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En anglais
RÉSUMÉ
Le cubilot est un échangeur thermique et métallurgique à contre-courant. La chaleur, apportée par la combustion du coke, conduit à la fusion des charges métalliques. Cet article présente les différentes technologies des cubilots et leurs évolutions pour tenir compte des contraintes environnementales. Les cubilots équipés des dispositifs de traitement des fumées, de traitement des eaux usées sont les outils les mieux adaptés pour le recyclage des déchets contenant du fer. Les différentes modifications apportées à chacune des technologies des cubilots sont décrites. Les différents outils techniques et numériques, évoqués dans cet article, pour optimiser ce moyen d'élaboration de la fonte, justifient le maintien de ce mode de fusion dans les fonderies qui fabriquent des pièces avec une consommation horaire régulière de fonte liquide (de l'ordre de 10 tonnes par heure) sans trop de variations de l'analyse chimique du matériau moulé.
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The cupola furnace is a thermal and metallurgical exchanger with backwash. The heat, provided by the coke combustion, causes the metal loads to melt. This paper presents the various technologies of cupolas and their developments to take into account environmental constraints. Cupola furnaces equipped with flue gas treatment, and wastewater treatment provision, are the tools best suited for the recycling of waste containing iron. Various changes made to each of the cupola technologies are described. The different technical and digital tools mentioned in this article, whose purpose is to optimize the production of cast iron in this way, justifies the maintenance of this foundry mode for producing parts with a regular hourly consumption of liquid iron (of the order of 10 tons per hour) without excessive variations in the chemical analysis of the castings.
Auteur(s)
-
Alex RÉMY : Ingénieur Arts et Métiers, Professeur - École nationale Supérieure d’Arts et Métiers, Paris, France
INTRODUCTION
Depuis les années 2000, le parc des moyens de fusion des fonderies de fontes a connu des transformations importantes :
-
diminution du nombre de cubilots à vent froid et de la part de tonnage de fonte liquide fournie par ce moyen,
-
diminution du nombre de cubilots à vent chaud, mais un quasi-maintien du tonnage,
-
quasi-maintien du nombre de fours à induction et de la part de tonnage qu’ils élaborent.
Une des raisons essentielles de cette évolution est le renforcement de la réglementation environnementale. Confrontés à la nécessité de contrôler les rejets, les fondeurs ont préféré investir, pour le renouvellement de leur matériel de fusion, dans la fusion électrique. Les avantages et inconvénients des différents moyens de fusion, ainsi que leurs domaines d’excellence respectifs sont bien connus des fondeurs :
-
le cubilot est un appareil mononuance qui ne trouve sa justification que pour des tonnages importants (6 à 12 tonnes par heure), dans le cas des cubilots à vent froid et ce, essentiellement en fonte à graphite lamellaire. Au-delà de 10 à 12 tonnes par heure, le cubilot à vent chaud sera préféré ;
-
le four à induction moyenne fréquence [M 765] [M 766] [M 767] se place mieux pour sa part dans le cas de fonderies élaborant plusieurs nuances de fontes, y compris fonte à graphite sphéroïdal et fonte alliée. Sa conduite métallurgique est par contre plus délicate que celle du cubilot, en particulier pour la mise à la composition en carbone des fontes à graphite lamellaire.
Le coût d’élaboration de la fonte liquide dépend des matières enfournées, matières dont la nature et les proportions relatives sont liées au mode de fusion.
La technologie et le fonctionnement des différents cubilots sont précisés dans cet article. Les différentes évolutions étudiées par les fonderies, dans le but de réduire les coûts d’élaboration, montrent que ce moyen de fusion peut être un outil qui participe au développement durable.
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Métallurgie au cubilot
En anglais
2. Aspect thermique
2.1 Apport du carbone
Le coke libère dans sa combustion du carbone qui réagit avec l’oxygène de l’air.
HAUT DE PAGE
L’énergie thermique libérée au cubilot par la combustion du carbone est nécessairement incomplète, du fait de la présence simultanée de carbone, de dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone. En effet, l’oxydation exothermique du carbone en CO2 est suivie d’une réduction partielle du CO2 en CO par le carbone présent. L’importance de cette réduction dépend du niveau de température. Les réactions sont les suivantes :
Selon les conventions habituelles en thermochimie, l’enthalpie des réactions exothermiques est affectée du signe −, et celles des réactions endothermiques du signe +.
L’état d’équilibre entre ces trois éléments (équilibre de Boudouard) est fonction de la température selon la courbe de la figure 4.
La réduction de CO2 est d’autant plus active que la température est élevée. Les températures enregistrées dans le cubilot (figure 2) montrent que cette réduction, très vive au niveau des tuyères, diminue en s’élevant dans la colonne du cubilot.
Au cubilot, l’équilibre de Boudouard n’a pas le temps de s’établir et le CO formé au niveau des tuyères subsiste au gueulard en proportion plus élevée que ne l’indique l’équilibre compte tenu de la température des gaz au gueulard. On observe le plus souvent une composition des gaz au gueulard de 8 à 18 % en CO et de 16 à 10 % en CO2. Cependant, toutes actions qui tendraient à augmenter les températures dans les zones de fusion auraient pour conséquence un accroissement de la...
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Aspect thermique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CTIF - Guide pratique de conduite du cubilot - Document de base CTIF-Fo81.
-
(2) - DECROP (M.) - Le fonctionnement du cubilot. Aspect thermique. Production horaire et température de la fonte - Fonderie n° 148, p. 55 (mai 1958).
-
(3) - CTIF - Quelques relations concernant l’aspect thermique du fonctionnement du cubilot à vent froid - Document de base CTIF-Ge 290.
-
(4) - CHAZE (L.), SANZ (R.) - Le bilan thermique du cubilot. Comment l’améliorer - Fonderie n° 398, p. 141, avril 1980, Fonderie n° 399, p. 187, mai 1980, Fonderie n° 400, p. 231. Document de base CTIF-Fo 139 (juin 1980).
-
(5) - LOISON (R.), FOCH (P.), BOYER (A.) - Le coke, qualité et production - IRSID et Cerchar (1990).
-
(6) - ULMO (J.) - Étude...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Éditions Techniques de Fonderie (ETIF)
HAUT DE PAGE
Deuxième conférence internationale sur le cubilot à Trèves en 2004.
HAUT DE PAGE
NF ISO 1014 - (2004-04-1) - Détermination de la densité du coke. - -
NF M 03-0346 - Résistance à la fragmentation et résistance à l’abrasion du coke. - -
NF EN 15058 - (juillet 2006) - Détermination de la concentration massique en CO dans l’air ambiant. - -
NF EN 13284-1 - (mai 2001) - Détermination de la quantité massique de poussières dans l’air ambiant. - -
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