OA20744A - Four de fusion d'alliages ferreux de recyclage fonctionnant aux résidus agricoles et son procédé de fabrication. - Google Patents

Abstract

Le four de fusion d’alliages ferreux de recyclage fonctionnant aux coques noix de palmiste objet de cette innovation technique a fait l’objet des tests concluants. Des pièces usagées en acier et en fonte ont pu être fondues dans le four en utilisant les coques de noix de palmistes comme combustible. Son utilisation n’est pas limitée et conditionnée. C’est un équipement qui permet aussi bien de refondre des alliages ferreux de recyclage ou de réduire un minerai d’oxydes de fer en donnant une fonte blanche ou grise selon la conduite de la fusion. Il peut être utilisé dans un petit atelier ou dans un petit espace au sein d’une entreprise de fonderie ou de production d’alliages ferreux. Il est fabriqué en tôles d’acier avec un garnissage intérieur fait en deux couches constituées de béton léger et de sable silico-argileux donc l’épaisseur est variable de la base au sommet. Son chargement est fait par un skip dont les roues sont guidées en translation dans des cornières en U faisant office de rails. Le skip est relié par des câbles en acier tressé tournant autour de deux poulies au sommet et s’enroulant sur un treuil positionné à hauteur d’un homme 10 travaillant debout et actionné manuellement. Deux poches entonnoir à chicanes complètent le sommet du dispositif afin d’assurer la captation des imbrulés et particules de poussière tout en assurant le passage des fumées quand la porte du gueulard est fermée pendant le fonctionnement. Ces poches disposent à leur base de couvercles amovibles qu’on ouvre régulièrement pour vider leur contenu après avoir pris soin d’ouvrir la porte du gueulard. La 15 ventilation est assurée par un ventilateur centrifuge entrainé par un variateur mécanique lui-même entrainé par un moteur électrique de deux chevaux. Sur le tube principal d’envoi d’air dans le four au moyen de quatre tuyères inclinées à 15° est montée une vanne permettant d’envoyer ou de bloquer de l’air pour l’alimentation du four. La conicité de la partie supérieure du four permettant la réverbération de la chaleur sur les matériaux à fondre, l’usage 20 de résidus de l’agro-industrie de l’huile de palme ou déchets de l’agriculture en occurrence les coques de noix de palmiste comme combustible en lieu et place du coke métallurgique nocif pour l’environnement et enfin la polyvalence d’emploi du four à savoir fusion de la ferraille ou obtention de fonte partant du minerai suite à la large gamme de sélection de vitesse au niveau du variateur et donc sélection des débits d’air sont un plus indéniable que ne peut 25 permettre tous les autres modèles suscités.

Description

Titre : Four de fusion d'alliages ferreux de recyclage fonctionnant aux résidus agricoles et son procédé de fabrication.

Abrégé :

Le four de fusion d’alliages ferreux de recyclage fonctionnant aux coques noix de palmiste objet de cette innovation technique a fait l’objet des tests concluants. Des pièces usagées en acier et en fonte ont pu être fondues dans le four en utilisant les coques de noix de palmistes comme combustible. Son utilisation n’est pas limitée et conditionnée. C’est un équipement qui permet aussi bien de refondre des alliages ferreux de recyclage ou de réduire un minerai d’oxydes de fer en donnant une fonte blanche ou grise selon la conduite de la fusion. Il peut être utilisé dans un petit atelier ou dans un petit espace au sein d’une entreprise de fonderie ou de production d’alliages ferreux. Il est fabriqué en tôles d’acier avec un garnissage intérieur fait en deux couches constituées de béton léger et de sable silico-argileux donc l’épaisseur est variable de la base au sommet. Son chargement est fait par un skip dont les roues sont guidées en translation dans des cornières en U faisant office de rails. Le skip est relié par des câbles en acier tressé tournant autour de deux poulies au sommet et s’enroulant sur un treuil positionné à hauteur d’un homme 10 travaillant debout et actionné manuellement. Deux poches entonnoir à chicanes complètent le sommet du dispositif afin d’assurer la captation des imbrulés et particules de poussière tout en assurant le passage des fumées quand la porte du gueulard est fermée pendant le fonctionnement. Ces poches disposent à leur base de couvercles amovibles qu’on ouvre régulièrement pour vider leur contenu après avoir pris soin d’ouvrir la porte du gueulard. La 15 ventilation est assurée par un ventilateur centrifuge entraîné par un variateur mécanique lui-même entraîné par un moteur électrique de deux chevaux. Sur le tube principal d’envoi d’air dans le four au moyen de quatre tuyères inclinées à 15° est montée une vanne permettant d’envoyer ou de bloquer de l’air pour l’alimentation du four.

La conicité de la partie supérieure du four permettant la réverbération de la chaleur sur les matériaux à fondre, l’usage 20 de résidus de l’agro-industrie de l’huile de palme ou déchets de l’agriculture en occurrence les coques de noix de palmiste comme combustible en lieu et place du coke métallurgique nocif pour l’environnement et enfin la polyvalence d’emploi du four à savoir fusion de la ferraille ou obtention de fonte partant du minerai suite à la large gamme de sélection de vitesse au niveau du variateur et donc sélection des débits d’air sont un plus indéniable que ne peut 25 permettre tous les autres modèles suscités.

Figure 1

O.A.P.I. - B.P. 887, YAOUNDE (Cameroun) - Tel. (237) 222 20 57 00-Site web: http:/www.oapi.int- Email: oapi(®oapi.int

DESCRIPTION DE L’INVENTION

Introduction

La présente invention concerne un four de fusion d’alliages ferreux de recyclage utilisant les coques de noix de palmiste comme combustible et pouvant produire 153 kg de fonte liquide par heure à la cadence de trois heures de fonctionnement par jour.

Dans le but de produire du métal liquide de seconde fusion dans l’industrie ou chez les artisans ; on utilise principalement deux types de sources d’énergie dans les fours. L'énergie électrique qui est utilisée dans les fours à résistance ou à induction et l'énergie thermique résultant de la combustion du coke métallurgique, du gaz naturel ou du charbon de bois ; c’est le cas du cubilot, du four tournant ou du four à creuset. La particularité des fours électriques est qu’ils ont pour atouts d’être propres et n’émettent pas de gaz polluants pendant leur fonctionnement mais nécessitent en retour une disponibilité satisfaisante de l’offre électrique en termes de puissance et de régularité ce qui n’est pas toujours le cas pour nos pays sous développés. Quant aux fours à combustibles précédemment cités, l’usage du coke métallurgique ou du gaz naturel qui sont des combustibles fossiles contribuent à la détérioration de l’environnement de par leur rejet de gaz carbonique conduisant ainsi au réchauffement climatique de la planète. Les fours fonctionnant au charbon de bois quant à eux entraînent un effet induit de déforestation.

Le four de fusion d’alliages ferreux de recyclage qui a été ici inventé a ceci de particulier qu’il peut fonctionner en utilisant comme combustible, les sous produits de l’agriculture en l’occurrence les coques de noix de palmiste tout en atteignant les températures d’environ 1450°C. Essentiellement, dans le cas d'un four de maintien ou de refonte, le but commun visé est le transfert optimal de l'énergie d'une source chaude vers un puits froid qui est le métal ; la technologie diffère ainsi d’un four à l’autre. Pour ce qui est des fours à combustible, au niveau du four rotatif qui est une cuve horizontale cylindrique dans laquelle la charge métallique est chauffée par un brûleur situé au niveau d'un côté du four, les fumées quittent le four de cuisson par le côté opposé. Pour générer la chaleur nécessaire, du gaz naturel est utilisé en combinaison avec l'air ou de l'oxygène pur. Un mécanisme de basculement permet au four d'être soulevé selon un certain angle ou dans une position verticale. Cette position est utilisée pour le chargement du four avec une benne à fond ouvrant ou un couloir vibrant, et pour la réparation et le renouvellement du garnissage. Au cours du réchauffage et de la fusion, le four est mis en rotation lentement pour permettre le transfert et la répartition de chaleur. La fusion est rapide grâce à la faible inertie thermique de ces fours et à leur rotation qui accélère les échanges thermiques.

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Dans le cubilot qui est un four à cuve réfractaire dans lequel la charge métallique est chauffée par la combustion du coke qui se produit dans la partie inferieure de la cuve (la sole). L'air de combustion, amené par les ventilateurs, est injecté dans la sole par Γintermédiaire d'un certain nombre de tuyères. Le métal (fonte en gueuse, déchets d'acier, déchets de fonte, retours de fonderie), le coke, les éléments d'alliage (par exemple du FeSi, du SiC), un agent de formation de laitier (SiO₂) et un fondant (par exemple du CaCO₃) sont introduits dans la cuve par l'intermédiaire d'un gueulard au niveau de la partie supérieure de la cuve. Les gaz de combustion se déplacent vers le haut depuis la sole et s'échangent la chaleur avec la charge, avant de quitter le four par l'intermédiaire de la cheminée du cubilot. Lorsque la charge préchauffée arrive dans la zone de combustion, les parties métalliques fondent en raison des températures élevées, et le coke chargé commence à brûler en présence de l'oxygène. Les gouttelettes de métal fondu s'écoulent à travers le lit de coke et se rassemblent dans la zone appelée puits, qui se trouve en dessous de la zone de combustion. Toutes les impuretés sont piégées dans le laitier. Une fois que le métal liquide dans le creuset a atteint un certain niveau, un trou de coulée est ouvert. Le métal s'écoule de façon discontinue à travers le trou de coulée, via un canal ou un chenal de coulée réfractaire jusque dans un récipient de collecte ou poche de coulée séparée.

a) Description sommaire

Le four de fusion d’alliages ferreux de recyclage objet de cette invention est un petit cubilot à vent froid avec une capacité de production de 0 ,153 tonnes de métal liquide par heure contrairement aux cubilots industriels ou la production atteint les 12 tonnes par heure. Cette invention au regard de la cadence du tonnage produit, avec une source d’énergie locale disponible et bon marché correspond bien aux artisans et petits exploitants de fonderie d’alliages ferreux pour la production de pièces diverses de quincaillerie ou de machines. La transmission du savoir-faire dans le domaine de la métallurgie de fonderie d’alliages ferreux dans les écoles d’ingénieurs est un autre débouché d’utilisation de l’invention comme outil didactique.

Les dessins annexés illustrent l’invention :

La figure 1 représente l’ensemble du dispositif de l’invention avec ses principales parties élémentaires.

La figure 2 représente le dispositif permettant d’envoyer de l’air sous pression dans le four La figure 3 représente la vue en coupe du garnissage réfractaire montrant la couche de sable silico-argileux, la couche du béton léger et la paroi en acier

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La figure 4 représente la vue en coupe du four avec le skip de chargement monté sur les rails de guidage

La figure 5 représente la vue de face du dispositif de l’invention

La figure 6 représente la vue en coupe du variateur de vitesse accouplé au ventilateur centrifuge

b) Description proprement dite

Le four de fusion d’alliages ferreux de recyclage utilisant les coques de noix de palmiste comme source d’énergie objet de cette invention permet l’obtention de fonte liquide par un transfert optimum de la chaleur produite à la ferraille à fondre. Ce transfert est accentué par la réverbération des gaz chauds au niveau des parois de la partie supérieure du four suite à l’inclinaison de ces derniers d’un angle de 15°. Le chargement se fait axialement et la captation des fumées se fait latéralement par deux tubes en acier de 4 cm qui débouchent sur deux cylindres de 12 cm de diamètre. Notre four se présente comme un réacteur où se réalise un contre courant gaz-solides. Les charges métalliques s’échauffent au fur et à mesure de leur descente jusqu’à la zone de fusion ou elles passent à l’état liquide.

Le dispositif de la présente invention comporte à la partie supérieure, un fût ou colonne surmonté d’une ouverture de 16 cm de diamètre (gueulard) permettant de charger successivement en couches alternées le combustible et les matières métalliques préalablement débitées en morceaux n’excédant pas 12 cm pour éviter l’obstruction lors du chargement. A la partie inférieure se trouve une rangée de tuyères raccordées à une boîte à vent pour injecter l’air de combustion soufflé par un ventilateur et couplé à un variateur mécanique entraîné par un moteur électrique ; un creuset garni de réfractaire à la base de la colonne permet de recueillir la fonte liquide. Au niveau du creuset, on a ménagé un trou de coulée de fonte qui débouche sur un chenal et un orifice de décrassage débouchant lui aussi sur un chenal pour la coulée du laitier. Ces deux orifices sont obturés pendant la fusion par des bouchons de terre réfractaire. Le fond du creuset est fermé par une porte qu’on peut ouvrir pour vider le cubilot après la fin des opérations.

La production horaire de 153 kg/h de fonte liquide de ce four est obtenue avec un volume de préchauffage de 38,25 1 sous un débit de vent pouvant varier de 120 à 500 m³ par heure grâce à la variation de vitesse mécanique du ventilateur centrifuge. La pression de vent à la sortie des tuyères est comprise entre 5000 et 6800 Pa. L’indice de capacité de préchauffage du four est de 0,25 m³ par tonne

Pour une opération de fusion, le procédé de fonctionnement suit les étapes suivantes :

Etape 1 : La porte de détournement étant fermée, on constitue la sole en tassant du sable silico-argileux naturel (hauteur sole = 9 cm)

Etape 2 : On introduit dans le four (par le gueulard), des morceaux de bois de dimensions moyennes (63x49x43,67x57x45, 64x55x44). Ces derniers remplissent la moitié inférieure du four. La masse correspondante de ces morceaux de bois est de 4,65 Kg (+ ou - 0,05).

Etape 3 : On allume la charge de bois par la porte d’allumage.

Etape 4 : Après 25 minutes, on ferme toutes les portes.

Etape 5 : On donne du vent afin d’accélérer la formation des braises tout en suivant au moyen des ringards le niveau du lit de braises par rapport à celui des tuyères. Le temps correspondant à cette phase est de 10 minutes.

Etape 6 : Le niveau des braises (charbon de bois incandescent) étant parvenu à celui des tuyères, on introduit la charge de coques de palmiste correspondant à la hauteur de paillasse valant 58 cm partant du bas du creuset et on donne le vent aux tuyères ; Au dessus de la paillasse, on introduit une charge de base de fondant (la chaux) de 2,5 kg;

Etape 7 : La ferraille, la chaux et le combustible préalablement pesés et disposés en paquets sont par la suite enfournés en charges alternées.

Etape 8 : On surveille la fusion au moyen des ringards placés au niveau des portes des tuyères et dès qu’on aperçoit le laitier au niveau des tuyères, on ouvre le trou du laitier et celui-ci s’échappe.

Etape 9 Quand la fonte liquide a rempli le creuset, on perce le trou de coulée et celle-ci s’écoule le long du chenal de coulée pour être recueillie dans un pot de coulée.

Claims (5)

1. I- Four de fusion d’alliages ferreux de recyclage caractérisé en ce qu’il utilise les coques de noix de palmiste responsable de la production de chaleur ; ce combustible introduit alternativement en lit avec des charges de ferrailles est maintenu en place par une enceinte thermiquement isolante à l’intérieur d’une virole métallique (27) et la moitié supérieure du four (6) conique permet de concentrer la chaleur par réverbération sur la ferraille à fondre et de la préchauffer
2. 2- Four de fusion d’alliages ferreux selon la revendication 1 caractérisé en ce que la base du four est munie d’une porte manœuvrable par un levier (1 1) qui permet de détourner le four en fin d’opération et d’un chenal (12) pour la coulée du métal fondu lui-même orienté à 90° par rapport au chenal (3) qui sert pour la coulée de laitier
3. 3- Four de fusion d’alliages ferreux selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu’il comprend d’un côté un skip (21) monté sur les rails (20) qui permet d’introduire les charges dans la colonne et de l’autre côté par rotation d’angle de 90°, un ventilateur centrifuge (15) entraîné par un variateur mécanique (17) lui-même entraîné par un moteur électrique (18) de trois chevaux qui permet de souffler de l’air sous pression ;
4. 4- Four de fusion d’alliages ferreux selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce qu’il comprend un garnissage intérieur fait en deux couches constituées de béton léger (32) et de sable silico-argileux (31) donc l’épaisseur est variable de la base au sommet ;
5. 5- Four de fusion d’alliages ferreux selon les revendications 1,2,3 et 4 caractérisé en ce que le skip est relié par des câbles en acier tressé tournant autour de deux poulies au

   67sommet et s’enroulant sur un treuil positionné à hauteur d’un homme travaillant debout et actionné manuellement ;

   Four de fusion d’alliages ferreux selon les revendications 1,2 et 3 caractérisé en ce qu’il comprend deux poches entonnoir à chicanes au sommet permettant la captation des imbrulés et particules de poussière tout en assurant le passage des fumées quand la porte du gueulard est fermée Ces poches disposant à leur base de couvercles _t X » ...

   amovibles qu’on ouvre régulièrement pour vider leur contenu après avoir pris soin d’ouvrir la porte du gueulard.

   Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que pour réaliser la fusion de la ferraille, la porte de défournement est fermée et la sole en sable silico argileux est tassée dessus ; le four est alors rempli dans sa moitié inférieure par des morceaux de bois qu’on enflamme ensuite par la porte d’allumage et on envoie le vent ; dès qu’on observe les braises par les ringards au niveau des tuyères, on introduit alors la charge de coques de noix de palmiste servant de paillasse de fusion et au-dessus on met des couches alternées de coques de noix, de chaux et de ferrai Ile préalablement pesés ; puis quand on voit par les ringards que le métal liquide a rempli le creuset, on perce le trou de coulée pour qu’il s’écoule le long du chenal de coulée pour être recueilli.

   ABREGE DESCRIPTIF

   Le four de fusion d’alliages ferreux de recyclage fonctionnant aux coques noix de palmiste objet de cette innovation technique a fait l’objet des tests concluants. Des pièces usagées en acier et en fonte ont pu être fondues dans le four en utilisant les coques de noix de palmistes comme combustible. Son utilisation n’est pas limitée et conditionnée. C’est un équipement qui permet aussi bien de refondre des alliages ferreux de recyclage ou de réduire un minerai d’oxydes de fer en donnant une fonte blanche ou grise selon la conduite de la fusion. Il peut être utilisé dans un petit atelier ou dans un petit espace au sein d’une entreprise de fonderie ou de production d’alliages ferreux.

   Il est fabriqué en tôles d’acier avec un garnissage intérieur fait en deux couches constituées de béton léger et de sable silico-argileux donc l’épaisseur est variable de la base au sommet. Son chargement est fait par un skip donc les roues sont guidés en translation dans des cornières en U faisant office de rails. Le skip est relié par des câbles en acier tressé tournant autour de deux poulies au sommet et s’enroulant sur un treuil positionné à hauteur d’un homme travaillant debout et actionné manuellement. Deux poches entonnoir à chicanes complètent le sommet du dispositif afin d’assurer la captation des imbrulés et particules de poussière tout en assurant le passage des fumées quand la porte du gueulard est fermée pendant le fonctionnement. Ces poches disposent à leur base de couvercles amovibles qu’on ouvre régulièrement pour vider leur contenu après avoir pris soin d’ouvrir la porte du gueulard. La ventilation est assurée par un ventilateur centrifuge entraîné par un variateur mécanique luimême entraîné par un moteur électrique de deux chevaux. Sur le tube principal d’envoi d’air dans le four au moyen de quatre tuyères inclinées à 15° est montée une vanne permettant d’envoyer ou de bloquer de l’air pour l’alimentation du four. La conicité de la partie supérieure du four permettant la réverbération de la chaleur sur les matériaux à fondre, l’usage de résidus de l’agro industrie de l’huile de palme ou déchets de l’agriculture en occurrence les coques de noix de palmiste comme combustible en lieu et place du coke métallurgique nocif pour l’environnement et enfin la polyvalence d’emploi du four à savoir fusion de la ferraille ou obtention de fonte partant du minerai suite à la large gamme de sélection de vitesse au niveau du variateur et donc sélection des débits d’air sont un plus indéniable que ne peut permettre tous les autres modèles suscités.