Coupole: Structure, fonctionnement et zones

Après avoir lu cet article, vous en apprendrez plus sur: - 1. Introduction au cubilot 2. Structure du cubilot 3. Fonctionnement 4. Zones 5. Capacité 6. Avantages 7. Limitations.

Introduction au four à coupole:

Le cubilot est un four de fonderie très utilisé pour la fusion de métaux ferreux et d'alliages. Parfois, il est également utilisé pour la fusion de métaux non ferreux et d'alliages. Le cubilot est le moyen le moins coûteux de convertir de la fonte brute ou de la ferraille en fonte grise. Le combustible utilisé est un coke à basse teneur en soufre de bonne qualité. Du charbon anthracite ou des briquettes de carbone peuvent également être utilisés.

Structure de la coupole:

La coupole est un four à cuve dont la hauteur est trois à cinq fois son diamètre; c'est le four le plus largement utilisé pour la production de fonte grise en fusion. Un schéma d'un cubilot est présenté à la Fig. 4.2.

Comme on le voit sur la figue, les parties principales de la coupole sont:

(i) Shell:

La coque est constituée d’une plaque d’acier d’environ 10 mm d’épaisseur, rivetée ou soudée, doublée intérieurement de briques réfractaires en argile réfractaire. Le diamètre de la coquille varie de 1 à 2 mètres avec une hauteur d'environ trois à cinq fois le diamètre.

(ii) Fondation:

La structure entière est érigée sur des jambes ou des colonnes en acier. Une porte battante, composée d’une seule pièce, est articulée sur une jambe de force. Lorsque la coupole est pleine, un appui vertical est prévu sur la porte du bas afin que celle-ci reste proche et ne s’effondre pas en raison du poids de la charge. Si la coupole n'est pas utilisée, la trappe d'accès permet les travaux d'entretien et de réparation de la garniture du four.

(iii) Porte de chargement:

Vers le haut de la fournaise se trouve une ouverture appelée porte de chargement. La porte de chargement sert à charger la charge contenant le métal, le coke et le fondant dans le four. Il est situé à une hauteur d'environ 3 à 6 m au-dessus des tuyères.

(iv) Plate-forme de charge:

La plate-forme de chargement est composée de tiges et de plaques robustes en acier doux. Habituellement, il entoure la coupole à environ 0, 3 m sous le bas de la porte de chargement.

(v) soufflante d'air:

Un ventilateur est connecté à la boîte à vent au moyen d'un tuyau de soufflage. Il fournit l'air à la boîte à vent. Une vanne est prévue dans le tuyau de sablage pour contrôler le flux d'air. La pression de soufflage varie de 250 kg / m ² à 1050 kg / m ² .

(vi) Tuyeres:

L'air nécessaire à la combustion est insufflé dans les tuyères situées à environ 0, 9 m au-dessus du fond du four. La surface totale des tuyères doit être comprise entre 1/5 et 1/6 de la section de la coupole à l'intérieur du revêtement au niveau de la tuyère.

(vii) compteur de volume:

Le compteur de volume est installé dans un cubilot pour connaître le volume d'air passant. La quantité d'air nécessaire pour fondre une nuance de fer dépend de la qualité et de la quantité de coke et de son rapport.

(viii) Trou de taraudage (trou de métal en fusion):

Légèrement au-dessus du fond et à l'avant, un trou de coulée permet de recueillir la fonte en fusion.

(ix) trou de laitier:

Il existe également un trou de laitier situé à l'arrière et au-dessus du niveau du trou de coulée, car le laitier flotte à la surface de la fonte en fusion.

(x) cheminée:

La partie de la coquille située au-dessus du trou de chargement est appelée cheminée. Sa hauteur est généralement de 4 à 6 m. La cheminée est équipée d'un tamis filtrant et d'un pare-étincelles. Cela facilite la sortie libre des gaz résiduaires et renvoie les étincelles et la poussière dans le four.

Fonctionnement du four à coupole:

Le fonctionnement du cubilot comprend les étapes suivantes:

i) Préparation de la coupole:

Une coupole nouvellement construite doit être soigneusement séchée avant la cuisson. Les scories autour des tuyères de la série précédente sont nettoyées. Toutes les briques cassées sont réparées avec un mélange de sable de silice et d'argile réfractaire. Une couche de matériau réfractaire est appliquée sur la zone touchée par le revêtement en brique réfractaire.

Un lit de sable de moulage est ensuite percuté au fond sur une épaisseur d'environ 15 cm (6 pouces) ou plus, en s'inclinant vers le trou de coulée pour assurer un meilleur écoulement du métal en fusion. Une ouverture de trou de laitier d'environ 30 à 35 mm de diamètre et un trou de coulée d'environ 25 mm de diamètre est fournie.

ii) tir de coupole:

Un feu de bois est allumé sur le fond de sable, lorsque le bois brûle bien; la coke est jetée sur le lit bien du haut. Assurez-vous que le coke commence à brûler aussi. Un lit de coke d'environ 40 pouces d'épaisseur est ensuite placé sur le sable, c'est-à-dire légèrement au-dessus des tuyères.

Le souffle d'air est activé à une vitesse de soufflage inférieure à la normale pour enflammer le coke. On utilise une tige de mesure qui indique la hauteur du lit de coke. La cuisson est effectuée environ 3 heures avant que le métal en fusion ne soit nécessaire.

(iii) Chargement de la coupole:

Ensuite, la charge est introduite dans la coupole par la porte de chargement. De nombreux facteurs, tels que la composition de charge, affectent la structure finale de la fonte grise obtenue. La charge est composée de 25% de fonte brute, de 50% de ferraille grise, de 10% de ferraille d'acier, de 12% de coke comme combustible et de 3% de calcaire comme fondant.

Ces constituants forment des couches alternées de coke, de calcaire et de métal. Outre le calcaire, le spath fluor et le carbonate de sodium sont également utilisés comme fondants - La fonction du fondant est d'éliminer les impuretés du fer et de le protéger de l'oxydation.

iv) Trempage du fer:

Une fois le four complètement chargé, il est autorisé à rester tel quel pendant environ 1 à 1, 5 heure. Au cours de cette étape, la charge se réchauffe lentement parce que le souffle d'air est maintenu fermé cette fois-ci et que le fer est trempé.

(v) Démarrage du souffle d'air:

Le souffle d'air est ouvert à la fin de la période de trempage. L'ouverture supérieure est maintenue fermée jusqu'à ce que le métal soit fondu et qu'une quantité suffisante de métal soit collectée. Au fur et à mesure de la fusion, le contenu de la charge se déplace progressivement vers le bas. Le taux de charge doit être égal au taux de fusion pour que le four reste plein pendant toute la durée de la chaleur.

(vi) Fermeture de la coupole:

Lorsqu'il n'est plus nécessaire de fondre, l'alimentation en charge et le souffle d'air sont arrêtés. L'hélice est retirée, de sorte que la plaque inférieure s'ouvre pour s'ouvrir. Le laitier déposé est enlevé. La coupole peut fonctionner en continu, tout comme le haut fourneau, mais en pratique, elle peut fonctionner en cas de besoin. La période de fusion ne dépasse pas 4 heures dans la plupart des fonderies. Mais, il peut être utilisé en continu pendant 10 heures ou plus.

Zones du cubilot:

Le cubilot est divisé en un certain nombre de zones où plusieurs réactions chimiques ont lieu.

Les six zones importantes sont les suivantes:

(i) Puits ou zone creusée:

C'est la zone située entre le haut du lit de sable et le bas des tuyères. Métal en fusion recueilli dans cette zone.

(ii) Zone de combinaison:

C'est la zone située entre le sommet des tuyères et un niveau théorique au dessus. On l'appelle aussi zone oxydante.

Ici, la combustion est réellement effectuée, consommant tout l’oxygène du souffle et générant une énorme quantité de chaleur. La plage de température pour cette zone est d’environ 1500 ° C à 1850 ° C. La chaleur produite dans cette zone est suffisante pour répondre aux exigences d'autres zones de cubilot.

(iii) Zone de réduction:

C'est la zone située entre le sommet de la zone de combustion et le niveau supérieur du lit de coke. Il est également connu comme zone de protection.

Le C02 remontant dans cette zone réagit avec le coke chaud et le Cô est réduit en cobalt. Grâce à cette réaction, la température est réduite à environ 1200 ° C. Cette zone protège la charge contre l’oxydation car elle contient une atmosphère réductrice.

iv) Zone de fusion:

C'est la zone située entre la première couche de charge métallique et au-dessus de la zone réductrice. Il se situe entre 300 et 900 mm au-dessus du lit. La charge en métal solide passant à l'état fondu capte suffisamment de carbone dans cette zone. La température pouvant être atteinte dans cette zone est comprise entre 1600 et 1700 ° C.

(v) Zone de préchauffage:

Il s’agit de la zone située au-dessus de la zone de fusion jusqu’au niveau inférieur de la porte de chargement. Les matériaux de charge sont alimentés dans cette zone. La charge est préchauffée à environ 1093 ° C avant de se déposer vers le bas pour entrer dans la zone de fusion. Il est également connu comme zone de charge.

(vi) Zone de pile:

C'est la partie vide de ce four, qui s'étend du dessus de la zone de chargement jusqu'au sommet du four. Il transporte les gaz chauds générés dans le four à l'atmosphère.

Capacité du cubilot:

La capacité de coupole est définie en termes de nuances de métal liquide obtenues par heure de chaleur. Cela dépend des dimensions du cubilot, de l'efficacité de la combustion, du taux de combustion, des composants de la charge, etc.

Le rendement en coupole peut être augmenté par l’enrichissement en oxygène du souffle d’air et par une meilleure utilisation de la chaleur des gaz chauds sortants pour préchauffer le four à environ 180 à 270 ° C.