5 façons d'économiser l'énergie lors de la fusion et du transfert du métal

Efficacité de la fonderie d'aluminium : guide pratique pour gérer les points sensibles sur le plan de l'énergie

Il est bien connu que les opérations de coulage sous pression de l'aluminium sont énergivores. En fait, environ 25 % du coût total des pièces coulées sous pression sont liés à la consommation d'énergie. Identifier les « points sensibles » sur le plan de l'énergie et répondre aux problèmes qu'ils posent peut donc faire une énorme différence pour le rapport coût-efficacité et la rentabilité de manière globale.

C'est précisément pour cela que ce guide examine de plus près la fusion et le transfert de l'aluminium liquide. Les processus énergivores ne sont en aucun cas limités à ce domaine spécifique, mais une quantité substantielle d'énergie est nécessaire pour faire fondre la ferraille et les lingots, et maintenir le métal fondu à la bonne température. À tel point que des données suggèrent que l'atelier de fusion à lui seul peut représenter jusqu'à 77 % de la consommation totale d'énergie dans une fonderie de moulage sous pression.

Pour vous aider à réaliser des économies qui pourraient faire une grande différence pour votre entreprise, voici 5 éléments à considérer lorsqu'il s'agit de réduire la consommation d'énergie et les émissions de carbone dans votre fonderie d'aluminium :

1) Utilisez les données pour identifier le potentiel d'économie

La nature des processus impliqués fait que l'atelier de fusion est une première étape logique lors de la recherche de moyens de réduire la consommation d'énergie. Mais l'une des meilleures stratégies pour déterminer exactement où se trouvent les plus grandes potentiels d'amélioration est de tirer parti de ce qui est sans doute en train de devenir la plus grande ressource d'une fonderie de moulage sous pression : les données.

La plupart des équipements de fonderie, y compris les fours de fusion et les fours de dosage, ont désormais une ligne de production « prête pour l'industrie 4.0 », ce qui signifie que les machines sont pré-équipées pour collecter et fournir des données sur les performances. Pour les équipements anciens, qui ne sont pas dans la catégorie « prêt pour l'industrie 4.0 », il existe une technologie dite passerelle, comme la solution NoriGate de Norican, qui peut être adaptée à n'importe quelle machine afin de tirer parti des mêmes données. Une vue basée sur les données de l'ensemble de la ligne de moulage sous pression est désormais possible et peut être mise en œuvre.

Parmi les données cruciales qui peuvent être débloquées de cette manière, et affichées et analysées en temps réel avec des outils comme Monitizer, figurent des KPI de production qui peuvent être comparés à l'énergie consommée afin d'identifier les problèmes potentiels et/ou la technologie ne fonctionnant pas à plein potentiel d'efficacité.

Surveillez votre poids :

Un ensemble de données en particulier peut s'avérer très révélateur. Il s'agit d'utiliser les cellules de charge du four pour mesurer le poids de la matière chargée dans le four ou le poids de l'aluminium liquide qui en sort et de recouper ces mesures avec l'énergie utilisée pendant la même durée. Les informations obtenues aident à identifier rapidement des performances sous-optimales qui pourraient bien être causées par un remplissage et une répartition de la matière inefficaces (voir point 2).

 

Les solutions numériques vont faire l'objet d'une couverture plus approfondie de notre part, à mesure que cette série d'articles va évoluer. Nous examinerons en particulier les implications pour l'amélioration du temps de disponibilité, de la qualité et de la productivité. Gardez un œil sur notre page consacrée à la « formule d'efficacité de fonderie » pour des mises à jour.

2) Vérifiez que le remplissage de votre tour est optimisé

Les fours de fusion à tour, notamment pour l'aluminium, sont généralement considérés comme les fours les plus économes en énergie du marché. En effet, ils combinent le préchauffage, le chauffage et la fusion en une seule unité et fonctionnent selon un principe de contre-courant bénéfique : les gaz d'échappement chauffent progressivement la matière première froide chargée en haut au fur et à mesure qu'elle se déplace vers le bas, minimisant le temps nécessaire à température élevée (forte consommation d'énergie) pour terminer le processus de fusion.

Petite illustration : avec une consommation d'énergie de 540 kWh/t, un four de fusion à tour StrikoMelter d'une capacité de fusion annuelle d'environ 14 000 t produit 860 t de CO2 de moins par an que l'autre technologie de fours de fusion disponible sur le marché européen.

Mais même les fours à tour peuvent être rendus plus efficaces. En particulier en s'intéressant au remplissage de la tour et à la répartition de la matière dans la tour. L'espace inexploité est de l'énergie gaspillée. Voici 3 éléments que vous devriez examiner pour vous assurer que le remplissage est aussi efficace que possible :

Conseil : assurez-vous qu'une benne de chargement pleine est toujours prête à être placée dans l'unité de chargement, de sorte que le four puisse être chargé à tout moment, comme le système l'aura déterminé.

Envisagez l'automatisation

L'utilisation d'un système de scanner et de pesée de tour pour surveiller en continu les niveaux de charge et gérer automatiquement le processus de remplissage peut entraîner des économies d'énergie allant jusqu'à 4 %. Lorsque ce type de surveillance du niveau à technologie laser a été installé dans le cadre d'un projet de modernisation complet chez Skoda Auto sur son site de Mladá Boleslav, en République tchèque, il a permis de réduire la consommation d'énergie jusqu'à 10 %.

Conseil : ne chargez pas une tour vide avec des matières lourdes afin d'éviter d'endommager le revêtement réfractaire.

Veillez au mélange de matière de charge

Un ratio de 50 % de retours et 50 % de lingots garantit les meilleures conditions de remplissage pour une utilisation de l'énergie et un rendement en métal optimaux. Dans la mesure du possible, utilisez des lingots plus petits pour le chargement afin d'obtenir une meilleure utilisation de l'espace et de maximiser la surface disponible pour le transfert de chaleur par rapport aux lingots plus gros.

Coup de projecteur sur une solution : le StrikoMelter BigStruc est un exemple dans lequel un déflecteur de gaz chauds est également utilisé pendant le processus de fusion, pour aider à réduire les pertes de chaleur lors de la refonte de grandes pièces structurelles.

Utilisez une baffle

Une autre façon de réduire la consommation d'énergie est de maximiser la rétention de chaleur en couvrant la tour pour empêcher l'énergie de s'échapper sans l'exploiter. Un déflecteur de gaz chauds (baffle de la tour) est principalement utilisé pour retenir la chaleur pendant les périodes de fusion libre pour le nettoyage de la chambre de fusion. Il a été démontré que cela réduisait la consommation d'énergie pendant les opérations de fusion libre jusqu'à 15 %. 

3) Assurez-vous que les durées de fusion courtes ne gaspillent pas l'énergie

La coulée sous pression d'aluminium est plus économe en énergie à un taux d'utilisation élevé. Le problème est qu'il est assez courant que les fonderies d'aluminium fondent à moins de 100 % de leur capacité pour un certain nombre de raisons, allant de la maintenance de la ligne au développement de nouveaux projets.

Cela se traduit souvent par des durées de fusion courtes ou interrompues qui sont très inefficaces. De l'énergie est perdue pendant les intervalles intermédiaires et il faut en consommer à nouveau pour remonter en température. En plus de consommer plus d'énergie, le processus peut également générer une qualité de métal inférieure en raison de l'oxydation et de la formation de laitier. Une situation perdant/perdant.

Néanmoins, une faible utilisation ne signifie pas nécessairement des durées de fusion plus courtes. Au contraire, passer à des durées de fusion plus longues lors d'une faible utilisation, où la fusion et le maintien sont automatiquement appliqués de la manière la plus économe en énergie, peut réduire la consommation d'énergie jusqu'à 20 %.

Coup de projecteur sur une solution : le contrôle d'efficacité de charge partielle de StrikoWestofen, un système de contrôle des brûleurs dédié, a été développé pour éviter ce type de gaspillage au démarrage/à l'arrêt. Il est particulièrement avantageux lorsque les fours de fusion fonctionnent en dessous de 75 % de leur capacité.

4) Gardez le cap pour gaspiller moins, c'est un tout

Rester au top de la maintenance peut avoir un impact dramatique sur la consommation d'énergie. C'est une autre raison pour laquelle les solutions de gestion numérique qui utilisent et visualisent les données d'équipement peuvent être si précieuses. En effet, elles peuvent aider à signaler quand et où une maintenance peut être nécessaire pour éviter une perte de performances… ou pire, un temps d'arrêt (là encore, un sujet que nous étudierons plus en détail ultérieurement dans cette série d'articles).

Et souvent, les grandes économies d'énergie ne viennent pas d'un seul élément important, mais d'une accumulation de petites choses. Par exemple :

  • Entretenir le joint d'étanchéité sur les portes du four peut sembler être un tout petit détail, mais même cela peut générer une économie d'énergie de 1 %. Associé à la porte de nettoyage auto-scellante, le joint d'étanchéité offre une étanchéité parfaite. Le fait de disposer d'un joint étanche permet d'économiser de l'énergie en réduisant les pertes de chaleur pendant la fusion et le maintien, tout en empêchant la pénétration d'air qui pourrait entraîner une oxydation et la formation de corindon.
  • Un brûleur efficace est synonyme de meilleure efficacité. Un brûleur bien réglé avec un rapport air-combustible stœchiométrique peut faire économiser jusqu'à 2 % d'énergie par rapport à un brûleur utilisant un surplus d'air trop important. Ceci est dû au fait qu'un excès d'air, c'est-à-dire de l'air inutile pour le processus de combustion, abaisse la température de la flamme et rend le transfert de chaleur moins efficace.

Le saviez-vous ? Un réglage de brûleur quasi-stœchiométrique est maintenant inclus en standard sur les fours StrikoMelter PurEfficiency et BigStruc de StrikoWestofen. Cela aide les fonderies à utiliser environ sept kilowattheures d'énergie en moins par tonne de métal.

5) Gardez la chaleur – utilisez un couvercle lors du transfert de métal et du dosage

Nous avons déjà mentionné l'avantage sur le plan de l'efficacité énergétique de conserver la chaleur dans la tour pour éviter des pertes thermiques inutiles. Mais qu'en est-il lorsque l'aluminium fondu chaud est prêt à être transféré vers le four de dosage ou de maintien ?

Bien qu'elles soient préchauffées, la plupart des poches de transfert généralement utilisées pour effectuer cette tâche sont découvertes, ce qui entraîne des pertes de chaleur et un gaspillage d'énergie. Le métal fondu doit souvent être surchauffé pour compenser, une solution qui a le potentiel effet négatif de dégrader la qualité du métal.

Conseil : en plus d'être beaucoup plus sûr, un système de transfert de métal fermé comme le Schnorkle atténue ce problème d'efficacité en maintenant l'aluminium fondu à une température constante. Les solutions de transfert scellées hermétiquement minimisent également le contact avec l'atmosphère pour une qualité de métal optimale, ce qui à son tour a un effet sur la productivité : meilleure qualité du métal en entrée, meilleure qualité des pièces coulées en sortie, utilisation plus efficiente et efficace de l'énergie.

Autres systèmes couverts : comme pour le transfert de métal depuis le four de fusion primaire, les systèmes de maintien et de dosage de l'aluminium liquide couverts sont également beaucoup plus économes en énergie car ils éliminent le risque de perte de température inutile. La consommation d'énergie pour ce processus peut ainsi être réduite d'environ 2/3. Les systèmes de dosage fermés peuvent également avoir un impact dramatique sur la perte et la qualité des métaux.

Le saviez-vous ? Le four de dosage sans creuset Westomat de StrikoWestofen utilise seulement un tiers de l'énergie requise par un système de poche classique, limite la perte de métal à seulement 0,06 %, élimine les fluctuations de température et a un taux de disponibilité de 98 % en raison d'exigences de maintenance réduites au minimum et de sa durabilité.          

 

Contactez-nous

Contact Us

Trouvez votre personne de contacte la plus proche

Avec des représentants dans 50 pays, nous avons le pouvoir de façonner l'industrie. Globalement.

Nos sites

Vos coordonnées

Téléchargements connexes