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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 :
-
mauvaise isolation,
-
absence de couvercle,
-
préchauffage négligé ou insuffisant,
-
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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Préchauffage de la poche de coulée
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3. Comparaison entre des poches de 1 et 3 tonnes de capacité
L’analyse des diverses pertes montre que, malgré une capacité 3 fois supérieure, la poche de 3 t est très proche de la poche de 1 t. Seule la chute de température du métal liquide peut être jusqu’à 3 fois inférieure dans la poche 3 t, c'est-à-dire dans le rapport inverse de la capacité des poches que l’on compare.
3.1 Pour des poches contenant de l’aluminium
Pour cet exemple, nous retenons les paramètres suivants :
-
les garnissages ont été préchauffés à 600 °C durant 6 h ;
-
les poches ont des capacités de 1 t et 3 t d’aluminium à 750 °C ;
-
le temps de séjour du métal dans chaque poche est de 10 min ;
-
le réfractaire alumineux à une épaisseur de 70 mm, l’isolation est assurée par 10 mm de fibre isolante biodégradable (épaisseur total du revêtement de 80 mm).
La figure 6 présente la situation thermique de ces poches d’aluminium 10 min après leur remplissage à 750 °C.
Toutes choses égales par ailleurs (garnissage, préchauffage, température du métal et temps de séjour), il faut remarquer sur cet exemple la confirmation que la chute de température du métal liquide est plus faible avec la poche de 3 t.
HAUT DE PAGE3.2 Pour des poches contenant de la fonte
Pour cet exemple, nous retenons les paramètres suivants :
-
les garnissages ont été préchauffés à 1 000 °C durant 6 h ;
-
les poches ont des capacités de 1 t et 3 t de fonte à 1 450 °C ;
-
le temps de séjour du métal dans chaque poche est de 10 min ;
-
le réfractaire alumineux a une épaisseur de 70 mm, l’isolation est assurée par 10 mm de fibre isolante réfractaire biodégradable (épaisseur total du revêtement de 80 mm).
La figure 7 présente la situation thermique de ces poches de fonte 10 min...
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Comparaison entre des poches de 1 et 3 tonnes de capacité
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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