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 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 de ce métal. Réalisées dans une aciérie, ces opérations consistent à transformer les matières (minerai) premières en fonte et de là en acier. 

Le chemin du minerai au métal qui servira à fabriquer une voiture ou des poutres etc.

Pour la partie  (produits longs) ici, poutres, il exsiste aussi une coulée continue (voir tout en bas page)

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

Modifié par moi

La Mine à ciel ouvert (Minerai)
Carte_ pays_ et_ mines_ charbon_ et_ fer   
extraction minerai transformation du métal transformation du métal quai minéralier
Une pelleteuse   ramasse le minerai. Mine à ciel ouvert. Le minerai est extrait (entre autre) en Mauritanie. Transporté 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.
Quai minéralier Dunkerque

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 ici en haut droite) 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, puis l'acier part en coulée continue. Enfin, cet acier est mis en forme par les laminoirs.

transformation du coke 1b : 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.

- Détails-

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. 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!

1c : 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.

Photos Haut fourneau et Aciérie sont de M. Machiroux Pierre 

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  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, chaleur ) sont récupérés et valorisés sont récupérés et valorisés.

laitier de haut-fourneau 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.
Le prix de vente du laitier granulé intervient dans moins de 5 % du coût de production de la fonte

(Wikipédia)

coulee-haut-fourneaul transformation du métal
chutes de metal 1d : 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.          convertisseur Musé ici a droite 

Voila, nous avons de l'acier, reste à le transformer en  Blooms pour arriver à en faire des bobines de métal.

tourniquet coulée continue 2a : La coulée coulée continue. 

Le convertisseur  vide  verse son contenu liquide  dans une Poche qui viendra se vider dans une autre poche fixée sur un Tourniquet ou se trouve 2 poches, une qui se vide une qui se remplie (c'est la coulée continue).

coulée continue transformation du métal La poche pleine se vide dans un moule (ici à gauche)  le métal refroidit , se solidifie doucement,  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.

 gauche (croquis) à droite la photo.

transformation du métal Le métal est assez refroidi pour tenir seul sa forme. Il arrive à la fin de sa descente verticale, il est dans la courbe  (croquis du-dessus ).

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.

Puis la Brame est stockée ou mise en couveuse, chauffante, pour être laminée plus tard ou directement au laminage à chaux afin de pouvoir la laminer en bobine. Sur le train à bande (Laminoir de 14 cages) ci-dessous
2b et 3 : Laminage à chaud

Les Brame peuvent sortirent  du four (comme ici) ou directement venir de la coulée continue.  pour être laminée en bobine (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.

transformation du métal
transformation du métal

décapage  métal  Les coils partent par wagon (exemple de Dunkerque) pour aller à (exemple)  Mardyck) Ils sont stockés soit dehors soit en halle. parfois encore très chaud. La rouille s'installe vite. Il faut les décaper avant de passer dans un laminoir à froid pour être transformés en bobines de 3 à 0,15 mm d'épaisseur.

- Décapage -

Ces Coils doivent être débarrassés de leur oxydation (rouille)

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)

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.

Principe de l'Accumulateur (de longueur)

transformation du métal

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) transformation du métalet 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 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, la bande peut aller directement se faire laminer en continu. ou sortir en bobines. A droite la soudeuse qui soude les coils bout à bout. La bobine sortie du décapage arrive au laminage à froid

( 5 cages et 20 cylindres, 4 par cage)

laminage a froid

transformation du métal Le Laminage  à froid:

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.
On ne peux pas l'emboutir, le former, ni  le travailler, le grain du métal est allongé au maximum. le métal est fragile. La bande d'une épaisseur de 6mm  ou 3 mm se déroule, passe entre les cylindres des 5 cages. et s'enroule en sortie avec une épaisseur de 3mm à 0,50 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)

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), il 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, il 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, cloche et four qui va recouvrir la cloche.
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 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,  grenaillés (bombarder de grenaille de limaille de fer)  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 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.
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.

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
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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.

 

- Pour la filière Profilés, ici poutres-

https://youtu.be/TBtThn0cuuY

Une Vidéo de youtube

une vidéo montage d'une bmw par les robots et humains.

https://www.facebook.com/PenseesDeFilleMecs1/videos/269624047323522/

Précisions

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 %.

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
Bobines sortant du skin pass la surface du métal peut être granuleuse ou brillante suivant la commande. ici du 0,35 mm d'épaisseur bobines metal galvanisées  Bobines galvanisées. Couleurs au choix Bobines emballées pour partir chez le client. Bobine galvanisée (sortie ligne galva (non expliqué dans cette page.)
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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"