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" Perfectionnements à la fabrication des cylindres de laminoirs ".
La présente invention a pour objet la coulé de s cylindres de laminage et spécialement un procéda de fabrication des cylindres de laminage permettant d'aug- menter la durée de service des cylindres en fonte cé- ment4e.
L'invention a pour objet un procédé par lequel on donne uniformément une qualité particulière d'endurance à la Surface des cylindres en fonte cimentée sans nui- re à la douceur et à la ténacité des parties rétrécies et des parties excentrées; et sans nuire à la résistance et à la force de la structure intérieure du corps des cylindres .
C'est-à-dire que l'invention a po,ur
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objet un procédé de coulée de cylindres de laminage dont les surfaces cémentées ont une dureté accrue sans donner de la fragilité à l'intérieur de la table des cylindres ou aux tourillons et aux trèfles des Cylindres,
On a observé antérieurement que l'humidité del'air amené au contact de la fonte située dans un four soit par l'air de combustion du four soit par le soufflage de l'air à travers le métal, avait un effet sur les pièces coulées fabriquées avec la fonte , Au cours d'expériences de laboratoire antérieures où un air très numide était amené au contact de fonte en fusion,on a remarqué que quand cette fonte était coulée en petits morceaux et dans des moules métalliques,
l'effet de l'hydrogène introduit par l'air à teneur élevée en numidité était une graphitisation négative conduisant à la formation de fonts blanche. Il était à prévoir que dans la technique actuelle, ce phénomène de rétention du carbure dû à une teneur élevée de l'air en humidité serait désavantageux et ne pourrait être contrôlé si on l'appli- quait à la coulée de cylindres de laminage en fonte cé- mentée . Toute augmentation excessive de la profondeur d'une cémentation consistant surtout en fonte blanche tendrait à affaiblir le corps de,s cylindres et nuirait particulièrement aux tourillons et aux trèfles des cylindres.
Il est admis dans la technique présente que la fragilité qui résulte d'une teneur notable en foute blance dans les tourillons et les trèfles d'un cylindre de laminage rendrait celui-ci Inutilisable . En pratique la profondeur de la cémentation est limitée de façon à maintenir la force de la table du cylindre, et les pro- priétés de force et de résistance aux chocs des tou- rillons et des trèfles doivent aussi répondre aux spécifications,
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La présente invention a pour objet un procédé de fabrication des cylindres de laminage qui consiste:
à faire fondre du fer qui possède une teneur en carbone, silicium et manganèse normale pour des cylindres en fon- te cémentée, dans un four à alimentation forcée en combustible tout en réglant l'humidité de l'air de com- bustion introduit dans le four de façon à ce qu'il y ait au moinh 9 grammes d'eau par mètre cube d'air, à four- nir à la flamme de chauffage du combustible en quantité adéquate pour empêcher une oxydation notable de la charge;
et enfin à couler l'alliage de fer ainsi produit sous la forme d'un cylindre de laminage de seption trans- versale importante en cémentant la table du cylindre et en refroidissant lentement ses extrémités, de façon à obtenir un cylindre de fonte ayant une table dont la surface cimentée possède des qualités supérieures de ré- sistance à l'usure et une région intérieure possédant ainsi que les extrémirês du cylindre la ténacité normale de la fonte grise non cémentée de la composition ser- vant aux cylindres de laminage.
On a aussi découvert que ces résultats partipu- lièrement avantageux sont obtenus pour des cylindres de laminage coulés avec un métal ayant une teneur élevée en carbone de l'ordre de 2,80 à 3,75 %, et une teneur normale en silicium et en manganèse . C'est-à- dire pour des cylindres soûles avec des fontes répon- dant aux compositions reconnues Pomme convenant aux cy- lindres en fonte cémentée,
Dans la façon courante de faire fonctionner les fours, l'air de combustion a la teneur normale en humidité de l'atmosphère au moment particulier où le four fonctionne . Dans la fusion en cubilot on a par- fois fait un effort pour diminuer la teneur de l'air en @
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humidité de façon à obtenir un produit uniforme et une économie de fonctionnement.
La même chose est vraie pour le fonctionnement des fours soufflés destinés à produire la fonte. On doit comprendre évidemment,que pendant le fonctionnement des fours de ces types, aussi bien que pour les fours à air, la teneur normale en humidité de 1'air.atmosphérique varie considérablement d'un jour à l'autre, ce qui amène des variations dans les propriétés de la fonte . Egalement jusqu'à un oer- tain point les souffleries d'air des cubilots ont été saturées d'eau pour oxyder les métalloïdes au moyen de l'oxygène libéré à l'intérieur du four pour la décomposition de l'eau introduite par la souffle- rie .
Tous ces procédés que l'on vient de citer ont ignoré l'effet de l'humidité sur les qualités physi- ques du fer et, en' ce qui concerne la technique ac- tuelle, on n'a pas suggéré jusqu'à maintenant d'employer une teneur en eau uniformément élevée dans l'air de combustion d'un four à air.
Pour la mise en pratique du procéda visé par l'in- vention, on utilise un four du modèle à alimentation forcée en combustible, tel que les fours à réverbère chauffas par un combustible introduit dans une souffle- rie d'air ou toute autre forme convenble de four à air. Un réglage précis de l'atmosphère qui est au. con- tact dele energe peut être fait dans un four de ce gen- re en réglant les volumes relatifs de combustible et d'air. Conformément à la pratique courante pour les fourede ce genre, les proportions de combustible et d'air sont telles qu'elles réduisent au minimum dans l'atmosphère du four l'oxygène liere introduit, avec l'air ou produit par décomposition de l'humidité de l'air' .
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Pour régler la teneur en eau de l'air du four on peut.employer n'importe quels procédés et appareils convenables fournissant l'humidité. Probablement le ré- glage le plus simple et le plus efficace s'obtient en saturant d'eau l'air qui a été amené au préalable à une température telle que sa teneur en eau, quand l'air est saturé d'eau, soit comprise entre 9 et 18 grammes d'eau par mètre cube d'air. On peut aussi porter l'air à une température plus élevée que celle qui est mécessai- re' pour amener le poids d'eau spécifié, et on peut ajou- ter l'eau au moyen d'un évaporateur convenable qu'on puisse régler pour vaporiser l'eau à une vitesse appro- priée à ltalimentation en air.
Le réglage peut être fait au moyen d'un thermomètre à bulbe humide et sec disposé pour actionner un appareil de commande confor- mément à une pratique bien Connue dans les installa- tions de contrôle de l'humidité.
L'expérience a montré que dans le fonctionnement d'un four à air, le maximum pratique de teneur en hu- midité. dont l'hydrogène qui provient de; sa décopmposi- tion agit effectivement sur les propriétés physiques du fer en fusion du four, est de 18 grammes d'eau par mètre cube d'air, Une augmentation de la teneur en humidité au delà de ce point ne correspond à aucune augmentation progressive notable de n'effet de l'hydro- gène sur le fer. On a donc trouvé inutile d'employer un dispositif pour retirer l'humidité de l'air atmos- phérique, mais en pratique on n'essaie pas de charger l'air d'humidité au delà de 18 grammes d'eau par mètre cube d'air.
Pour la coulée des cylindres de laminage on emploie un moule à sable muni d'une coquille de cémentation pour
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la table du cylindre.
Afin de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant la décrire en s'aidant des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 représente un moule du genre qui comprend des parties inférieure et supérieure équipées pour couler dans le sable les tourillons et les trèfles d'un cylindre de laminage et une partie centrale faite comme une coquille pour la table du cylindre:cette figure montre aussi la structure physique d'un cylindre en fonte fabriqué conformément au procédévisé par l'in- vention , le cylindre représenté étant du type à cémen- tation nette.
La figure 2 est une coupe verticale montrant gros- sièrement la structure d'un cylindre de laminage du type à démentation indéfinie, coulé dans un moule analogie conformément au procédé visé par l'invention.
En pratique, le fer fondu qui a été préparé dans un four à air dont l'air de combustion contient de 9 à 18 grammes d'eau par mètre cube d'air,est versé dans un moule muni d'un dispositif pour cémenter la table du cylindre de laminage et d'un dispositif pour refroidir lente, lent les tourillons et les trè- fles du cylindre.
Le dessin représente une seule réali- sation de ce moule ayant des flasques 1 et 2 supérieure et inférieure, avec à l'intérieur des moules la et 2a de sable sec destinés à maintenir la chaleur, et une partie centrale entièrement métallique ou coquille 5. Quand on le coule dans un moule de ce type général, le cylin- dre de laminage qui a d'un bout à l'autre une section transversale importante., ne développe pas dans le corps du cylindre en se solidifiant une profondeur de cémen- tation plus grande que celle qui se forme dans les
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cylindres coulas avec un métal préparé dans des condi- tions telles que la teneur. de ltair en humidité est in- férieure à 9 grammes par mètre cube .
La table du cylindre a une surface cémentée et l'intérieur de la table du/cylindre est nettement de la fonte grise. Dans les tourillons et les trèfles du cylindre coulas dans les moules de sable la structure entière est de fonte grise.
Dans Ces conditions l'effet d'une teneur élevée en humidité de l'air de combustion du four où le fer est préparé est une nette amélioration de la structure cémentée du cylindre de laminage sans que Cela mise à la douceur et à la ténacité du noyau du cylindre ni à ses tourillons et à ses trèfles.
La figure 1 représente un cylindre de laminage du type à cémentation nette . Comme figuré, la structure de fonte blanche Cémentée qui pénètre modérément dans la table du cylindre est désignée par la lettre de rê- férence A. Il y a une ligne de démarcation définie d'une façon approchée entre cette structure cémentée et uns zone intermédiaire B de fonte truitée, et il y a une structure interne au noyau Q de fonte grise qui a égale- ment une ligne de démarcation définied'une façon appro- chée avec la zone de fonte traitée . Les tourillons D et les trèfles B du cylindre qui sont coulés dans les moules de sable la et 2a sont entièrement composés de fonte grise .
On ne peut observer aucune modification sensible de cette disposition de structure qui est celle d'un cylindre de type courant ainsi coulé, et qui a une composition donnant une cémentation nette, pour une variation de la teneur en humidité de l'air du four en présence duquel le fer destiné au cylindre est préparé.
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Les qualités des cylindres de laminage de ce genre coulés conformément au procédavisé par la pré- sente invention peuvent être illustrées par divers exemples où ils sont compares à des cylindres dont la fonte a été préparée en présence d'air de combustion à beaucoup plus faible teneur en humidité . Dans un exemple particulier de l'effe t sur un sylindre de fonte d'une teneur élevée en humidité de l'ai- du four, la comparaison fut faite entre des cylindres de laminage en alliage de fer fondu et cémenté de dimensions identiques et de composition sensiblement identique,utilises pour un service identique et coulés avec de la fonte dais des conditions sensiblement identiques sauf en ce qui concet- ne la teneur en eau de l'air de combustion fourni au four.
Le métal des cylindres fut fondu dans le même four à réverbère qui était chauffé par des brûleurs à charbon pulvérisé commandés automatiquement. La composition des cylindres respectifs, la teneur en humidité de l'air ad- mis dans le four et la dureté des cylindres étaient les suivantes :
Tableau n 1
EMI8.1
<tb> cylindre <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> S <SEP> P <SEP> C
<tb>
EMI8.2
1 0,61 0,23 0,079 ot3gz z24
EMI8.3
<tb> 2 <SEP> 0,61 <SEP> 0,24 <SEP> 0,072 <SEP> 0,380 <SEP> 3,33
<tb>
EMI8.4
3 0,61 ),Z4 0,074 0,350 ,26 4 0,67 J,26 0,100 0,424 ,21 5 0,55 ,23 0,089 J,48' 3,15
EMI8.5
<tb> Cr <SEP> Ni <SEP> Mo <SEP> Dureté <SEP> grammes <SEP> d'eau <SEP> par
<tb> Seh. <SEP> mètre <SEP> cube <SEP> d'air.
<tb>
<tb>
------------------
<tb>
EMI8.6
0,54 â'05 0 1 î",g. 69/71 1,44
EMI8.7
<tb> 0,54 <SEP> 2.96 <SEP> 0,25 <SEP> 68/70 <SEP> 1,36
<tb>
<tb> 0,52 <SEP> 2,94 <SEP> 0,25 <SEP> 71/73 <SEP> 1,23
<tb>
<tb>
<tb> 0,56 <SEP> 2,98 <SEP> 0,25 <SEP> 73/75 <SEP> 17,0
<tb>
EMI8.8
ouf58 zzl, t 8 7 0,35 72/74 10,28
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La matière principale des cylindres de laminage est le fer.
Les cylindres étaient des cylindres de laminege de 0,56 mètre de diamètre pour laminoirs à chaud à qua- tre jeux superposés, un service sévère demandait un cylindre de très bonne/quaoité Bien que les Cylindres fussent de composition identique, les diversités d'analyse étant dans les limites d'erreur/de l'analyse ghimique du métal, et qu'ils fuissent employés pour un service identique sur le même laminoir, les deux paires de cylindres numérotés 4 et 5 dépassèrent de beaucoup les trois autres paires pour le tonnage produit et ne donnèrent aucune trace de criqûre ou d'effritement. Les cylindres des paires let 3 ne produisirent que des tonnages médiocres et montrèrent une tendance nette à l'effritement.
On doit Comprendre; que les cylindres analysés 91-dessus étalant de composi- tion destinée à obtenir sur le cylindre de fonte une cémentation nette et'une disposition de structure telle que Celle qui est indiquée sur la figure 1 du dessin.
Avec desû cylindres de composition destinée à donner une cémentation non définie, on a trouvé les mêmes résultats comparatifs , Ainsi la figure 2 représente un cylindre de fonte da composition destinée à donner une cémentation non définie dans un moule de disposition iden- tique à selle qui est indiquée sur la figure 1.
Dans le cylindre ainsi coulé, la table du cylindre a une cémenta- tion non définie désignée par la lettre de référence F,dans laquelle la fonte blanche se mêle d'une façon non définie à la fonte grise sur une profonhdeur très considérable de la structure .cémentée . Il n'y a pas de zone définie de fonte grise, et la démarcation entre la zone qui pré- sente les effets de la cémentation et le noyau C' de fonte grise de la table du cylindre n'est pas nettement tranche
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comme dans le cylindre représenté sur la figure 1. Comme dans le premier cylindre décrit, les tourillons D' et les trèfles E' du cylindre sont entièrement composé; de fonte grise.
C'est la structure haoituelle des cylin- dres de fonte du type à cémentation non définie, et il n'y a aucune modification appréciable de cette diaposi- tion de stnucture due aux varations de la teneur en Huimidi- té de l'aire/de combustion admis dans le four où la .fonte, est préparée . Dans le tableau suivant, la composition des cylindres esttelle qu'une lamentation -on définiedu genre de celle indiquée sur la figure 2 du dessin fut for- mée dans le corps des cylindres.
C'est-à-dire que dans la région cémentée du cylindre il n'y a pas de ligne de démar- cation nette entre la structure cémentée blanche et une zone inférieure de fonte truitée, mais au contrairetoute la structure cémentée est indéfinie en ce sens qu'elle est partiellement truitée et mêlée à la structure de fonte grise qui se trouve à l'intérieur de la table du cylin- dre . Tous les cylindres du tableau étaient des cylindres de laminage de 0,56 mètre dont le métal avait étét fondu dans le même four à réverbère dans des conditions identi- ques sauf en ce qui concerne la teneur en numidité de l'air - admis dans le four. La Composition des différents cylin- dres du tableau varie naturellement mais faiblement pour les diverses paires analysées.
Le tableau donne une analyse de diverses paires de cylindres indiquant la te- neur en humidité de l'air de combustion en présence duquel la fonte deatinée à les couler est préparée, ainsi que le omore de tonnes laminées par chaque paire avant d'être ncrs d'usage .
On doit comprendre que cnacune des paires de cylindres ênumérées fut employée comme cylindres de laminage pour un laminoir continu à quatre jeux superpo- ses dans des conditions de service identiques,
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Tableau n 2.
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<tb> Cylindres <SEP> grammes <SEP> d'eau <SEP> ' <SEP> Si <SEP> S <SEP> P
<tb>
<tb> par <SEP> mècre <SEP> cube
<tb>
EMI11.2
¯¯¯¯¯¯ d'air -- - -
EMI11.3
<tb> 6 <SEP> 16,17 <SEP> 0,96 <SEP> 0,041 <SEP> 0,080
<tb>
<tb> 7 <SEP> 13,97 <SEP> 0,95 <SEP> 0,042 <SEP> 0,084
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 13.83 <SEP> 0,97 <SEP> 0,041 <SEP> 0,084
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 14,93 <SEP> 0,96 <SEP> 0,041 <SEP> 0,090
<tb>
EMI11.4
10 3,89 0,080 0,042 otiiz
EMI11.5
<tb> 11 <SEP> 5,1 <SEP> 0,97 <SEP> 0,039 <SEP> 0,096
<tb>
EMI11.6
12 %,59 0,96 0,044 0,100
EMI11.7
<tb> 13 <SEP> 2,59 <SEP> 0,96 <SEP> 0,
044 <SEP> 0,100
<tb>
<tb> Mn <SEP> C <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> dureté <SEP> Tonnes
<tb>
EMI11.8
.¯ ¯ w ¯ Sgh. laminées 0,40 5e36 4,41 1,82 75 75.565 0,4% st36 4,46 1,84 95 75.565 014Z 3,38 4,30 1,82 75 75.591 Ot4a 3,35 4,S9 1,80 5 75.591 0,58 3925 4,35 1,81 76 54.840 oe4l at3o 4,40 1,80 75 5,430 z36 S,34= 4,35 1,77 75 48.,741 0,36 â34 4,35 1979 75 53 "50 La matière principale des cylindres est le fer.
On doit noter que la dureté indiquée pour ses cy-
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lindres n'a pas de relation avec l'absorption d r1':drogène par leur métal pendant les opérations de fusion et de gaulée . Ceci est dû à -ce que tous les cylindres furent
EMI11.10
amenée par La trempe à une dureté au scélorosoope uni- forme après soûlée .On remarquera sur le tableau que les paires de cylindres désignées par les numéros 6, 7, 8 et 9 furent toutes coulées avec nn métal qui pendant la fusion fut soumis à un air possédant une teneur en humidité déterminée et notable . Les paires de cylindre:, désignées par les numéros 10, 11, 12 et 13 furent coulées sans ce réglage à un moment ou la teneur en humi-
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dite de l'atmosphèreétait, faible.
Comme il ressort du tableau, les cylindres coulas avec un métal ayant une quantité déterminée et notable d'hydrogène absorbée eu- rent une durée de service plus longue d'environ 50 % xx que les autres cylindres.
Il est clair que le réglage de la teneur en eau de l'air admis dans le four à réverbère au-dessus d'un minimum de grammes par mètre cube d'air agit d'ure, façon avantageuse sur la résistance à l'usure des cylin- dres, en réglant la quantité d'hydrogène libre dans l'atmosphère au contact du fer et par suite la quantité d'hydrogène absorbée par le fer. Le retrait des métallo!- des par oxydation ne fait pas partie de l'opération,et pendant le fonctionnement pormal d'un four de ce moèle,on introduit du combustible en quantité notable pour consu-- mer au fur et à mesure l'oxygène libre de l'atmosphère du four.
Théoriquement il semble que la teneur du fer en hydrogène agit comme un composant métallu gique et sert d'agent de durçissement, en augmentant non seulement la dureté de la surface cémentée de la table du cylindre rais en la rendant plus résistante aux criûres, à 1'effitte- ment et aux autres effets destructeurs- On a observé que, dans la limite d'une teneur en eau de 9 à 18 grammes d'eau par mètre cube d'air de combustion, une augmenta- tion à partir d'un minimum de 9 grammes ne donne pas une. amélioration correspondante des résultats, une teneur en eau fixés à 9 grammes étant suffisante dans la plupart des cas.
Comme on l'a déjà fait remarquer, une augmenta- tion de la teneur en numidité de l'air de combustion au- dessus de 18 grammes d'eau par mètre cube d'air de combus- tion a une influence négligeable sur les propriétés des cylindres.
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Quand on considère l'expérience pratique antérieure et les essais de laboratoire, il est surprenant que l'effet d'une haute teneur en humidité par l'air de com- bustion d'un four à air sur les qualités de laminage d'un cylindre soûlé' avec le métal fondu dans le four soit entièrement avantageux. C'est-à-dire que l'effet de durcissement dû à l'hydrogène abandonna par l'humidité de l'air du four n'amène pas la formation de fonte blanche dans les tourillons et les trèfles du cylindre quand le métal est .soûle dans un moule de cémentation en sable, et ne provoque pas une profondeur dangereusement accrue de la structure cémentée de la fonte blanche/dans la table du cylindre .
Dans la section transversale relativement importante de la table d'un cylindre et avec le refroi- dissement lent des moules à sable, un cylindre coulé con- formément au procédé visé par la présente invention a don/une durée accrue sans que ceci amène un affaiblisse- ment d'une quelconque de ses parties, mais avec des pro- priétés améliorées de la structure cémentée de la table du cylindre.
On doit aussi remarquer que le procédé visé par la présente invention a son utilité pour couler les cylin- dres de fer cémenté qui ont une teneur élevée en carbone, ce qui est normal pour des cylindres de laminage de cette espèce, et une teneur normale en silicium et en manganèse.
Conformément à la pratiqua courante, la teneur normale en carone pour -Les cylindres cémentés est d'environ 2,80 à 3,75 cette échelle de proportion englobant à la fois les cylindres à structure cimentée du type à cémentation nette et ceux du type à cémentation non définie. Confor- mément à la pratique courante, la teneur normale en sili- cium est d'environ 0,30 à 0,75 et la teneur en manganèse d'environ 0,10 à 0,30 pour les cylindres à cémentation
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nette, et pour Les cylindres à cémentation non définie la teneur normale en silicium est d'environ 0,50 à 1,50 et la teneur en manganèse d'environ 0,30 à 1,50.
Ainsi le procéda visé par l'invention est employé en principe pour couler des cylindres ayant la teneur en carbone notée ci-dessus d'environ 2,80 à 3,75 , une teneur en silicium d'environ 0,30 à 1,50, et une teneur en manganèse d'en- viron ,10 à 1,50.
On doit comprendre cependant qu'il peut y ,-,voir des écarts raisonnables aux deux extrémités de ces échelles courantes de proportions sans qu'on arrive -au delè de ce qui doit être considère dans les cylindres cé-
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inenbés comme une teneur Itn0rmale" en carbone=silicium ou manganèse; et l'on peut prendre une latitude corres- pondante pour la composition de l'alliage de fer coule utilisé pour l'application du procédé visé par l'inven- tion sans nuire à l'effet avantageux obtenu par .Cette application . On doit aussi comprendre que la teneur en produits on ferreux autres que le carbone, le silicium et le manganèse compris dans les cylindres énu- mérés sur les tableaux n 1 et n 2 n'a pas d'importance.
Dans la technique de la coulée des cylindres en fer cé- menté les composants d'alliage compris dans la composi- tion des cylindres qui sont énumérés et divers autres composants d'alliage choisis sont inclus dans des propor- tions déterminées pour donner des propriétés particulières aux fontes et on @e les considère pas comme ayant uns influence sur la classification des cylindres. Ces compo- sants peuvent être complètement supprimés de la composi- tion des cylindres sans détruire h'effi cacité de çe procédé de fabrication des cylindres de fer cémenté. Une teneur élevée en humidité de l'atmosphère du four de fusion
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n'a pas d'influenceéur e4uz.
Il doit être entendu que divers changements, addi- @
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tions et perfectionnements peuvent être apportés aux méthodes particulières décrites ci-dessus sans que l'c s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication de cylindres, caractérisé en ce qu&on fond un fer ayant une teneur en carbone, silicium et manganèse normale pour des cylindres cémemntés dans un four à alimentation forcée en combustible tout en réglant l'humidité de l'air de combustion admis dans le tour de façon à ce qu'il y ait au moins 9 grammes d'eau par mètre cube d'air, on alimente la flamme de chauffage en combustible en quantité adéquate pour empê- cher une oxydation notable de la charge et l'on coule l'alliage de fer sous forme d'un cylindre de section transversale importante en cémentant la table du cylindre et en refroidissant lentement les extrémités du cylindre,
de façon à obtenir un ylindre de fonte ayant la surface de la table cémentée avec des qualités supérieures de résistance à l'usure etune zone intérieure du corps ainsi que des extrémités conservant la ténacité de la fonte grise normale non cémentée de la composition du cylindre.