Cubilot

Altération de l'anglais dialectal des ouvriers sidérurgistes de Sheffield cupilo, cupilow, variante de cupola (de l'italien cupola = dôme) dans la locution cupola furnace (= four à coupole), XIX^e siècle.

Le dôme du cubilot ne doit pas être confondu avec la voûte surplombant les deux compartiments séparés (four et laboratoire) d'un four à réverbère. Les buts et les principes de fonctionnement de ces deux types de fours sont diamétralement opposés. Alors que les cubilots servaient à fondre facilement des ferrailles ou de l'acier et à les transformer en fonte très riche en carbone grâce au contact direct du fer en fusion avec le coke en combustion, les fours à réverbère avaient pour object de décarburer la fonte liquide en oxydant son carbone pour la transformer en fer puddlé pauvre en carbone et de ce fait malléable contrairement à la fonte cassante. Les cubilots étaient constitués d'un haut cylindre surmonté à son sommet par une coupole (ou dôme), alors que les fours à réverbère étaient seulement équipés d'une voûte basse destinée à réfléchir la chaleur du four vers le laboratoire et étaient plus trapus et moins hauts.

Dans l'Est de la France, le terme « cubilot » est utilisé par analogie pour nommer le poêle à charbon (ou à pétrole) qui était utilisé pour chauffer les maisons des ouvriers métallurgistes.

Des fours cubilots ont été construits en Chine dès la période des Royaumes combattants (403-221 avant JC)[3]. Pendant la dynastie Han (202 avant JC - 220 après JC), l'essentiel - sinon la totalité - du fer produit dans les hauts fourneaux était refondu dans des cubilots. Ils étaient conçus de sorte que l'air froid injecté au fond soit dirigé à travers une tuyère vers le haut du four, où la charge (c'est-à-dire du charbon de bois et de la ferraille, ou de la fonte brute) a été déversée. L'air injecté est réchauffé avant d'atteindre le fond du four où le fer est fondu puis drainé vers des moules appropriés pour la coulée[4] - [5]. On attribue l'invention du cubilot moderne à Réaumur, qui en a établi le principe en 1722. William Wilkinson l'a amélioré en 1770, puis Ireland en 1857, Voisin en 1879 et enfin Kriger qui, en 1868, invente à l'École des Arts et Métiers d'Angers l'avant-creuset[6].

Le cubilot, comme les hauts fourneaux, a toujours posé des problèmes de pollution de l’air ambiant, surtout dans les zones habitées. Le dépoussiérage est devenu essentiel et, aujourd’hui, la technique permet de récupérer les fumées chaudes un peu plus haut que la sortie du gueulard, là où les gaz sont à environ 750 °C. Après filtration et élimination des suies, dans le cas de cubilots dits "à vent chaud" ces gaz peuvent être renvoyés au niveau des tuyères à une température de 400 à 450 °C . La différence entre cette température et celle sans récupération des "cubilots dits à vent froid", qui est la température ambiante (20 à 30 °C), est une considérable économie d’énergie. De plus une partie de ces gaz chauds peut être exploitée pour le chauffage de bâtiments[7].

Le cubilot permet d'obtenir de la fonte liquide à partir de la fusion de ferrailles et de gueuses de fonte : il s'agit de fonte dite de « deuxième fusion ». Les ferrailles de récupération, les fontes, le coke, la castine et d'autres éléments d'addition sont enfournés en partie haute du cubilot par couches. L'injection d'air éventuellement enrichi en oxygène au bas de la charge permet la combustion du coke.

Les réactions qui se produisent dans un cubilot peuvent être simplifiées et résumées comme suit :

• Les gaz suivent un chemin ascendant, chauffant progressivement les matériaux solides qui eux, suivent un chemin descendant.
• Durant la descente, la charge solide subit différentes transformations : chauffage, dessiccation, combustion, fusion et carburation.
• Au bas du cubilot, le laitier recouvre la fonte liquide, la protégeant contre une oxydation rapide.

Les sous-produits issus des opérations de fusion dans le cubilot sont valorisés :

• Les fumées dégagées en partie haute du cubilot sont captées et traitées pour récupérer leur chaleur et les éléments utiles présents dans les poussières en suspension dans les gaz chauds ;
  • Leur énergie est utilisée pour préchauffer l'air qui est injecté dans les tuyères du cubilot ;
  • Les poussières sont traitées pour en extraire des métaux utiles à d'autres industries ;
• Le laitier est utilisé pour les remblais de route.

• Louis Chaze, Fusion de la fonte au cubilot : Principes, technologie, aspects technico-économiques, CTIF 1998.

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