I. Contexte du projet et spécifications de l'équipement

Cette étude de cas concerne un four de fusion d'aluminium à basculement par résistance électrique destiné au marché yéménite, modèle WDL-GRQ-1500. L'équipement est conçu pour la fusion de métaux non ferreux et d'alliages à bas point de fusion, avec les alliages d'aluminium comme matériau de traitement typique. Le four a une capacité nominale de 1 500 kilogrammes et adopte un chauffage par résistance électrique, équipé d'un système de basculement hydraulique pour la décharge de l'aluminium en fusion.

Le système électrique est configuré pour une alimentation triphasée de 380V/50Hz, avec une alimentation de commande de 220V/50Hz, utilisant une connexion triphasée à cinq fils. L'acheteur est tenu de fournir une alimentation électrique stable avec une fluctuation de tension dans la limite de ±10% et une fluctuation de fréquence ne dépassant pas ±3 Hz. Cette condition de compatibilité réseau nécessite une vérification par rapport à la situation de l'alimentation électrique industrielle locale au Yémen avant l'installation.

II. Structure du four et configuration réfractaire

La coque du four est construite à partir de tôles d'acier et d'acier profilé soudés en une structure cylindrique, avec des soudures continues à pleine pénétration dans toutes les zones de jonction pour assurer l'intégrité de la coque. Le revêtement est divisé en deux zones distinctes fonctionnellement : la paroi latérale et le fond du four.

Le revêtement de la paroi latérale utilise une structure composite : la couche la plus interne se compose de modules de fibres d'aluminosilicate comme isolation, avec la couche de travail construite à partir de briques réfractaires super-légères d'une densité de 0,6 g/cm³. De la poudre de vermiculite est remplie dans les joints des briques et le support pour réduire la conductivité thermique. Les éléments chauffants, fabriqués en fil d'alliage à haute résistivité OCr27A17MO2, sont intégrés dans la paroi latérale et contrôlés comme une seule zone – ce qui signifie que toute la chambre du four utilise une seule zone de contrôle de température, adaptée aux scénarios où une uniformité de température extrême n'est pas requise mais où un contrôle simplifié est préféré.

Le fond du four est construit à partir d'un matériau réfractaire coulé en une seule fois. Comparée aux fonds maçonnés, la structure monolithique coulée offre une durée de vie plus longue en termes de résistance à la pénétration de l'aluminium et au choc thermique. Un trou de vidange d'urgence est conçu au bas de la paroi latérale pour permettre une vidange d'urgence en cas de fuite d'aluminium, servant de caractéristique de redondance de sécurité pour les fours de fusion.

III. Creuset en graphite et système de chauffage

Le creuset est un creuset en graphite de marque Morgan, qui jouit d'une forte reconnaissance sur le marché dans le secteur de la fusion des métaux non ferreux. La durée de vie du creuset indiquée dans la proposition est de 6 mois ou plus, en fonction des conditions d'exploitation réelles, y compris la méthode de chargement, la plage de maintien de la température de fusion et la fréquence d'élimination des scories.

L'élément central du système de chauffage est le fil de résistance OCr27A17MO2, un alliage de chauffage électrique de la série fer-chrome-aluminium avec une résistivité élevée et une bonne résistance à l'oxydation. En mode de contrôle à zone unique, la puissance de chauffage nominale est de 200 kW, connectée en étoile avec une tension de fonctionnement de 380 volts. La température maximale du four est conçue à 850°C, avec une plage de température de travail normale de 0 à 800°C. Le temps de montée en température du four vide ne dépasse pas 3 heures, représentant la fenêtre temporelle entre la température ambiante et la limite supérieure de température de travail.

La stabilité de la température est spécifiée à ±3°C, obtenue par le système de régulation PID dans des conditions de fonctionnement standard.

IV. Configuration du système de contrôle électrique

L'armoire de commande utilise des thyristors (SCR) comme éléments de contrôle principaux, régulant le courant de sortie en ajustant l'angle de conduction. Le système emploie un circuit de contrôle de déclenchement à déphasage avancé pour une régulation de puissance continue et douce, plutôt qu'un simple contrôle marche-arrêt.

Le système de contrôle de la température est équipé de deux thermocouples : un pour mesurer la température de l'atmosphère du foyer et un pour mesurer la température de l'aluminium en fusion. Le thermocouple utilisé pour la mesure de l'aluminium en fusion est équipé d'un tube de protection en carbure de silicium pour éviter la corrosion chimique et l'érosion physique par l'aluminium en fusion. Les signaux des deux thermocouples sont transmis à deux régulateurs de température d'origine taïwanaise, dont l'un fournit la fonctionnalité de régulation PID.

Le système de contrôle intègre plusieurs logiques de protection : lorsque la température du four dépasse la limite supérieure réglée ou que des anomalies de courant surviennent en raison de défauts, le contrôleur arrête automatiquement la sortie d'impulsion et coupe l'alimentation. Le système comprend également une fonction de démarrage progressif avec un délai de démarrage d'environ 0,5 seconde, conçue pour réduire l'impact du courant d'appel sur le réseau électrique et les éléments chauffants lors des démarrages à froid.

Les composants électriques basse tension comprennent des disjoncteurs, des contacteurs et des relais, provenant de CHINT ou Omron comme configurations standard de qualité industrielle.

V. Système de basculement hydraulique

La méthode de décharge est le basculement hydraulique, par opposition à un four fixe avec écumage manuel. Le système hydraulique entraîne le corps du four à basculer autour de son axe de pivot, permettant un coulée quantitative contrôlée d'aluminium en fusion depuis la gueule du four. Cette conception convient aux scénarios où l'aluminium en fusion doit être transféré directement dans des louches ou des cavités de coulée, offrant une répétabilité de décharge et une sécurité opérationnelle plus élevées par rapport à l'écumage manuel.

Le système hydraulique comprend une unité de puissance hydraulique, des vérins, des groupes de vannes de commande et une tuyauterie, interconnectés avec le système de contrôle électrique. L'angle et la vitesse de basculement peuvent être réglés via le panneau de commande.

VI. Résumé des paramètres de performance du processus

La capacité nominale est de 1 500 kilogrammes, avec un taux de fusion d'environ 450 à 500 kilogrammes par heure – représentant le taux de production moyen d'aluminium du chargement à froid à l'atteinte de la température de travail et à la préparation à la coulée. Avec une puissance de chauffage de 200 kW, la consommation d'énergie spécifique est d'environ 0,4 à 0,44 kWh par kilogramme d'aluminium, se situant dans la plage d'efficacité typique des fours à creuset chauffés par résistance.