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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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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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7. Aspects économiques
Le coût de la fonte liquide dépend de très nombreux facteurs. Les principales pistes de réflexion sont décrites ci-après.
7.1 Charges enfournées
Les charges métalliques constituent le principal poste de coût de la fonte liquide au cubilot, elles en représentent plus de 70 %. Les constituants onéreux du lit de fusion sont la fonte neuve et les ferro-alliages, et ceux bon marché, l’acier et les bocages dont les copeaux.
Les procédés de fusion qui permettent d’accroître la part des aciers et bocages présentent évidemment le plus grand intérêt ; c’est la principale justification du vent chaud qui permet le remplacement de la fonte neuve par de l’acier. L’emploi de l’acier entraîne un accroissement de consommation de coke et de ferro-alliages (Si surtout). L’acier peut remplacer 100 % de la fonte neuve pour les cubilots à vent chaud, mais il impose une mise au point de la coulée et du moulage. L’acier peut remplacer 30 à 35 % de fonte neuve pour la fabrication de pièces mécaniques en fonte à graphite lamellaire ou pour élaborer la fonte de base de la fonte GS dans un cubilot à vent froid. Un fort ICP (§ 4.1.1) et un bon réglage du cubilot à vent froid sont des éléments favorables pour augmenter le pourcentage d’acier dans les charges.
Les bocages divers sont également des éléments bon marché du lit de fusion, mais ils ne présentent pas des garanties suffisantes de résultat pour entrer dans celui-ci à haute dose. Les bocages triés de moteurs d’automobiles, par exemple, peuvent constituer une bonne matière première.
La consommation de coke entre charges intègre le coke de combustion et de carburation. Le premier est influencé par la température de la fonte liquide prélevée au chenal, mais aussi par les pertes par les parois du cubilot et les conditions d’exploitation du cubilot.
La base de départ à considérer pour une température au chenal de 1 500 °C...
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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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