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RÉSUMÉ
En fonderie, la poche de coulée est un équipement destiné historiquement à la coulée du métal liquide dans les moules. Elle est aussi de plus en plus utilisée pour le transport du métal liquide entre le four de maintien et les fours de coulée automatique. La poche de coulée est composée d'un casing en acier avec son couvercle, d'un système de basculement mécanique et d'une paroi réfractaire isolante. Elle est le lieu d’importantes déperditions calorifiques qu’il faut identifier pour mieux les combattre. Ces pertes ont un coût énergétique important qu’il faut réduire, elles sont aussi synonymes de non-qualité pour les pièces coulées.
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Jean-Pierre GAUCHÉ : Ingénieur physico-chimiste (EOA de Paris) - Professeur à l’École Supérieure de Fonderie et de Forge - Expert auprès du Centre Technique des Industries de la Fonderie (Sèvres, France)
INTRODUCTION
En fonderie la poche de coulée est un équipement destiné historiquement à la coulée du métal liquide dans les moules. Elle est également de plus en plus utilisée pour le transport du métal liquide entre le four de maintien et les fours de coulée automatique.
Composée d'un casing en acier avec son couvercle, d'un système de basculement mécanique et d'une paroi réfractaire isolante, la poche de coulée est un passage obligé pour le transfert entre les équipements. Son utilisation est souvent courte, très fractionnée, elle fait ainsi rarement l’objet d’une étude spécifique pour le garnissage réfractaire. Pour autant, celui-ci a ses exigences : il doit être isolant, être adapté au métal liquide transporté et doit résister à la corrosion du laitier.
Les aspects thermiques de son utilisation sont souvent ignorés ou oubliés, pourtant la poche de coulée ou de transfert est le siège de déperditions calorifiques importantes :
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mauvaise isolation,
-
absence de couvercle,
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préchauffage négligé ou insuffisant,
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chute de température du métal liquide…
Toutes ces pertes ont un coût énergétique et qualitatif bien plus important que l’on ne croît. Elles peuvent être facilement identifiées, chiffrées et combattues.
Il faut toujours garder en mémoire que dans une fonderie, hors la fusion, 30 % de l’énergie consommée est nécessaire pour le maintien, la manutention et la coulée du métal.
Malgré un parc de poches souvent important, le fondeur ne fait pas toujours le lien entre la capacité de la poche et son utilisation. Cette adéquation nécessaire est rarement abordée sous son aspect thermique, donc énergétique, et par rapport aux coûts qui en découlent.
D’une manière générale, la tenue du garnissage réfractaire d’une poche en service dépend de trois facteurs essentiels :
-
le bon choix des produits réfractaires qui composent le revêtement ;
-
la qualité de la mise en œuvre du garnissage et le respect des consignes pour sa mise en service ;
-
la manière dont la poche est préchauffée, utilisée, surveillée et entretenue.
L’article propose des explications sur les phénomènes thermiques et des solutions pour réduire la consommation en énergie.
Un glossaire est présenté en fin d'article.
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Comparaison entre des poches de 1 et 3 tonnes de capacité
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2. Aspects thermiques de son utilisation
Quel que soit l'alliage (acier, fonte, cuivre, laiton, aluminium) à mouler, la poche de coulée ou de transfert a une capacité variant de quelques centaines de kilos à 5 tonnes au maximum.
Les alliages coulés ont des températures comprises entre 700 °C et 1 600 °C.
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La thermocinétique permet d'identifier les différents problèmes physiques générés par l'élévation de température dans la poche de coulée. On peut identifier particulièrement trois régimes thermiques importants.
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Le régime transitoire
On peut l’observer aussitôt après un apport ou une perte de chaleur ou leur changement au cours du temps. La température (ou la densité du flux) en tout point de la poche est alors une fonction des divers matériaux constitutifs et du temps.
Sa forme dépend de la répartition de la température initiale, mais l'influence de celle-ci s'estompe progressivement avec le temps.
Pour ce qui concerne la poche de coulée, on peut dire que, sauf cas très rare de fonctionnement 24 h/24 et 7 j/7, le régime transitoire pourrait être le régime principal.
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Le régime permanent
Il est celui que l'on observe au bout d'un temps suffisamment long après que les apports ou pertes de chaleur aient atteint un niveau constant. La température (ou la densité du flux) en tout point de la poche devient alors une fonction indépendante du temps, dont la forme ne dépend plus de la répartition initiale.
Pour ce qui concerne la poche de coulée utilisée en fonderie, ces conditions sont très rarement atteintes, les conditions requises pour ce régime impliquent, au moins, 40 h continues d'utilisation.
-
Le régime périodique
Il est identifiable lorsque certains apports ou pertes de chaleur subissent des oscillations périodiques de sorte que chaque point de la poche est le siège d'oscillations de température dont la forme, d'abord fonction du temps et de la répartition initiale (phase...
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Aspects thermiques de son utilisation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GABIS (V.), GAUCHÉ (J.-P.) - Les réfractaires en fonderie. - ETIF, ISBN : 978-2-71-190227-9, p. 230 (06/2008).
-
(2) - GAUCHÉ (J.-P.) - Pratique de l'induction en fonderie. - ETIF, 166 p. ISBN : 978-2-71-190243-9 (2010).
-
(3) - GABIS (V.) - Les réfractaires en fonderie : quelques progrès récents. - Hommes et Fonderies, Numéro spécial 64ème congrès mondial de fonderie Paris, N° 305, p. 146-154 (juin-juillet 2000).
-
(4) - BARDON (J.-P.) - Les bases physiques fondamentales dans les problèmes d'isolation thermique. - Université de Nantes.
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ANNEXES
-
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