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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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Applications sur un parc de poches
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4. Préchauffage de la poche de coulée
En plus d’une bonne isolation et de la mise en place d’un couvercle, le préchauffage du revêtement permet de limiter la cession d’énergie du métal liquide au profit du garnissage.
Que le garnissage réfractaire soit nouveau ou déjà utilisé, il a besoin d’emmagasiner une quantité d’énergie suffisante pour que la chute de température du métal liquide contenu dans la poche soit aussi faible que possible, c’est le rôle du brûleur qui équipe un « chauffe poche ».
4.1 Brûleur
Le brûleur à gaz remplit plusieurs fonctions :
-
distribuer le carburant (gaz) et le comburant (air) dans les proportions définies ;
-
mélanger de manière homogène le gaz et l’air avant ou au moment de la combustion ;
-
apporter de l’énergie nécessaire à l’amorçage de la combustion.
La combustion est une déflagration maîtrisée dont la vitesse est fonction de plusieurs paramètres, les principaux sont les suivants :
-
le type de brûleur (induit, air pulsé, air préchauffé),
-
la vitesse de variation de puissance,
-
le combustible (gaz naturel, propane, cokerie),
-
le comburant (air froid, air chaud, oxygène),
-
la pression,
-
l’humidité,
-
la forme de la chambre ou de l’ouvreau.
Le type de brûleur, présenté figure 8, assure la double fonction, mélange air/gaz et stabilisation de flamme avec des buses multiples d’induction d’air.
Les principaux avantages de ce type de brûleur sont :
-
absence de retour de flamme,
-
importante souplesse de réglage,
-
récupération d’énergie possible au niveau de l’air de combustion.
Généralement, ces brûleurs fonctionnent avec de l’air à faible pression (< 0,1 mbar) et sous un grand débit. La puissance de ce type de brûleur dépend de la capacité de la poche à chauffer ; pour notre exemple, il est de 200 kW. Le rendement de combustion est de l’ordre de 35 %. La température est limitée à 1 200 °C dans l’enceinte chauffée. Il est possible d’obtenir une température voisine de 1 350 °C...
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Préchauffage de la poche de coulée
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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-
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