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Le cuivre est un métal de transition qui est un très bon conducteur d'électricité et de chaleur, ce qui en fait un matériau très intéressant pour produire des objets dans de nombreux domaines. On peut faire fondre le cuivre pour obtenir des lingots destinés au stockage, à la vente ou à la coulée d'objet, notamment pour la confection de bijoux.
Étapes
Rassemblez tous les matériaux. Une fonderie DIY (Do It Yourself) est constituée d'un corps (ou fut), d'une couche isolante, d'un creuset, d'un réservoir à propane, d'un bruleur et d'un couvercle. Il vous faudra aussi avoir des éléments de protection comme des gants, un masque adapté et des pinces pour manipuler le creuset en toute sécurité. Vous devez garder à l'esprit que même s'il est possible de construire soi-même un fourneau selon les règles de sécurité, il est extrêmement important de se protéger de manière adéquate afin de s'éviter des blessures et d'en éviter aux autres.- Le corps d'un fourneau DIY est en général de forme cylindrique et il est souvent fait d'un métal. En fonction de la taille de celui-ci, qui va dépendre de la quantité de métal que vous souhaitez faire fondre en général, vous pouvez vous servir d'une marmite ou d'une simple boite de conserve en acier inoxydable.
- Une toile en Kaowool, une fibre céramique qui résiste aux températures très élevées, est un matériau idéal pour recouvrir la surface interne du fut qui entoure le creuset destiné à la fonte d'un métal [1].
- Le creuset est le récipient dans lequel on place les copeaux de métal que l'on va faire fondre. Il va contenir le cuivre fondu et c'est pourquoi il doit être fait d'un matériau qui supporte des températures supérieures à la température de fusion du cuivre. Il ne doit pas fondre ou se craqueler tandis qu'on s'en sert pour faire fondre du cuivre. Un matériau communément choisi pour faire un creuset est l'argile-graphite [2].
- En ce qui concerne le bruleur de propane, vous devez éviter tout matériel qui normalement sert à faire la cuisine et vous devez préférer un dispositif qui génère une flamme que vous allez positionner dans le fut, à l'extérieur et à proximité du creuset. On peut facilement en trouver en ligne.
- Vous allez pouvoir obtenir le couvercle de votre fourneau à partir de la partie supérieure de l'élément que vous avez choisi pour fabriquer le fourneau. Il doit y avoir un trou dans le couvercle qui va servir de dispositif de ventilation et d'évent pour notamment empêcher la pression d'augmenter dangereusement dans le fourneau.
Vérifiez la qualité de votre équipement de protection. Il est recommandé de choisir des gants et un masque comme ceux qui sont utilisés dans les fonderies de métaux industrielles et qui sont fabriqués avec des matériaux très résistants. Vous devez savoir que la flamme ne peut pas suffire à elle seule à fournir une température assez élevée dans le fourneau (le creuset chauffé à la température de fusion du cuivre) si vous n'isolez pas correctement celui-ci.
Servez-vous d'un four à induction. Étant donné que le cuivre fond à une température très élevée, autour de 1 080 °C, on a tendance à utiliser les fours à induction, notamment pour leur grande efficacité énergétique. Bien que les fours de ce type soient des appareils électriques de qualité industrielle qui sont particulièrement chers, ils ont l'avantage d'offrir un très haut niveau de sécurité que l'on n'a pas avec les fourneaux que l'on fabrique soi-même. Les fours à induction que l'on utilise communément sont de deux types. Il y a les fours qui permettent de récupérer le métal en fusion par poussée verticale et ceux qui permettent de le récupérer par basculement (« tilt » en anglais) [3].- Avec les fours à poussée verticale (« double push-up » en anglais), le métal est rapidement chauffé jusqu'à la température de fusion par poussées successives (ou « shots » en anglais). L'avantage de ces fours est qu'ils permettent de lancer et d'arrêter le processus de fusion facilement et d'économiser de l'énergie lorsqu'on les utilise pour fondre de petites quantités de métal.
- Les fonderies industrielles utilisent souvent les fours à basculement. Ils permettent de faire fondre en continu de grandes quantités de cuivre et ils sont automatisés pour verser le métal en fusion dans des moules de fonderie ou des récipients en céramique.
Procurez-vous assez de combustible. Si vous prenez la décision de construire votre propre fourneau, vous allez avoir besoin d'une quantité suffisante de combustible pour obtenir un feu puissant et consistant. Dans la fonderie industrielle, c'est le gaz naturel qui est préféré. Il est cependant possible de produire un feu d'une qualité suffisante avec du charbon de bois.- À l'origine, on utilisait dans les fonderies du charbon de bois et du charbon extrait de mines. De nos jours, ce sont le propane et le gaz naturel qui sont utilisés pour leur côté pratique. Ils font gagner du temps aux fondeurs qui peuvent alors se concentrer sur leur travail.
- Le charbon de bois a au moins deux inconvénients. Lorsqu'on le brule, il produit une fumée nocive et il ne dégage en général pas assez d'énergie pour maintenir longtemps la température adéquate pour la fusion.
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Mettez en place le fut extérieur. Pour un petit fourneau de fonderie, un corps de quinze à trente centimètres de diamètre est suffisant. En général, les futs de fourneau sont de forme cylindrique.- Les boites de conserve, comme celles pour les soupes et les salades de fruits, ont la bonne taille, forme et composition métallique pour servir comme cœur de fourneau dans lequel le cuivre peut être fondu.
- Pour un fourneau plus volumineux, on peut facilement convertir une marmite en acier inoxydable pour en faire notre cœur de fonderie.
Isolez le fond du creuset. Il faut que le fond du cœur du fourneau soit isolé thermiquement par une couche de briques réfractaires. Celle-ci permettra aussi de protéger les personnes et le matériel en canalisant le métal en fusion qui pourrait déborder du cœur [4].
Tapissez le fond et les bords. En effet, il faut installer un matériau réfractaire tout autour de la surface extérieure du cœur. Pour cela, vous pouvez utiliser de la fibre de céramique réfractaire (comme la marque « Kaowool » en anglais). Il s'agit d'une sorte de laine synthétique et minérale qui a une résistance thermique très élevée. Il n'est pas nécessaire d'utiliser une substance adhésive pour la plaquer contre la paroi intérieure du fut du fourneau. Il suffit de recourber la toile de céramique autour de cette surface intérieure pour isoler thermiquement le cœur. Sans colle, elle devrait se maintenir en place en conservant parfaitement la forme qu'on lui a donnée.- La Kaowool est faite d'un mélange d'aluminium, de silice et de kaolin.
Enrobez la Kaowool de Satanite ITC-100. Cela va couvrir l'intérieur du fut de votre fourneau. Cette couche isolante devrait notamment augmenter la longévité du matériel afin que vous puissiez longtemps profiter d'un fourneau qui vous permet de fondre efficacement du cuivre ou d'autres métaux.- La Satanite ITC-100 est un matériau qui réfléchit les rayons infrarouges et jusqu'à 98 % de la chaleur. Elle est souvent utilisée pour constituer le revêtement thermique à l'intérieur des fourneaux de fonderie industrielle. Elle protège les matériaux qui constituent le fourneau et elle permet de faire des économies de combustible [5].
- Il faut mélanger la Satanite avec de l'eau afin d'obtenir une pâte presque liquide qui peut être appliquée comme de la peinture avec un pinceau.
Percez un trou dans le fut. Il va permettre l'entrée du propane jusqu'au dispositif qui génère la flamme. Utilisez une perceuse électrique et une série de forets métal ou une scie cloche pour faire le trou circulaire dans le fut à environ 5 cm de hauteur à partir de son fond (à partir de la surface intérieure).- Ce trou devrait faire un angle de 30° vers le bas dans l'épaisseur du fut. Si du métal en fusion venait à déborder ou à se répandre hors du cœur après que celui-ci s'est fendu, cet angle devrait éviter que ne soient atteints le bruleur et le tube qui conduit le propane.
- Vous devez faire en sorte que la largeur du trou percé soit juste suffisante pour laisser passer la bouche du bruleur qui doit bien tenir en place.
Préparez le bruleur. Vous pouvez facilement trouver et acheter en ligne un bruleur à propane qui conviendra parfaitement pour votre fourneau. C'est un élément important de la fonderie qui va être relié au réservoir de propane et qui va maintenir la température de fusion à l'intérieur du creuset en produisant une flamme suffisamment consistante.- Une fois que le bruleur est bien relié au réservoir de propane, vous devez le faire passer délicatement par le trou que vous avez percé.
- Il ne doit pas complètement traverser le trou. La bouche du bruleur doit se situer à environ 4 cm du creuset pour le protéger de la haute température qui est de l'ordre de 1 000 °C [6].
- Vous devez veiller à ce que la valve du réservoir de propane soit toujours fermée lorsque vous n'utilisez pas le fourneau.
Fabriquez le couvercle du fourneau. Si le fut du fourneau est une boite de conserve, contentez-vous de couper la partie haute de celle-ci sur une hauteur de 5 cm et ajoutez une couche de Kaowool et une couche de Satanite dans ce couvercle pour lui donner un pouvoir isolant. Percez un trou dans le centre du couvercle. Il vous permettra d'ajouter des copeaux de métal dans le creuset chauffé et permettra aussi d'éviter que la pression ne monte trop à l'intérieur du creuset.
Insérez le creuset dans le fut. Les creusets sont en général faits d'acier, de carbure de silicium ou d'argile de graphite [7]. Souvent, ils peuvent résister à des températures très élevées (plus de 1 500 °C) et, en tout cas, contenir sans problème du cuivre fondu (température de fusion de 1 084 °C). Gardez à l'esprit qu'il vous faudra aussi vous procurer des pinces adaptées pour le maniement du creuset, si vous avez l'intention de verser du cuivre en fusion dans des moules. Les pinces doivent permettre de tenir fermement le creuset pour éviter tout renversement dangereux du métal en fusion [8].- Si vous souhaitez fabriquer vous-même votre creuset, vous pouvez recycler des matériaux comme des extincteurs d'incendie qui ont été complètement vidés.
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Procurez-vous du cuivre à fondre. Les copeaux de cuivre sont souvent utilisés pour fabriquer des appareils électroniques et électroménagers.- Ce métal est notamment utilisé pour fabriquer des fils électriques, des composants électroniques, des appareils et des moteurs électriques et c'est pourquoi on peut en trouver un peu partout dans la maison. Il compose certaines parties d'ustensiles de cuisine, de meubles, mais aussi les fils électriques et les conduits d'eau.
- Parmi les appareils électriques qui sont composés de cuivre, il y a les climatiseurs, les pompes à chaleur, les machines à laver, les sèche-linges, les congélateurs, les réfrigérateurs, les broyeurs, les poêles et les déshumidificateurs. Certains objets utilitaires et décoratifs peuvent aussi contenir du cuivre comme les écrans pare-feu, les horloges, les cloches, les bijoux, etc.
- Vous devez savoir qu'il est interdit de faire fondre des pièces de monnaie [9].
Apportez les copeaux jusqu'à votre fonderie. Vous pourriez disposer de bien plus que de simples fils de cuivre stockés dans votre arrière-cour et vous devez en tenir compte avant de faire le transfert. Pour votre travail de fonderie, vous pourriez décider d'utiliser de grandes plaques de cuivre très lourdes et difficiles à transporter.- Pour les déplacer, vous pourriez avoir à utiliser un charriot élévateur, des sangles et peut-être même une petite grue mobile ou fixe [10].
Cassez en morceaux les grandes pièces de cuivre. Séparez bien ces morceaux les uns des autres. Comme les pièces de cuivre à recycler peuvent avoir des formes très variées, il est parfois difficile de les faire entrer dans le creuset d'une fonderie. La fonte de pièces métalliques importantes demande souvent de très gros efforts physiques. En général, on utilise la méthode « drop-ball » avec de lourdes machines qui frappent à hautes vitesses les pièces métalliques pour les briser en morceaux.- Vous devez être conscient que ce processus est potentiellement dangereux et demande de mettre en place de sérieuses mesures de sécurité. En effet, des pièces métalliques peuvent être éjectées à très hautes vitesses. Vous devez effectuer cette opération à part. Toute personne qui se trouve à proximité de la zone de travail pendant ce processus devrait s'abriter derrière un élément de protection qui peut être un mur, pour éviter d'être atteinte par des projectiles métalliques qui peuvent découper les chairs et provoquer de très graves blessures.
Coupez des morceaux de cuivre au chalumeau. Dès que vous avez réduit en plus petits morceaux les plaques de cuivre, découpez-les avec un chalumeau pour produire des éléments encore plus petits que vous pourrez facilement introduire dans le creuset. Les chalumeaux qui sont alimentés avec du gaz comprimé sont souvent utilisés dans la découpe des pièces métalliques [11].- N'oubliez pas de toujours mettre un masque spécial pour protéger votre visage des éclats métalliques brulants.
- Cependant, comme le cuivre a une température de fusion très élevée, il est très difficile, voire impossible, de le découper au chalumeau à gaz. Les chalumeaux au plasma et à la poudre sont beaucoup plus efficaces pour découper des métaux très conducteurs comme le cuivre ou le bronze.
Compactez les copeaux de métal. Pour cela, utilisez une presse automatisée pour compacter de grandes quantités de copeaux afin d'en faire de petites pièces métalliques. En général, les compacteurs ont une structure en acier et un vérin hydraulique qui compresse les copeaux [12].Publicité
Placez votre fonderie sur du sable. Vous pouvez aussi la placer sur de la terre. Le métal fondu peut exploser s'il entre en contact avec du béton au moment où vous le déversez hors du creuset. C'est pourquoi il est préférable de placer la fonderie sur du sable ou de la terre qui sont des matières qui peuvent absorber efficacement la chaleur du métal en fusion [13].
Placez le creuset dans le fourneau. Examinez l'intérieur du fourneau pour vous assurer qu'il n'y a aucun corps étranger qui pourrait altérer l'équilibre du creuset ou le processus de fusion. Vous devez aussi vous assurer que le creuset est complètement sec. Si du métal en fusion entre en contact avec de l'eau ou des corps étrangers, une explosion peut se produire. Avant d'allumer la flamme de la fonderie, vous devez vous assurer que le creuset est bien stabilisé dans le fut du fourneau [14].
Ouvrez la vanne de gaz du bruleur. Dès que le bruleur va produire une flamme, la température va commencer à augmenter pour atteindre un niveau suffisant pour faire fondre le cuivre dans le creuset. Vous pouvez commencer à déverser des copeaux de cuivre dans le creuset dès que le charbon de bois commence à bruler.
Installez le couvercle sur le fourneau. Le fourneau doit être alors presque totalement fermé, puisque la seule ouverture est le trou situé au centre du couvercle. La chaleur peut alors augmenter considérablement à l'intérieur du creuset pour faire fondre les copeaux de cuivre que vous allez y déverser.
Ajoutez des copeaux dans le creuset. Faites-le par l'ouverture au centre du couvercle. Comme les copeaux ont été compactés en petits blocs, vous devriez pouvoir ajouter rapidement une quantité suffisante de cuivre pour remplir le creuset. Vous devez cependant faire attention de ne pas trop en ajouter, sinon du métal en fusion pourrait déborder du creuset.- Pendant cette opération de fusion du métal, vous devez porter en permanence des gants spéciaux qui résistent aux hautes températures ainsi qu'un masque approprié.
Vérifiez la température. Le cuivre fond à 1 084 °C. Pour vérifier que la température est suffisamment importante dans le creuset, il vous faudra utiliser une sonde thermocouple pour hautes températures. Vous pouvez vous procurer des modèles jetables ou réutilisables vendus par des entreprises qui fournissent du matériel à l'industrie du travail des métaux.
Versez le cuivre en fusion dans un moule. Faites-le dès que vous avez fait fondre une quantité suffisante de cuivre. Le moule doit être installé dans un endroit sûr, de préférence sur du sable ou une autre matière qui peut absorber une forte chaleur au niveau du sol. Saisissez le creuset avec les pinces et retirez-le lentement du fut avant de verser délicatement le cuivre fondu dans le moule.Publicité
Avertissements
- Ne faites pas fondre du métal si vous ne possédez pas le matériel de sécurité adéquat pour vous protéger d'un métal en fusion potentiellement très dangereux.
- Il est beaucoup plus difficile d'extraire du cuivre de minerais que de faire fondre du cuivre, car les minerais contiennent en général de nombreuses matières qui ne doivent pas passer au creuset. Il est très difficile pour un individu d'obtenir du cuivre à partir d'un minerai directement extrait d'une mine.
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Références
- ↑ http://www.bbr-online.co.uk/solutions/portfolio/PDFs/1193.pdf
- ↑ http://www.morganmms.com/content/matching-your-crucible-your-application
- ↑ http://www.copper.org/environment/sustainable-energy/electric-motors/education/motor-rotor/production/proc09/process_09_94.html
- ↑ https://www.abana.org/ronreil/Forge1.shtml
- ↑ http://ronreil.abana.org/design2.shtml
- ↑ http://www.zoellerforge.com/flare.html
- ↑ http://www.themetalcasting.com/crucible.html
- ↑ http://www.fao.org/docrep/009/ah637e/ah637e03.htm
- ↑ http://www.usmint.gov/pressroom/?action=press_release& ID=771
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