Four cubilot (Cupola Furnace) : conception, fonctionnement, avantages et applications en fonderie

Le four cubilot (cupola furnace) est un dispositif de fusion pour fonte, fer Ni-résistant, certains bronzes. Utilisé en fonderie. Taille variable, diamètre 1,5–13 pieds (0,45–4 m). Forme cylindrique, équipement vertical avec portes basculantes vers le bas et vers l'extérieur pour ouverture fond. Partie supérieure ouverte ou coiffée pour évacuation gaz / protection pluie. Peut être coiffé pour contrôler émissions gaz, les aspirer, les refroidir et éliminer particules.

Enveloppe acier avec doublure brique réfractaire et plastique réfractaire. Mélange argile-sable comme fond de doublure (doublure temporaire). Charbon mélangé à l'argile : à la chauffe, charbon se décompose, liaison devient friable → ouverture deux trous facile. Fond doublure comprimé contre portes fond. Chemises refroidissement sur certains cubilots pour parois froides + injection oxygène pour combustion coke plus chaude.

Four cubilot :

Principe :

Fonctionne sur principe simple : combustion coke génère CO₂ et chaleur → fusion fer. Fer fondu s'écoule vers le bas.

Ensuite, CO₂ partiellement réduit, à nouveau réduit en consommant énergie et coke avec CO, CO₂ et coke fourni présent en équilibre réactionnel → ratio combustion défini pour utilisation énergie thermique combustion coke.

Enfin, haute concentration CO dans gaz d'échappement, extractible du four.

Construction :

Cylindre vertical creux en acier, doublé intérieurement réfractaire. Supporté sur 4 pieds fonte sur base béton. Boîte à vent fonte entoure bas four extérieur. Connectée à tuyau soufflerie (tuyau soufflage). Air (oxygène combustion) forcé dans cubilot par soufflante. Sommet four : tamis + cône pare-étincelles pour évacuation gaz libres, déviation étincelles/poussières vers four.

Fonctionnement :

Opération en étapes :

1. Après construction, séchage complet avant mise à feu. Scories autour tuyères runs précédents nettoyées.
2. Partie cassée réparée mélange sable silice + argile feu. Zone brûlée : couche réfractaire ~15 cm+ damée sur fond incliné vers trou coulée pour meilleur écoulement métal fondu.
3. Trou ~30 mm et trou coulée ~25 mm percés.
4. Feu bois allumé. Bois brûle bien → coke chargé par sommet. Coke doit bien brûler. Lit coke ~1 m (40 inches) sur sable.
5. Soufflage air démarré débit réduit pour activer coke. Tige mesure hauteur lit coke. ~3 h feu avant métal fondu requis.
6. Chargement charge : composition affecte structure fonte grise finale. 10 % acier, 50 % ferraille fonte grise, 3 % calcaire flux.
7. Couches alternées par ces constituants. Outre calcaire : spath fluor, cendre soude comme flux. Fonction flux : éliminer impuretés fer, protéger oxydation.
8. Four chargé complètement → repos ~1 h. Charge chauffe lentement (soufflage arrêté) → fer s'imbibe.
9. Fin trempage : soufflage ouvert. Ouverture sommitale fermée jusqu'à fusion. Quantité suffisante métal collectée. Contenu charge descend au fur et à mesure fusion.
10. Taux chargement = taux fusion. Four maintenu plein pendant chauffe.
11. Arrêt chargement/soufflage quand plus fusion requise. Plaque fond bascule à retrait calage. Scories déposées retirées. Cubilot fonctionne en continu. Période fusion ≤ 4 h généralement. Peut dépasser 10 h.

Avantages :

• Coût construction faible
• Coût maintenance faible
• Coût exploitation faible
• Opérateurs très qualifiés non requis
• Construction simple
• Opérations simples
• Composition fusion contrôlable
• Faible emprise au sol

Inconvénients :

• Difficile de maintenir température constante
• Éléments métalliques convertis en oxydes inadaptés au moulage

Applications :

Cubilot largement utilisé comme unité fusion fonte. Caractéristiques en faisant méthode primaire fonderies :

• Seule méthode continue en opération
• Taux fusion élevé
• Facile à exploiter. Coûts exploitation très bas vs autres méthodes

Malgré ces atouts, usage cubilot décline au profit de fusion par induction électrique.

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