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L'invention est relative à la coulée continue de produits métallique's de section transversale polygonale et,
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plus partic\!JJlièremeut" à la coulée. ([:"(}l).t,in1i];e de produits métalliques de section transversale' rectangulaire ou ohlon gue: et convenant pour être découpés subséquemment en ga- lettes ou tranches .
L'invention a pour objet général un moule coin- portant un garnissage ou revêtement en graphite pour la coulée continue de.produits métalliques de section trans- versale polygonale ou oblongue, dans lequel moule le gra- phite a une longue durée de service, ce moule n'exigeant pas l'emploi d'un gaz inerte pour empêcher l'oxydation du graphite, pour obtenir un produit coulé acceptable.
Selon une forme d'exécution proférée de l'inven- tion, le moule comporte une chemise refroidie à l'eau et un revêtement intérieur en graphite avec une chambre ou un espace de coulée de section transversale oblongue.La 'chemise comprend une enveloppe intérieure en cuivre et une enveloppe extérieure en acier. Ces enveloppes ne sont re- liées qu'à leur partie supérieure et à leur partie infé- rieure, de manière à former la chambre ou l'espace d'eau La chemise est constituée d'éléments séparés reliés entre eux par des joints munis d'un bourrage.
Quand au revête- ment ou gariiissage intérieur, il se compose d'une série de plaques de graphite planes et relativement minces, qui sont fixées indépendamment l'une de l'autre aux parois de l'enveloppe en cuivre.Les extrémités supérieure et infé- rieure du moule présentent des rebords biseautés et les bords supérieur et inférieur des plaques en graphite sont
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biseautés et maintenus par lesdits rebords biseautés. Les plaques latérales du revêtement ou garnissage présentent, galette ;} en correspondance avec l'épaisseur de la des jeux à leurs extrémités pour en per ettre une dilatation en di- rection horizontale.
Ce type de moule convient pour la cou- lée continue de galettes,, particulièrement de galettes de grandes dimensions, notamment de galettes ayant une lar- geur d'environ 50 cm et une épaisseur d'environ il,25 cm étant entendu que le moule peut servir à la coulée d'autres produits de dimension? différentes de celles indiquées ci- avant .
D'autres objets et particularités de l'invention ressortiront de la description suivante, dans laquelle il est fait référence aux dessins ci-annexés,dans lesquels: - la figure 1 est, après coupes partielles, une vue en élévation schématique illustrant un procédé de cou- lée continue suivant l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation schémati- que perpendiculairement à celle de la figure 1; - la figure 3 est, après coupe partielle, une vue en plan du moule à galettesillustrant les détails de la structure de ce moule; - la figure 4 est une coupe verticale suivant la ligne 4-4 de la figure 3 ;
- la figure 5 est une coupe verticale suivant la ligne 5-5 de la figure 4; et - la figure 6 est une coupe xxxxxxxx suivant la ligne 6-6 de la figure 4 illustrant la structure d'un coin du moule .
Dans la description suivante et dans les revendi- cations terminant le présent mémoire, divers détails seront
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identifiés par des termes spécifiques. Il est entendu qu'à ces termes doit être attribuée la signification générique que permet leur utilisation dans la technique.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de réfé- rence désignent des éléments identiques .
En se référant aux dessins et, en particulier aux figures 1 et 2, on décrira d'abord brièvement le sys- tème général. Dans ces figures, les éléments sont représen- tés purement schématiquement pour la simplicité de l'illus- tration. Le système comprend, en général, un moule 10 pou- vant se déplacer suivant un mouvement de va-et-vient en direction verticale et alimenté par un four 11, qui lui fournit du métal en fusion. La pièce coulée oblongue sort du fond du moule en traversant, un réservoir 12 contenant de l'eau. Une scie circulaire 14 découpe la pièce coulée oblongue en tronçons formant des galettes ou tranches .
Le four 11 peut être un four pivotant à basse fréquence, qui peut basculer sur un pivot 15 et est ajusté . par un cylindre hydraulique 16. Un tuyau de décharge 22 en acier allié est assujetti à la paroi du four. Ce tuyau présente une branche de décharge en forme de T . Une sou- pape 17 commande l'écoulement de métal en fusion dans le tuyau de décharge 22. La soupape 17 comporte un support
18 dans lequel sa tige est vissée. Un volant 19 sert à faire descendre et monter l'obturateur de la soupape, de façon à commander l'écoulement du métal. Le tuyau de déchar- ge 22 peut être chauffé électriquement pour empêcher la solidification du courant de métal fondu et peut être gar- ni d'un réfractaire approprié, tel que la stéaite.
Le moule 10 comprend, de manière générale, une chemise 25 refroidie à l'eau et comportant un garnissage ou revêtement intérieur 26 en graphite. Le moule est supporté
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par un châssis ou une plate-forme à mouvement de va-et- vient, désigné de manière générale par la notation de référence 27. Le mécanisme de va-et-vient comprend une série de quatre leviers' coudes' 28 articulés par des pi- vots 29 sur un support fixe .Des bielles 30 relient les paires de leviers cou 28 Des, biellettes 34 relient les. leviers coudés au châssis 27. On'moteur 32 entrains une manivelle 31 reliée par des tiges de liaison 33 aux leviers coudés 28.
Le moteur 32 peut être à vitesse variable ou bien on peut prévoir un autre dispositif pour commander le nom- bre de courses verticales à exécuter par minute par le moule 10. En réglant la longueur des bras des leviers ou l'excentricité de la manivelle 31, on peut faire varier la longueur de la course du moule
Un réservoir 12 entoure la pièce coulée à l'en- droit où elle quitte le moule. Le réservoir peut être fixe ou peut être assujetti au support pour être animé avec ce dernier d'un mouvement alternatif. Un joint en caoutchouc 38 étanche à l'eau est appliqué contre la pièce coulée à la sortie du réservoir 12. Le niveau de l'eau dans le réser- voir 12 est, de préférence, maintenu à environ 2, 5 cm au-dessus du fond du moule.
Grâce à cette me'sure, un moyen de refroidissement est prévu sur toute la longueur de la pièce coulée. et empêche l'oxydation de la surface de cette pièce. La pièce coulée est refroidie suffisamment pour qu'au moment où elle quitte le fond du-réservoir elle ne sownette pas le joint en caoutchouc à un surchauffage.
De l'eau de refroidissement est fournie à la che- mise à eau par des tuyaux d'alimentation 39. Des tuyaux de sortie 40 déchargent l'eau de refroidissement de la chemise.
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1 au de Jr'e±rodld:iLs:s;emel1li1; déborde à la partie st1pêrie\!Jil!"e:' <iIl1ilL réservoir,, coinine indique. le rég'lag,e du trop-plein du réseW voir' par un: déuerso3ür' 4JL détermine la hauteur' de 1 'Je:a,m dans le réservo>ir par rapport. au fond du moule..
Ebi service,, les= rouleaux d-"e'ntratn6ment 13 tournent à mie vitesse telle que la piéce moulée soi.t: surf- fisanutetnt. saudîfïée au lilomen1; où elle quitte le moule pour empêche]!' une percée du métal fondu. La soupape 17 est réglée pour amener du métal fondu dans le moule à une vitesse correspondant à la vites:se de déchargement de la pièce fondue. Du métal est introduit de temps en temps dans le four 11. Pour arrêter l'écoulement de métal hors du four, le cylindre hydraulique 16 est ajusté pour dépla- cer le four vers le bas dans la direction de la flèche A, de façon que le siège de la soupape 17 vienne de placer au-dessus du niveau du métal fondu dans le four. Le mé- tal se solidifie alors sous la forme de l'habituelle enve- loppe en cratère 20 à bord 42.
On décrira maintenant en détails le moule en' . se référant aux figures 3 à 6 Le moule 10' correspond au moule 10. La chemise 25'correspond à la chemise 25 et le garnissage ou revêtement 26' correspond au garnissage 26.
La. chemise 25'se compose d'une enveloppe inté- rieure en cuivre et d'une enveloppe extérieure en acien
L'enveloppe intérieure en cuivre comprend une paire de plaques latérales en cuivre 43 et une paire de plaques ter- minales en cuivre 44, ces plaques 43 et 44 étant disposées verticalement. Dans les plaques latérales 43 sont ménagés des évidements 45, tandis que les plaques d'extrémité 44 présentant des languettes 46 s'adaptant dans les évidements
45 avec interposition de joints 35. Une série de boulons horizontaux 47 serrent les plaques verticales l'une contr- l'autre de manière à former unjoint étanche à l'eau.
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L'enveloppe extérieure en acier comprend des plaques latérales 48 et des plaques d'extrémité 49 conve nablement soudées l'une à l'autre. Des barres supérieures 50 sont soudées aux parties supérieures des plaques en acier et des rebords inférieurs 54 sont soudas aux ex- trémités inférieure?! des plaques en acier .
L'enveloppeextérieure en acier est maintenue
1 espacée de l'enveloppe intérieure en suivre par un cadre supérieur 52 et un cadre inférieur 51. Ces éléments 52 et 51 prennent appui sur des épaulements prévus sur les pla- ques intérieures en cuivre et contre des barres 50 et 54 assujetties à la paroi en acier extérieure, avec interpo- sition de joints appropriés 36 et 37. Une série de boulons verticaux 53 relient les cadres 52 et 51 l'un à l'autre, de manière à former un espace ou intérieur de chemise étanche à l'eau.
L'eau est introduite par deux tuyaux d'entrée inférieurs 57 et 58 aboutissant à des coins diagonalement opposés du moule. Des tuyaux de sortie 59 et 80 sont pré- vus à la partie supérieure du moule juste au-dessus des tuyaux d'entrée. Cet agencement aide à conférer à l'eau de refroidissement un mouvement circulatoirrotatif.
Le garnissage 26comprend quatre feuilles ou plaques distinctes en graphite , les plaques latérales étant désignées par 65 et les plaques d'extrémité por 66.
A l'extrémité inférieure de la paroi en cuivre est prévu un rebord saillant 64 formant une rainure en V . Chacune des plaques 65 et 66 du garnissage présente un bord infé- rieur biseauté s'adaptant dans ladice rainure.
Le garnissage peut être en graphite de n'importe quelle qualité, y compris des matières contenant du gra- phite, notamment des charbons enrobés ou recouverts de
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de graphite, qui ne sont pas mouillées .par le métal en fusion coulé.
Les extrémités supérieures des plaques 65,66 du garnissage sont similairement biseautées et sont maintenues en place par un cadre 67 présentant un rebord 68 dirigé vers le bas et formant avec la, paroi en cuivre adjacente.une rainure en forme de V destinée à recevoir les bords supé- rieurs biseautés des/plaques 65 et 66 .
Il est à noter que les plaques 65 et 66 ont une épaisseur telle par rapport aux rebords adjacents 64 et
68 qu'elles font saillie à l'intérieur du moule par rapport à ces parties. Ainsi, le métal coulé peut quitter le moule .sans venir en contact avec le bord inférieur de la paroi en cuivre de la chemise .
Des mesures adéquates sont prises pour permettre une dilatation linéaire des plaques latérales 65 du garnis- sage, en rendant celles-ci un peu plus courtes que la paroi correspondante de la chemise contre laquelle elles reposent, en sorte que des espaces ou jeux 69 propres à permettre une dilatation sont ménagés aux extrémités des plaques 65. Les plaques d'extrémité 66 étant, d'un autre côté, sensiblement plus courtes, elles s'appliquent exactement contre les pla- ques latérales 65. Etant donné que les plaques latérales 65 sont sensiblement plus longues que les plaques d'extrémité
66, des mesures doivent être prises pour permettre aux plaques latérales de se dilater.
Par contre, en raison de la dimension transversale relativement courte des plaques d'extrémité 66, il n'est pas nécessaire d'en permettre une libre dilatation. Dans les cas où les plaques d'extrémité sont transversalement plus longues, des moyens similaires peuvent être prévus pour leur dilatation.
Les dimensions, la forme et la composition du
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produit, qui peut être coulé conformément à l'invention, peuvent varier grandement . Ces caractéristiques sont quelque peu interdépendantes et dépendront aussi des carac- téristiques que l'on désire voir conférées au produit.
On donnera ci-après un exemple d'une installation réelle qui a été utilisée commercialement. Cet exemple est donné à simple titre illustratif et non à titre limitatif.
La barre coulée était en cuivre désoxydé et phos- phoré. Elle avait une section transversale d'environ 50 cm de large sur 11,25 cm d'épaisseur. L'épaisseur des parois de cuivre 43,44 ( aux endroits où elles s'étendent le long du garnissage) était d'environ 26,5 cm L'épaisseur des garnissages était d'environ 6 mm La dimension axiale (longitudinalement par rapport au moule) des plaques du' garnissage était d'environ 30 cm. Le moule avait une course de va-et-vient d'environ 4 mm et une fréquence de mouvement alternatif d'environ 60 cycles par minute. Les figures 3 et 4 des dessins ci-annexés sont sensiblement à l'échelle.
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Les grandes plaques/du garnissage étaien d'environ 2 mm plus courtes que la dimension transversale intérieure du moule, de façon à ménager un jeu ou espace de dilata- tion 69 d'environ 1 mm à chaque extrémité de ces plaques.
Les petites plaques d'extrémité 66 du garnissage ne pré- sentaient aucun jeu pour la dilatation, étant donné qu'elles avaient été adaptées avec un faible jeu entre les longues plaques latérales. Les courtes plaques d'extrémité 66 , ayant une dimension d'environ 11,25 cm transversalement par rapport au moule étaient tellement courtes qu'il n'a pas fallu prévoir de jeu pour la dilatation. Par contre les plaques latérales, qui ont une longueur d'environ 50 cm nécessitaient une tolérance pour la dilatation .
L'alimentation en métal fondu et la. vitesse d'éva cuation du produit coulé ont été agencées de façon que le ni-
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veau du métal en fusion datzs le moule était maintenu à envi- ron 2,5 cm en dessous du bord supérieur du garnissage en gra- phite. Le bord mince 42 du cratère 20 formé par le métal qui se solidifie a été maintenu environ à la surface du mé- tal fondu. Le fond du cratère a été estimé proche du bord inférieur du moule.
Un revêtement de graphite en paillettes a été maintenu à la surface du métal fondu dans le moule et la vitesse de coulée était d'environ 5 tonnes par jour.
La présente invention assure non seulement un tran- fert de chaleur élevé à partir du métal coulé en dessous du, moule par le bain d'eau 12, mais également à travers le moule lui-même . Un transfert de chaleur élevé à travers le moule est obtenu en maintenant un contact intime entre les surfaces du garnissage et de la chemise, ce qui est possible grâce aux particularités spéciales de construction de la che- mise de cuivre et du garnissage en graphite et grâce aux relations spéciales existant entre ces parties. Un trans- fert de chaleur suffisant est obtenu pour maintenir la tempé- rature du garnissage en graphite suffisamment faible pour réduire l'oxydation à un minimum dans les conditions particu- lières d'utilisation. Aucune atmosphère non oxydante spéciale n'est nécessaire.
On sait que le graphite présente un certain nombre d'avantages pour la coulée continue. Le graphite possède une conductibilité thermique élevée; il n'est pas "mouillé" par la plupart des métaux, en particulier le cuivre et ses allia- ges ; il se laisse facilement usiner; il n'est pas coûteux; il possède une bonne résistance mécanique et est quelque peu flexible; il a un faible coefficient de dilatation (environ
1/9e de celui du cuivre).
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La conductibilité thermique du graphite est envi- ron de 40% de celle du cuivre. Les conductibilités thermiques du cuivre, du graphite et de l'air sont les suivantes (en B.T.U. par heure, par degré F, par pied carré de surface et par pouce d'épaisseur) : cuivre : 2650; graphite : 900; air : 0,165.
Ces chiffres montrent qu'une couche de 0,0025 cm d'air équivaut à environ 40 cm de cuivre et à environ 14 cm de graphite, en ce qui concerne la conductibilité ther- mique. L'effet du contact garnissage-chemise est ainsi évident
Le graphite commence à s'oxyder à une température d'oxydation initiale d'environ 400 c Toutefois, en pratiquez même si le garnissage est exposé au contact d'un métal conte- nant de l'oxygène en cours de coulée ou à l'atmosphère, une durée de service satisfaisante du garnissage en graphite est obtenue aussi longtemps que ce dernier est maintenu à une température inférieure à environ 600 c Ainsi, du cuivre oxygéné, tel que du cuivre de brai dur, peut être coulé sans recouvrement de graphite en paillettes flottant à la surface du métal fondu dans le moule,
à condition que la température du garnissage en graphite soit maintenue inférieure à 600 C.
Cependant, si le garnissage en graphite n'est pas exposé à de l'oxygène provenant du métal que l'on coule ou de l'atmosphère, la température du graphite peut être admise à s'élever au delà de 600 C. Ainsi, des cuivres exempts d'oxy- gène, tels que du cuivre phosphoreux désoxydé, peuvent être coulés à des températures du garnissage atteignant 700 c sans perte indue de graphite par oxydation, à condition qu'un revêtement carbonacé soit appliqué sur la surface du métal en fusion dans le moule.
Un notera que les plaques du garnissage sont rela- tivement minces et flexibles; par ailleurs, elles sont monté
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indépendament l'une de l'autre, de sorte que chacune d'elles est libre de se déplacer ou de s'ajuster par rapport aux autres et par rapport à la chemise, dans les diverses condi- tions de température et de pression dues au métal en fusion.
Il est également à noter que l'enveloppe de cuivre intérieure et l'envoi oppe d'acier extérieure ne sont reliées l'une à l'autre qu'à la partie supérieure et à la partie infé rieure du moule. On notera également que les diverses pla- ques latérales et terminales 43, 44 de l'enveloppe de cuivre constituent des pièces séparées et qu'elles sont reliées par des joints articulés avec bourrage. Au surplus, ces plaques sont reliées aux'cadres supérieur et inférieur 51, 52 par des joints avec bourrage.
Ceci confère aux parois de l'enve- loppe de cuivre une certaine liberté qui leur permet de s'a- juster, de fléchir, ou de se déformer sous l'influence de la température du métal fondu, sans se gêner mutuellement et in- dépendamment de l'enveloppe extérieure qui est constituée en un métal différent , possédant des propriétés physiques, .telles que coefficient de dilatation, etc..., différentes.
En raison de la différence de température entre la face du garnissage qui est en contact avec le métal en fu- sion et la face du garnissage qui est en contact avec l'en- veloppe métallique, le garnissage en graphite s'infléchira vers l'intérieur, c'est-à-dire que les parties des plaques du garnissage qui sont en contact avec le métal en fusion se déplaceront vers le métal fondu. Ainsi, les lignes tant horizontales que verticales tracées par les centres des faces du garnissage en contact avec le métal fondu déviendront con- cexes vers le métal en fusion.
En raison de la différence de température entre la face de l'enveloppe de cuivre en contact avec le garnissage en graphite et la face de l'enveloppe de cuivre en contact
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avec l'eau de refroidissement, les plaques de la chemise en. cuivre s'infléchiront généralement dans la même direction que les plaques du garnissage en graphite. Ainsi le garnis- sage et l'enveloppe de cuivre auront tendance à se déformer en parallélisme, en raison des différences de température, et à rester en contact lace contre face. En outre, la pression hydrostatique du métal en fusion dans le moule repousse le garnissage relativement mince contre l'enveloppe de cuivre et favorise ainsi le maintien du contact.
Lorsque le métal fondu se solidifie, il forme, com- me on le sait, une enveloppe en cratère 20 ; lemétal se soli- difie d'abord à l'endroit où il est en contact avec les pa- rois relativement froides du moule et se solidifie en der- nier lieu au centre de l'espace intérieur du moule. Le métal venant en contact avec les parois latérales se solidifiera très rapidement, de façon que le bord 42 de l'enveloppe du cratère soit à proximité immédiate du niveau du métal en fu- sioti dans le moule. Le bord du cratère se solidifiera d'abord en une pellicule de consistance molle ou tendre.
Cette fai- ble pellicule nouvellement formée de la coulée embryonnaire n'aura pas une résistance suffisante pour se supporter par elle-même jusqu'à une certaine distance en dessous du bord du cratère.
Lorsque le métal se solidifie suffisamment pour devenir apte à se supporter par lui-même, il se contracte et s'écarte du garnissage de graphite, en sorte que le trans- flert de chaleur du métal coulé au garnissage est réduit. Dans l'exemple spécifique donn plus haut, on estime que le métal coulé s'est écarté du garnissage de graphite à environ 10 à 12,5 cm en dessous du bord supérieur du graphite.
La majeu- re partie du transfert de chaleur a lieu dans la zone où le métal coulé est entièrement fondu ou passe par l'état tendr'
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pu mou. C'est dans cette zone que le fléchissement des pla- ques latérales et terminales se produit. malgré cette déformation locale, la structure par- ticulière de la chemise du moule et le mode de montage des fines plaques en graphite flexibles du garnissage perementtent de maintenir le contai intime entre garnissage et chemise, qui est nécessaire pour obtenir un degré élevé de transfert de chaleur.
L'installation suivant l'invention a été utilisée pour couler des galettes de diverses sections et dimensions et ayant diverses compositions bien connues, par exemple du. cuivre phosphoré contenant du phosphore résiduel, du cuivre phosphore résiduel à conductibilité thermique élevée et du cuivre de brai dur.
Si on le désire, le réservoir à eau peut être omis et remplacé par une pulvérisation d'eau.
L'expression "coulée continue", telle qu'elle est utilisée dans le présent mémoire, désigne la fabrication de produits coulés de longueur indéfinie par rapport à la dimen sion axiale du moule. Ceci revient à dire que l'expression ne doit pas être limitée à une longueur quelconque de pro- duit coulé entre des mises en oeuvre successives du processus de coulée. Ainsi le produit oblong coulé peut être relatives ment long, ce qui permet de découper un seul produit coulé (-,il de nombreuses tranches. Ou bien, le produit coulé peut être relativement court et ne présenter qu'une longueur suf- fisante paur en découper un ou éventuellement deux ou trois tranches.
La présente invention permet la coulée de pièces sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un gaz, inerte pour em pêher l'oxydation du graphite, 'l'outefois, lorsqu'on coule du cuivre exempt d'oxygène, tel que du cuivre désoxydé ou non oxydé, il est avantageux d'utiliser un revement protec
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teur de matière carbouacéd finement divisée sur la surface libre du métal en fusion dans le moule. Lorsqu'on coule du cuivre contenant de l'oxygène, tel que du cuivre de brai dur. la couche protectrice de matière carbonacée ne doit pas être utilisée, En même temps, le mtal est refroidi suffisamment lentement pour empêcher que le produit coulé acquière des propriétés indésirables.
. La température du garnissage de graphite peut être mesurée de toute manière désirable ou convenable. Par exem ple, des trous peuvent être forés verticalement à travers le cadre supérieur 67 dans le bora supérieur du garnissage, le long du moule et à mi-épaosseur du garnissage, De tels trous peuvent être forés aux endroits désirés dans une ou plu- sieurs des quatre plaques de garnissage. Un thermocouple et être levée ou abaissée pour mesurer la température peut!être inséré da.is chaque trou(le long da. garnissage. De cette manière, le point le plus chaud du garnissage peut êe tre commodément mesuré.
Une température maximum se présente ordinairement dans la zone où le métal en fusion est en . contact avec le garnissage en graphite et où le bord de l'en- veloppe en forme de cratère passe par son stade embryonnaire.
Les trous doivent être suffisamment grands pour que la dis- tance qui les sépare de la surface de coulée soit aussi fai- ble que possible, compte tenu de la résistance du graphite.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.