Les étuves micro-ondes proposées par la société Küttner permettent de sécher les noyaux de fonderie enduits à l’eau avec des ratios énergétiques et technico-économiques très attractifs. Cette technique règle le problème environnemental des enduits aux solvants mais elle apporte également aux fondeurs des réponses à d’autres difficultés techniques et pourrait trouver des applications dans de nouveaux secteurs.
L’une des contraintes d’environnement auxquelles sont de plus en plus confrontés les fondeurs, surtout s’ils souhaitent obtenir la certification ISO 14001, est de supprimer les enduits alcooliques des noyaux, afin d’éviter les rejets de solvants dans l’atmosphère, et de les remplacer par des enduits à l’eau, ce qui améliore en outre les conditions de travail dans les ateliers. Le problème réside alors dans l’opération de séchage après enduit. Si l’évaporation d’un solvant alcoolique s’opère en générale assez rapidement à température modérée, il n’en va pas de même de celle de l’eau qui réclame des consommations d’énergie bien plus importantes et des cycles plus longs, du moins avec les procédés thermiques classiques comme les infrarouges gaz (le plus ancien) et l’air chaud à gaz direct (le plus récent et plus performant). Il y a une dizaine d’années, des séchoirs à micro-ondes électriques avaient été proposés aux fondeurs, mais ils n’étaient pas au point et cette technique a laissé de très mauvais souvenirs.
Une campagne d’essais positifs
C’est pourquoi en 1998, lorsque la société Küttner décide d’importer en France la technologie micro-ondes mise au point en Allemagne par MWT, il lui fallait commencer par un gros travail de reconstitution de la confiance. “Une phase de validation indiscutable était nécessaire” confirme Christian Simon, chargé d’affaires, qui prend l’initiative de se rapprocher de la direction de la recherche d’EDF. Le laboratoire des Renardières construit un premier prototype, baptisé le “ Super Bess ”, sur lequel le fonctionnement du magnétron (organe de production des micro-ondes), l’étanchéité aux micro-ondes et le passage de divers matériaux sont testés. Cette première étape se prolonge en 1999 par un projet européen CRAFT qui réunit trois centres techniques de la fonderie, un allemand, un français (le CTIF) et un espagnol, dans le but de réaliser des essais industriels d’enduits à l’eau et de séchage par micro-ondes.
L’expérimentation effectuée en vraie grandeur durant six semaines à la fonderie de Meung-sur-Loire du groupe Valfond sous le contrôle du CTIF et d’EDF fournit des résultats très positifs en termes de fonctionnement, de comportement des magnétrons, de ratio énergétiques et de ratios technico-économiques et ces résultats sont publiés conjointement par EDF et le CTIF. Il s’en suit une série d’essais, “ sponsorisés ” en partie par EDF, dans une dizaine de fonderies représentant tous les secteurs de la branche (fonte, acier, alliages légers). L’un d’eux, par exemple, s’est déroulé à La Fonte Ardennaise, l’une des principales fonderies d’Europe, et a porté sur près de 6 000 pièces en confirmant les avantages mis en lumière lors des premiers essais. Aujourd’hui, deux fonderies se sont équipées, une troisième le sera en août prochain et 3 à 5 autres fonderies, dont La Fonte Ardennaise, ont inscrit l’investissement à leur programme pour la fin de cette année ou le début de l’année prochaine. Ajoutons qu’il existe déjà 200 installations en fonctionnement dans le monde.
Economies d’énergie, de temps et de place
Quels sont donc les atouts de la technologie MWT ? D’abord le choix de la fréquence à 2450 MHz et de la disposition des magnétrons qui amène une particularité très précieuse : les micro-ondes sont réparties uniformément dans l’espace intérieur, n’agissent que sur l’enduit et leur effet se produit de l’intérieur vers l’extérieur, ce qui conduit à un séchage parfait sans humidité résiduelle, même pour des noyaux au profil tourmenté dont certaines zones ne sont pas en contact avec la circulation d’air. Mais surtout, il est possible, contrairement aux enceintes habituelles à micro-ondes d’introduire des pièces métalliques, ce qui permet de laisser les noyaux à sécher sur leur chariot ou étagère ou encore de traiter des noyaux à insert métallique.
Par ailleurs, toutes les mesures effectuées sur les installations d’essai ou en fonctionnement réel aboutissent à des performances énergétiques assez exceptionnelles puisque le ratio moyen de consommation est de l’ordre de 2 kWh par kilo d’eau évaporée, alors que le système à air chaud consomme 14 à 17 kWh de gaz pour évaporer la même quantité d’eau. En outre, le séchage micro-ondes réduit considérablement les temps opératoires : non seulement le cycle de séchage est limité à 3 minutes au lieu de 20 à 25 par les procédés thermiques, mais les noyaux sortent de l’étuve à 40-45°C – et non à 170°C avec le séchage par air chaud – si bien qu’ils sont immédiatement manipulables. En effet, l’air qui circule dans l’étuve pour évacuer la vapeur d’eau produite est l’air de refroidissement des magnétrons qui est porté à une température de 40 à 50°C. Enfin, à puissance égale, une étuve à micro-ondes occupe 3 à 5 fois moins de surface au sol, notamment parce qu’il est inutile de prévoir un sas de refroidissement en aval.
Le problème de l’étanchéité aux micro-ondes a été résolu par la mise en place d’une tresse métallique périphérique alimenté par un champ magnétique antagoniste et ce dispositif breveté garantit un taux de fuites nul, ce qui répond aux exigences de la réglementation industrielle.
A capacité équivalente, l’étuve Küttner à micro-ondes exige un investissement à peu près équivalent à celui d’un séchoir à infrarouges gaz (en raison de la nécessité d’un sas de refroidissement pour ce dernier) et coûte 15 à 20% plus cher qu’un séchoir gaz direct à air chaud. Sur le site d’une fonderie automobile, EDF a établi que ce surinvestissement est remboursé en moins de 2 ans pour un fonctionnement en 3x8 grâce aux performances énergétiques atteintes.
Küttner propose deux modules de séchage, l’un de 1500x1500 mm (dimensions du sas d’entrée) déclinable ensuite par pas de 1500 mm de profondeur, l’autre de 700x500 mm déclinable par pas de 700 mm. Un double module, de dimensions intérieures 3000 (L)x1500(l)x1500(h), par exemple, peut recevoir deux étagères de stockage simultanément et, avec une puissance de raccordement de 100 kW, est capable d’évaporer 60 kg d’eau par heure. La société travaille en liaison avec les constructeurs de robots et tous les systèmes de manutention et de préhension sont acceptés. D’après Christian Simon, cette technologie n’a pour l’instant pas de concurrente, ni du même type, ni dans les mêmes dimensions.
Déjà de nouvelles applications
La collaboration avec les fondeurs a en outre montré que les micro-ondes pouvaient avoir des effets bénéfiques supplémentaires qui ouvrent la porte à de nouvelles applications. Pour conférer aux noyaux croning les caractéristiques mécaniques voulues, les fondeurs sont obligés d’introduire dans leur composition des pourcentages assez élevés de produits chimiques qui laissent des solvants résiduels en raison de leur polymérisation incomplète. Lors de la coulée, ces derniers se dégagent sous forme gazeuse et forment des bulles indésirables dans les pièces. Eviter l’apparition de ces bulles nécessite d’effectuer des perçages permettant l’évacuation des gaz (les “ tirages d’air ”), une opération lourde en main d’œuvre. L’hypothèse a été faite que si les micro-ondes étaient capables d’évacuer rapidement l’enduit à l’eau, leur application un peu plus longue devait permettre d’agir sur les solvants résiduels et cette hypothèse a été vérifiée en fonderie : elles permettent en effet d’achever la polymérisation en surface et d’éviter du même coup les perçages.
Mieux encore : on sait bien qu’il est impossible de réaliser un mélange sable-résine parfait, ce qui nuit aux caractéristiques mécaniques du noyau. Les tests ont montré que l’application des micro-ondes permettait également d’homogénéiser la prise chimique du noyau, ce qui améliore sa tenue mécanique. Deux possibilités s’ouvrent alors aux fondeurs : soit diminuer la quantité de produits chimiques consommés à résistance égale, soit améliorer les caractéristiques mécaniques des noyaux, sans pour autant nuire à leur “débourabilité” (destruction thermique du noyau qui permet de le dégager de la pièce fondue). Aujourd’hui, Küttner travaille en collaboration avec des fabricants de résines afin d’optimiser l’effet des micro-ondes par des ajouts d’additifs dans le but de facilité et d’accélérer la débourabilité des noyaux. Les essais avancent, paraît-il, bien et laissent présager la possibilité de réaliser des débourrages thermiques très rapides.
Hors du secteur de la fonderie, la technologie MWT a trouvé une autre application pour la polymérisation des résines et l’éradication de certains défauts (amalgames de résine) chez les fabricants de laine de verre et de roche. L’un d’eux s’est déjà équipé. Küttner est également sollicité pour des essais divers, par exemple pour du séchage de dalles en terre cuite ou, de nouveau en fonderie, pour du séchage de pièces très complexes en alliages légers après refroidissement par trempage. Et le potentiel des applications envisageables n’est certainement pas épuisé.
Article paru dans le supplément technique Energie Plus n°268 Spécial Biogaz du 15 juin 2001
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