Qu’est-ce qu’un four de fusion ?
Un four de fusion est un four dans lequel les métaux sont chauffés et fondus.
Il existe différents types de fours de fusion. Les plus courants sont les cubilots pour la fonte ordinaire, les fours électriques et les fours à induction pour la fonte d’acier, la fonte spéciale, l’acier au carbone et l’acier allié, ainsi que les fours à creuset et les fours à réverbère pour les alliages de cuivre et les alliages d’aluminium.
Les fours de fusion dans lesquels les matières premières sont alimentées par le côté du four sont appelés fours à chargement latéral. Les fours de fusion dans lesquels les matières premières sont alimentées par le toit sont appelés fours à chargement par le haut. Il existe deux types de fours : les fours fixes, dans lesquels le four ne bouge pas, et les fours basculants, dans lesquels le four peut être incliné.
Utilisations des fours de fusion
Les fours de fusion sont utilisés pour faire fondre les métaux. Le métal fondu est utilisé comme matière première pour diverses utilisations, telles que la fonte, l’acier moulé, les alliages de cuivre et les alliages d’aluminium. Comme les conditions de fusion varient en fonction du métal, différentes structures de fours et sources de chaleur sont couramment utilisées.
Outre les cubilots, les fours électriques et les fours à creuset, les métaux sont fondus à l’aide de divers fours de fusion, notamment les fours à réverbère, les fours Rupp, les fours à arc et les fours à induction à haute fréquence. Les fours à réverbère ont un rendement thermique très élevé et conviennent à la fusion de grandes quantités. Comme de grandes quantités peuvent être fondues, la fusion peut être réalisée à un coût relativement faible, mais la qualité du métal fondu est médiocre et un traitement séparé du métal fondu est nécessaire.
Dans les fours à creuset, la fusion est réalisée par chauffage indirect. Le métal fondu est donc moins pollué et de meilleure qualité. En revanche, les fours à creuset ne sont pas adaptés à la fusion de grandes quantités.
Principe des fours de fusion
Dans un four de fusion, la matière première est reçue, la matière est fondue, la composition de la matière est mesurée, la composition est ajustée et le métal en fusion est déchargé. L’ajustement des composants implique une variété d’ajustements et contribue à la production de matériaux de haute qualité. Les processus de dégazage et le traitement des résidus en sont des exemples.
Lorsque les matériaux sont dissous, de l’hydrogène est généré par l’eau et d’autres matières organiques contenues dans les matériaux. L’hydrogène gazeux se dissout dans le métal en fusion et forme des pores dans les lingots qui en résultent en raison des changements de température. Le dégazage est un processus qui permet d’éviter ce phénomène. En général, un gaz inerte ou des substances volatiles telles que le chlore sont injectés dans le métal en fusion pour adsorber et éliminer l’hydrogène gazeux.
Le traitement des résidus est un processus qui permet d’éliminer les inclusions indésirables du métal en fusion. Les inclusions sont éliminées par filtrage. Différentes méthodes sont utilisées pour chauffer le four de fusion.
1. Chauffage électrique
Dans le cas du chauffage électrique, si le matériau fondu est un matériau conducteur, un courant électrique passe à travers l’objet, qui est chauffé par effet Joule et fondu.
2. Chauffage par induction
Dans le cas du chauffage par induction, un courant à haute fréquence est envoyé dans une bobine pour créer un champ magnétique puissant. Il génère des courants de Foucault dans le métal en fusion lui-même. Les courants de Foucault génèrent de la chaleur par effet Joule et des pertes par hystérésis.
3. Chauffage par décharge d’arc
Cette méthode permet de chauffer le matériau en fusion au moyen d’une décharge d’arc. Des arcs à haute fréquence sont utilisés car, dans le cas des arcs à courant continu, la matière en fusion est attirée par les électrodes.
4. Chauffage optique
Le chauffage optique est une méthode de chauffage de la matière en fusion qui consiste à placer une source lumineuse à un point focal et à concentrer la lumière à l’autre point focal, la surface réfléchissante étant un ellipsoïde en rotation. Des sources de lumière infrarouge ou autres sont utilisées.
5. Chauffage au gaz
Le chauffage au gaz est une méthode dans laquelle la matière dissoute est chauffée par l’application d’un gaz de combustion tel que l’hydrogène, d’un gaz chauffé à haute température ou d’une vapeur chauffée à la matière dissoute. Cette méthode présente l’inconvénient que le flux de gaz peut affecter la rétention.
Autres informations sur les fours de fusion
1. Caractéristiques des fours à induction
Parmi les différentes méthodes de chauffage, le chauffage par induction est de plus en plus utilisé en raison de ses avantages environnementaux, tels qu’un rendement élevé sans émission de gaz d’échappement. Les fours à induction présentent plusieurs caractéristiques
Fusion efficace
Le chauffage direct du métal en fusion par induction électromagnétique garantit une fusion très efficace.
Bon environnement de travail
Par rapport aux fours à combustion, les fours à induction produisent moins de fumée et améliorent donc l’environnement de travail.
Fusion rapide
Une fusion rapide est possible, en particulier dans les fours à induction à moyenne et haute fréquence.
Réduction des émissions de CO2
Le chauffage étant effectué à l’aide d’électricité, les émissions de CO2 sont réduites.
2. Fours de fusion d’aluminium
Les fours de fusion pour l’aluminium chauffent les lingots, la ferraille et d’autres matériaux en aluminium à des températures d’environ 700-800 °C et les font ensuite fondre. Des exemples de fours de fusion sont présentés ci-dessous.
Fours de fusion à immersion
Il s’agit d’une méthode de chauffage indirecte utilisant un brûleur à immersion. Comme la production d’oxyde peut être supprimée, la qualité du métal fondu peut être maintenue, la précision de la température est excellente et l’énergie est économisée.
Fours de fusion compacts
La chambre de fusion et la chambre de maintien sont disposées verticalement pour réduire la surface d’installation. Les oxydes présents dans le four peuvent être facilement nettoyés. Cela améliore la qualité du métal fondu, réduit la fréquence des réparations du four de fusion et prolonge sa durée de vie.
Grands fours de fusion en continu
Les fours de fusion centralisés de type tour alimentent en aluminium fondu les fours de maintien de plusieurs machines de coulée.