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BREVET D'INVENTION
Perfectionnement aux châssis supérieurs chauds pour lingotières
Monsieur William Haig RAMAGE .
La présente invention se rapporte à la métallurgie et en particulier à. un équipement pour la fonte de lingots d'acier ou autres, réalisé sous la forme d'un châssis supérieur chaud uti- lisé avec des lingotières;.
Jusqu'ici, pour ce genre de constructions, on employait des briques réfractaires qui ne servaient qu'une seule fois, l'agen- cement étant fait de telle sorte que la brique était brisée pen- dant la coulée, et l'ébarbage. Le rapport entre la tuile et le lin- got était tel qu'il était nécessaire de briser la tuile pour la retirer du lingot. Un autre inconvénient des châssis supérieurs chauds en brique, c'est que la brique ne forme pas un joint par- fait avec le sommet du moule. L'acier coule dans le joint et des parcelles de brique restent adhérentes au lingot pendant le trai- tement ultérieur à chaud,, fait ordinairement dans la chauffe de réchauffage des lingot où les parcelles de terre réfractaire et l'acier fondent ensable: la partie du lingot adjacente au châs- sis supérieur chaud est alors contaminée et doit être grattée.
Il n'est pas rare que ces parcelles de terre réfractaire fondent et coulent sur les côtés du lingot et qu'elles passent dans l'a- cier, de sorte que, quand le lingot est ensuite fabriqué, une
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grande partie soit contaminée et nuise à la qualtté du produit fi- ni. Une autre difficulté rencontrée dans l'emploi de ces châssis supérieurs enuiles c'est la tendance de ... acier à monter dans le joint entre la terre réfractaire et le bout du moule, de sorte que, quand le lingot est solidifié, un bourrelet ou rebord d'acier s'étende hors du moule, et serve de lien entre le moule et le lin- got, et comme celui-ci adhère au moule, le démoulage est difficile; quand un lingot ne peut être dégagé, il faut détruire le moule pour libérer le lingot.
A cause de la destruction des briques à chaque coulée, et à cause des difficultés dans le travail, les châssis supérieurs en briques sont coûteux et peu commodes, sussi he sont-ils employés qu- en cas de nécessité dans la fabrication de l'acier.
Les inconvénients des dispositifs connus jusqu'ici sont évités par l'emploi du châssis supérieur relativement permanent, de la présente invention, qu'on peut retirer tout d'une pièce quand le lingot a été versé, sans effort destructeur, ou qui peut être fixé au moule et rester en place pendant plusieurs chauffes du moule pour couler des lingots d'acier, de sorte que le même châs- sis puisse être employé plusieurs fois de suite, jusqu'à usure complète. Le dispositif de l'invention comporte un joint correct, métal sur métal, avec la lingotière, sans formation d'aspérités, près de la structure du châssis.
Cette nouvelle structure est d'une dimension et d'un poids tels qu'elle devienne une section amovible, isolante, du moule employé, et que l'opération de la coulée puisse ëtre continuée jusqu'à ce que l'acier s'élève à. la hauteur désirée dans le châssis supérieur, sans qu'il se produise d'interruptions comme cela arrive avec la pratique actuelle.
Dans une de ses formes d'exécution, l'invention comporte une enveloppe en fonte assez lourde avec un élément d'assemblage for- mant un joint parfait, métal sur métal, avec le moule; l'intérieur de n'enveloppe est garni de briques réfractaires, ou d'une matiè- re analogue résistant au feu; ces briques sont fixées à demeure.
L'enveloppe en fonte et la lingotière so nt munies de guides et de
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moyens de fixation pour donner au châssis supérieur une posi- tion, définie sur le haut du moule, de manière que toute partie du châssis supérieur qui déborde sur la matrice du moule et qui tend à accumuler des résidus occupe toujours la même position re- lative par rapport à la matrice du moule, et que le résidu ac- cumulé s'étende dans le moule et ne se dépose pas sur le sommet du moule, ce qui se produisait dans un mauvais joint entre la sec- tion du châssis supérieur et le corps même du moule.
Quand les châssis supérieurs employés jusqu'ici ont une en- veloppe en fonte d'une seule pièce garnie de briques, les rebords de l'enveloppe supportant les briques suffisent seulement à te- nir les briques en place dans l'enveloppe. Quand la face des gar- nitures en briques brutes de ces châssis supérieurs chauds étaient exposées à l'acier fondu et à l'acier, des gerçures se produi- saient dans la brique pendant le déshabillage. Cela abrégeait la durée des briques et augmentait le prix derevient de l'acier pro- duit.
La présente invention réalise une construction dans laquel- le l'enveloppe est formée de sections et, dans l'une des formes d'exécution, le rebord supérieur est d'une largeur égale ou supé- rieure à la largeur entière des briques. La plaque ou section du bas est un rebord séparé qui a une surface inclinée form ant un siège carré pour le bas des briques de garnissage. Le haut des briques est protégé contre l'effet des outils de dégagement qui souvent brisent les angles des briques des châssis supérieurs chauds de l'ancien type, où les briques ne sont pas protégées par le rebord supérieur.
Ce rebord large diminue aussi l'ouvertu- re, et l'acier tondu coule ainsi plus exactement vers le centre du moule; la plaque du fond étant une pièce distincte peut plus facilement se dilater et se contracter, par conséquent elle est moins sujette aux ruptures pendant l'opération. Cette plaque mi- se, pendant l'opération, en contact avec l'acier fondu, est sou- mise à de rudes épreuves par le métal du châssis, mais comme c'est une plaque séparée, on peut la remplacer sans sacrifier le
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reste du châssis.
Celai-ci a aussi des trous d'air qui per- mettent aux gaz ou à l'air, derrière, les briques, de s'échapper sans avoir à Bisser par des ouvertures restreintes qui pour- raient se produire accidentellement dans la garniture Cela ai- de à produire un meilleur aciar, et augmente la durée du châssis su- périeur.
Pour les châssis supérieur de lingotières, l'invention pré- voit, sur les faces en brique de la matrice, l'application d'un enduit formé par un ciment à base de silice, qui empâta la fu- sion de l'acier avec la brique et permet le démoulage sans en- dommager les briques ou les lingots, comme cela arrive souvent aujourd'hui par suite de fusion, dans l'acier, de certaines par- ties des briques.
En outre, cet enduit empêche l'acier de fondre avec la bri- que et de former des adhérences pendant le refroidissement de l'acier. Dans les fusions d'acier sur la brique ou le châssis chaud, comme cela arrive souvent actuellement, le lingot a des tendances à l'adhérence pendant que le métal fondu se refroidit et il en résulte des gerçures dans le lingot.
L* invention comporte aussi l'application, sur la surface des briques, de feuilles de carton o de gras papier enduites de graphite ou d'une autre matière empêchant l'acier de couler sur la brique. On y emploie aussi une brique isolante pour garnir le châssis supérieur au lieu de la brique réfractaire ordinaire employée jusqu'ici. Il y a aussi un moyen unique et commode pour attacher au moule le châssis supérieur d'une façon demi-permanen- te, de façon que les deux pièces attachées ensemble soient uti- lisées comme si elles n'en formaient qu'une, jusqu'au moment où le châssis détérioré par un usage prolongé et ayant besoin d'être réparé, on le retire pour en attacher un autre au moule.
D'autres avantages de l'invention seront exposée au cours de la description ci-après, faite avec référence aux dessins ci-jointe étant entendu que la forme d'exécution représentée, qui n'est donnée qu'à titre d'exemple d'application, peut être modifiée et n'a par conséquent pas un caractère limitatif.
Les dessins ci-
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joints indiquent: fig.l, une partie du moule et du châssis .supérieur chaud, en cou- pe; fig.2, en plan, le chassis supérieur indiqué par la figure 1; fig.3, en plan, une partie du chassis supérieur avec rebord circu- laire à la base et une section transversale de la matrice, de la même forme que le moule associé; fig.4, la partie supérieure d'une lingotière,avec dépression pour servir de siège au châssis supérieur chaud; fig,5, en plan, le haut du moule indiqué par la figure 4; fig.6, une autre forme d'exécution de l'invention plus particu- lièrement applicable à des moules à extrémité épaisse;
fig,7, une autre forme d'exécution, légèrement différente, où. le haut du moule présente un évidement ou un épaulement pour sup- porter un châssis supérieur chaud du type indiqué sur la figure 6; fig.8, en plan, une autre forme de châssis supérieur chaud, repré- sentant une partie du rebord du haut enlevée pour laisser voir les extrémités supérieures des briques; fig.9, une coupe, en élévation, du châssis supérie ur représenté sur la figure 8, et d'une partie du haut d'une lingotière, avec in- dication d'une forme d'attache des deux pièces; fig.10, en plan, le rebord du bas du châssis supérieur indiqué par les figures 8 et 9; fig.ll, en coupe transversale, le détail d'une pièce d'attache pour fixer le rebord du bas à l'enveloppe du haut;
fig.12, une vue en plan, correspondante à la figure 9, d'une lingotière ayant des oreilles pour y attacher le chassis supé- rieur ; fig.13, une variante représentant une autre forme d'attache et une parue du haut d'une lingotière; fig.14, une vue de détail dans un plan à angle droit avec le plan de la figure 13, et montrant une partie du châssis supérieur en coupe ; fig.15, trois vues d'une brique d'angle: a, pour le haut, b, pour la vue de face, 2 pour le bas;
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fig.16, une brique d'angle avec surfaces courbes sur la face et l'arrière, d représentant le haute A la face, et f le bas; fig.17, une vue montrant comment les briques sont disposées dans un châssis supérieur de grande dimension;
fig.18, une vue montrant comment les briques sont disposées dans un châssis supérieur de petite dimension; fig.19, une variante avec les rebords du haut et du bas sépara- bles; fig.20, en plan, le haut de la structure indiquée par la figure
19; fig.21, une coupe, par un plan vertical, d'une autre variante du dispositif de l'invention.
Le moule 1, de type courant, indiqué par les figures 1 et
2, présente, à son orifice, une légère dépression (figures 4 et
5) qui tourne un siège 2, et un bord conique ou incliné 4 pour gui- der le châssis supérieur chaud pour sa mise en place. Cette dépres- sion du pourtour de l'orifice peut être effectuée an tour.
Le châssis supérieur chaud est constitué par un corps creux en fonte 5 avec rebord supérieur 7 et rebord inférieur 6, ce der- nier comportant un léger prolongement 8 assez épais pour être en contact permanent avec le siège 2 formé à l'extrémité du moule et constituer un joint hermétique de .métal contre métal entre le corps creux et l'embouchure du moule. L'orifice du corps creux 5 peut être circulaire comme sur la figure 2, ou d'une forme cor- respondante à la forme de la section transversale de la matrice du moule 1, comme l'indique la figure 3. L'intérieur de l'envelop- pe 5 est garnie d'une matière réfractiaire,par exemple de briques réfractaires arquées 10, arrangées de préférence verticalement, comme on le voit sur la figure 1.
Les briques sont posées dans un ciment capable de résister à de hautes températures, et fait avec de la terre à four, du mortier, etc... Avec ce ciment on rem- plit les interstices des briques réfractaires qui forment une sur- face unie à l'intérieur du châssis supérieur chaud. Les briques peuvent être d'une forme quelconque; sur la figure l,on les a re-
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présentées avec un épaulement 11-reposant sur la face interne du rebord inférieur 6. Le rebord supérieur 7 forme,sur l'extérieur, des oreilles 12 pour les tiges d'attache en fer 13 qui descen- dent jusque sous les oreilles 15 de la partie 1 du moule et sont ramenées sur les oreilles 12 où des clavettes 16 sont enga- gées dans les oeils 17 des fers d'attache pour assujettir le châssis supérieur chaud.
Pour de lourds châssis supérieurs chauds, on n'a pas besoin de fers de serrage, mais il est préférable, avec des moules du type à bord supérieur échancré, que le châs- sis supérieur chaud soit tenu en place par les fers d'attache 13 et les clavettes 16 de façon qu'on n'ait pas besoin de le reti- rer quand on démoule le lingot, ou quand le moule est manoeuvré à la grue.
En rendant fixe le châssis supérieur chaud sur l'embou- chure du moule, on diminue les risques de rupture de ses bri- ques, parce que le corps du moule guide le châssis supérieur hors du lingot pendant le démoulage, tandis que si l'on essaye de dé- gager le châssis supérieur chaud d'avec le lingot qui est dans le moule, on ne peut le soulever dans une direction parfaitement verticale, et s'il est dirigé obliquement il impose aux briques un effort qui les expose à des ruptures.
Quand le siège entre le moule et le châssis supérieur est circulaire, il est désirable que la partie inférieure du rebord 6, dont des parties débordent sur la matrice du moule 1, doit toujours dans la même position rotati- ve par rapport à la partie 1 du moule, cela parce que les parties débordantes peuvent se recouvrir d'un dépôt qui ferait un mauvais joint si le châssis supérur était tourné de manière que le dépôt se forme sur le dessus du meule. la position correcte peut être assurée au moyen d'une cheville conique 16 introduite dans l'em- bouchure du moule et engagée dans un trou 19 du rebord 6 du châs- sis supérieur; on peut d'ailleurs se servir d'autres moyens pour obtenir le même résultat.
Dans l'exemple d'exécution des figures 6 et 7, le châssis supérieur comporte une pièce épaisse 20 en fonte ou en un autre métal, qui est entourée par une matière isolante 21 pour résister
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à la chaleur à laquelle le châssis supérieur est soumis; cette ma- tière peut être du sable ou. une autre matière réfractaire. Cette matière isolante 21 est maintenue par une légère enveloppe en acier
22. Sur la figure 6, le châssis supérieur chaud est dans un moule à bord supérieur non échancré, de sorte que la pièce 20 est sup- portée sur la paroi latérale conique du moule, tandis que sur la figure 7, il est employé avec un moule à bord supérieur échancré, un épaulement 24 formant un joint, métal contre métal, avec la pièce 20.
Une autre variante est représentée par les figures 8,9 et
10 où une chambre supérieure 25 a, dans le haut, un rebord 26 et dont la paroi latérale est percée de trous 27. Le rebord 28 fo rmé dans le bas est une pièce indépendante avec face porteuse inclinée, en brique, et une partie unie et plane 29, sur le bord extérieur, servant de siège pour le bord inférieur de la chambre 25, qui peut être fixée sur ce siège de différentes manières, par exemple au moyen d'un coude 30 (figure 11) tenu par un bou- lon 31 traversant la paroi latérale 4 *' la dite chambrer La pièce 30 est boulonnée sur place, alors qu'elle est sous la forme d'une bande droite de métal, qu'on rabat ensuite et qu'on ajuste au marteau, sur le rebord d'assemblage.
Le coude 30 pénètre dans un évidement 32 de la partie inférieure de la plaque de base, sur le bord extérieur de cette plaque. Les attaches sont réparties autour de la chambre supérieure, mais de préférence elles sont appliquées sur les angles arrondis, et formant quatre pièces de fixation sur chaque châssis supérieur rectangulaire chauffé. Le bas de la chambre supérieure 25 est muni d'oreilles; les oreil- les de cette chambre ou celles de la chambre inférieure sont fen- dues, tandis que l'autre paire est percée de trous de guidage pour les boulons d'attaché. Dans la forme d'exécution indiquée par les figures 8 à 10, les oreilles 33 sont percées pour rece- voir les boulons 34, tandis que les oreilles 35 présentent des fentes latérales 36.
Cette structure permet aux pièces de se di- later et de se contracter librement et facilite les assemblages.
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Les boulons d'attache 34 passent dans les oreilles 37 du haut de la lingotière 38, et ils sont tenus en place par des clavettes
39 qui sont introduites dans l'extrémité des boulons, puis re- courbées sur le coté pour empêcher que la clavette et le boulon ne se détachent pendant le travail;cette structure assure la te- nue en place du châssis supérieur chaud sur la lingotière.
Les figures 13 et 14 représentent un châssis supérieur dans le- quel il y a un rebord externe et ou.la paroi latérale de la cham- bre supérieure est munie d'oreilles 40 percées de trous pour les axes 41 portant des brides 42 passant sous les oreilles 43 formées sur un moule à lingot près de sa partie supérieure pour assujettir le châssis supérieur sur la lingotière.
Le rebord extérieur du haut (figure 8) présente des entail- les 44 guidant les chaînes qui sont accrochées sous les oreilles 33. Quand le châssis supérieur chaud est soulevé par une grue, les chaînes se tendent dans les encoches 44 du rebord supérieur, et le passage de la chaîne sur les cotés des encoches empêche le châssis de basculer.
Dans la disposition à laquelle se rapportent les figures 15 à 18 les briques de coin 45 (figure 15) forment des coins arqués, et la surface du bas de labrique représentée en c est plus grande que la surface du haut de la brique indiquée en a, Les côtés de la brique forment des surfaces planes x et y formant entre elles un angle aigu, le châssis supérieur chaud étant rectangulaire. Sur la figu- re 15, le dit angle mesure environ 45 degrés, de sorte qu'en met- tant deux de ces briques dans les coins de la chambre rectanguli- re, les bords extérieurs m et n (figure 17) se rencontrent dans le châssis supérieur sous un angle de 90 degrés environ.
Quand ce châssis a une forme autre que la forme rectangulaire, l'angle des faces latérales est tel que les faces latérales rencontrent la cham- bre sous un angle de 90
La figure 16 représente une brique d'angle 46 ayant des faces courbes à l'avant et à l'arrière, et des faces latérales planes dont les prolongements en avant de la brique forment, comme l'indi-
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quent les lignes s et w. dans la vue d, un angle droit. Là où il est fait usage de ce type de briques de coin, une brique entiè- re emplit le coin du revêtement. Cette brique se rétrécit aussi en forme de coin, et dans la vue f, le bas de la brique ou une surface plus grande que le haut de la brique représenté sur la vue d.
La présente invention comprend la production de briques de coin de type uniforme, comme celles représentées sur les figures 15 et 16, et aussi des briques de coté de grandeur uniforme.
Les briques de coin sont établies de façon que quand elles sont mises en place dans la chambre, elles complètent le revête- ment des coins, et il n'y a plus qu'à mettre en place les briques latérales de type uniforme pour emplir tout l'espace compris entre les briques des coins. Les briques latérales forment des rectangles tous égaux. Avec une seule dimension de briques de coin uniformes et une seule dimension de briques latérales, on peut garnir des châssis supérieurs chauds de diverses grandeurs, à la seule condi- tion que les cois aient la mëme courbure dans tous les châssis supé- rieurs des divers calibres, et que l'espace compris entre les bri- ques de coin soit toujours un multiple de la largeur d'une brique latérale.
Cette uniformisation pour les briques de coin et pour les briques latérales, et l'emploi de chambres coordonnées avec les di- mensions-types des briques permettent d'avoir un approvisionnement ne comprenant que des pièces d'un seul type, et avec lequel on peut garnir des châssis pour moules de toutes les grandeurs. pour monter les briques, le mieux est d'attacher le rebord in- férieur à la chambre supérieure 25 au moyen de fers coudés 30 et de boulons 31, ou d'autres moyens d'attache appropriés, et de mettre ensuite les briques en place. Quand les briques de coin sont pla- cées, on peut faire entrer les briques latérales, attendu que les ce tés des unes et des autres sont tout droits et que la poussée des briques latérales ne déplace pas celles déjà en place.
Uette struc- ture permet de faire des joints parfaits à la surface du châssis supérieur et empêche la formation de saillies sur le lingot; en ou-
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tre les briquer restent toutes bien serrées dans le bas contre le rebord inférieur 28. Il est nécessaire que le joint entre le bas des briques et le rebord inférieur soit parfait pour qu'il n'y ait pas fonction d'arêtes en ce point, ce qui tendrait à rendre le lingot adhérent sur le châssis. La joint entre le rebord supé- rieur 26 et le sommet des briques n'a pas la même importance.
tou- tefois, il est bon que les briques soient tenues par un ciment à l'éprouve du feu, ou par une composition résistant à la chaleur, et que le ciment employé remplisse bien les vides derrière les briques et l'espace 48 compris entre le rebord supérieur et le sommet des briques.
La largeur du rebord supérieur 26 doit être au moins égale à la largeur des briques (figures 8 et 9) pour que l'outil ser- vant au démoulage et introduit à travers le châssis supérieur soit guidé dans le rebord 26 et ne touche pas les arêtes des briques qui, autrement, pourraient être cassées par l'outil pendant le démoulage. L'ouverture 49 dans le rebord inférieur 28 est un peu plus grande que la dimension intérieure de la surface des briques et un peu plus petite que l'ouverture de matrice 50 dans le haut du moule. Cette structure présente des rétrécissements succes- sifs vers le haut, qui empêchent la fermation, sur le lingot, de saillies qui, pendant la solidification de ce lingot, tendraient à la rendre adhérent au châssis supérieur.
Une autre particularité de l'invention, c'est l'emploi, sur les faces des briques, d'un enduit appliqué quand le châssis su- périeur chaud est prêt être utilisé, et qui empêche l'acier de couler sur les briques ou de rester adhérent à celles-ci ; le lin- got peut ainsi être aisément retiré sans endommager les briques ou entraîner des parcelles de celles-ci, parcelles qui, en fon- dant dans le lingot, altérerait la ...-lité de l'acier. Comme enduit on peut employer un ciment de silice ou une matière ana- logue n'agissant pas comme fondant sur la brique quand elle est en contact avec l'acier en fusion. Comme il a été dit précédem- ment, des feuilles d'une matière appropriée peut aussi être em- ployée dans le même but.
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La figure 19 se rapporte à une variante dans laquelle une cage de chassis supérieur est formée de trois parties: un rebord. supérieur séparable 51, une cage 52 en tronc de cône, ou tronc de pyramide, et un rebord inférieur séparable 54. Les rebords du haut et du bas 51 et 54 sont reliés par des boulons 55 à tête noyée, des poches 57 formées dans le rebord inférieur servent à recevoir et à enfermer les écrans 58 des boulons 55. Ces boulons sont disposés autour de la cage eten tiennent la paroi 52 ser- rée entre les rebords du haut et du bas. Après avoir mis en place les briques de la paroi latérale de la cage 52, on pose le re- bord supérieur et on serre les écrous 58 ; pour finir, on emplit le joint entre le dessus des briques et le rebord supérieur avec un ciment résistant à la chaleur.
Dans l'exemple de la figure 19, les briques d'avant 59 sont des briques réfractaires, faites par exemple avec de l'argile réfractaire, pour résister,,,, à l'ac- tion de l'acier chaud. un revêtement 6Q isolant contre la cha- leur est formé de briques différentes des briques réfractaires.
Ces briques isolantes sont faites avec de la terfe distomacieuse ou autres matières similaires très efficaces comme isolants con- tre la chaleur.
La présente invention comprend aussi l'emploi, coma revê- tement, d'une seule épaisseur de briques isolantes contre la cha- leur, différentes des briques réfractaires employées jusqu'ici dans l'industrie. Ces briques isolantes peuvent être faites avec de l'argile très réfractaire, associé de la sciure de bois et de la poussière de coke ou autre matière charbonneuse, le mélange étant cuit de la même façon que pour la fabrication des briques réfractaires. Ce type de briques isolantes contre la chaleur est à la fois très isolant et très réfractaire. Le pourcentage des éléments carbonés varie suivant le degré du pouvoir isolant qu'on désire, la proportion de sciure petit ainsi varier de 10 à 75%.
Dans la variante représentée sur la figure 21, une cage 61 est directement montée sur l'embouchure d'une lingotière 62, et des briques réfractaires 64 sont disposées à l'intérieur de la
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cage 61. Un rebord supérieur amovible 65 aurait la cage et est attaché à la lingotière par des oreiller d'attache 66 de la lin- gotière, ou par les oreilles usuelles servant au soulèvement du lingot. Les pièces d'attache sont des tirants 67 qui s'étendent du dessous des oreilles 66 jusqu'aux saillies formées sur le re- bord supérieur 65 où ils se terminent par des oeils 69 dans les- quels sont introduites des clavettes de retenue 68.
La cage 61 qui supporte les briques 64 est un peu plus courte que les briques pour que le rebord 65 appuie sur celles-ci et les tienne forte- ment serrées contre le moule de manière à éviter en ce point la for- mation d'arêtes sur le lingot. la face interne des briques 64 s'é- tend à l'intérieur en formant une chambre rétrécie au-dessus de l'embouchure du moule, afin d'éviter que le lingot contenu dans le moule se trouve suspendu au châssis supérieur.
De la description ci-dessus, il résulte que le châssis su- périeur chaud qui en fait l'objet est une invention constituant un perfectionnement, le dispositif pouvant servir pour des fours chauffés à des températures très diverses sans être détruit ou endommagé, et formant une partie additionnelle de la structure d'un moule.
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