the size of the block being such that there remains the additive until the mold is fulfilled.
Recommended additions are as follows:
For ingots up to 230 kg 56 to 112 g / tonne
For of? ingots from 230 kg to 112 to 280 g / tonne
5 tons
For ingots over 168 g / tonne
5 tons and on steels tending to incrustation
In order to carry out the process according to the invention, the required quantity of substance is placed at the bottom of the metal mold. The substance can be ignited and allowed to burn before introducing the molten metal, but alternatively combustion can be initiated by introducing the molten metal into the ingot. The substance decomposes so as to fill the mold with its vapor or the vapors of its decomposition products and forms an adherent deposit of carbon on the walls.
When the substances volatilize or completely decompose, it is not possible to be hampered by the disadvantages of the already known additives, that is, it is impossible for the cast steel to contain inclusions from ae the additive and that it remains on the surface of the poured metal of the slag no space.
The difficulties resulting from the formation of smoke are small if not none. In addition, ease of application is a marked advantage over normal mold release agent application methods.
The invention can be successfully applied in the case of casting steel pigs of any kind but in particular alloy steels, in fact square pigs having dimensions of 76 to 458 mm (approximately 34 kg at 2 sets ) have been treated with absolute success using these additives @ pul-
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Verulent and 3-6 ton pigs have been successfully treated with the additives presented in melt-formed blocks.
CLAIMS
1.- Process for the production of steel or salmon pigs and ingots of copper, nickel or alloys of these metals, according to leouel the molten metal is poured into an ingot .. tière, characterized in that 'a carbocyclic chemical substance is introduced into the mold' which comprises carbon, hydrogen and possibly also oxygen and / or nitrogen and which, on burning,
forms on the walls of the mold a deposit of carbon particles which adhere to these walls due to the adhesive effect of a part of the substance or of a combustion product thereof which is deposited on the walls of the mold by sublimation or condensation or which exists as a coating on the carbon particles, the combustion of the substance generating a non-oxidizing and non-corrosive gas or vapor, and the substance is burned to create the deposition before or during the casting of the molten metal in the mold.