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21/11/13 16:11 Article de Fonderie magazine - Article de Fonderie magazine (novembre 2010) Page 1 sur 11 http://www.ctif.com/article-fonderie-magazine-novembre-2010.aspx Accueil / Espace Abonnés / Fonderie Magazine / Article de Fonderie magazine (novembre 2010) Le cubilot participe au développement durable - Gilles Tihon, Fonderies Fondatel Lecomte (Belgique) Le cubilot a été pendant des siècles un simple four à cuve sans traitement des fumées ni automatisme. Aujourd’hui, les cubilots complètement équipés produisent de la bonne fonte tout en recyclant de la vieille ferraille et ils satisfont complètement toutes les exigences environnementales. Ils peuvent recycler à peu près tout : des tournures briquetées, des tôles galvanisées, des résidus urbains, des pneus usagés, différentes sortes de scraps. Les cubilots ont leur place dans le développement durable ; ils peuvent y participer activement. Les meilleures techniques disponibles La Commission Européenne a publié en juillet 2004 le document de référence sur les Meilleures Techniques Disponibles pour l’industrie de la fonderie. Les cubilots à vent froid et vent chaud font partie des meilleurs fours de fusion de la fonte. Pour la fusion au cubilot, il faut tenir compte d’une série de recommandations techniques. Par exemple, il y a la nécessité : d’utiliser un coke de caractéristiques connues et de qualité contrôlée ; d’utiliser la double rangée de tuyères pour les cubilots à vent froid, d’utiliser l’enrichissement en oxygène de manière continue ou intermittente, avec des teneurs en oxygène du mélange comburant entre 22 et 25 % (c’est à dire 1 % à 4 % d’enrichissement) ; de traiter les fumées de manière complète. Les objectifs de performance des BAT - MTD (Best Available Technologies - Meilleures Techniques Disponibles) citées dans le BRE F-Fonderie sont reprises au Tableau 1. (BRE F : BAT reference document) La BAT pour le dépoussiérage consiste en l’utilisation d’un filtre à manches ou d’un dépoussiérage humide. Ce dernier système est recommandé lorsque le laitier est basique. d’utiliser la post-combustion dans la colonne du cubilot si les fumées contiennent assez de CO pour brûler sans apport extérieur de combustible. La chaleur dégagée doit être utilisée dans la fonderie. Pour les cubilots à vent chaud, il y a obligation d’utiliser une chambre de combustion séparée et de récupérer la chaleur pour préchauffer le vent ou pour d’autres usages. d’éviter la production de dioxines et de réduire leur émissions à un niveau inférieur à 0,1 ng TEQ / Nm3. Les objectifs visés en terme de rejet de poussières et de PCDD / PCDF sont donnés au Tableau 2. Le BREF a été rédigé pour les cubilots produisant plus de 20 tonnes par jour. Les meilleures techniques disponibles sont des « Recommandations, des objectifs de Performance ». Les pays de l’Union Européenne ont la charge de la mise en place de ces recommandations Abonnez-vous Abonnez-vous dès maintenant à Fonderie Magazine pour pouvoir lire l'intégralité de la revue. s'abonner en ligne Article de Fonderie magazine (novembre 2010) Centre Technique des Industries de la Fonderie L'expertise pour la performance L'expertise pour la performance Actualités Presse Librairie Espace projets Contact Normalisation Espace Abonnés A propos du CTIF Nos prestations R&D fonderie Trouver une fonderie Outils métier Espace Abonnés Diffusion documents 21/11/13 16:11 Article de Fonderie magazine - Article de Fonderie magazine (novembre 2010) Page 2 sur 11 http://www.ctif.com/article-fonderie-magazine-novembre-2010.aspx Comparaison des consommations énergétiques L’ensemble de la fonderie doit être considéré lors de la comparaison des consommations énergétiques des fours. Il faut, en premier lieu, chauffer, fondre puis surchauffer le métal. Il faut ensuite le maintenir à la température, le couler, faire éventuellement un traitement thermique. Pour la fusion, il y a les fours à arc, les fours rotatifs, les fours à creuset à basse et à moyenne fréquence, les cubilots à vent froid et à vent chaud. Les fours rotatifs et les cubilots sans coke utilisent du gaz et de l’oxygène pur. La réaction de combustion est la suivante : CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O. Le Tableau 3 permet de comparer les émissions de gaz à effet de serre pour la coulée d’une tonne de fonte. Si on considère un rendement fictif de 100 %, la fusion d’une tonne de fonte à 1500 °C avec un four rotatif dégage 76 kilos de CO2, tandis que le cubilot dégage 152 kg de CO2. Cependant, la production de l’oxygène utilisé dans les fours rotatifs nécessite de l’énergie tandis que l’oxygène de l’air est gratuit. Le méthane doit être extrait puis expédié au consommateur avec grande prudence, ce qui consomme également de l’énergie. Enfin, ces fours sont d’une moindre efficacité pour la carburation du métal. Les fours à creuset moyenne fréquence utilisant un système gérant la consommation d’énergie dans deux fours (dual track, twin power, etc) sont les fours de fusion à induction les moins énergivores. De tels équipements consomment environ 600 kWh pour fondre une tonne à 1 500 °C. C’est un rendement de 63 %. Un four de fusion de 10 tonnes par heure basse fréquence fonctionnant en charges et prélèvement alternés consommera environ 630 kWh / t. Les cubilots ont un bon rendement énergétique mais une faible capacité de surchauffe. La Figure 1 montre la consommation de coke en fonction de la température de la fonte. Une augmentation de température de la fonte de 100 °C augmente le taux de coke de façon très importante. Le système Duplex (cubilot suivi d’un four de maintien) permet d’obtenir de la fonte à température élevée sans trop augmenter la consommation énergétique. Le cubilot consomme moins d’énergie primaire que les fours à creuset dans les pays où l’électricité vient de centrales thermiques. Le cubilot à vent chaud est parmi les fours consommant le moins d’énergie primaire si le cycle d’énergie complet est étudié – incluant la production de l’électricité, le transport électrique dans le réseau, la fusion, le maintien et la coulée du métal. (Tableau 4) 21/11/13 16:11 Article de Fonderie magazine - Article de Fonderie magazine (novembre 2010) Page 3 sur 11 http://www.ctif.com/article-fonderie-magazine-novembre-2010.aspx Tous ces fours ont leurs avantages et leurs inconvénients. Les fours rotatifs, les fours à creuset, les cubilots sans coke et les cubilots à vent froid ou à vent chaud sont tous « M eilleure Technique Disponible ». Le fondeur choisira son nouveau moyen de fusion en fonction des coûts d’investissement et d’utilisation. La limite économique entre le cubilot et le four électrique se trouve aux alentours d’un débit de 10 à 12 tonnes par heure. Le cubilot à vent chaud a l’avantage du coût des matières premières. Le choix entre les moyens de fusion est fonction du type de pièces coulées (contrepoids, tuyaux, moteurs, fonte grise ou fonte nodulaire) mais aussi du pays, de la fonderie, du contexte… Les économies d'énergie La double rangée de tuyères Dans un cubilot, l’oxygène de l’air provoque la combustion du coke en face des tuyères. Quelques centimètres au-dessus, le CO2 réagit avec le coke de la paillasse selon la réaction de Boudouard : CO2 + C 2CO qui est endothermique. La deuxième rangée de tuyères permet la combustion du CO produit. Dans un cubilot à vent froid, cette double rangée procure plusieurs avantages. Selon Leyshon et Selby qui ont expérimenté sur un cubilot à vent froid de diamètre 760 mm, elle permet l’obtention d’une température de fonte augmentée d’environ 40 à 80 °C pour un taux de coke identique. Mais elle permet aussi de réduire le taux de coke entre charges d’environ 20 % pour une même température de fonte. On ne retrouve pas toujours des gains aussi élevés en pratique industrielle. La deuxième rangée de tuyères entraîne bien sûr une augmentation du débit fonte. La double rangée de tuyères permet l’utilisation d’un coke de granulométrie inférieure, ou d’une autre qualité, et/ou d'augmenter le taux d'acier. L’utilisation d’un coke plus petit augmente la réaction de réduction du CO2 par les morceaux de coke de la paillasse, ce qui diminue le rendement thermique. La deuxième rangée augmente l’indice de combustion et, par conséquent, augmente la quantité d’énergie disponible. La double rangée de tuyères est une des spécifications obligatoires pour les cubilots à vent froid dans le BREF du secteur de la fonderie. L'amélioration du rendement du cubilot T. Nakamura et al. montrent comment leur fonderie a amélioré la récupération de l’énergie perdue dans les fumées. Les anciens échangeurs étaient constitués de trois unités de faisceaux de tube qui procuraient un vent à 500 °C. Ces trois échangeurs ont été remplacés par des échangeurs dans lesquels le vent soufflé passe au travers de tuyaux remplis d’un profilé métallique. Ceci augmente le contact du vent avec le bord du tuyau et améliore les échanges thermiques (Figures 2 à 4). Le vent est maintenant soufflé à 620 °C. Après les échangeurs permettant de chauffer le vent, un échangeur à huile supplémentaire a été installé. Il chauffe de l’huile à 210-250 °C, qui elle-même chauffe de la vapeur. Ceci a permis de couper la chaudière à gaz qui était utilisée. La récupération de la chaleur présente dans les fumées du cubilot est passée de 26 % à 76 %. La coupure de la chaudière au gaz a uploads/Industriel/ cubilot-article-de-fonderie-magazine-article-de-fonderie-magazine-novembre-2010.pdf