Rapport de stage société Maghreb Steel
Mémoire du Projet de Fin d’Etudes
Optimisation du temps de séjour des tôles fortes dans la zone de refroidissement.
Encadré par : Prof. Rachid MOUNTASSER (FSTM)
M. BouaazaMoustaoui (Maghreb Steel)
DEDICACES
A mes très chers parents :
Aucune dédicace ne saurait exprimer tout ce que je ressens pour vous. Je vous remercie pour tout le soutien exemplaire et l'amour exceptionnel que vous me porter depuis mon enfance et j'espère que votre bénédiction m'accompagnera toujours.
Votre soutien et vos sacrifices m’ont fait devenir ce que je suis aujourd’hui, Que Dieu le tout puissant vous préserve et vous procure santé et longue vie.
A ma petite sœur Meryem :
Qui a été toujours présente a mes côtés, tous ce que nous avons vécu ensemble restera gravé dans ma mémoire et me servira de soutien moral durant toute ma vie, que ce travail soit pour l’expression de ma gratitude et de toute mon affection.
A toute ma famille et tous mes amis :
Je vous remercie d’avoir été auprès de moi et je vous offre ce modeste travail.
Mohamed CHERGUI
REMERCIEMENTS
Tout d’abord je tiens à remercier M.El Fadel SEKKAT, le Président Directeur Général de MAGHREB STEEL, d’avoir bien voulu m’accorder mon stage de fin d’études au sein de son site de Bled Solb.
Je remerciesincèrement mon encadrant en entrepriseM.BouaazaMOUSTAOUIchef du département mécaniquepour sonencadrement son aide et la disponibilité qu’il a su toujours trouver durant la réalisation de ce travail.
Je remercie vivement M. RachidMOUNTASSERpour son encadrement pédagogique très consistant, ainsi que pour l’intérêt avec lequel il a suivi la progression de mon travail.
Je remercie aussi M.Amine ASSILAqui m’a amené avec son expérience et son soutien vers les objectifs de mon projet.
Mes remerciements vont également à tous le personnel de Maghreb steel, notamment messieurs,Moussa HAIDA,Aziz SELHAMI, Rachid WAHMANE, Yassine ECHCHAFAI, ,Mohamed BAHASSI, Zakaria ZEMZAMI, Hicham NAJI ainsi que mon camarade de stage Mehdi BAHASSI pour ses précieux conseil, son support, et le climat amical qu’il m’a offert.
Enfin, j’exprime ma profonde gratitude à toutes les personnes qui ont contribué, de près ou de loin, à l’accomplissement de ce travail.
RESUME
Ce projet a été élaboré au sein du département mécanique de la société Maghreb Steel à Mohammedia.L’objectif de ce travail est d’optimiser le temps de séjour des tôles fortes dans la zone de refroidissement, afin d’augmenter la productivité.
Pour ce faire deux étapes essentielles ont été suivies pour l’aboutissement de cette étude :
ü Etude du procédé de refroidissement.
ü Proposition d’une solution optimale.
TABLE DES MATIERES
Dédicace.............................................................................................................................2
Remerciements…………………………………………………………………………...3
Résumé ...............................................................................................................................4
Table des matières ………………………………………………………………………..5
Liste des figures ......................................................................................………………...6
Liste des tableaux ...............................................................................................................8
Introduction générale ............................................................................…………………..9
Chapitre I: Présentation de l’organisme d’accueil.
I. Evolution sidérurgique au Maroc …………………………………………………...12
II. Fiche signalétique de MaghrebSteel ………………………………………………..12
III. Historique de Maghreb Steel ………………………………………………………..13
IV. Organisme de Maghreb Steel.……………………………………........................…14
V. Activités complexe de Maghreb Steel …………………………………………..…..15
1. Moyens de production …………………………………………………..…. .15
2. Produits fabriqués par Maghreb Steel ….……………………………..……..15
Chapitre II: Processus de Laminage à chaud.
I. Fabrication des tôles laminée à chaud…………………………………………….........18
A. L’aciérie……………………………………………………………………………..18
B. L’usine à chaud……………………………………………………………………..20
1. Introduction……………………………………………………………………..20
2. Matière première………………………………………………………………...22
3. Contrôle des brames avant l’enfournement……………………………………..22
4. Etapes de laminage……………………………………………………………...23
4 .1.Réchauffage des brames………………………………………………….....23
4.2. Décalaminage…………………………………………………………….....24
4.3. Laminage…………………………………………………………………....25
4.4. Cisaille à chaud ‹Hot Shear›………………………………………………..27
4.5. Plannage à chaud ‹Hot leveller›………………………………………….....28
4.6. Lit de refroidissement ‹coolingbed›…………………………………….....28
4.7. Dérivage ‹ Rotary Side trimming shear ›…………………………………...29
4.8. Cisaille à froid ‹ Cold Shear›……………………………………………….30
4.9. L’empileur des tôles………………………………………………………..31
4.10. Plate Pile Transfer Crane…………………………………………………..31
5. Contrôles produit - process……………………………………………………..31
Chapitre III: Présentation de problématique.
Introduction……………………………………………………………………………33
I. Le lit de refroidissement (coolingbed)……………………………………………..33
II. Les facteurs qui influent le cycle de refroidissement…………………………….....35
1. Effet de la vitesse de refroidissement …………………………………………….36
2. Effet de l’état structural de l’austénite …………………………………………....37
3. Effet de la composition chimique ………………………………………………...37
III. Problématique………………………………………………………………………38
Conclusion………………………………………………………………………….....38
Chapitre IV : Etude théorique et pratique du problème.
I. Etude théorique…………………………………………………………………….40
1. Transfert de chaleur. ……………………………………………………………..40
2. Mode de transfert de chaleur……………………………………………………...41
2.1.Transfert de chaleur par convection…………………………………………..41
a. Convection naturelle………………………………………………………..42
b. Convection forcée…………………………………………………………..42
2.2.Transfert de chaleur par rayonnement………………………………………...43
3. Perte de chaleur…………………………………………………………………...44
3.1.Perte de chaleur par rayonnement………………………………………….....44
3.2.Perte de chaleur par convection……………………………………………....45
3.3.Temps de refroidissement total…………………………………………….....48
II. Etude pratique……………………………………………………………………...49
1.1. Suivi de la température des tôles fines…………………………………….....49
1.2. Suivi de la température des tôles fortes……………………………………...50
1.3. Comparaison entre le temps de refroidissement théorique et réelle…………...51
Conclusion …………………………………………………………………………....51
Chapitre V: Optimisation du temps de séjour.
1. Solutions proposées…………………………………………………………...53
2. La solution optimale ……………………………………………………….....53
3. Etude technico-économique…………………………………………………..59
Conclusion…………………………………………………………………………....59
Conclusion générale ………………………………………………………………….60
Bibliographie & Webographie………………………………………………………..61
Annexés………………………………………………………………………………62
LISTE DES FIGURES
Figure 1.1:Organigramme de Maghreb Steel…………………………………………….14
Figure 2.1: Les étapes de fabrication de l’acier…………………………………………...19.
Figure 2.2: Ligne de Laminage à chaud PLATE MILL…………………………………..21
Figure 2.3: Schéma de SLAB……………………………………………………………..22
Figure 2.4: Définition des longueurs effective et thermique……………………………...23
Figure 2.5:Courbe de chauffage des brames……………………………………………...24
Figure 2.6: Schéma de principe du décalaminage Primaire……………………………….25
Figure 2.7: Schéma de principe de laminage……………………………………………...26
Figure 2.8: Schéma de principe de décalaminage…………………………………………27
Figure 2.9: Schéma représentant le lit de refroidissement………………………………...28
Figure 2.10: Schéma de principe de dérivage…………………………………………….29
Figure 2.11: Schéma de principe de cisaille à froid………………………………………30
Figure 3.1: Le lit de refroidissement……………………………………………………...33
Figure 3.2: Schéma du lit de refroidissement……………………………………………..34
Figure 3.3 : la transition γ/α en fonction de la température………………………………35
Figure 3.4: Diagramme TRC (transformation en condition refroidissement continue)…..36
Figure 4.1: Mécanisme de convection…………………………………………………….41
Figure 4.2: Mécanisme de convection naturelle…………………………………………..42
Figure 4.3: Mécanisme de convection forcée……………………………………………..43
Figure 4.4: Mécanisme de rayonnement…………………………………………………..43
Figure 4.5: Relation entre le rayonnement et la convection……………………………....44
Figure 4.6: Courbe de perte de chaleur des tôles………………………………………….48
Figure 4.7: Courbe de cycle de refroidissement des tôles fines…………………………..49
Figure 4.8: Courbe de cycle de refroidissement des tôles fortes…………………………50
Figure 4.9: Courbe comparatif entre temps de refroidissement théorique et réel.………..51
Figure 5.1:Structure cristalline des aciers………………………………………………...54
Figure 5.2: Structure ferrito–perlitique…………………………………………………...55
Figure 5.3: Structure perlitique……………………………………………………………55
Figure 5.4: Schéma représentatif des ventilateurs installé au bank4……………………...56
Figure 5.5: Courbe représentatif du temps optimisé………………………………………57
Figure 5.6: Ventilateur centrifuge…………………………………………………………59
Figure 5.7: Ventilateur axial……………………………………………………………….59
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 2.1: Caractéristiques dimensionnelles des brames……………………………….22
Tableau 2.2 : Les longueurs effective et thermique…………………………………….....23
Tableau 2.3 : Les spécifications techniques de la cisaille à chaud………………………..27
Tableau 2.4 : Les spécifications techniques de la planneuse à chaud……………………..28
Tableau 2.5 : Les spécifications techniques de dérivage………………………………….29
Tableau 2.6 : Les spécifications techniques de la cisaille à froid………………………....30
Tableau 2.7 : Les spécifications techniques de l’empileur des tôles……………………....31
Tableau 2.8 : Les spécifications techniques des tôles produites…………………………..31
Tableau 3.1 : Les spécifications techniques du lit de refroidissement…………………….34
Tableau 4.1 : Les dimensions de la tôle…………………………………………………..40
Tableau 4.2 : Calcul de la quantité de chaleur stocké…………………………………….41
Tableau 4.3 : Calcul de Qrayonnement, Qen, T1des tôles de différentes épaisseurs………...45
Tableau 4.4 :Calcul de Q convection, Qen,T1des tôles de différentes épaisseurs……...47
Tableau 4.5 :Temps de refroidissement théorique………………………………………..48
Tableau 4.6 :Suivi de la température des tôles fines……………………………………...49
Tableau 4.7 : Suivi de la température des tôles fortes…………………………………….50
Tableau 5.1 : les solutions proposées à la résolution de problème………………………..53
Tableau 5.2 :Vitesse du ventilateur en fonction du temps de ventilation………………...58
Tableau 5.3 : Gain annuel maximal ………………………………………………………59
INTRODUCTION GENERALE
L’ouverture irréversible de l’économie marocaine à son environnement mondial est porteuse d’un défi majeur en termes de compétitivité, tant au niveau du système productif national que de l’environnement économique et institutionnel.
En effet, notre économie connaît actuellement une phase cruciale de son évolution, confrontée à des défis majeurs, qu’il s’agisse, sur le plan interne, d’assurer une croissance forte, ou sur le plan externe, de réussir un ancrage extérieur de l’appareil productif dans un contexte de mondialisation exacerbée.
L'industrie du fer et de l'acier au Maroc connaît une augmentation de 10 % annuellement. En effet, la consommation du fer au niveau du Royaume a connu également un développement progressif de 10 %, passant ainsi de 974.000 tonnes en 2000 à 2.200.000 tonnes en 2008.
Le Maroc ne cesse de connaître un développement remarquable dans ce domaine, sachant que les nouvelles unités de production vont permettre au Royaume de produire 2,5 millions de tonnes durant l'année en cours, ce qui dépassera largement ses besoins et lui permettra d'exporter l'excédent de sa production.
Cette évolution rapide de l’industrie d’acier et l’apparition dans ces dernières années des grands marchés de consommation (la Chine, les Etats Unies, l’Europe,…) a poussé les spécialistes à chercher à augmenter la production de cette matière en plusieurs modèles (bobines, profilés, tôles,…).
Face a cette concurrence de plus en plus acharnée, Maghreb Steel cherche toujours depuis sa création à diversifier et augmenter ses produits d’acier. L’augmentation de la cadence de production au moindre coût tout en gardant la qualité des produits nécessite une maîtrise parfaite des procédés de fabrication ainsi que des limites des équipements.
La concurrence et l’accroissement des besoins de client imposent une productivité continue. Le temps de refroidissement des tôles est un enjeu très important en termes de limitation de productivité, et parmi les défauts de refroidissement qu’on trouve le temps de séjour des tôles à forteépaisseur ce qui retarde le cycle de production.
Dans l’objectif de réduire le temps de séjour des tôles et d’augmenter la productivité, on m’a proposé de travailler sur un sujet prépondérant intitulé :
ʽʽ Optimisation du temps de séjour des tôles fortes dans la zone de refroidissementʼʼ
La réflexion sur ce thème a duré deux mois, pour comprendre ses différents contours avant de proposer une approche de résolution de ce problème afin d’apporter une amélioration au processus de production déjà existant.
Pour ce faire, les cinq chapitres de ce projet vont révéler la démarche suivie pour la réalisation de ce projet.
I.L’évolution sidérurgique au Maroc
Le Maroc connaît un développement remarquable dans le domaine sidérurgique. Les nouvelles unités de production qui sont installées vont permettre au Royaume de produire 2,5 millions de tonnes durant l'année en cours, ce qui dépassera largement ses besoins et lui permettra d'exporter l'excédent de sa production.
La consommation nationale de produits d’acier longs a enregistré une croissance moyenne de 8,4% ces trois dernières années. Sur ce segment se partage plusieurs acteurs dont SONASID, UNIVERS ACIER, SOMETAL, MAGHREB STEEL et des importateurs.
Grace à une production objective de 1.000.000 tonnes de tôles d’acier par an, La société MAGHREB STEEL va participer au développement de l’économie nationale par :
· L’introduction de produits nouveaux dans le tissu industriel marocain : Maghreb Steel est le seul producteur de produits plats en acier au Maroc.
· La présence remarquable de ses produits sur le marché international.
II.Fiche signalétique de Maghreb Steel
Raison sociale
Maghreb Steel
Forme juridique
Société anonyme
Dirigeant
Mr Fadel SEKKAT
Superficie
30 hectares
Date de création
1975
Capital social
1 800 000 000 DH
Structure organisationnelle
Hiérarchique
Secteur d’activité
Sidérurgique
Articles produits
Tôles d’acier
Téléphone
212-5-22-76-25-00
Site Web
www.maghrebsteel.ma
III. Historique de Maghreb Steel
Maghreb Steel (connue avant par Maghreb tubes ) est une société anonyme faisant partie du groupe Sakkat qui contrôle d’autres unités industrielles notamment (Ingelec, Plasma, Imacab).Elle est spécialisée dans lafabrication et la commercialisation de deux types de tôles d’acier , tôles laminées à chaud et des tôles laminées à froid, galvanisée et pré laquée, destinéeprincipalement à la fabrication des produits destinés à la construction des bâtiments, des équipements de l’automobile, l’agriculture, le mobilier métallique, l’électroménager, le matériel électrique.
Depuis sa fondation en 1975, en qualité de fabricant de tubes soudés en acier, la société n’a cessé d’élargir et de diversifier ses activités dans le domaine sidérurgique.
Lancement
1975 : Création de la société pour la fabrication de tubes soudés noirs et galvanisés en acier.
Innovation
1988 : Installation d’une ligne de galvanisation en continue avec une capacité de 35.000 T/an.
Croissance
1994 : Installation de nouveaux fours pour porter la
la capacité de production de la ligne de galvanisation à 60.000 T/an et ajout d’une ligne de pré laquage
Récompense
1997 : Le Conseil National du Commerce Extérieur attribue à Maghreb Steel le trophée d’or à l’exportation
Développement
1999 : Augmentation de la capacité de la ligne de galvanisation à 100.000 T/an au lieu de 60.000 T/an.
Prestige
2001 : Inauguration de notre complexe sidérurgique de laminage à froid par Sa Majesté Le Roi Mohamed VI.
Etat d’esprit :
« orienté client
2002 : Mise en place d’un système management-qualité conforme au référentiel NM ISO 9001 version 2000.
Extension
2003: Installation d’une deuxième ligne de galvanisation pour doubler la capacité de production (230.000 T).
2004 : Installation d’un second laminoir à froid et d’une deuxième ligne de décapage afin de doubler la capacité (400.000 T/an)
Récompense
2006: Trophée d’or à l’exportation pour la meilleure diversification des marchés.
2007 : Lancement du projet de Steckel (complexe laminage à chaud).Pose de la première pierre par Sa Majesté le Roi Mohamed
Lancement d’une ligne de panneaux de sandwich d’une capacité de production de 2millions de m²/an.
Etat d’esprit environnemental
2008 : Certification de l’environnement Iso 14001.
2010 : Démarrage du projet Bled Solb : complexe de laminage à chaud.
Activités complexe de Maghreb Steel
1. Moyens de production
Le complexe de Maghreb Steel s'étend sur une superficie de 30 hectares. La matière première utilisée est la brame issue de la coulée continue. Celle-ci est d'abord réchauffée, laminée à chaud, bobinée, décapée (opération de nettoyage de l'acier par élimination des oxydes superficiels), puis laminée à froid (opération de réduction de l’épaisseur), galvanisée (traitement qui consiste à revêtir à chaud la surface de la tôle laminée à froid d'une fine couche de zinc pour protéger l'acier contre la corrosion), et enfin pré laquée (dépôt d'une matière organique liquide adaptée aux atmosphères non agressives afin d'augmenter la résistance à la corrosion et d'ajouter un effet esthétique).
2. Produits fabriqués par Maghreb Steel
Grace à ces moyens de production, la société Maghreb Steel fabrique plusieurs types de produits à partir de la matière première (brame) issue de la coulée continue
· Tôles laminées à chaud: Acier de base non alliée destiné au laminage à froid et à l’emboutissage. Ce produit est utilisé pour la fabrication des éléments de construction soudés ou assemblés par rivets ou boulons pour usage aux températures ambiantes.
· Tôles laminées à froid : acier doux non allié destiné à la mise en forme par pliage ou emboutissage. Les produits laminés à froid sont aptes aux revêtements de surface « Phosphatation, peinture, Galvanisation,… » et aux revêtements électrolytiques.
· Tôles galvanisées : tôles galvanisées sur deux faces par défilement en continu de bobines d’acier dans un bain de zinc en fusion. La galvanisation protège l’acier contre la corrosion par un effet à la fois barrière et sacrificiel, ce qui a pour avantage de conserver la protection de l’acier même en cas d’endommagement ou de mise à nu des tranches.
· Tôles galvanisées près laquées : les matériaux de base utilisés sont des tôles en acier de construction galvanisés à chaud en continu destinées aux bâtiments « bardage, cloisons et éléments de couverture. Ces tôles sont soumises à une préparation de surface puis un dépôt de matières organiques liquides et enfin une cuisson par passage dans un four. Ce revêtement organique est adapté aux atmosphères non agressives, le pré laquage donne un aspect esthétique à la tôle et apporte une protection complémentaire contre la corrosion.
· Panneaux Sandwich : L'Isopano repose sur la mise au point d'un composant monobloc, constitué de deux parements en tôle d'acier galvanisé puis pré laqué, et d'une âme isolante de mousse dure de polyuréthane.
Dans le chapitre suivant, on va s’intéresser à la description du processus de fabrication des tôles laminées à chaud a pour but d’introduire notre sujet et comprendre les étapes nécessaires auxquelles subit la brame.
Processus de laminage à chaud.
L’acier est un alliage de Fer et de Carbone. Dans la métallurgie, on crée plusieurs alliages d’acier. Les aciers sont utilisés pour leur grande résistance mécanique, pour leur rigidité ainsi que pour leur diversité de propriétés dues aux transformations métallurgiques. Néanmoins ses points faibles sont la corrosion et sa densité.
I. La fabrication des tôles laminée à chaud.
L’élaboration de l’acier est très complexe et requiert de nombreuses étapes de fabrication. Historiquement, les procédés de fabrication ont beaucoup évolué afin d’obtenir les propriétés mécaniques et les milieux adaptés à l’usage avec des coûts de production minimaux. Concernant les tôles d’acier extra doux, on peut séparer la fabrication en deux étapes :
· L’aciérie où le minerai est préparé, l’acier est élaboré à l’état liquide et ensuite coulé.
· L’usine à chaud où les tôles sont laminées à chaud.
A. L’aciérie
Une aciérie est une usine servant àproduire l’acier en grandes quantités, généralement sous la forme de produits semi-finis. On distingue généralement deux types d’aciérie :
· les aciéries électriques : qui produisent de l’acier à partir de ferrailles recyclés.
· les aciéries a oxygène :qui travaillent à partir de fonte liquide produits par un haut fourneau.
De la matière première à l'acier liquide
La première étape de fabrication d’un acier est l’élaboration de l’acier liquide. Pour cela, deux possibilité se présentent : la filière fonte ou la filière ferrailles.
- La filière fonte comporte une succession d’opérations. Intervient tout d’abord la préparation du minerai de fer qui, après un broyage et criblage subit une agglomération. En parallèle, le coke est préparé à partir de charbon, dans une cokerie où le charbon est débarrassé des composés volatils.
- La filière ferraille ne comporte qu’une seule opération pour aboutir au métal liquide. Est la fusion des ferrailles dans un four électrique.
L'affinage de l'acier
- Les deux procédés recourent, avant la coulée, à une dernière étape, l'affinage de l'acier, dont le rôle consiste à mettre à nuance (ajustement de la composition chimique de l'acier)
De l'acier liquide aux demi-produits
- Après finition du métal, la poche est hissée dans la coulée continue. L’acier est coulé à une température avoisinant les 1450 °C à 1500 °C, il est tiré avec des cylindres de support et de guidage pendant qu’il est refroidi à une température de 900 °C, les brames obtenues sont coupés à l’oxygène, possèdent une forme parallélépipédique.
- Les brames sont éventuellement meulées, selon la commande, et sont ensuite stockées et envoyées aux différentes entreprises de formage, en particulier des entreprises de laminage a chaud.
B. L’usine à chaud.
1. Introduction
Maghreb Steel est dotée d’une ligne de laminage à chaud réversible pour les produits plats en acier, dite PLATE MILL, dont la capacité annuelle est de 500 000 T/ an de plaques laminées à chaud d’une gamme d’épaisseurs allant de 4.75 mm à 50 mm.
Les étapes de laminage à chaud sont les suivants :
· Réception et conditionnement de la matière première;
· Chauffage dans le four de réchauffage;
· Laminage;
· Cisaillage à chaud ;
· Planage à chaud ;
· Refroidissement ;
· Dérivage ;
· Cisaillage à froid ;
· Pesage et stockage .
Laminage Réversible de la brame
Réception et préparation de la brame (MP)
Cisaille à chaud
Planneuse à chaud
Refroidissement à l’air ambiant
Dérivage
Figure 2.2: Ligne de Laminage à chaud PLATE MILL
2. Matière première
La matière première pour le laminage à chaud des produits plats est des brames ou slabs.
La brame est une masse d'acier de forme parallélépipédique de forte dimension, obtenue soit directement de coulée continue soit après découpage d'une longue brame.
l
L
Figure 2.3 : Schéma de SLAB
Zone de Texte: E
Suivant les capacités du four de réchauffage et du laminoir, les spécifications dimensionnelles des brames sont les suivantes :
Epaisseur / Thickness :
180 à 250 mm
Largeur / Width :
1000 à 2150 mm
Longueur / Length :
2000 à 6000
Poids / Weight :
25 t max
Type d’acier / Type of steel :
Acier Bas Carbone / Low Carbone Steel.
Tableau 2.1: caractéristiques dimensionnelles des brames.
3. Contrôle des brames avant l’enfournement
Avant l’enfournement de chaque brame, elle doit subir un certain nombre de contrôle par l’opérateur d’enfournement afin d’assurer une bonne qualité du produit fini.
En effet, après le posage de la brame sur la table d’enfournement, l’opérateur doit vérifier les points suivant :
· Numéro d’identification ;
· L’état de surface : présence de défauts de surface visibles sous forme de criques transversales ou longitudinales ;
· Les dimensions réelles de la brame: Longueur, Largeur et Epaisseur
· Le poids : Pesage de la brame à l’entrée
· La forme : Cambrage, Sabre, Equerrage-Largeur… etc.
4. Etapes de laminage
4.1Réchauffage des brames
Le procédé de laminage à chaud nécessite par son principe le chauffage de la matière première à une température spécifique au domaine de transformation plastique du matériau utilisé.
Le four de réchauffage comprend, à une première extrémité, dite "côté enfournement", une ouverture destinée à l’alimenter en brames froides, grâce à une pousseuse qui les introduit à une extrémité du four, dans lequel les produits déjà enfournés se touchent : à chaque enfournement, le lit de produits avance, ce qui entraîne le défournement d’un produit à l’autre extrémité du four, dite "côté défournement".
Figure 2.4: Définition des longueurs effective et thermique
Longueur entre bancs de rouleaux
43.4m
Longueur effective
35.7m
Longueurthermique
34.9m
Longueur de pushing
37.5m
Largeur du four
6.8m
Tableau 2.2 : Les longueurs effective et thermique.
Les températures de défournement seront de l’ordre de 1050°C à 1280°C (la température de référence est de 1220°C en peau avec une différence cœur/peau de 30°C environ). Le chauffage des brames se fait suivant une courbe de chauffage recommandé par le fournisseur ;
Figure 2.5: Courbe de chauffage des brames
Le four lui-même est divisé fonctionnellement, selon sa longueur, en trois zones qui, en partant du côté enfournement pour aller au côté défournement, sont :
• Une zone de récupération, dans laquelle les brames épuisent la chaleur emmagasinées dans la fumée avant de l’envoyer vers le récupérateur. La température peut atteindre les 400°C sachant que les brames sont enfournées à la température ambiante (Cf. la courbe de chauffage Fig. 6).
• Une zone de chauffage où les brames sont portées progressivement à une température moyenne qui est proche de la température visée pour le laminage, mais les peaux inférieures et supérieures des brames sont sensiblement plus chaudes que le cœur.
• Une zone d'égalisation où le chauffage est poursuivi dans le but principal d'homogénéiser la température dans l'épaisseur de la brame sans augmenter la température en peau.
4.2. Décalaminage
A la sortie du four, et avant le laminage, la calamine, qui se forme pendant le réchauffage, doit être retirée afin d’éviter la contamination de la surface de la matière première par impression de la calamine par les rouleaux.
En effet, la calamine est formée par oxydation surfacique de l’acier. Cependant, l’atmosphère oxydant qui règne dans le four de réchauffagetransforme le métal de la surface en oxyde de fer. En générale, il existe trois couches d’oxyde de fer: FeO, Fe3O4 et
Fe2O3. L’épaisseur de chaque couche varie selon les conditions de réchauffage, essentiellement la température.
La totalité, presque, de la calamine est récupérée au niveau des boites de décalaminage (descale box). Il y a deux boites de décalaminage : basse (bottom) et haute (top). Dans la première, on décalamine la face inférieure de la brame ainsi que sa face latérale côté opérateur. Toutefois, dans la deuxième boite, on ôte la crotte de la face supérieure de la brame et sa face latérale côté moteur.
Pour ce faire, l'opération de décalaminage consiste schématiquement à impacter la surface de la brame en défilement par des jets d'eau puissants délivrés par des rampes placées à faible distance et dotées de buses d'injection alimentées sous haute pression, environ 200 bars. On vise ainsi à conjuguer un effet thermique avec un effet mécanique dû à la forte quantité de mouvement des jets d'eau à l'impact afin de fissurer la calamine et de l'éliminer de la surface par effet de chasse.
Figure 2.6: Schéma de principe du décalaminage Primaire
4.3.Laminage
Le laminage proprement dit n’est qu’une succession de déformations (les passes) qui vont engendrer un écrouissage du métal et pendant lesquelles la structure de l’acier pourra évoluer. De manière simple, il s’agit d’une opération qui consiste à introduire du métal entre deux cylindres tournant en sens inverse pour l’allonger selon un profil proche de l’utilisation finale.
Figure 2.7: Schéma de principe de laminage.
A l’entrée du laminoir, la brame est centrée moyennant un guide de centrage puis elle subit un nombre prédéterminé de passage entre les rouleaux du laminoir. Selon le besoin en largeur, la brame peut être tournée, après les premières passes, pour être laminée dans le sens opposé afin d’augmenter sa largeur.
Le laminoir ainsi que ses composantes sont gérées par un système automatique de contrôle de qualité. Ce système calcule automatiquement l’emprise (roll gap) des rouleaux de travail pour chaque passe ainsi que la vitesse de laminage qui diffère entre les deux laminoirs pendant la même passe. Le sous système HAGC (HydraulicAutomatic Gauge Control) supervise la pression de laminage (emprise des rouleaux de travail) à l’aide d’un retour d’information d’une jauge à rayon X qui mesure d’une manière instantanée l’épaisseur réel de la tôle.
Le laminoir est constitué d’une cage quarto (c’est-à-dire avec quatre cylindres). La réduction de l’épaisseur est assurée par le passage réversible de la tôle entre les cylindres de travail de la cage. Le contrôle de l’entrefer (ou l’emprise) de la cage est assuré par un serrage hydraulique.
Au cours du laminage, de nouvelles couches de calamine se forment, ce qui nécessite un nouveau décalaminage, dit secondaire.
En effet, le décalaminage secondaire des bandes d'acier vise à débarrasser la surface de la bande de la calamine secondaire, qui s'est formée par réoxydation rapide du métal chaud au cours du séjour de la bande à l'air libre après son décalaminage primaire à sa sortie du four.
La calamine secondaire se présente en général sous la forme d'une couche adhérente d'oxydes métalliques, classiquement entre 50 et 100 µm d'épaisseur, plutôt irrégulière d'aspect.
Il y a deux circuits de décalaminage secondaire qui fonctionnent alternativement selon l’épaisseur de la tôle pendant le laminage : DESCALE et FRIT.
Figure 2.8 : Schéma de principe de décalaminage.
4.4. Cisaille à chaud ‹Hot Shear›
Après le laminage à chaud, la brame, dite “mother plate”, augmente en longueur. Une limitation au niveau de la longueur du ‘‘coolingbed’’, qui est l’espace dédié au refroidissement de la tôle ;
La fonction du cisaillement à chaud est de diviser la brame mère laminée en
longueurs appropriées pour le lit de refroidissement, en tôles filles, dites ‘‘ daughter plates’’. Le cisaillement est également utilisé pour recadrer la queue de la tôle afin de fournir un bout carré pour l'entrée dans la cisaille rotative des côtés.
Les spécifications techniques de cette cisaille sont renseignées au tableau ci-dessous :
Nombre de tôles à découper
1
Grade d’acier apte à la coupe
Acier bas carbone
Epaisseur max de la tôle
50 mm
Largeur max de la tôle
2650 mm
Largeur des lames
2800 mm
Largeur des chutes
400 mm
Nombre de bacs de chutes
2
1.1.
Tableau 2.3 :Les spécifications techniques de la cisaille à chaud
4.5.Plannage à chaud ‹Hot leveller›
Après la cisaille à chaud, les tôles filles passent par la planeuse à chaud. Sa fonction principale est l’amélioration de la planiété de la tôle en éliminant tous types d’ondulation causés précédemment (ondulation des bords, ondulations centrales, etc)
Grade des tôles à pour planage:
Grade Lowcarbonsteel
Largeur
1500 to 2650 mm
Epaisseur
4.75 to 50
Force max de planage
16,000 kN
Nombre deTop Levelling Rolls
5
Nombre deBottom Levelling Rolls
6
Nombre de Top Backup Rolls
30
Nombre de Bottom Backup Rolls 30
30
Diamètre Back-Up Roll
220
Tableau 2.4 : Les spécifications techniques de la planeuse à chaud.
4.6. Lit de refroidissement ‹coolingbed›
Toutes les opérations effectuées précédemment s’effectuaient à chaud, le matériau est encore porté à des températures élevées (400°C en moyenne environ). Afin de lui conférer la structure cristalline finale souhaitée, un refroidissement par air naturel des tôles filles s’impose.
Le lit de refroidissement permet un déplacement en continu des tôles refroidies à l’air ambiant. (Voir le schéma ci-dessous).
Figure 2.9 : Schéma du le lit de refroidissement
4.7. Dérivage ‹ Rotary Side trimming shear ›
Suite à la demande d’une tôle à rives cisaillés, le découpage des bords s’effectue à l’aide d’une cisaille rotative des bords. Elle a donc pour rôle de découper les bords de tôles de largeur constante et de couper les chutes et les livrer à un système d'évacuation des chutes.
Figure 2.10: Schéma de principe de dérivage
Figure2.10 : Schéma de principe de dérivage.
Les spécifications techniques de cette machine sont :
Capacités de production :
Epaisseur
4.75 to 25 mm
Longueur
12 to 30 m
largeur
1550 to 2650 mm
Largeur de tôles à dériver
1500 to 2600 mm
Grade
LowCarbonSteel
Les spécifications techniques de cette machine sont :
Tableau 2.5 : Les spécifications techniques dérivage.
4.8. Cisaille à froid ‹ Cold Shear›
Les tôles filles délivrées par le dérivagedoivent être coupées en longueur, ajustée en forme parallépipédique, grâce à l’option ‘sqarecut’ qui permet de recadrer la tête de la tôle et finir la coupe, en obtenant des tôles filles ‘baby plate’ selon les spécifications techniques suivantes :
Capacité de production :
Epaisseur, min/max
4.75 / 50 mm
Longueur à l’entrée min/max,
12 / 30 mm
Longueur finale min/max,
6 / 12 m
Largeur, min/max,
1500 / 2650 mm
Grade
LowCarbonSteel
Données générale de coupe :
Force de coupe
780 mt
Temps de cycle des lames
seconds 4
Figure2.11 : Schéma de principe de cisaille à froid.
Tableau 2.6 :Les spécifications techniques de la cisaille à froid.
4.9. L’empileur des tôles
Une fois que la tôle bébé est produite et délivrée par la cisaille, celle - là doit être transportée et dégagée de la ligne de production. Cette opération s’effectue grâce à cette empileuse, appelée ‘PLATE PILER’, dont les spécifications techniques sont les suivantes :
Epaisseur de la tôle
4.75 à 40 mm
Largeur de la tôle
1500 à 2650 mm
Longueur de la tôle
6 à 12 m
Poids max de la tôle
20.3 mt
Hauteur maximale de la pile
200 mm
Temps de cycle par pile
20 secs
Tableau 2.7 : Les spécifications techniques de l’empileur des tôles.
4.10. Plate Pile Transfer Crane
Une fois le produit fini, celui-ci doit être transporté vers la zone de stockage intermédiaire et la ligne ainsi libérée. Un pont roulant est mis à la disposition de la production à la sortie de la ligne dont les spécifications techniques sont les suivants :
Epaisseur de la tôle
4.75 à 40 mm
Largeur de la tôle
1500 à 2650 mm
Longueur de la tôle
6 à 12 mm
Poids max de la tôle
20.3 mt
Hauteur maximale de la pile,
200 mm
Largeur max transportable par le pont roulant
15m (environ)
Tableau 2.8 : Les spécifications techniques des tôles produites.
5. Contrôlesproduit - process
Les grades d’acier produits doivent respecter les exigences de la norme en vigueur (NF EN 10025 et NF EN 10029).
En effet, la qualité du produit est déterminée par :
· Sa composition chimique : vérifiée avant laminage.
· Ses caractéristiques mécaniques : devant respectées la norme et être évaluées à travers les essais mécaniques aux laboratoires de MAGHREB STEEL.
· Son Aspect et forme : Contrôlés à la sortie de chaque tôle par les conducteurs Machine en place qui déclarent, en cas de présence, les défauts dans chaque tôle.
· Ses dimensions : Epaisseur, Largeur, Longueur.
Le refroidissement des tôles est l’étape la plus importante dans le processus de laminage à chaud du point de vue des traitements thermomécaniques. Et notre étude préliminaire va se baser sur les côtés suivants :
· Description du lit de refroidissement.
· Les facteurs qui influent le cycle de refroidissement.
· Présentation de problématique.
I. Le lit de refroidissement (coolingbed).
Le lit de refroidissement : c’est le lieu d’échange thermique entre les tôles et l’air ambiant.
Planeuse à chaud
Lit de refroidissement
Dérivage
Figure 3.1 : Le lit de refroidissement.
Après, le planage à chaud des tôles, celles-ci sont délivrées vers le lit de refroidissement avec une température élevée. A fin de conférer aux plaques la structure cristallinefinale souhaitée, un refroidissement par air naturel s’impose (voir l’image ci-dessus).
Bank 4 Bank 3 Bank 2 Bank 1
Figure 3.2 : Schéma du lit de refroidissement
Le refroidissement s’effectue dans une zone limitée vers le dérivage. La longueur totale du lit est de 60,5m divisé en 4 Bank, chaque Bank est constitué de 10 chaines et deux moteurséléctriques qui les font tourner afin de déplacer les tôles.
Largeur
32 m
Longueur
60,5 m
Nombre de chaine drive par lit
4
Nombre de Chaines par lit
10 sur toute la largeur
Vitesse maximale
30 mpm
Dimension des tôles produites
4.75 à 50 mm d’épaisseur
10 à 30 m de longueur
1500 à 2650 mm de largeur
Voici un tableau récapitulatif de ces spécifications techniques :
Tableau 3.1 : Les spécifications techniques du lit de refroidissement
En termes de transformation allotropique des aciers, métallurgie et thermique sont tellement interdépendantes qu’il est très difficile de maîtriser à chaque instant l’état thermo métallurgique du produit.
Dans ce qui suit, on va expliciter les différents points majeurs qui entrent en jeu pendant l’étape de refroidissement.