"Moulage pour la rétention de chaleur de la masselotte
pendant la coulée de métaux fondus" La présente invention est relative à des perfectionnements apportés à un moulage pour la rétention de la chaleur
de la masselotte pendant la coulée de métaux fondus, et plus particulièrement de fer et d'acier fondus.
Dans le but d'éviter l'apparition d'une cavité tubulaire interne dans le corps principal de la pièce coulée lorsque des métaux fondus, plus particulièrement du fer et de l'acier fondus, sont coulés, il importe en vue de retarder la solidification du métal fondu dans la masselotte, plutôt que celle du corps principal, que la perte de chaleur du métal fondu de la masselotte soit évitée et que le métal fondu de la masselotte soit retenu à l'état fondu pendant un temps sufisamment long pour permettre au métal de parvenir à la cavité tubulaire interne. Le procédé selon lequel la solidification du métal
fondu de la masselotte est retardée, plutôt que la solidification du corps principal, c'est-à-dire le procédé permettant d'appliquer l'effet dit de retenue de chaleur dans la masselotte, consiste à promouvoir la fonction de retardement défia solidification de la masselotte en chauffant les surfaces latérales et supérieures de la masselotte au moyen de matières exothermiques ou thermo-isolantes ou en isolant thermiquement et en retenant la chaleur de ces matières.
Ordinairement, des poudres exothermiques ou thermoisolantes ou des moulages constitués de réfractaires, de matières exothermiques ou autres, qui créent la réaction thermique, sont utilisés en propre en fonction de la dimension du moule,
du tube de métal fondu, etc. En ce qui concerne les moulages
ou agents retenant la chaleur, il est souhaitable indubitablement que ceux-ci soient fortement exothermiques et aient en outre un excellent isolement thermique. Toutefois, eu.égard
aux matières exothermiques actuelles, il est nécessaire que
leur densité soit élevée pour augmenter le pouvoir calorifique par volume unitaire, étant donné que la conductivité thermique est accrue et que l'isolement thermique est abaissé à un point tel que la rétention de chaleur est défectueuse. En vue d'augmenter l'isolement thermique, les matières exothermiques doivent avoir un poids léger et une faible porosité, et il n'a pas été possible, en ce qui concerne les matières classiques, de donner des propriétés exothermiques suffisantes aux matières poreuses et d'un poids léger. Il n'existe aucun type de matière qui ait des propriétés exothermqiues.et thermo-isolantes suffisantes,
en ne considérant qu'un seul type de matière. Pour obtenir ces propriétés, il faut prévoir deux couches, c'est-à-dire une couche exothermique et une couche thermo-isolante, de sorte qu'il en résulte en outre de nombreux et grands inconvénients eu égard au moulage.
La présente.invention consiste à utiliser, comme moulage, une matière retenant la chaleur, satisfaisante eu égard aux propriétés exothermiques et thermo-isolantes. Comme matière principale, on utilise du charbon de bois grossièrement broyé. Lorsqu'il est fabriqué, le charbon de bois comprend de grands vides radiaux partant du centre des morceaux de bois traités,
a une ossature semblable à un squelette et présente en outre d'innombrables petits pores. Le charbon de bois peut être
broyé grossièrement en morceaux réduits. Si la dimension des particules est d'une grandeur telle qu'elle permette un passage
à travers un tamis carré de 10 mm, le)charbon de bois entier
se transforme en petits morceaux et perd sa forme primitive,
en ce sens qu'il adopte une configuration irrégulière à multiples faces latérales. Lorsqu'il est dispersé, le charbon de bois
en morceaux est disposé approximativement à l'état de couche, produit un grand nombre de fins pores et en coopération avec ceux-ci, l'isolement thermique est extrêmement grand et la conductivité thermique est réduite à 0,05 Kcal/m/h/[deg.]C. Comme
le charbon de bois se compose approximativement de 100 % de carbone, son pouvoir calorifique supérieur est d'environ
8000 Kcal/kg, et si les morceaux de charbon de bois sont dispersés. à la surface du métal fondu, la partie des .morceaux en contact avec le métal fondu brûle immédiatement et procure de la chaleur à la surface du métal fondu. La combustion a lieu à la couche superficielle, en raison de la propriété thermo-isolante du charbon de bois, et ne se communique pas aisément à la partie interne, si bien qu'une caractéristique essentielle du charbon de bois est que l'accroissement de la conductivité thermique ne se produit pas en fonction d'une augmentation de la température. Le charbon de bois, tel qu'il est broyé, se transforme en poussier lorsqu'il brûle à la surface du métal fondu, de sorte que le charbon de bois est moulé et utilisé comme moulage, conformément à la présente invention.
Si seul du charbon de bois est utilisé, le moulage est épaissi par la combustion et, par conséquent, pour transformer le charbon du bois sous la fomre d'un moulage, il est mélangé
avec de la vermiculite ou un graphite expansible servant de matière expansâble. La vermiculite et le graphite thermoexpansible gonflent lorsque le moulage brûle et empêche le volume du moulage de diminuer naturellement, mais les deux matières se transforment en flocons en s'expansant et de grands vides se produisent rarement, même si elles pénètrent entre les espaces compris entre les morceaux de charbon de bois et se dilatent. Conformément à l'invention, la rétention de chaleur convenant le mieux au moulage est obtenue avec un rapport de mélange approximativement défini du charbon de bois à la matière thermo-expansible.
Le rapport de mélange du charbon de bois à la vermiculite ou au graphite, auquel on a communiqué une expansibilité par traitement à l'acide, varie conformément à la dimension des particules du charbon de bois, mais dans le cas d'un tamis de moins de 10 mm utilisé dans la présente invention, et si la dimension des particules est de plus de
2 mm, la proportion en poids est de 1/0,07-0,20. Si le charbon de bois est sous la forme de particules grossières, le poids spécifique apparent du montage diminue, si bien que la quantité thermo-expansible peut être petite. Toutefois, si
la proportion des matières thermo-expansibles est inférieure
à 0,07, la perte de volume du charbon de bois brûlé ne peut pas être récupérée et si on ajoute de la matière jusqu'à des proportions de plus de 0,20, l'expansion est au contraire trop
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rétention de chaleur est perdue. Si la dimension des particules du charbon de bois est de moins 'de 2 mm, le poids spécifique apparent est relativement grand, la quantité de matière thermoexpansible est plus grande que dans le cas précédent et le rapport en poids du charbon de bois à de la matière thermoexpansible est de l'ordre de 1/0,10-0,40. Etant donné que l'ignition et la combustion sont rapides lorsque la dimension des particules du charbon de bois est plus petite, une plus grande perte de combustion se manifeste et il n'est pas possible, comme mentionné ci-dessus, de récupérer la perte de volume.
Si toutefois, dans ce cas, la proportion de matière thermoexpansible est inférieure à 0,10, ceci n'est pas suffisant pour récupérer la perte de volume, et si elle est supérieure à 0,40, il se produit une expansion et une formation de pores trop grands, ce qui détériore la rétention de chaleur. Les matières thermo-expansibles précitées, disposées entre les couches du charbon de bois en morceaux ou particules, se dilatent en formant des flocons et s'insèrent entre les particules de charbon de bois, en n'engendrant jamais de grands pores, de sorte que seules les deux matières sont appropriées et que d'autres matières, telles que l'obsidienne, la perlite et le schiste sont inutilisables. En préparant le moulage, des matières fibreuses organiques de 3 à 15 % sont ajoutées pour relier
et combler les espaces entre les particules des matières de mélange. Ceci empêche le moulage de se détériorer après sa formation et avant son utilisation. Ces matières sont également éliminées par combustion lorsque, à l'usage, elles entrent en contact avec le feu. Comme matières organiques fibreuses, on peut utiliser des déchets de papier, de la pâte à papier, des fibres dejcoton etc. Si les matières organiques fibreuses sont utilisées à raison de moins de 3 %, l'action de liaison est limitée et le moulage est fragile. Si leur proportion
est de plus de 15 %, la propriété fibreuse est excessive et
une propriété fibreuse complémentaire autre que l'action de liaison est présente et le sens de l'addition de ces matières est perdu. En outre, un liant organique peut être mis en oeuvre à raison de 3 à 15 % pour former le moulage. Ce liant permet de fixer le moulage,s'amorce immédiatement à l'usage
et brûle le charbon de bois. Une résine, l'amidon, la déxtrine, la colle,etc, conviennent comme liant. Si le poids spécifique apparent est grand au cours du moulage, une quantité moindre
de liant est employée, mais si, au contraire, le poids spécifique est petit, une quantité plus grande de liant est utilisée. Toutefois, si la quantité de liant est inférieure à
3 %, le moulage peut aisément se rompre et si elle est supérieure à 15 %, les pores du moulage s'obturent et l'effet de retenue de chaleur est perdu.
En outre, l'une des caractéristiques essentielles de l'invention consiste en un- moulage dans lequel la couche intérieure, dont le constituant majeur est du charbon de bois, est revêtue d'une enveloppe se composant d'un mélange de'liant et de matières fibreuses.
L'une des formes de réalisation du moulage de l'invention, qui est revêtu de l'enveloppe, est fondée sur une composition dans laquelle la couche inférieure, formant le
corps principal, contient plus de 30 % en poids de�charbon de bois, et une composition selon laquelle plus de 20 % en poids
du charbon de bois est laminé à la façon d'un alluvion présentant des propriétés directionnelles dans la direction principale du moulage retenant la chaleur, c'est-à-dire dans la direction latérale; dans cette composition, l'enveloppe se compose d'un liant et de matières fibreuses. En réalisé, il s'agit d'un moulage pour la surface supérieure de la masselotte, caractérisé en ce que les matières fibreuses sont enchevêtrées. Conformément à la présente invention, un effet suffisant de rétention de chaleur pour la masselotte est exercé par la couche interne à base de charbon de bois et présentant de bonnes propriétés de rétention de chaleur, et en même temps, la résistance du moulage aux hautes températures augmente par la présence
de l'enveloppe constituée des matières fibreuses, de sorte qu'aucune fissuration ne se produit par la chaleur du métal fondu. En outre, comme la résistance mécanique augmente également, le moulage n'est guère endommagé au cours du transport ou d'une manipulation.
Conformément à un autre aspect de l'invention, on a
prévu un moulage revêtu d'une enveloppe et dans lequel la
couche inférieure contient moins de 30 % en poids d'une matière thermo-expansible, ce qui favorise davantage l'effet de rétention de chaleur de la masselotte. Par conséquent, ce moulage
est utilisé de préférence comme moulage de la surface supérieure de la masselotte, conformément à la présente invention.
Ce moulage se dilate en fonction de la dilatation de la
matière thermo-expansible par la chaleur du métal fondu, mais comme l'expansion se produit entièrement à partir de l'intérieur du moulage, une fissuration quelconque de se manifeste pas .
Une autre forme de réalisation du moulage revêtu
de l'enveloppe, concerne une composition dans laquelle la couche interne, formant le corps principal, contient, dans
sa partie centrale, plus de 30 % en poids de charbon de bois,
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de bois est laminé à la façon d'un alluvion présentant des propriétés directionnellles dans la direction{Latérale du moulage, et la périphérie de la couche interne contient pas moins de 30 % en poids de charbon de bois et pas plus de 30 % en poids de matière thermo-expansible, soit une composition
où plus de 20 % en poids de charbon de bois est laminé à la façon d'un alluvion présentant des propriétés directionnelles dans la direction latérale du moulage; l'enveloppe se compose d'un liant et de matières fibreuses. Il s'agit d'un moulage convenant à la surface supérieure de la masselotte caractérisé en ce que les matières fibreuses sont enchevêtrées.
Dans les moulages qui ont été revêtus de l'enveloppe, la raison pour laquelle la teneur en charbon de bois est supérieure à 30 % en poids est que si cette quantité est de moins de 30 %, les excellentes propriétés thermo-isolantes et la combustion du charbon de bois ne peuvent pas être utilisées sufisamment pour la rétention de chaleur de la masselotte. En laminant plus de 20 % en poids de charbon de bois sous la forme d'une couche interne à la façon d'un alluvion, pour donner des propriétés directionnelles dans la direction latérale du moulage, un grand nombre de pores avantageux pour la rétention de chaleur sont produits dans la couche interne, si bien que l'effet de rétention de chaleur de la masselotte, en tant que couche interne entière, est amélioré.
En outre, comme la combustion du charbon de bois est contrôlée, les excellentes propriétés thermo-isolantes peuvent être appliquées pendant un temps prolongé. Il est possible également d'augmenter
la résistance des moulages. La raison pour laquelle la quantité de charbon de bois laminé à la façon d'unealluvion présentant des propriétés directionnelles dans la direction latérale
du moulage, n'est pas inférieure à 20 % en poids de charbon de bois dans la couche interne, est que si cette quantité
est de moins.de 20 % la.porosité de la couche interne n'est pas favorable à la rétention de chaleur et la résistance du mou-
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être réalisé en ajoutant un liquide, par exemple, de l'eau
à la composition contenant le charbon de bois, pour communiquer à cette composition un aspect pâteux, et en déshydratant la pâte au moyen d'un modèle de moulage muni de moyens de déshydratation.
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mentionnée dans la présente spécification, on entend une structure dans laquelle, dans le mesure où la présente composition pâteuse est utilisée, les petitis morceaux de charbon de bois de la pâte sont orientés dans une direction parallèle
à la surface maximale du moulage à former.
Comme matières thermo-expansibles utilisées dans les moulages revêtus d'une enveloppe, on peut citer les minerais naturels, tels que la vermiculite, les schistes, les obsidiennes, les perlites, la poix, l'argile, le graphite ou la poix chimiquement traitée par des acides et/ou des agents oxydants. La raison pour laquelle la teneur en matières thermo-expansibles de la couche interne n'est pas supérieure à 30 % en poids, est que les moulages se dilatent trop fortement avec plus de
30 % et que, par conséquent, les pores du moulage deviennent trop grands par expansion et se transforment en trous continus, l'effet de retenue de chaleur pour la masselotte, étant ainsi diminué.
La couche interne peut être une composition contenant,
en plus du charbon de bois et des matières thermo-expansibles, des constituants connus utilisés comme matières classiques
de rétention de chaleur de masselotte.
L'enveloppe du moulage, utilisable pour la rétention
de chaleur de la surface supérieure de la masselotte, conformément à l'invention, est une composition contenant un liant
dans lequel les matières fibreuses sont enchevêtrées, et l'enveloppe peut contenir également des matières réfractaires, telles que du sable silicieux, un oxyde d'aluminium, un oxyde
de magnésium, etc. De préférence, l'enveloppe est une composition de matières fibreuses à base de déchets de papier,
de copeaux de bois, de coton, d'amiante, de laine de scories,
de laine de roche, de laine de verre et de fibres chimiques,
et le liant peut être une résine phénolique, une résine uréique, une dextrine ou un amidon. L'enveloppe est réalisée en ajoutant les matières fibreuses et le liant à un liquide, par exemple, de l'eau, pour obtenir une pâte et en déshydratant
la pâte avec un modèle de moulage équipé de moyens de déshydratation, en vue de former la composition de liant et de matières fibreuses. L'enveloppe ainsi préparée comprend des matières fibreuses bien enchevêtrées, les matières étant couplées fortement l'une à l'autre par le liant, de sorte qu'une résistance extrêmement grande est obtenue.
En outre, conformément à une autre forme de réalisation de l'enveloppe, elle peut se composer de papier qui est obtenu
en collant du carton (en cas de papier mince, plusieurs feuilles), au moyen d'un liant, sur la périphérie de la couche interne formée au préalable à la façon d'un panneau.
En ce qui concerne la première et le seconde forme
de réalisation de l'invention, c'est-à-dire la fabrication des moulages non revêtus d'une enveloppe, les matières organiques fibreuses sont mises en suspension dans de l'eau et d'autres agents de mélange sont également ajoutés, sous agitation de
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Cette pâte est coulée dans un moule, la teneur en eau est éliminée par succion, compression, séparation centrifuge et autres méthodes, et la pâte est finalement séchée à chaud dans un sécheur.
Des exemples de moulages conformes à l'invention sont décrits ci-dessous.
Exemple 1
Rapport de mélange (%) du moulage:
<EMI ID=6.1>
Diverses épaisseurs de moulage correspondant au rapport de mélange précité, ont été formées. Une épaisseur de moulage de 40 mm a été utilisée pour des lingots d'acier de moins de
6 t, une épaisseur de 60 mm pour des lingots de 6 à 10 t, une épaisseur de 70 mm pour des lingots de 10 à 15 t et une épaisseur de 80 mm pour des lingots de plus de 15 t. Les masselottes des lingots d'acier font apparaître un état de retrait entièrement plan et les inconvénients attribuables à la formation d'une cavité tubulaire interne, d'une ségrégation, etc, ne se sont aucunement manifestés.
En outre, une forme de réalisation des moulages revêtus d'une enveloppe est décrite en détail ci-après en se référant dessins annexés, dans lesquels :
les figures 1 et 2 sont des vues en coupe verticale d'une forme de réalisation dans laquelle un moulage (4) revêtu d'une enveloppe, conforme à l'invention, est utilisé pour la coulée de lingots; la figure 3 est une vue en perspective d'un moulage (4) se composant d'une couche interne contenant 30 % en poids de charbon de bois, et d'une enveloppe; la figure 4 est une vue en perspective d'un moulage dont une partie a été supprimée et dans lequel la partie centrale de la couche interne se compose principalement de charbon de bois, la périphérie de cette couche est un mélange de charbon de bois et de matières expansibles et la couche interne est revêtue d'une enveloppe, les références désignant les mêmes pièces ou parties que celles des figures 1 à 3;
la figure 5 est une vue en coupe verticale d'une forme de réalisation du moulage de la figure 4 et de la surface d'acier fondu, à laquelle le moulage a été précisément ajouté, et montre les conditions selon lesquelles des espaces 10 se produisent forcément entre un moulage 4 et un moulage 3 pour la rétention de chaleur de la surface latérale, en raison des différentes formes et dimensions des deux moulages; et la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, maisjmontre les conditions dans lesquelles les parties périphériques 9 du moulage 4 ont été finies pour se dilater plus fortement que dans les conditions de la figure 5; les espaces compris entre le moulage 4 et le moulage 3 pour la rétention
de chaleur de la surface latérale ayant été comblés pour empêcher la chaleur de l'acier fondu de s'échapper à partir de
ces espaces. Dans ce cas,le moulage 4 convient à une utilisation pour un type d'acier dont la chaleur peut être entièrement retenue, même sans dilatation de la partie voisine du centre du moulage, pour lequel un retrait ne se produit pas relativement.
La -figure 1 est une vue en coupe verticale montrant l'utilisation du moulage 4 pour retenir la chaleur de la masselotte, conformément à la présente invention. On distingue également les conditions dans lesquelles un acier fondu 7 est coulé, conformément au système de coulée par le haut, dans un{moule à la surface supérieure duquel est posé un moulage 3 pour retenir la chaleur de la surface latérale de la masselotte. Par ailleurs, un autre moulage 4 recouvre la surface de l'acier fondu de la masselotte pour retenir la chaleur. Le moulage 4 se compose d'une couche interne 5 se composant de 30 % en poids de charbon de.bois et d'une enveloppe 6 constituée d'un liant et de matières fibreuses enchevêtrées dans celui-ci. La plaque
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La figure 2 est une vue en coupe verticale montrant l'utilisation du moulage 4 de l'invention, lequel contient des matières thermo-expansibles. On distingue également les conditions dans lesquelles l'acier fondu 7 est coulé, conformément à un système de coulée par le bas, à partir d'un trou de coulée <EMI ID=8.1>
duquel on a posé un moulage 3 pour retenir la chaleur de la surface latérale de la masselotte. La surface d'acier fondu de la masselotte est recouverte d'un moulage 4 retenant la chaleur et dilaté par la'chaleur de l'acier fondu. Ce moulage
<EMI ID=9.1>
et de matières thermo-expansibles, ainsi qu'une enveloppe 6 composée d'un liant et de matières fibreuses enchevêtrées dans celui-ci. Le moulage est dilaté, conformément à la dilatation des matières thermo-expansibles, par la chaleur de l'acier fondu.
La figure 3 est une vue en perspective du moulage 4 dont une partie a été éliminée. Ce moulage contient 30 % en poids de charbon de bois et se compose d'une couche interne 5 dont les particules de charbon de bois ont�té laminées à la façon d'un alluvion présentant des propriétés directionnellles dans la direction latérale, et qui est recouverte d'une enveloppe 6 formée d'un liant et de matières fibreuses enchevêtrées dans celui-ci. La figure 4 est un autre moulage où la partie centrale <EMI ID=10.1>
bois, et où la partie périphérique 9 est formée d'un mélange de charbon de bois et de matières expansibles. La couche interne est revêtue d'une enveloppe. Les références de cette figure désignent les mêmes matières que celles des formes de réalisation précédentes.
Des exemples de moulages revêtus d'une enveloppe, conçus conformément à l'invention, sont donnés ci-dessous.
Exemple 2
1) Rapport de mélange des constituants de la couche interne :
<EMI ID=11.1>
2) Rapport de mélange des constituants de l'enveloppe :
<EMI ID=12.1>
De l'eau est ajoutée au mélange 1) ci-dessus pour obtenir un mélange pâteux. De l'eau est également ajoutée au mélange 2) ci-dessus pour préparer une pâte dans laquelle la teneur en solides des constituants du mélange 2) est approximativement de 20 % et la teneur en eau d'environ 80 %. La pâte 2), dont la grandeur de la teneur en solides peut être d'une épaisseur de 3 mm à l'état déshydraté, a été versée dans un modèle de moulage doté de moyens de déshydratation. En outre,.le mélange pâteux 1) est introduit dans la pâte en une quantité donnant une épaisseur d'environ 34 mm à l'état déshydraté. Le mélange est ensuite déshydraté sous vide. Puis la pâte 2) est introduite dans la matière déshydratée, en une quantité correspondant à une épaisseur d'environ 3 mm à l'état déshydraté. Le mélange est de nouveau déshydraté.
L'article moulé déshydraté est séché pour obtenir un moule capable de retenir la chaleur des masselottes (dimensions du moulage : longueur 830 mm, largeur 830 mm et épaisseur 40 mm) (figure 4). On a constaté que les particules de charbon de bois de la couche interne du moulage sont laminées dans une direction latérale et que�es matières fibreuses de l'enveloppe sont enchevêtrées et liées fortement par la résine phénolique.
En utilisant ce moulage, vingt lingots d'acier de 8 tonnes chacun ont été coulés par le système de coulée par le haut, comme représenté à la figure 1. Ces lingots d'acier ont été comparés avec ceux coulés en utilisant un moulage classique d'une même dimension pour la rétention de chaleur de la masselotte, mais dans les mêmes conditions que celles de la présente invention. A la suite de cette comparaison, on a constaté que les lingots d'acier, pour lesquels le moulage de la présente invention a été utilisé, ont un rendement moyen augmenté de 1,3 % par lingot d'acier, comparé aux lingots pour lesquels des moulages classiques ont été employés. Ceci montre évidemment que le moulage de l'invention est supérieur aux moulages classiques pour la rétention de chaleur des masselottes.
En outre,le moulage conforme à l'invention a une grande résistance, de sorte qu'il n'est jamais endommagé au cours du transport ou d'une manipulation. Au contraire, on sait que le pourcentage de détérioration des moulages classiques est d'en-
<EMI ID=13.1>
Exemple 3
1) Rapport de mélange des constituants de la couche interne :
<EMI ID=14.1>
2) Rapport de mélange des constituants de l'enveloppe :
<EMI ID=15.1>
De la même façon qu'à l'exemple 1, on a fabriqué un moulage pour la rétention de la chaleur des masselottes (dimensions du moulage : longueur 780 mm, largeur 780 mm, épaisseur 35 mm; l'épaisseur de l'enveloppe est de 3 mm), comme
le montre la figure 3.
En utilisant ce moulage, vingt lingots d'acier de 7 tonnes chacun ont été coulés par le système de coulée par�e
bas représenté à la figure 3. On a constaté que ces lingots d'acier ont un rendement moyen accru de 1,5 % par lingot d'acier, comparé avec les lingots d'acier coulés en utilisant des moulages classiques pour la rétention de chaleur des masselottes. On n'a enregistré aucune détérioration pendant le transport et la manipulation de ce moulage.
Exemple 4
La composition pâteuse 2) de l'exemple 1 a été transformée en un moulage en utilisant les mêmes appareils et en mettant en oeuvre le même procédé. La composition pâteuse 1) de l'exemple 2 a été introduite dans cette pâte, en une quantité correspondant à une épaisseur de 34 mm à l'état déshydraté. La composition pâteuse 1) de l'exemple 3 a été appliquée sur