Brevet FR2666816A1 — publié le 19920320

Installation de fonderie à fours rotatifs et procédé d'exploitation La présente invention concerne les installations de fonderie de métaux à fours rotatifs et plus particulièrement un procédé d'exploitation d'au moins une ligne de fonderie comportant au moins un four rotatif à brûleur oxycombustible, et comprenant les étapes de chargement du four en pièces métalliques à fondre, de fusion du métal et de coulée du métal fondu. Les fours rotatifs à brûleurs oxycombustibles connaissent un succès croissant, notamment dans les petites fonderies, car ils se révèlent d'une utilisation souple et performante et rejettent un volume de fumées limité. Dans les installations connues, le four rotatif est disposé en un poste unique au voisinage de la cheminée, auquel il est relié par un raccord amovible permettant le basculement du four lors de la phase de chargement Une fois le chargement effectué, le brûleur oxycombustible est mis en oeuvre pour la phase de fusion laquelle, pour une charge de métal à fondre de l'ordre de 3 tonnes, dure environ 1 H 30 avec une première phase, d'environ une heure, o le brûleur brûle un mélange stoechiométrique de carburant et d'oxygène, puis pour limiter l'oxydation du métal en cours de fonte, une seconde phase, d'une durée d'environ 30 minutes, avec un mélange appauvri en oxygène. Dans cette seconde phase, les fumées évacuées dans la cheminée contiennent, outre du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau, du monoxyde de carbone et de l'hydrogène qui, combinés avec l'appel d'air de tirage dans la cheminée, provoque fréquemment l'apparition de flammes dans la cheminée pouvant gravement endommager cette dernière et entravant une dépollution efficace des fumées. La présente invention a pour objet de proposer un procédé d'exploitation d'une ligne de fonderie à four rotatif permettant d'augmenter grandement le rendement global d'exploitation, de réduire les émissions de poussières en début d'opérations de monoxyde de carbone et d'hydrogène, de limiter les pertes au feu dans le four de fusion et de faciliter la dépollution des fumées d'évacuation. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, le procédé met en oeuvre au moins deux fours rotatifs et comporte les étapes suivantes: a) placer en un premier poste un premier four chargé, b) placer en un deuxième poste un deuxième four chargé, c) effectuer une fusion dans le premier four au premier poste, d) faire passer, pendant l'étape c), les fumées issues du premier four au travers du deuxième four au second poste vers une cheminée d'évacuation pour préchauffer le métal chargé dans le deuxième four, e) transférer, une fois la fusion effectuée, le premier four vers un poste de coulée, puis f) effectuer une fusion de la charge dans le deuxième four ainsi préchauffé. Selon une caractéristique plus particulière, le procédé comprend l'étape ultérieure g) de transférer, après la coulée, le premier four vers un troisième poste pour rechargement en pièces métalliques en attente de transfert pour une étape ultérieure de préchauffage ou de fusion. La présente invention a pour autre objet une installation de fonderie pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, du type comprenant au moins un four rotatif à brûleur oxycombustible et une cheminée d'évacuation des fumées, comportant au moins deux fours rotatifs déplaçables chacun entre différents postes, dont au moins un poste de fusion et un poste de préchauffage disposés en ligne avec la cheminée de façon que les fumées du four au poste de fusion soient évacuées vers la cheminée au travers du four au poste de préchauffage, et un poste de coulée écarté de la ligne des postes de fusion et de préchauffage. Les dispositions selon l'invention, mettant en oeuvre un préchauffage des charges avant fusion présentent de nombreux avantages: en premier lieu, la récupération de la chaleur, autrement perdue, dans les fumées d'évacuation permet de porter la charge à fondre à une température élevée et préchauffer le four lui-même, de sorte que l'étape de fusion nécessite un apport énergétique réduit se traduisant par une réduction du temps de cycle et une diminution de la consommation en gaz de chauffe; le préchauffage s'effectuant dans le four qui assurera ensuite l'étape de fusion, les risques de collage entre elles des pièces à fondre ne présentent aucun problème contrairement à ce qui pourrait se passer si ces pièces avaient été préchauffées, par d'autres moyens, avant chargement dans le four; cette solution permet la récupération maximale d'énergie sans contraintes technologiques particulières; les problèmes liés à l'inflammabilité des fumées, au lieu de se situer dans la cheminée, sont ici ramenés dans le four de préchauffage et sont même, selon une caractéristique de l'invention, encouragés pour provoquer une combustion du monoxyde de carbone directement dans le four de préchauffage, en augmentant ainsi la température dans ce dernier, et en délivrant à la cheminée des fumées plus froides et de volume globalement réduit, sans risque d'endommagement pour la cheminée et facilitant grandement la dépollution des fumées; la combustion du monoxyde de carbone dans le four de chauffage permet d'utiliser dans le four de fusion le réglage le moins oxydant et de limiter ainsi les pertes au feu sans pénaliser le coût de la fusion, ce qui permet de réduire encore la consommation énergétique de l'installation; avec au moins deux fours rotatifs et, avantageusement, trois fours, les opérations de coulée et de chargement s'effectuent en temps masqué par rapport aux opérations de fusion/préchauffage, ce qui permet d'augmenter grandement le rythme de production de l'installation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 illustre schématiquement la disposition générale d'une unité comprenant une seule ligne de fusion pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique, en coupe partielle, de la zone de jonction entre la sortie du four au poste de fusion et l'entrée du four au poste de préchauffage la figure 3 illustre schématiquement la disposition générale d'une unité de fonderie comprenant deux lignes de fusion; et la figure 4 illustre la disposition d'une unité à trois lignes de fusion et les cycles possibles des différents fours pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans la description qui va suivre et sur les dessins, les éléments identiques ou analogues sont repérés par les mêmes chiffres de référence, éventuellement indicés. Sur la figure 1, on a représenté une installation de fonderie avec une seule ligne de fusion et agencée selon quatre postes distincts, à savoir un poste de fusion A, un poste de coulée de métal fondu B, un poste de chargement de four C et un poste de préchauffage de charge à fondre D. L'installation représentée comprend trois fours rotatifs identiques, présentant une forme générale tubulaire partiellement fermée à ses extrémités pour laisser deux ouvertures centrales co-axiales ou ouvreaux, une ouverture d'entrée 10 pour recevoir, de façon amovible, un brûleur oxycombustible 11, par exemple du type décrit dans la demande de brevet français N O 89 09694 au nom de la Demanderesse, et une ouverture de sortie 12 pour l'évacuation des fumées et pour le chargement des pièces métalliques à fondre au poste de chargement Chaque four comporte une carcasse métallique 13 et un revêtement intérieur 14 en briques réfractaires La partie d'extrémité tronconique définissant l'ouverture 10 pour le brûleur 11 comporte deux trous de coulée diamétralement opposés 15 normalement obturés par un bouchon sauf lors de l'opération de coulée La carcasse 13 est munie périphériquement de deux arceaux cylindriques 16 coopérant avec des galets d'entraînement en rotation 17. Selon un aspect de l'invention, chaque four étant amené à être transféré en au moins trois postes distincts, chaque four est associé à un berceau de transfert 18 intégrant les galets 17 et un moteur 19 d'entraînement des galets 17 Le berceau 18 est pourvu de moyens permettant la manutention et le transfert de l'ensemble four/berceau, par exemple des crochets pour un déplacement par palan, ou, de préférence des roues à gorge 20 pour déplacer les ensembles sur des rails comportant les aiguillages et les plateaux tournants adéquats (non représentés). Selon un autre aspect de l'invention, la carcasse 13 de chaque four comporte, à son extrémité définissant l'orifice de sortie 12, un flasque 21 permettant le montage, par un flasque 22, d'un élément de guidage de gaz 23, constitué lui-même d'une carcasse métallique externe 24, pourvue avantageusement d'ailettes de refroidissement 30 et d'un revêtement interne réfractaire 25, et convergeant avantageusement vers l'extérieur L'élément 23 comporte des organes, tels que des orifices 26, pour sa manutention. Comme on le voit bien sur la figure 1, selon le procédé de l'invention, un four chargé, au poste C, en pièces métalliques à fondre, figurées par les étoiles est interposé entre un four disposé au poste A pour une étape de fusion et la cheminée 26 Le four au poste D est déjà avantageusement pourvu de l'élément de guidage 23 prolongeant son orifice de sortie 12 de façon à créer, à l'entrée de la cheminée, un effet de trompe avec un appel d'air refroidissant et diluant les fumées à évacuer Le four au poste A, également pourvu d'un organe de raccordement 23, est positionné axialement par rapport au four au poste D de façon à laisser un jeu d entre l'extrémité de l'élément de raccordement 23 et l'entrée de l'orifice d'entrée 10 du four au poste D En effectuant, comme décrit plus haut, la fusion dans le four au poste A, les fumées, évacuées par tirage naturel dans la cheminée 26 ou grâce à une légère mise en surpression du four au poste A, traversent la charge dans le four au poste D actionné en rotation comme le four au poste A, ce qui provoque une élévation en température, sensiblement uniforme, de la charge et de la paroi réfractaire du four au poste D Au niveau de l'interface entre les fours, comme on le voit bien sur la figure 2, le flux de fumée G généré dans le four au poste A est accéléré dans l'élément de raccordement 23 et crée, dans l'orifice d'entrée 10 du four au poste D, un appel d'air, figuré par la flèche F, pour promouvoir la combustion du monoxyde de carbone dans le four de préchauffage au poste D Avantageusement, au moins lors de la deuxième phase de fusion, avec réglage sous- stoechiométrique de la combustion dans le four au poste A, une canne d'injection d'oxygène 27 est introduite dans l'intervalle d pour injecter dans le four au poste D un flux f d'oxygène pur complétant la combustion et la réduction de l'hydrogène dans le four au poste D En variante, pour accélérer le débit de gaz au travers du four au poste D et y augmenter la température, la canne à oxygène peut être remplacée par une canne-brûleur à oxycombustible débitant dans four 27 au poste D. Une fois la fusion effectuée au poste A, le four contenant le métal en fusion est transféré au poste de coulée B o le métal est évacué par le trou de coulée 15, ou bien o le métal fondu est mis au titre en attente de coulée Pendant cette phase, le four au poste D peut être mis momentanément en attente ou entamer immédiatement une phase de fusion Une fois la coulée achevée au poste B, le four est amené au poste de chargement C o il est basculé dans un premier temps pour évacuer le laitier résiduaire par l'orifice 12, et dans un deuxième temps, pour recevoir une nouvelle charge par le même orifice 12 Une fois chargé, le four au poste C est amené au poste D pour fonctionner en duplex avec un four effectuant une opération de fusion au poste A et ayant précédemment été préchauffé au poste D. Comme on le voit sur la figure 3, une installation utilisant deux lignes de fusion (indiquées par les indices 1 et 2) permet d'optimiser l'aménagement au sol puisque les postes de coulée B et de chargement C peuvent être rendus communs aux deux lignes fonctionnant suivant des cycles décalés de la durée d'une opération de coulée et/ou de chargement selon le nombre de fours utilisés. Sur la figure 4, on a représenté les flux de transfert des fours rotatifs dans une installation à au moins trois lignes de fusion, repérés par les indices 1, 2 et 3, partageant deux à deux un poste de chargement C, C', et un poste de coulée B, B', ces derniers pouvant être en outre associés à un poste de maintien en température E o la mise au titre définitif du métal fondu peut être effectuée. On notera à ce propos qu'en prévoyant, -y compris dans une installation à une seule ligne de fusion, un poste d'attente ou de maintien à côté du poste de coulée, des coulées représentant plus que la capacité d'un seul four peuvent être effectuées, le temps d'une phase de fusion selon le procédé de l'invention étant considérablement réduit. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 Procédé d'exploitation d'au moins une ligne de fonderie de métal comportant au moins un four rotatif à brûleur oxycombustible et comprenant les étapes de chargement du four en pièces de métal à fondre, de fusion du métal et de coulée du métal fondu, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins deux fours rotatifs et en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) placer en un premier poste (A) un premier four chargé; b) placer en un second poste (D) un deuxième four chargé; c) effectuer une fusion du métal dans le premier four au premier poste (A); d) faire passer, pendant l'étape c), les fumées du premier four au premier poste (A) au travers du deuxième four au deuxième poste (D) vers une cheminée d'évacuation ( 26) pour préchauffer le métal dans le deuxième four; e) transférer le premier four vers un troisième poste (B), puis, f) effectuer une fusion du métal dans le deuxième four préchauffé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape ultérieure: g) transférer, après coulée, le premier four du troisième poste vers un quatrième poste (C) pour chargement en attente de transfert pour une étape de préchauffage ou de fusion ultérieure. 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième poste (D) est disposé en ligne entre le premier poste (A) et la cheminée ( 26). 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'introduire un gaz contenant de l'oxygène (F,f) dans le deuxième four au deuxième poste (D) pendant au moins une partie de l'étape d). Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de fusion comporte une phase o le brûleur ( 11) brûle un mélange à teneur en oxygène réduite et en ce qu'il comprend l'étape d'introduire, pendant au moins une partie de cette phase, de l'oxygène pur (f) dans le deuxième four au deuxième poste (D). 6 Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre au moins un troisième four, dont le chargement est effectué au quatrième poste (C) pendant les étapes c) et d). 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, après l'étape e), le deuxième four est transféré au premier poste (A) et le troisième four est transféré au deuxième poste (D) pour effectuer un nouveau cycle d'étapes c) et d). 8 Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, pour l'exploitation d'au moins deux lignes de fusion comprenant chacune un premier (A 1, A 2) et un deuxième (D 1, D 2) postes en ligne avec une cheminée d'évacuation ( 261, 262), caractérisé en ce que le troisième poste (B) et le quatrième poste (C) sont communs aux deux lignes. 9 Installation de fonderie comprenant au moins un four rotatif à brûleur oxycombustible ( 11) et une cheminée d'évacuation des fumées ( 26), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux fours rotatifs déplaçables chacun entre différents postes, dont au moins un poste de fusion (A) et un poste de préchauffage (D) disposés en ligne avec la cheminée ( 26) de façon que les fumées du four au poste de fusion (A) soient évacuées vers la cheminée ( 26) au travers du four au poste de préchauffage (D), et un poste de coulée (B) écarté de la ligne. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un poste de chargement (C) écarté de la ligne. 11 Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins cinq fours opérant en deux lignes avec chacune un poste de préchauffage (Dl, D 2) disposé entre un poste de fusion (A 1, A 2) et une cheminée ( 261, 262), le poste de coulée (B) et le poste de chargement (C) étant communs aux deux lignes. 12 Installation selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que chaque four est associé à un berceau de transfert ( 18). 13 Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le berceau de transfert ( 18) comporte des moyens ( 19,17) d'entraînement en rotation du four associé. 14 Installation selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce qu'au moins le four au poste de fusion (A) est muni, à sa sortie ( 12), d'un élément ( 23) de guidage des fumées vers l'entrée ( 10) du four au poste de préchauffage (D). 15 Installation selon l'une des revendications 9 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (d, 27) pour introduire un gaz contenant de l'oxygène (F, f) dans le four au poste de préchauffage (D). 16 Installation selon la revendication 14 et la revendica- tion 15, caractérisée en ce que les moyens d'introduction de gaz sont disposés entre l'élément ( 23) de guidage des fumées du four au poste de fusion (A) et l'entrée ( 10) du four au poste de préchauffage (D). 17 Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce que les moyens d'introduction de gaz comprennent une canne ( 27) d'injection d'oxygène dans l'entrée ( 10) du four au poste de préchauffage (D).