Forge et fonderie : les bonnes pratiques pour économiser l’énergie

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Industries Par Jérôme MEYRAND Publié le  30/11/2023
Forge et fonderie : les bonnes pratiques pour économiser l’énergie
Faire des économies et décarboner à faible coût d’investissement, tel est l’enjeu du guide édité en novembre par la Fédération forge fonderie.

La fédération vient de lancer un guide de 44 pages qui recense des idées simples à mettre en place pour réduire, sans gros investissements, son empreinte carbone. Et par conséquence, faire des économies d’énergie.

Faire des économies et décarboner à faible coût d’investissement, tel est l’enjeu d’un guide de bonnes pratiques édité, depuis le 21 novembre, par la Fédération forge fonderie. « Depuis la fin des tarifs réglementés, les prix du gaz et de l’électricité sont soumis aux variations des marchés. La forte reprise économique mondiale post-Covid et le conflit en Ukraine ont entraîné des augmentations extrêmement importantes des prix des énergies, explique, en introduction de son guide, la fédération. Face à ces conditions nouvelles, les entreprises ont désormais mis au premier plan la maîtrise de leurs coûts énergétiques, et donc de leurs consommations. »

Dans les forges et fonderies, l’énergie principalement utilisée pour chauffer le métal est une composante importante des coûts de production et de la compétitivité. C’est la raison pour laquelle l’organisation professionnelle qui représente en France un peu plus de 400 entreprises, propose ce document de 44 pages, dans lequel figurent des « actions simples, à faible coût d’investissement et avec un temps de retour sur investissement rapide » en matière d’optimisation et de réduction des consommations d’énergie. En voici de larges extraits.

La porte du four. Le guide met en avant un chiffre : une porte de 12 m² d’un four chauffé 1 000°C restée ouverte va générer une consommation de 1 800 kW, ce qui équivaut à la somme des puissances des brûleurs, contre 5 kW porte fermée. Afin de limiter le temps où la porte du four reste ouverte, le guide préconise d’installer un automate de fermeture automatique, la mise en place d’un signal sonore si le four reste trop longtemps ouvert, ou encore d’installer une télécommande sur le chariot de manutention des pièces. Mais il faut également agir auprès des salariés en sensibilisant les opérateurs de fours.

Détecter les dérives

L’étanchéité de la porte du four peut également avoir de lourdes conséquences. Pour détecter son efficacité, sur les fours à combustion, le taux d’oxygène dans les fumées est un bon indicateur de son étanchéité globale. « Son suivi permet de détecter les dérives au cours du temps », alerte le document. Constituée de plusieurs couches de matériaux isolants et réfractaires, l’enveloppe du four peut se révéler être un facteur de perte énergétique.  « Un four correctement isolé a une température de paroi de l’ordre de 50°C, cela correspond alors en général à 5 % des pertes thermiques totales », pointent les auteurs du guide. Ainsi, un four avec des défauts d’isolation peut présenter des déperditions aux parois allant jusqu’à 20 % des pertes thermiques totales.

Canaux de coulée. Les canaux de coulée servent à transporter le métal liquide du four vers le moule. Et il a déjà été constaté qu’un chenal non couvert transportant de l’acier entraînait une baisse de température de 6°C. Une couverture de canal peut limiter la déperdition à 3°C par mètre et donc limiter la surchauffe nécessaire du métal suggèrent les experts, qui recommandent également, qu’en dehors des phases de chargement et de décrassage, l’installation et l’utilisation de couvercles sur les fours à creuset ou sur les poches de transport permet de réduire les pertes thermiques.

Pression dans le four. Le maintien d’une pression appropriée dans le four est important à la fois pour une bonne efficacité énergétique et pour la sécurité du personnel. « Pour les fours avec des fumées propres, la mise en surpression (légère) du four est souhaitable pour favoriser l’homogénéité des températures internes, recommande le guide. L’apport de gaz par les brûleurs permet un maintien d’une pression positive dans le four. » Et pour assurer une légère surpression dans le four, l’entreprise devra veiller à ce que celui-ci soit le plus étanche possible. Sachant que la cheminée doit constituer la seule issue pour les fumées. Enfin, afin de pouvoir contrôler la pression dans un four, il sera nécessaire de réduire le débit de l’extraction lorsque les brûleurs ralentissent ou s’arrêtent.

« Maintenir l’oxygène libre minimal »

Combustion. L’optimisation de la combustion permet non seulement de limiter la formation de polluants, mais aussi de conserver un bon rendement. Les avantages sont nombreux : en plus de réaliser des économies d’énergie, l’entreprise observera moins de combustibles imbrûlés, moins de monoxyde de carbone dans les fumées de combustion, et par conséquent une réduction des risques pour la santé des opérateurs. « Dans le cas d’un brûleur à prémélange total, il faut maintenir l’oxygène libre minimal nécessaire dans les produits de combustion, soit typiquement 1 à 2 % des fumées sèches, ce qui correspond à environ 10 % d’excès d’air », prévient le guide. Et d’ajouter : « Pour un brûleur à air pulsé à prémélange partiel (ou sans prémélange) l’excès d’air optimum sera proche de 20 %. »

Instrumenter le four. Le guide conseille l’utilisation d’instruments de mesure afin de contrôler le bon fonctionnement général de son four. Mais il prévient : « Les instruments de mesure et les réglages des équipements peuvent dériver au cours du temps. Le suivi métrologique des instruments et la vérification des réglages des équipements permettent de surveiller et corriger cette dérive pour s’assurer d’une bonne maîtrise du process. » Il faut également penser à vérifier visuellement l’état et la propreté du matériel de mesures et de réglage, notamment ceux qui sont soumis à haute température. L’entreprise devra faire contrôler, de manière périodique, tous les instruments de chauffe et de mesure, par une société spécialisée ou par un service de maintenance équipé de matériel contrôlé métrologiquement.

Echangeurs thermiques. En forge et en fonderie, des échangeurs sont principalement utilisés pour assurer la récupération de chaleur. En effet, les fours de forge peuvent créer des fumées encrassant peu à peu les échangeurs : calamine, poussières… Si ces échangeurs ne sont pas ou peu nettoyés, leurs performances de récupération peuvent se dégrader. Le guide prescrit leur instrumentation, afin de mesurer les températures et les pressions aux bornes de l’échangeur, et ainsi s’assurer de leur bon fonctionnement. Un suivi des performances de l’échangeur peut être effectué en mesurant les températures aux entrées (côté cheminée) et aux sorties (côté air comburant du brûleur).

Modéliser les consommations

Inducteur. Pour garantir de bonnes performances, il est nécessaire de s’assurer de l’adéquation entre le diamètre du lopin et la plage de l’inducteur, avertissent les auteurs du guide. Et d’expliquer que si la taille de l’inducteur est inadaptée par rapport au lopin à chauffer, le couplage inductif est dégradé et la part de l’énergie transmise à la charge n’est pas optimum.

Indicateurs de performance énergétique. La mise en place d’indicateurs de performance énergétique (IPE) a pour principaux objectifs d’identifier et de suivre les équipements les plus consommateurs et ceux dont la consommation est susceptible d’être facilement optimisée. L’entreprise pourra alors en tirer de nombreux bénéfices : détecter des dérives de consommation des équipements, maintenir la performance énergétique de son atelier en corrigeant les dérives identifiées, repérer les équipements les plus consommateurs et/ou ceux dont la consommation est susceptible d’être facilement optimisée, identifier les talons énergétiques dans le but de les réduire au minimum, vérifier si les mesures d’optimisation énergétique mises en œuvre induisent bien les gains énergétiques escomptés, suivre les progrès en matière d’efficacité énergétique au fil du temps, et, à  terme, modéliser les consommations à venir en fonction du plan de production et de prédire les budgets associés.

Talon de consommation. Il représente l’énergie consommée hors période de production, c’est à dire pendant les nuits, les week-ends, la fermeture estivale, etc. C’est la consommation minimale du site. Dans une forge ou une fonderie, les principaux postes de consommation composant le talon étant la production d’air comprimé, le maintien en température des fours, la ventilation des bâtiments et évacuation des fumées, l’usage de pompes de refroidissement et la sablerie des fonderies. Il est alors conseillé d’identifier le poids énergétique de ces différents postes de consommation et de prendre conscience des quantités d’énergie consommées lors des phases de non production, de manière à pouvoir mettre en œuvre des actions de réduction de ce talon.

Organisation. Le guide recommande aux dirigeants d’engager une réflexion sur les facteurs organisationnels et humains qui améliorent le cycle de production d’un point de vue énergétique. Comment ? En effectuant des campagnes de mesures de température pour connaître les temps de montée et descente en température de chaque appareil (avec un pyromètre par exemple), et ainsi « créer des checklists pour chaque équipement de chauffe, consignant les durées de chaque procédure et éventuellement le coût de chaque action ». Ils devront connaître les temps nécessaires aux opérations annexes : maintenance et réglages machines, nettoyages. Ceci afin de « planifier au plus juste les périodes de chauffe et de coulées pour les enchaîner et donc de réduire les maintiens en température superflus ».

Tarifs d’électricité jour et nuit

Enfin, lorsque l’organisation du travail le permet et que l’entreprise dispose de tarifs d’électricité jour/nuit différenciés, il peut être envisagé d’effectuer les montées en température des fours la nuit. Ce qui aura pour conséquences d’optimiser la facture électrique (les prix de l’électricité sont moins élevés la nuit ou en heures creuses avec certains contrats de fourniture) et de soulager le réseau électrique en décalant une partie de la consommation pendant les heures creuses.

Simulation numérique. Travailler à l’optimisation de son moule permet de combiner qualité et efficacité énergétique. Car, l’entreprise parviendra à réduire le volume de métal perdu dans les masselottes et donc c’est moins d’énergie utilisée par pièce finie : un gain à la fois économique et en capacité de production. Il existe deux types de simulation numérique :  la simulation de refroidissement de la pièce (modélisation rapide, prix réduit) est utilisée pour observer l’évolution de la pièce une fois coulée, tandis que celle de l’écoulement du métal liquide dans le moule puis du refroidissement de la pièce sera employée pour observer la circulation du métal en fusion dans le moule.

Le Guide de bonnes pratiques énergétiques et de décarbonation en forge et fonderie a été réalisé avec la participation de GRDF, GRTgaz, Allice, le Cetim et le Cetiat.

Forge et fonderie : les bonnes pratiques pour économiser l’énergie
Jérôme MEYRAND - Rédacteur en chefFormé aux microtechniques, devenu journaliste en blouse bleue, passé par l’ESJ Lille.

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