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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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3. Métallurgie au cubilot
Le cubilot est un véritable appareil métallurgique du fait des phénomènes chimiques importants qui s'y déroulent et des modifications conséquentes de la composition de la charge introduite au gueulard .
3.1 Conditions favorisant la métallurgie au cubilot
Les réactions chimiques seront d'autant plus actives que la température sera élevée, que la surface et la durée de contact entre les éléments seront importantes. Les conditions les plus favorables se trouvent juste au-dessus des tuyères. Cette zone (figures 2 et 3) est le siège des températures les plus élevées et on y rencontre la plus grande surface d'échange (gouttes de fonte) et les gaz les plus réactifs.
HAUT DE PAGE3.1.1 Zones gazeuses dans le cubilot
Au nez des tuyères (zone I de la figure 5), le milieu est oxydant et traversé par les gouttes de fonte qui ruissellent sur le coke.
La zone II englobe la zone de fusion des charges métalliques. Ce milieu gazeux est oxydant. Le diagramme de Chaudron précise les équilibres du fer avec l'oxygène et les oxydes de carbone à la figure 9.
À une température supérieure à 1 000 °C, l'oxyde de fer est stable, le milieu est donc oxydant. Cet effet oxydant sera d'autant plus actif que la teneur en CO sera élevée.
Dans la zone III de la figure ...
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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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