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English
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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Lire l’articleAuteur(s)
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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 :
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diminution du nombre de cubilots à vent froid et de la part de tonnage de fonte liquide fournie par ce moyen,
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diminution du nombre de cubilots à vent chaud, mais un quasi-maintien du tonnage,
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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 :
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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 ;
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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
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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...
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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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QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE
1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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