Optimisation du temps de séjour.
Dans ce chapitre, on va aborder l’ensemble des étapes de résolution du problème, eton va présenter les résultats de l’étude technico-économique et les conclusions.
1. Solutions proposées
Suite à une étude préliminaire que j’ai élaborée au sein de la société auprès du personnel de ‘’Plate Mill’’, il en ressort les solutions suivantes :
- Accroître la longueur du lit de refroidissement
- Favoriser plus d’aération en ouvrant plus de fenêtre
- Faire sortir les tôles fortes du lit de refroidissement
- Diminuer la température ‘’finishing’’ du laminage
- Installer des ventilateurs
Selon les solutions que j’ai proposées au personnel, je leur ai demandé de voter selon leur expérience et d’opter pour une solution qui leur semble la plus pertinente, et par conséquent réalisable.
Le tableau ci-dessous résume le résultat du vote :
Solutions proposées Vote
Installer des ventilateurs 43%
Diminuer la température ‘’finishing’’ du laminage 22%
Faire sortir les tôles fortes du lit de refroidissement
20%
Favoriser plus d’aération en ouvrant plus de fenêtre 10%
Accroître la longueur du lit de refroidissement
5%
2. La solution optimale
L’installation des ventilateurs est la solution la plus optimale pour accélérer l’échange thermique des tôles fortes, sans oublier qu’en accélérant le processus, on doit préserver leur propriétés mécaniques et métallographiques.
Ce qui nous incite à poser un certain nombre de questions.
Où placer les ventilateurs ?
Quelle est la vitesse de ventilation ?
Quel type de ventilateur ?
- Où placer les ventilateurs ?
Comme indiqué au chapitre 3 de ce rapport le diagramme TRC et le diagramme Fer-Carbonejouent un rôle très important pour prévoir la structure cristallographique d’un solide.
Dans la réalité, les vitesses de chauffage et de refroidissement jouent un rôle essentiel
et peuvent modifier :
- la microstructure (transformations de phases, taille de grains, …)
- les propriétés mécaniques, dureté et fragilité…
Cependant, il est à noter que la composition chimique reste inchangeable.
Les tôles produitesà Maghreb Steel au cours de leur refroidissement, à 727 °C, l’austénite se transforme, soit en perlite, soit en ferrite, soit en ferrite + perlite. D’après une expérience micrographique, que j’ai réalisée au sein du laboratoire de Maghreb Steel. Lors d’un refroidissement à l’air naturel la transformation structurale se termine à 600°C (Formation de la ferrite-perlite ou de la perlite).
Les caractéristiques métallographiques de la ferrite et de la perlite :
- Ferrite : C’est du fer pratiquement pur(dans la structure cubique centrée) qui ne contient que des traces de carbone 0,008% à température ambiante. Elle dure (Rp=80 à 100), peu tenace (Rm=300N/mm²), mais elle très ductile (A=35% après rupture).
- Perlite : C’est un mélange hétérogène de ferrite et de cémentite à 0,85% en masse de carbone. Elle est très dure (Rp=200), tenace (Rm=850N/mm²) et assez ductile (A%=10), facile à usiner et offre une assez bonne résistance aux efforts statiques et à l’usure par frottements.Annexe [5].
La Structure Micrographique de la ferrite et la perlite :
- Si on veut refroidir rapidement les tôles dès qu’elles entrent au lit de refroidissement on va tremper l’acier, et sa structurefinale va être martensitique,la chose qui est non souhaité, carcette structure est très dure, difficilement utilisable et assez fragile. (Voir Diagramme TRC chapitre3)
-Pour remédier à ce problème, et afin d’éviter tout changement au niveau structurale des tôles, on procède à l’installation de trois ventilateurs de chaque côté du lit, exactement en 4eme Bank, afin d’accélérer le cycle de refroidissement des tôles fortes. A travers cette opération de fixation des ventilateurs, ceux-cinous permettrons de réduire la température de la tôle de 200°C à 100°C,et chaque ventilateur est censé parcourir la moitié de la tôle qui est 15m.Et Aussi installer des pyromètres afin de poursuivre les variations de température des tôles.
15m
Bank 4
15m
- Quelle la vitesse de ventilation ?
Aspect calculatoire.
Pour une tôle d’épaisseur 25mm, si on veut la refroidir en 15 min, chaque couple de ventilateur doit diminuer la température de la tôle a peu près de 34°C,pour que la température passe de 200°C à 100°C
Calcul de la vitesse de ventilation d’un seul ventilateur.
- La quantité d’énergie stockée dans la tôle :
On a :Q= mxCpxΔt
= 5887x529x(200-166)
=105883 KJ.
- En 5min= 300s. la perte d’énergie est :
Q’= 105883=352 KJ/s =352KW
30
- Pour extraire cette énergie stockée on calcule la quantité d’énergie échangé par convection forcée :
Q convforcée = h S (Ts - Tf).
Sachant que : Q conv forcée =Q’=352KW
h =Qconv forcée =352 x 103 = 65,18W.m-².K-1
S(Ts - Tf) 30x(200-20)
Calcul de Nusselt :
Nu=h x L
λ
=65,18 x 15
0,0335
=29185,07
Calcul de Prandtl :
Pr=μ x Cp
λ
=2,21x 10-5 x1007
0,0332
= 0,694 > 0,6 => Régime turbulent.Réf. [4]
Nu = 0,0296x Re0,8x Pr0,33
=>Re0,8= 29185,07
0,0296x0,6940,33
=111296.
=>Re = 36x106.
Sachant que : Re = Vx L
ν
V=Re x ν=36 x106 x2,56 x10-5
L 15
V = 61m/s.
Chaque ventilateur doit souffler avec une vitesse de 61m/s.
- Suivant les mêmes étapes on déterminera la vitesse des ventilateurs en fonction du temps de ventilation souhaitée.
Epaisseur
Tventilation
Ep=25mm
Ep=30mm
Ep=40mm
15min 61m/s 76m/s 106m/s
20min 42m/s 53m/s 74m/s
30min 26m/s 33m/s 44m/s
Le diagramme suivant explique le temps optimisé durant le refroidissement des tôles selon le temps de ventilation désiré.
- Quel type de ventilateur ?
Il existe deux grands types de ventilateurs :
- Les ventilateurs axiaux : ces ventilateurs à écoulement axial, aussi appelés ventilateurs hélicoïdes ou ventilateurs hélicoïdaux, ressemblent à des hélices et aspirent l'air directement au travers de leurs pales.
- Les ventilateurs centrifuges : ces ventilateurs ressemblent à des « cages d'écureuil » et aspirent l'air vers le centre de l'appareil, puis l'évacuent perpendiculairement à un angle de 90 degrés.
Pour choisir le ventilateur qui va répondre à nos besoins, j’ai contacté divers sociétés de ventilation notamment Delta-neu ,Airclima, Air technology .Ces derniers ont exigées une étude sur terrain afin de déterminer le ventilateur de dimension et de type approprié pour assurer l'efficacité du système. Cette étude nécessite un temps important, et moi je ne peux pas la poursuivre car ma période de stage touche à sa fin.
3.Etude technico-économique
Prix Consommation/jour Consommation/h
Fuel 4,3 DH/Kg 20 T/J 0,83 T/h
GPL 8,49505 DH/Kg 7 T/J 0,29 T/h
Electricité 4,3 DH/Kg 57 Mwh/J 2,38 Mwh/h
- Gain maximal :
Ce tableau indique le gain maximal achevé, suivant une ventilation des tôles en 15min.
Fuel GPL Electricité Gain totale
Ep=25mm 642420 Dh/an 443 160 Dh/an 785 400 Dh/an 1 870 980 Dh/an
Ep=40mm 1 245 960 Dh/an 859 359 Dh/an 1 523 676 Dh/an 3 628 995 Dh/an
Conclusion Cette partie du projet à savoir une étude technico-économique a montré que le gain maximalannuel, en optimisant le temps de séjour destôles fortes est de l’ordre de 3628995 DH/an.
CONCLUSION GENERALE
Ce stage de fin d’étude était une occasion précieuse pour consolider mes connaissances dans la pratique en développant mes capacités d’adaptation, d’organisation, d’initiative et d’esprit de groupe.
Au terme de ce stage, j’ai contribué dans un premier temps, à étudier le procédé de refroidissement des tôles dans la zone de refroidissement qui fait partie de la ligne de production de « laminage à chaud » et dans un deuxième temps, en se basant sur l’étude effectuée j’ai proposé comme solution l’installation des ventilateurs au 4ème Bank du lit, afin d’augmenter la productivité de l’entreprise et réaliser des gains considérables.
Enfin,j’estime que ce travail a permis d’apporter une contribution répondant aux attentes de la direction d’Audit et contrôle interne de la société Maghreb Steel.
rapport de stage