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L'acier constitue la matière première de nombreux secteurs industriels. Parmi ces secteurs industriels gros consommateurs d'acier, on peut notamment citer l'industrie automobile et les fabricants de boîtes boissons ou alimentaires.

- Pour fabriquer la carcasse d'une voiture il faut, beaucoup d'énergies: de chaleur, d'eau, beaucoup de différentes matières et de nombreuses étapes de fabrication. 

 (Des années 89-95)

Il faut: du minerai de fer, du charbon, de la chaux, des alliages de fer, du manganèse, de l'aluminium, silicium, chrome, vanadium, carburant, du gaz, de l'électricité, de l'eau. De l'air etc..
Ici, ce n'est qu'une explication très simplifiée qui montre les étapes depuis le minerai, jusqu'a la sortie d'une golf finie.  (1990)
 Plusieurs étapes successives sont nécessaires dans l'élaboration de ce métal.  Ces opérations consistent à transformer les matières (minerai) premières en fonte et de là en acier.   

Toutes ces matières donne 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  fusion dépassant 1.500 ° Plusieurs étapes successives sont nécessaires dans l'élaboration du produit fini.

- Les étapes sont ici dans ce croquis -ci-dessous

Croquis de :  perso.univ-lyon2.fr/~mollon/M1FLES/11_12/Dang/process_prod.html

- Une Mine à ciel ouvert (Minerai)-

Carte-minerai mine de fer

         

1-Une pelleteuse: ramasse le minerai. d'une Mine à ciel ouvert.  - Le minerai est extrait (entre autre) en Mauritanie. 

2-Transport par gros camion. Le minerai  est broyé sur place avant chargement en bateaux.

3- Dunkerque par bateaux.
 - Le minerai, sera 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 broyé et convoyé et vidé dans un haut fourneau.

dechargemment-minerai-quai-mineralierLe terminal minéralier permet le déchargement.

Déchargement des matériaux 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. 

 

agglomération-haut-fourneau- Agglomération-

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 pour alimenter  des hauts fourneaux .

 

-Puis, haut fourneau.

Le minerai de fer et le coke ainsi préparés seront transportés par bandes transporteuses en alternance, coke métallurgique et minerai entrent par le haut du haut  fourneau. Aggloméré et coke remplissent alors, les  haut fourneaux servant à la production de la fonte brute.

Cette fonte en fusion passera ensuite a l'aciérie, où les convertisseurs les transformeront en acier, puis l'acier liquide  partira en coulée continue. Enfin, cet acier sera mis en forme par des laminoirs. 

Sur cette photo les navires, puis les minerais et charbon, puis le triage des minerais.

Four-cokerie - La Cokerie -

   -Fours, regroupés en batteries verticales, de 50cm en largeur, dans une usine appelée  cokerie. Cette fabrication est très polluante. Le coke est du carbone presque pur composé d'une structure résistante à l'écrasement.  La cokerie  va  transformer  du charbon en coke en lui retirant  des substances inutiles pour la qualité d'un acier choisie.

 Sur photo, le coke est vidé dans un wagon pour aller se refroidir.

le coke sert de combustible aux hauts-fourneaux pour faire fondre le minerai. Pour cela, on ne peut pas utiliser le charbon directement car il faut le débarrasser de toutes ses impuretés (qui se mélangeraient à la fonte) et de son humidité. On doit, alors, distiller le charbon. dans des fours pour en extraire les matières volatiles. Le coke est alors obtenu  par pyrolyse du coke .

  Au cours de la cuisson du charbon pendant 18 à 40 heures à l'abri de l'air, dans des fours à 1100 °C.  Comme il n’y a pas d’oxygène dans ces fours,  le charbon ne brûle pas. Une fois le charbon  dans la batterie de la cokerie à une température de 100 à 200°C il va sécher, toute l'eau qu'il contient va s'évaporer. Jusqu'à 350° la pâte entre en fusion, il se ramollit (dégage du goudron) puis vers 500°C et plus il se solidifie (dégagement d'hydrogène) c'est la phase de semi carbonisation. 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 broyé et mélangé au minerai.

Le coke est du carbone presque pur composé d'une structure résistante à l'écrasement.  On extrait son goudron par condensation, de l'ammoniac par sulfatation, du benzol par lavage et du gaz comme du méthane ou de l'hydrogène. Sur une tonne de charbon on obtient 750kg de coke, 35kg de goudron, 10kg de sulfate d'ammoniaque, 7kg de benzol, 350m3 de gaz. A la sortie du four le coke sera transportée vers l'agglomération.

- Les hauts fourneaux-

haut-fourneau Un haut fourneau accomplit cinq opérations

•Désoxyder le minerai de fer. 

•Faire fondrenles scories.

• Faire fondre le fer.

• Carburer le fer.

• Séparer le fer des scories. le tout produit de La fonte liquide. Cette fonte étant très cassante est non laminable, ni emboutissable. On peut en trouver sur les routes "Les plaques dégouts".*

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 schemajusqu'à 10.000 tonnes

Le minerai de fer et le coke ainsi préparés  sont enfournés  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.

- La fonte sortie du Haut Fourneaux

La 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  et  chaleur sont récupérés et valorisés.

 -Le laitier :

Le laitier, correspond à la gangue du minerai à laquelle s'ajoutent les cendres du coke, Sa composition  est étudiée pour assurer une vidange facile du creuset, mais aussi désulfurer la fonte, voire protéger le creuset. Après la coulée, selon son conditionnement, il devient une matière première, appréciée. Il est essentiellement utilisé dans la fabrication de ciment (2/3 de la production en Europe, pour essentiellement le laitier vitrifié) ou comme remblais routier (1/3 de la production en Europe, essentiellement du laitier cristallisé) . On l'utilise aussi, entre autres, dans la fabrication du verre, de la laine de roche ou comme granulat de béton.

- Ci-dessous, la base des hauts fourneaux avec une coulée.

Base-haut-fourneau

- La fonte liquide part à l'aciérie dans des wagons spéciaux appelés "poches- tonneaux", sortes d'énormes bouteilles thermos en forme de cigare capables de maintenir la fonte à température (1500°) pendant plus de 48 heures. C'est à l'aciérie que l'on va transformer cette fonte en acier.

- Convertisseur Aciérie -

  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. ici au dessous, une  poche  se vide  dans un  convertisseur.

 -Photo convertisseur (musé) ici on peut remarquer sa taille!

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 et, 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. Pour cela il faut 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. Voila, nous avons de l'acier, reste à le transformer en  Brames pour arriver à en faire des bobines de métal.

-La coulée continue- -------------------------------

Coulée en lingotieres Le métal liquide peut etre coulée dans une lingotière verticale  ou en continu sur une ligne de coulée continue.

Ici a gauche des Lingotières: Ce sont des moules!

 

-En coulée continue le métal liquide coule en permanence dans une poche qui se vide.

>La solution consiste alors à couler le métal dans un moule refroidi,  et une lingotière, dont le fond est fermé par le métal  (lui même)  solidifié. La lente extraction de ce métal est compensée de manière continue par le remplissage du moule. (moule variable (MALV)

- Cela se passe à la coulée coulée continue.

Poches surTourniquet coulée continueLa poche de métal liquide venant des convertisseurs  est posé sur un tourniquet qui possède 2 poches. une qui se vide et l'autre qui prendra la relève .

 

- Une poche se vide dans 1  répartiteur qui rempli une lingotière " Moule variable..."MALV"   (sur schéma), Il s'agit alors de solidifier l'acier sous forme d'une longue bande ininterrompue  qui sera découpée par des chalumeaux de façon à donner des brames. Une brame est un parallélépipède d'acier d'environ 11 m90  de long sur 1,900 m de large sur 35 cm d'épaisseur. Elle pèse en moyenne 25 tonnes et sera laminée pour devenir une bobine.

Coulée continue  Le métal refroidit ,  et poussé par le poids du métal liquide il descend, guidé par des glissières et des rouleaux. le métal est assez refroidi pour tenir seul sa forme. Il arrive à la fin de sa descente verticale il est dans la courbe de descente    image ci-au dessus à gauche et  à droite , on voit que  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  Brame.
-Puis la Brame eststockée, avant de partir pour un four, poussant, qui va la réchauffer afin de pouvoir la laminer en bobine. Sur le train à bande (Laminoir de 7 cages)   ou vendue directement au client au format demandé par ce client.

Avant de  laminer les brames, elles doivent être chauffées à une Four poussant Bramestempérature allant de 1000°C à 1270° Cette opération est effectuée dans les fours poussant du laminoir à chaud (Poussant ) car, Une brame qui entre a l'autre bout du four pousse toutes celles qui sont devant elle est fait tomber (au moment voulu) la brame qui est prés de la sortie.

 Certaines brames (Beaucoup de Carbonne) Vont directement en laminage a chaud.

- Le laminage à chaud - __________________

 - De la brame à la bobine en continue-   

La brame à la sortie du four est recouverte d’une couche d’oxyde qui doit être éliminée avant d’être enroulée. La couche est brisée et enlevée par un jet d’eau ayant une pression de 120 bars. Ensuite, la brame est amincie en plusieurs étapes.

-Avant d’y entrer, la couche d’oxyde est une nouvelle fois éliminée. La brame est alors dirigée au laminoir à 7 cages consécutives.

Chaque cage de laminage va réduire l’épaisseur et allonger la tôle . A la sortie de ligne, l’épaisseur, la largeur, le profil, la planéité et la température de la tôle sont contrôlés.

La brame a fait plusieurs passes dans un dégrossisseur réversible et un dégrossisseur continu qui réduisent son épaisseur pour atteindre approximativement entre (exemple) 6 et 3 cm. L’épaisseur finale est atteinte dans le train finisseur .

 (Au dessus )   1 -Sortie du four      2- Décalaminage    3-laminage en cours     4- Le Coil en sortie

   

(Ci dessus )- En cours laminages       

  -On peut voir les cylindres (un   gros cylindre d'appui et dessous 2 plus petits entre lesquelles passe la bande et dessous encore un gros cylindre d'appui)

  

Laminage en cours -  On voit des cylindres neufs qui attendent

 - Après laminage Les coils (bobines)

 -les coils partent par wagon,(exemple de Dunkerque) pour aller (exemple... Mardyck). Ils sont stockés soit dehors soit en halle. parfois encore très chaud. La rouille s'installe vite. Il faudra alors  les décaper avant de passer dans un laminoir à froid pour être transformés en bobines (exemple) de 3 à 0,25 mm d'épaisseur.

- Décapage -_______________________

 décapage  métal Ces Coils doivent être débarrassés de leur oxydation (rouille) pour ne pas s'incruster dans les cylindres des laminoirs.

C'est le rôle du décapage  qui  se fait en faisant défiler la bande de métal dans un bain d'acide chlorhydrique chaud.  à sa sortie on dit (bobine) Le bain d'acide chlorhydrique se situe en hauteur;

 (photo droite) 

 -Puis la bobine ira au laminage  à froid  pour lui donner les caractéristiques mécaniques et les caractéristiques de surface, finales demandées par les clients.

( Voir ci-dessus - le déroulement en continu de la bande.)

-Dessous les bains  il y a plusieurs étages de rouleaux tendeurs qui permettent de conserver une longueur de tôle importante , pour ne pas arrêter la bande de défiler dans les bains lors d'un arrêt a l'entrée de la ligne pour souder les colis bout a bout. ou aussi permettre de sortir les bobines en fin de ligne, sans arrêter la ligne.

transformation du métal transformation du métal Principe de l'Accumulateur (de longueur).   A gauche, un coil qui se déroule pour être soudé a la fin d'un coil qui vient de finir de se dérouler  (bout à bout) et qui passe dans le bain d'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 l'épaisseur, largeur car souvent dérivée par 2 cisailles de rives. Tout ce  fait en continu, les coils sont soudés bout à bout à l'entrée de la ligne. En sortie ligne, la bande peut aller se faire laminer en continu. ou sortir en bobines. A droite la soudeuse >qui soude les coils bout à bout pour décapage en continue. La bobine partira, ensuite au laminage à froid.

Le décapage  peut être aussi en continu avec le tandem 5 cages (Laminoir à froid)

laminage à froid - Le Laminage  à froid ----------

 - Alors que le laminage à chaud a pour but de mettre en forme le matériau, le laminage à froid permet de modifier les caractéristiques mécaniques du métal. De fait, l'écrouissage local (qui consiste en une déformation plastique) augmente la zone de déformation élastique. De cette manière, la limite d'élasticité est repoussée, tout en gardant constante la résistance à la rupture. Il transforme un produit laminé à chaud en bobine de métal extrêmement fine, soit moins de 3 millimètres en sortie. 

- Le tandem :laminoir constitué de plusieurs cages, l'une après l'autre  (d'un nombre fluctuant entre 4 et 6,) la bande passe simultanément dans les cages.

La bande d'une épaisseur  de 6mm en entrée du laminoir aura  3 mm  en sortie ( Tôle mince pour Voitures ) _

 Ou 1,5mm en entrée et 0,15 en sortie pour boite alimentaire ou autres. La bande se déroule et passe entre les cylindres des 5 cages. et s'enroule en sortie avec une épaisseur voulue. Il y a, la tôle très fine 0,50 à 0,15 pour faire (exemple) boites de conserves. ou Tôle mince 0,70 mm  pour faire (exemple pièces métal carrosserie)

Ci-dessus c'est un exemple!

Pour nous ce sera 5 cages et 20 cylindres, 4 par cage): Diminution de l'épaisseur par étirement en passant entre les cylindres des 5 cages.  Le métal sorti est alors inutilisable car il à était  écrouit au maximum. L'écrouissage se caractérise par une augmentation de la limite d'élasticité et de la dureté.

- 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)  sert à rendre le métal propre au formage, il confère au métal une taille de grain optimale pour son utilisation future (pliage, emboutissage), le métal recuit est mou, très élastique, mais il n'est pas encore prêt pour subir un emboutissage ou formage. (expl. les pièces de carrosseries.),  il faut encore quelques  étapes :

  four recuit bobines four recuit sous cloche Le recuit, permet de détruire l'effet de l'écrouissage (laminage à froid), il à pour but de conférer au métal une taille de grain optimale pour son utilisation future (pliage, emboutissage).  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.

-ci, (au dessus)  en rouge c'est une cloche qui refroidit, les bobines sont à l'intérieure, et en haut de l'image, on voit qui descend sur la cloche froide.A droite, les fours qui recouvrent les cloches.  Après recuit et une fois froide, les bobines passent au Skin pass.

  - Le Skin pass - ________________________________________ 

laminage à froid  Ici, le métal (bande) est très légèrement allongé. La bobine se déroule et la bande passe entre 2 cylindres avec un très faible écrasement  et une traction en sortie de / 2% pas plus. l'épaisseur entrée: sortie,  ne bouge que de 1 ou 2% .

C'est ici, que le métal trouve sa qualité d'emboutissage et de surface, grâce à la rugosité des cylindres qui ont été  grenaillés (bombarder de grenailles de limaille de fer)   de plus ou moins gros calibre, la surface de la bande et, alors ou brillante ou rugueuse à différents degrés.
- Une fois la bobine skinpasée, elle part direct chez le client. ou, elle va sur une ligne  d'inspection, 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.
L'épaisseur de la bande est contrôlée automatiquement  et contrôle visuel de sa surface.

Puis elle elle sera emballée ou pas pour partir chez le client. 

  ici: Bobines sortant du skin pass, la surface du métal peut être granuleuse ou brillante suivant la commande. ici du 0,25 mm d'épaisseur. à gauche.

 

en 1:coil laminage chaud-      2: laminage froid tôle fin-      3:Tôle Mince -

4: Galvanisée -

 ---------- Chez un client --------------- chez client cisaille bobine acier chez client dérouleuse bobine acier

Les bobines de métal arrivent pour être découper et embouties en toutes sortes de pièces. Voila le début de la construction de notre voiture. Certaines presses sont hautes comme un immeuble de 4 étages et parfois bâtis sur un sous sol de 4 étages!    (1990)

 Ici à 5h 30. La bobine est coupée en feuilles  pour subir un emboutissage plus ou moins profond suivant sont utilité.  

(expl: aile de voitures, radiateurs chauffage, etc..)

Puis, les feuilles  arrivent à la presse d'emboutissage (à droite). fabrication voitures fabrication voitures L’emboutissage mécanique est un procédé de formage de pièces qui nécessite des machines telle qu’une presse mécanique et un outillage adapté. Le principe est fondé sur la déformation plastique du matériau (en général un métal), déformation consistant en un allongement ou un retreint de la tôle pour obtenir la forme souhaitée. On distingue l’emboutissage à froid qui se pratique à température ambiante et l’emboutissage à chaud qui lui se pratique avec une pièce chauffée à 800 °C environ pour de l’acier doux. L’emboutissage à froid est le mode opératoire le plus utilisé pour des productions de grandes ou de très grandes quantités de pièces nécessitant simplement une action unilatérale puissante.
L’emboutissage à froid peut être pratiqué avec une presse pneumatique (jusqu’à 6 tonnes), ou des presses hydropneumatiques (jusqu’à 30 tonnes) mais pour des productions de grandes quantités, les presses mécaniques sont plus adaptées. Leur puissance de frappe et leur rapidité d’exécution leur permettent d’atteindre une productivité bien supérieure à des presses pneumatiques et hydropneumatiques.

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A 20h40, La golf  finie est sur wagon. De nos jours les usines sont modernisés avec d'autres matériels comme des chaines de robots.

- Quelques photos de fabrication Autos Récentes.

                 

 
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Images prisent (sur Google)

C'était une grande partie de mon métier! du chaud au froid comme (Usinor 21 ans)
"Mon Métier était , Chef de ligne puis Agent de contrôle métallurgique" - le créateur de oocbo.com"