transformation du métal transformation du métal

Pour fabriquer la carcasse d'une voiture (du temps de la golf ici) il faut, beaucoup d'énergies: de chaleur, d'eau, beaucoup de différentes matières et de nombreuses étapes de fabrication

Ici, ce n'est qu'une explication simplifiée qui montre les étapes depuis le minerai, jusqu'a la sortie d'une golf  finie (Année 90)
Pour fabriquer de l'acier, il faut du carburant, du gaz, de l'électricité, de l'eau, de l'air. du minerai de fer, du charbon, de la chaux et des ferro-alliages : aluminium, chrome, manganèse, silicium, titane, vanadium, ...  Ces derniers confèrent à l'acier des caractéristiques particulières adaptées à ses divers usages : architecture, ameublement, machines-outils, conditionnements alimentaires, etc. La fabrication nécessite aussi beaucoup d'eau pour le refroidissement des installations, la température de fusion dépassant 1.500 °C.
 Plusieurs étapes successives sont nécessaires dans l'élaboration de ce métal. Réalisées dans une aciérie, ces opérations consistent à transformer les matières (minerai) premières en fonte et de là en acier.   Voir aussi, ici, plus bas
Carte_ pays_ et_ mines_ charbon_ et_ fer

Mine à ciel ouvert

extraction minerai

transformation du métal

transformation du métal

transformation du métal

Une pelleteuse   ramasse le minerai. Mine à ciel ouvert. Le minerai est extrait (entre autre) en Mauritanie.

Transport par gros camion.

Le minerai est broyé sur place avant chargement en bateaux
Arrivé à Dunkerque par bateaux

Déposé sur le quai minéralier

Le minerai va être mélangé avec de la chaux , ou du manganèse et du coke puis , chauffé a 1200° pour en faire une sorte de mâchefer qui va être convoyé et vidé dans un haut fourneau.
transformation du coke

La Cokerie : Fours, regroupés en batteries verticales dans une usine appelée cokerie. Cette fabrication est très polluante. Le coke est obtenu ( à la cokerie) par distillation de la houille dans un four à l'abri de l'air. Cette opération se déroule à la cokerie. Au cours de la cuisson du charbon pendant 12 à 16 heures dans la batterie de la cokerie, celui-ci se débarrasse d'un certain nombre de polluants comme les goudrons, le benzol, le sulfure d'hydrogène ... A la fin de la cuisson, le saumon de coke est refroidi brutalement par aspersion de 20 m3 d'eau, c'est là que l'on voit le grand  panache de fumée et vapeur  blanche au dessus de la cokerie , puis le coke est dirigé vers l'atelier de criblage pour être mélangé au minerai

haut fourneau

Fonctionnement d’un haut fourneau
Un haut fourneau accomplit 5 opérations essentielles :
• Désoxyder le minerai de fer.
• Faire fondre les scories.
• Faire fondre le fer.
• Carburer le fer.
• Séparer le fer des scories.
le tout produit de la fonte liquide
Le plancher de coulée de la fonte (base du haut fourneau) . ici coulée de fonte en cours.   

La coulée de fonte se verse dans une poche thermos, (photo ici à droite) pour aller remplir un convertisseur.

traitement métal a chaud

coulee-haut-fourneaul

Photos Haut fourneau et Aciérie sont de M. Machiroux Pierre

transformation du métal
transformation du métal

Le convertisseur: Converti la fonte en acier.  L’étape initiale de production de l’acier
consiste à extraire les impuretés et le carbone (pas tout) présents dans le fer. 
Les éléments d’alliage sont ajoutés en quantités précises pour donner aux aciers alliés des caractéristiques particulières. Puis, on verse dans une poche le liquide( fonte) et la poche va se vider dans le convertisseur a droite ici

convertisseur fonte acier

Je passe le cycle mélangeur et  LA STATION D'AFFINAGE ET MISE À NUANCE
À la sortie du convertisseur ou du four électrique, l’acier doit encore être modifié pour avoir les qualités requises au niveau du produit final. L’acier dit « sauvage » va être mis à nuance dans la station d’affinage.
Voila, nous avons de l'acier, reste à le transformer en  Blooms pour arriver à en faire des bobines de métal.
transformation du métal

La coulée coulée continue.  La poche de métal liquide venant des "convertisseurs" verse son contenu dans une des poches à gauche sur le croquis à gauche, (une se vide, l'autre se remplie)

la poche pleine se vide dans un moule (ici à droite)  le métal refroidit , se solidifie et poussé par le métal liquide il descend, guidé par des glissières et des rouleaux il prend le chemin en refroidissant (voir ici à gauche.) vers  une découpe à la longueur souhaitée.

tourniquet coulée continue

coulée continue

Ici àgauche, le métal est assez refroidi pour tenir seul sa forme. Il arrive à la fin de sa descente verticale (il est dans la courbe du croquis ci-dessus à gauche). A droite, le métal est assez solidifié pour être coupé à a la longueur voulue par la station d'oxycoupage (2 chalumeaux ici.)

La partie coupée devient une bloom. ou brame.
transformation du métal
Puis la Brame est stockée, avant de partir dans un four, poussant, qui va la réchauffer afin de pouvoir la laminer en bobine. Sur le train à bande (Laminoir de 14 cages) ci-dessous
Brame sortie du four. Les brames entrent à un bout du four et sortent à l'autre bout., pour être laminée en bobine. (du nom Coil) d'une épaisseur de 6 à 3 mm A droite le laminoir à chaud, on voit des cylindres neufs, il sont la au cas  ou un jeu de cylindre prend un défaut... on le sort et on rentre l'autre.
transformation du métal laminoirs laminoir a chaud transformation du métal
transformation du métal Les coils partent par wagon (exemple de Dunkerque) pour aller à Mardyck) Ils son stockés soit dehors soit en halle. parfois encore très chaud. La rouille s'installe vite.

Avant de passer dans un laminoir à froid pour être transformés en bobines de 3 à 0,15 mm d'épaisseur. Ces Coils doivent être débarrassés de leur oxydation (rouille) C'est le rôle du décapage.
Le décapage se fait en faisant défiler la bande de métal dans un bain d'acide chlorhydrique chaud. à la sortie on dit (bobine)
décapage  métal

Le bain se situe  au dessus de la cabine bleue, on voit les rouleaux en haut.

transformation du métal

A gauche, un coils qui se déroule pour passer dans le bain acide. Le décapage : sert à enlever l'oxyde (rouille) afin d'éviter les incrustations d'oxyde dans le métal lors du laminage à froid. en même temps il y a une inspection visuelle pour défauts de surface et contrôle épaisseur. tout ce  fait en continu, les coils sont soudés bout à bout à l'entrée de la ligne,. En sortie, la bande peut aller directement se faire laminer en continu. ou sortir en bobines. A droite la soudeuse pour souder les coils bout à bout. La bobine arrive au laminage à froid (5 cages et 20 cylindres, 4 par cage).

transformation du métal

laminage a froid Le Laminage à froid: diminution de l'épaisseur par étirement en passant entre les cylindres des 5 cages. Le métal sorti est inutilisable car il à était écrouit au maximum. L'écrouissage se caractérise par une augmentation de la limite 'd'élasticité et de la dureté.
On ne peux pas emboutir, former, travailler, le grain du métal est allongé au maximum. le métal est fragile. La bande d'une épaisseur
de + ou - 3 mm se déroule, passe entre les cylindres des 5 cages. et s'enroule en sortie avec une épaisseur de 0, 80 mm ou moins.
Il y a, la tôle très fine 0,50 à 0,15 pour faire (exemple) des boites de conserves. ou Tôle mince pour faire (exemple pièces métal carrosserie)

transformation du métal

LE Recuit  Pour rendre le métal propre au formage, il faut encore quelques étapes : Après laminage à froid la bobine part au recuit afin de subir une température de .+/- 700° Le recuit, permet de détruire l'effet de l'écrouissage (laminage à froid), à pour but de conférer au métal une taille de grain optimale pour son utilisation future (pliage, emboutissage), le métal recuit est mou, très élastique, i l n'est pas encore prêt pour les pièces de carrosseries.
four recuit sous cloche     Les bobines sont empilées verticalement l'une sur l'autre, puis le tout est couvert avec une cloche, puis vient le four qui s'enfile par dessus .vu des fours ici à gauche . four recuit bobines Ici, en rouge c'est une cloche qui refroidit. les bobines sont à l'intérieure. à droite, et en haut de l'image, on voit le four qui descend sur la cloche froide. Après recuit et une fois froide, les bobines passent au Skin pass.
skin pass

Le Skin pass  Ici, le métal (bande) est très légèrement allongé, l'épaisseur entrée: sortie,  ne bouge presque pas.1 ou 2% C'est ici, que le métal trouve sa qualité d'emboutissage et de surface (grâce à la rugosité des cylindres.) La qualité de surface s'obtient avec des cylindres grenaillés (bombarder de grenaille de fer) avec de la limaille de fer de plus ou moins gros calibre.
Une fois la bobine skinpasée, elle va sur une ligne inspection, ou les bobines sont misent à poids, soit on coupe le trop que l'on soude a la bobine suivante et que l'on coupe aussi au bon poids. DONC les bobines ont ou pas de soudure.
La surface de la bande est inspectée automatiquement pour l'épaisseur et visuellement pour sa surface.
Puis elle part chez le client.

bobines metal emballées

coupe en feuille d'une bobine metal La Bobine arrive chez le Client. Ici à 5h 30 Elle est coupée en pièces.

Puis, ces pièces sont embouties

chaine de montage voitures

chaine de montage voitures

Emboutissage de petites pièces.

Certaines presses sont hautes comme un immeuble de 4 étages et parfois bâtis sur un sous sol de 4 étages!
montage voitures

montage voitures

montage voiture montage voiture montage voiture

montage voiture

montage voiture montage voiture montage voiture

montage voiture

A 20h40, La golf  finie est sur wagon

De nos jours les usines sont modernisés avec d'autres matériels comme des chaines de robots.

quai minéralier Dunkerque Détails et Termes techniques

Quai minéralier Dunkerque

Un terminal minéralier permet le déchargement des gros vraquiers.

 Le site importe ainsi chaque année 9,5 millions de tonnes de minerai de fer et 4,5 millions de tonnes de charbon en provenance de mines du monde entier : Brésil, Australie, Mauritanie, Chine, Canada et États-Unis.
Le minerai passe ensuite dans une usine d'agglomération pour être transformé en aggloméré, tandis que le charbon va dans les fours de la cokerie pour devenir du coke. Aggloméré et coke remplissent ensuite les trois haut fourneaux (
HF2 HF3 et HF4 servant à la production de la fonte brute. Cette fonte en fusion passe ensuite dans l'aciérie, où les convertisseurs les transforment en acier en coulée continue. Enfin, cet acier est mis en forme par les laminoirs.

conertisseur acier en exposition haut fourneau L’acier, un matériau issu de matières premières naturelles, résultant d’une transformation de matières premières naturelles, tirées du sol ou recyclées. Les conditions matérielles de cette transformation entraînent la présence dans sa composition d’une faible proportion d’autres éléments (phosphore, soufre) considérés comme des impuretés.
Suivant la qualité d’acier que l’on veut obtenir, il est possible d’abaisser le pourcentage de ces impuretés au cours de l’élaboration, ou au contraire de l’augmenter pour obtenir des propriétés particulières. L’acier peut également contenir d’autres éléments issus de son élaboration ou ajoutés volontairement, en vue d’ajuster sa composition chimique, et par conséquent, ses caractéristiques mécaniques.
Les aciers ont une teneur en carbone qui peut varier de 0.005 % à 1,5 % en masse, voir exceptionnellement 2 %.

Convertisseur  en exposition a droite

coke

cokerie :
Le coke est du carbone presque pur composé d'une structure résistante à l'écrasement.  La cokerie va  transformér  du charbon en coke en lui retirant  des substances inutiles pour lla qualité d'un acier choisie .Pour cela on le fait cuire, à l'abri de l'air, dans des fours à la cokerie à 1 100 °C durant plusieurs heures.

Comme il n’y a pas d’oxygène dans ces fours, le
charbon ne brûle pas. Une fois le charbon transformé en coke, il est retiré du four et refroidit par aspersion. Il est ensuite concassé et criblé jusqu’à ce qu’il ait la granulométrie optimale pour être utilisé dans le
haut fourneau.

cokerie : Le coke métallurgique, ou charbon poreux, est obtenu par une très haute température  de certains charbons dits charbons à coke: Au cours de la cuisson du charbon pendant 12 à 16 heures dans les fours batteries de la cokerie, celui-ci se débarrasse de plusieurs  polluants comme le benzol, le sulfure d'hydrogène les goudrons, ...
A la fin de la cuisson, le saumon de coke est refroidi brutalement par aspersion de 20 m3 d'eau puis est dirigé vers l'atelier de criblage.

C'est l'énorme nuage de vapeur que l'on voit, alors, de loin!

Quai minéralier on voit les bandes transporteuses

haut-fourneau

Base du haut fourneau

Coulée du haut fourneau

laitier de haut-fourneau

Puis le laitier (rejet)
Agglomération- Haut Fourneau:


Le rôle de l'agglomération est essentiel car elle permet de mélanger plusieurs minerais entre eux, et surtout d'y incorporer des déchets minéraux plus ou moins riches en fer. Avec  des hauts fourneaux qui vont atteindre jusqu'à 80 m de haut, 5.000 mètres cube, des températures de 1.600 degrés et des productions en continu jusqu'à 10.000 tonnes. Le minerai de fer et le coke ainsi préparés et sont enfournés en au haut fourneau par bandes transporteuses : en alternance, coke métallurgique et minerai entrent par le haut du haut fourneau et par le poids et la fonte descendent   progressivement à la base du haut fourneau, le coke en présence d'air se transformant en monoxyde de  carbone, produisant ainsi une quantité de chaleur suffisante pour faire fondre le minerai, la gangue et le fondant.

 Ce monoxyde ayant alors un mouvement ascendant, va au contact du minerai réduire les oxydes de fer. De leur coté, gangue et fondant se combinent pour former un produit relativement fusible et beaucoup moins dense que la fonte. Ce liquide surnage au-dessus de la fonte liquide de laquelle on le sépare par décantation. Cette fonte (alliage de fer et de carbone) est obtenue à la base du haut fourneau: elle est recueillie dans des creusets puis acheminée par la suite vers l'aciérie tandis que les sous-produits (gaz de haut fourneau, laitier) sont récupérés et valorisés.

 

Un peu plus compliqué .. voici quelques ajouts de matières  que l'on peut  apporter a l'acier pour en faire un métal qui puisse s'emboutir, ou résister a l'oxydation, etc..

Le carbone a une importance primordiale car c’est lui qui, associé au fer, confère à l’alliage le nom d’acier. Son influence sur les propriétés mécaniques de l'acier est prépondérante. Par exemple, en ce qui concerne l'amélioration de la propriété de dureté, l’addition de carbone est trente fois plus efficace que l'addition de manganèse.
La teneur en carbone est limitée à un maximum de 1,2 % en masse afin d’éviter la formation de carbures responsables de la corrosion intergranulaire

L’aluminium : excellent désoxydant. Associé à l’oxygène, réduit la croissance du grain en phase austénitique. Au-delà d'un certain seuil, il peut rendre l’acier inapte à la galvanisation à chaud.

Le chrome : c’est l’élément d’addition qui confère à l’acier la propriété de résistance mécanique à chaud et à l’oxydation (aciers réfractaires). Il joue aussi un rôle déterminant dans la résistance à la corrosion lorsqu’il est présent à une teneur de plus de 12 à 13 % (selon la teneur en carbone). Additionné de 0,5 % à 9 % il augmente la trempabilité et la conservation des propriétés mécaniques aux températures supérieures à l’ambiante (famille des aciers alliés au chrome). Il a un rôle alphagène. Un acier est inoxydable s’il contient au minimum 10,5 % en masse de chrome et moins de 1,2 % de carbone.

Le cobalt : utilisé dans de nombreux alliages magnétiques. Provoque une résistance à l’adoucissement lors du revenu.

Le manganèse : forme des sulfures qui améliorent l’usinabilité. Augmente modérément la trempabilité. (moi j'appelle ça un fondant!)  Substitut du nickel le manganèse permet de trouver une solution de rechange suite aux incertitudes d’approvisionnement du nickel. Certaines séries d’alliages austénitiques ont déjà été développées

Le molybdène : augmente la température de surchauffe, la résistance à haute température et la résistance au fluage. Augmente la trempabilité. Le molybdène et le cuivre,
Ces deux métaux améliorent la tenue de l'acier dans la plupart des milieux corrosifs (acides, solutions phosphoriques, soufrées, etc.) Le molybdène accroît particulièrement la stabilité des films de passivation.

Le nickel : rend austénitiques (rôle gammagène) les aciers à forte teneur en chrome. Sert à produire des aciers de trempabilité modérée ou élevée (selon les autres éléments présents), à basse température d’austénitisation et à ténacité élevée après traitement de revenu. C’est l’élément d’alliage par excellence pour l’élaboration des aciers ductiles à basses températures (acier à 9 % Ni pour la construction des réservoirs cryogéniques, acier à 36 % Ni dit « Invar » pour la construction des cuves de méthaniers et des instruments de mesure de précision). Cet alliage favorise la formation de structures homogènes de type austénitique, apporte les propriétés de ductilité, de malléabilité et de résilience. Cet alliage n'est pas adapté dans le domaine du frottement.

Le niobium : même avantage que le titane mais beaucoup moins volatil. Dans le domaine du soudage il le remplace donc dans les métaux d’apport.  Il possède un point de fusion beaucoup plus élevé que le titane, utilisé dans les métaux d'apport pour soudage à l'arc électrique à la place du titane qui se volatiliserait pendant le transfert dans l'arc électrique.

Le phosphore : augmente fortement la trempabilité. Augmente la résistance à la corrosion. Peut contribuer à la fragilité de revenu.

Le silicium : favorise l’orientation cristalline requise pour la fabrication d’un acier magnétique, augmente la résistivité électrique. Améliore la résistance à l’oxydation de certains aciers réfractaires. Utilisé comme élément désoxydant. Cette addition confère une résistance à l’oxydation vis-à-vis des acides fortement oxydants comme l'acide nitrique concentré ou l'acide sulfurique concentré chaud.

>Le titane : pouvoir carburigène élevé (comme le niobium) et réduit donc la dureté de la martensite. Capture le carbone en solution à haute température et, de ce fait, réduit le risque de corrosion intergranulaire des aciers inoxydables (TiC se forme avant Cr23C6 et évite donc l’appauvrissement en chrome au joint de grain). Le titane évite l'altération des structures métallurgiques lors du travail à chaud, en particulier lors des travaux de soudure où il prend la place du chrome pour former un carbure de titane (TiC)

Le tungstène : améliore la dureté à haute température des aciers trempés revenus. Fonctions sensiblement identiques à celles du molybdène. Le tungstène possède la propriété d'améliorer la tenue aux températures élevées des aciers inoxydables austénitiques

Le vanadium : augmente la trempabilité. Élève la température de surchauffe. Provoque une résistance à l’adoucissement par revenu (effet de durcissement secondaire marqué). Avec une petite quantité de vanadium - 500 grammes par tonne d'acier - nous améliorons la résistance de l'acier de 30%, ce qui veut dire que dans la fabrication d'automobiles nous pouvons réduire la masse de 30%, C'est un métal rare, dur et ductile qui rend l'acier plus résistant.

Le soufre et le phosphore, ainsi que l’oxygène, sont des impuretés néfastes, même à une teneur de 0,1%. Le soufre abaisse la malléabilité de l’alliage ; le phosphore le fragilise. Dans de nombreux aciers spéciaux, on rencontre le nickel, le molybdène et le vanadium.

Source confirmée par Wikipédia

chutes de metal

Aciérie:

La fonte liquide est mélangée dans un convertisseur avec de l'acier usagé. (des chutes de métal , de la récupération diverses.)Le rôle essentiel du convertisseur est de brûler le carbone de la fonte pour arriver à un acier liquide. Mais une série de réactions chimiques se déroulent successivement dans ce réacteur :
On procède alors à l'affinage de la fonte pour obtenir de l'acier relativement pur. Il faut pour cela éliminer :
- une partie du carbone
- une partie du manganèse
- la quasi totalité du phosphore
- la quasi totalité du silicium
On procède par oxydation de ces éléments, les oxydes se séparant plus facilement du mélange, soit parce qu'ils sont gazeux, soit parce qu'ils se combinent aux autres oxydes ou à un additif tel que la chaux vive pour former des scories de faible densité qui restent à la surface.
Cette opération appelée conversion se fait par insufflation d'oxygène par le fond du convertisseur. En fin de purification, on rajoute des alliages fer-manganèse pour réduire l'oxyde de fer formé lors de la conversion.

Je passe le cycle mélangeur et LA STATION D'AFFINAGE ET MISE À NUANCE.

La Coulée continue

La coulée se fait en continu et  l'acier, qui vient de la poche de fonte vidée dans ce convertisseur,  passe directement du convertisseur aux laminoirs, lesquels prennent des proportions gigantesques avec par exemple plus de 500 m de long pour le laminoir de Dunkerque (Arcelor-Usinor). Un haut fourneau ne s'arrête jamais pendant les dix ans de son existence.

A Gauche (le tourniquet 2 poches) en tète de la ligne de coulée, une poche se remplie l'autre se vide. A droite le répartiteur,  la poche se vide dans un genre de moule.  Voir plus haut le déroulement de la coulée.

transformation du métal laminoire a chaud

ci-dessus, coil qui sort du laminage à chaud.

 

coil qui va passer au décapage.

Le laminage à froid permet d’apporter à une bande laminée à chaud la géométrie souhaitée, une microstructure particulière et un état de surface adapté aux futurs traitements ou recuits de l’acier.

Le laminage à froid permet d’obtenir l’épaisseur finale de la bande par passage de la tôle décapée entre des cylindres en présence d’efforts élevés simultanément en pression et traction.

 
Les tandems sont des séries de cages de laminage qui réduisent l’épaisseur de la tôle d’acier. Après le processus du laminage à froid, la tôle d’acier a été durcie. Elle n’est plus apte aux transformations ultérieures chez l’utilisateur final. Pour rendre l’acier laminé à
froid déformable, un traitement thermique est opéré dans une ligne
de recuit sous cloche ou dans une ligne de recuit et de conditionnement en continu.
A Gauche: la brame qui sort d'un four (poussant) va passer plusieurs fois dans un laminoir pour la dégrossir, puis elle passera, dans la suite, à travers les 5 cages de laminoir qui vont l'étirer, l'écraser entre des cylindres. (exemples du 6 millimètres en entrée et du 3 millimètres en sortie) en sortie) photo à droite.

Bo

Bobine qui va passer au laminage à froid

Bobines qui à passées au laminage a froid

Bobines sortant du skin pass la surface du métal peut être granuleuse ou brillante suivant la commande. ici du 0,35mm d'épaisseur

  bobines metal galvanisées

Bobines galvanisées. Couleurs au choix

Bobines emballées pour partir chez le client.

Bobine galvanisée (sortie ligne gava (non expliqué dans cette page.)

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Images prisent (sur Google)

C'était une grande partie de mon métier! du chaud au froid comme Usinor 21 ans

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