De nos jours, la rhéologie est assez couramment connue et établie dans diverses industries. Il en va de même pour les mesures de rhéologie à des températures allant jusqu'à 1750 °C : Les industries du verre ou des métaux découvrent de plus en plus les avantages que la caractérisation rhéologique de leurs matériaux peut avoir pour leurs entreprises. Cet article répertorie les avantages de la rhéologie à haute température.
Rhéologie à haute température
Coûts énergétiques réduits
Les industries de transformation, par exemple les industries métalliques ou verrières, nécessitent une grande quantité d'énergie. Par conséquent, une grande partie de leur chiffre d'affaires annuel doit être dépensée en énergie. Cependant, l'augmentation des coûts énergétiques et les réglementations gouvernementales obligent les entreprises à poursuivre activement une réduction de leur consommation d'énergie. Pour ce faire, ils décident d'investir soit dans des systèmes à boucle fermée et de récupération de chaleur, soit dans de nouveaux équipements de production qui fonctionnent plus efficacement. Bien que ces options fonctionnent plus efficacement avec l'énergie fournie et soient plus économiques à long terme, elles nécessitent de gros investissements au départ. La rhéologie offre une alternative moins chère. En enquêtant et en comprenant le comportement rhéologique du matériau traité autour de la température de traitement typique, les entreprises peuvent commencer à expérimenter la réduction des températures de processus maximales. Pour la plupart des applications, la viscosité du matériau fondu doit se situer dans une certaine plage pour garantir une bonne processabilité du matériau et une qualité satisfaisante du produit. Mais si cette plage de viscosité est déjà atteinte à des températures plus basses, des quantités substantielles d'énergie peuvent être économisées, ce qui peut à son tour être converti en économies financières.
La rhéologie soutient les usines de production d'émail dans l'atteinte de leurs objectifs de qualité et de productivité.
Taux de rebut réduit
Les produits défectueux consomment la même quantité de ressources lors de leur production que les produits vendables mais ne contribuent pas au chiffre d'affaires d'une entreprise. Dans de nombreux cas, les produits défectueux doivent être jetés, retraités ou réintroduits dans le processus de fabrication en tant que matière première. Les raisons pour lesquelles certaines entreprises ont un taux de rebut élevé peuvent être multiples, mais dans la plupart des cas, la raison est un processus de fabrication mal compris ou mal ajusté. La rhéologie aide à étudier le matériau traité au préalable dans des conditions réalistes, à simuler le processus de fabrication suivant, et ainsi à recueillir des informations importantes pour l'ajustement du processus de fabrication. Cela aide à réduire les taux de déchets, à mieux utiliser les ressources naturelles et financières, et à améliorer la gestion du temps dans la production.
Efficacité améliorée en R&D
La recherche et le développement sont, bien sûr, également importants dans des industries établies telles que les industries métalliques et verrières. De nouvelles compositions chimiques de verre, par exemple, aident à fournir de plus en plus de nouvelles applications et à élargir le champ des domaines dans lesquels le verre est applicable. Les producteurs de métaux essaient également d'augmenter leur taille de marché en étudiant de nouvelles compositions d'alliages avec des caractéristiques uniques pour de nouvelles applications. Comprendre le comportement rhéologique du matériau traité est crucial ici, car le verre et le métal sont à l'état fondu et liquide au moins à une étape de leur processus de production. Ici, la rhéologie peut fournir des indications sur les propriétés d'écoulement et de remplissage de nouveaux alliages ou sur leur comportement de ramollissement et de durcissement. Des changements dans la composition chimique des matériaux pendant le traitement à haute température et l'impact résultant sur le processus de fabrication et le produit final peuvent également être étudiés. Cela aide à trouver la meilleure combinaison de matériaux pour répondre aux spécifications établies et aux demandes de plus en plus complexes des clients.
Les aciéries considèrent de plus en plus les investigations rhéologiques de leurs fondus pour améliorer davantage leurs processus de production.
Contrôle de la qualité amélioré
Une autre application de la rhéologie est l'inspection des marchandises entrantes et la caractérisation des matières premières. Les clients des industries du verre plat et du verre pour contenants, par exemple, caractérisent leur matière première à certains intervalles pour s'assurer que le matériau se comportera comme prévu dans le processus de fabrication et que la composition de la matière première respecte les spécifications définies. Si des changements dans la composition des matières premières sont détectés, l'entreprise a la possibilité soit de se plaindre aux fournisseurs de la qualité de la matière première achetée, soit d'ajuster les paramètres du processus en conséquence. La rhéologie à haute température soutient le système de contrôle de la qualité.
Efficacité du processus améliorée
Le cœur d'une entreprise active dans l'industrie des procédés est le processus de production lui-même. Les entreprises dépendent d'un processus de production bien ajusté et optimisé pour être financièrement réussies. Surtout les étapes de production dans lesquelles la matière première est fondue et traitée davantage à l'état liquide sont critiques et nécessitent le plus d'attention. L'un des indicateurs les plus connus pour la performance d'un processus de fabrication est l'efficacité globale de l'équipement (EGE). Cet indicateur combine la disponibilité et la performance ou la productivité, par exemple, d'un processus de fabrication de verre avec la qualité des pièces produites. Un EGE élevé nécessite une bonne performance sur les trois dimensions : disponibilité, productivité et qualité. Cela ne peut être réalisé que si le matériau traité est soigneusement analysé dans des conditions de processus, où, encore une fois, la rhéologie est requise.
Qualité du produit augmentée
Un processus amélioré et un comportement pleinement compris du matériau d'échantillon mènent inévitablement à une meilleure qualité de produit. Par exemple, un énorme problème dans l'industrie de la fonderie est le rétrécissement du matériau coulé pendant le refroidissement. Ce processus entraîne des défaillances dans le produit final, ce qui se traduit soit par des pièces défectueuses qui ne peuvent pas être utilisées, soit par une qualité inférieure du produit final. Plus la température du métal en fusion est basse au moment où il est versé dans les moules, plus le retrait thermique pendant le refroidissement est faible. La rhéologie aide les fonderies à identifier la température de processus la plus basse possible à laquelle le matériau s'écoule encore de manière satisfaisante pour remplir complètement chaque coin du moule afin d'éviter le retrait.
Dans la production de verre, la connaissance de la viscosité du verre en fusion influence fortement la qualité des produits.
Coût de maintenance réduit
L'entretien des installations dans l'industrie de transformation représente une grande partie des coûts d'exploitation totaux. Les entreprises mettent donc beaucoup d'efforts dans les programmes de maintenance et essaient de trouver des solutions pour réduire l'usure de leurs systèmes afin d'augmenter leur durée de vie. Ici, la viscosité joue un rôle crucial. Dans les processus de fabrication de l'acier, par exemple, le matériau réfractaire à l'intérieur du four s'use à l'interface avec la fonte de fer en fusion. Une viscosité inférieure de l'échantillon entraîne une usure plus rapide du matériau réfractaire. En caractérisant le matériau fondu au laboratoire au préalable, les entreprises peuvent décider comment modifier la viscosité de leur matériau – soit en ajoutant des additifs, soit en optant pour un matériau réfractaire différent.
Conclusion
La rhéologie à des températures allant jusqu'à 1750 °C peut être très bénéfique pour maintenir les coûts de production au minimum. Pour cela, un savoir-faire rhéologique mais aussi une compréhension approfondie des réactions chimiques et des processus internes des matériaux à haute température sont nécessaires pour tirer pleinement parti des possibilités offertes par des dispositifs comme le Système de rhéomètre de four d'Anton Paar. Le taux d'adoption de ce type de systèmes augmente rapidement et les clients qui caractérisent leur matériau par la rhéologie bénéficient d'un gain de connaissances et génèrent des avantages concurrentiels.
