Le four cubilot : conception, fonctionnement et applications en fonderie

Description et principe de base

Un four cubilot (cupola furnace) est un dispositif cylindrique utilisé pour chauffer et fondre des métaux comme la fonte et le bronze. Ces fours à vent ont généralement un diamètre de 0,5 à 4 mètres (1,5 à 13 pieds) et l'aspect extérieur d'une cheminée industrielle. Pour l'opérer, on remplit le cylindre de couches alternées de métal et de coke, en ajoutant des fondants (chaux, adjuvants carbonés). Quand le métal fond, il s'écoule vers le bas et peut être prélevé par un robinet de coulée frontal. Après la coulée, le four est vidé par une trappe de fond pour évacuer le coke résiduel et les scories.

Histoire : de la Chine antique à l'Europe moderne

Des preuves archéologiques suggèrent l'utilisation de fours cubilot en Chine dès le IIIe siècle av. J.-C. Des exemples précoces servaient au coulage du bronze pendant la période des Printemps et Automnes (Chunqiu). En Europe, ils furent utilisés pour la fonte dès le XVIIe siècle. Jusqu'au milieu du XXe siècle, le cubilot resta la méthode principale de coulée de fonte. La plupart des fonderies sont passées aux fours à induction, mais les cubilots restent utilisés dans certains cas.

Déroulement d'une campagne de coulée

Une période d'utilisation d'un cubilot est appelée « campagne ». Au démarrage, du coke est chargé et enflammé. Des tuyères (tuéres) insufflent de l'air dans le coke brûlant, créant un effet de four à vent. L'air porté à haute température permet d'introduire le métal. Des couches supplémentaires de coke maintiennent la chauffe ; de la chaux ou autres fondants limitent l'oxydation.

La chaleur des couches basses monte dans le cylindre, fondant les couches supérieures de métal. Le carbone du coke peut s'allier au métal liquide traversant les zones basses et s'accumuler au fond. Des adjuvants comme le carbure de silicium peuvent augmenter la teneur en carbone. Une fois assez de métal fondu accumulé, l'opérateur ouvre le robinet de coulée pour le verser dans un récipient de réception. Un second robinet, plus haut à l'arrière, évacue les scories.