MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
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UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI (UAC)
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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY- CALAVI (EPAC)
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DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE ET ENERGETIQUE
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Option : PRODUCTIQUE
Thème :
Rédigé et soutenu le 22/02/2019 par : KOUVEGLO Olaïtan Ulrich Eschille
Devant le jury :
Prof. Akanho C. TOUKOUROU, Maitre de Conférences des Universités du CAMES, Enseignant Chercheur à l’EPAC (Président)
Dr. Alphonse QUENUM, Enseignant à l’EPAC, GME (Superviseur) Prof Naïmoulaï CHITOU, Maitre-Assistant des Universités du CAMES, Enseignant à l’EPAC (Examinateur)
Lieu de stage :
Année- Académique : 2017-2018
ETUDE ET CONCEPTION DE CONVOYEURS A VIS EN CASCADE POUR LA RECUPERATION ET LA
RECIRCULATION DES FUITES DE FARINE AU NIVEAU DU JOINT AMONT DU FOUR de la scb-lafarge.
11ème Promotion
MEMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME D’INGENIEUR DE
CONCEPTION
DEDICACES
A mon très cher papa Rocher Totemin KOUVEGLO.
Vous avez tant sacrifié pour notre bonheur, notre bien-être et notre réussite sans rien attendre en retour, Nous vous dédions cet humble travail en témoignage de notre affection et notre reconnaissance pour les efforts que vous avez déployé pour nous durant toutes ces années.
A ma très chère et tendre maman, Léontine KOUALONOU.
Pour l’inconditionnel soutien et l’affection que vous nous témoignez.
Trouvez ici, l’expression de notre profonde gratitude et une motivation à nous aider pour aller encore de l’avant.
A tous mes frères et sœurs, Victoire, Lanciana, Stéphane, Christ-Charbel, Gaël, Paterne, Inès et Crépine. Merci d’avoir été toujours là pour moi, Votre joie de vivre et votre humour remplissent mon quotidien de bonheur et de joie. Votre présence dans ma vie m’aide à surmonter les moments difficiles et me redonne le sourire.
Dédicace spéciale à Tatiana HOUMENOU.
Mes sincères remerciements s’adressent à :
A Dieu le Père Tout Puissant, l’Eternel des âges pour le don vie qu’il m’accorde et pour Ses grâces toujours renouvelées ;
Je tiens à remercier tout d’abord mon maître de mémoire, Monsieur Alphonse QUENUM, pour son aide, son soutien, ses orientations et ses conseils avisés sur mes travaux ;
Je tiens à exprimer mes gratitudes les plus profondes à mon encadrant de l’entreprise SCB-LAFARGE, Mr Marcellin WANVO, chef du service des méthodes qui n’a pas cessé de m’orienter et de m’aider dans mon travail durant toute la période de stage ;
A la direction de l’école polytechnique d’Abomey-Calavi, le Directeur et le Directeur Adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi, respectivement le Pr. Dr. Mohamed M. SOUMANOU et le Pr. Dr. Ing.Clément AHOUANNOU;
A Monsieur Vincent PRODJINONTO, Chef du Département de Génie Mécanique et Energétique, merci pour votre suivi durant toutes ces années ;
Tout le corps enseignant de l’Ecole Polytechnique d’Abomey- Calavi(EPAC) et en particulier celui du département de Génie Mécanique et Energétique pour la formation reçue de leur part ;REMERCIEMENTS
A Monsieur BOURAIMA Moufoutaou. Encore une fois merci pour vos conseils attentionnés, vos réponses précises et pour avoir su me transmettre les bons conseils et les bonnes recommandations au moment où il le fallait pour pouvoir atteindre les objectifs souhaités.
A Monsieur Valentin TOGBE, directeur d’usine de la SCB-LAFARGE.Merci pour m’avoir permis de faire mon stage académique dans votre structure ;
Merci à tous les préparateurs du bureau des méthodes spécialement à BIAHOU Corneille pour toutes les orientations ;
Ma gratitude s’adresse aussi à l’ensemble du personnel de la SCB- LAFARGE, cadres, employés et ouvriers qui nous ont comblé de leurs bienveillances et amabilité, aussi à toute personne ayant contribué de près ou de loin à l’élaboration de ce travail ;
Tous mes camarades de promotion pour tout ce que nous avons partagé ensemble pendant ces belles années ;
Je peux alors m’écarter du cercle professionnel pour remercier encore plus chaleureusement ma famille spécialement le couple HOUNDENOU pour leur éternel soutien ;
A tous ceux qui m’ont accompagné durant mon chemin d’études supérieures, mes amis de promotion qui étaient toujours à mes côtés.Remerciement spécial à vous très chers amis Adélaïde HOUENOUSSI, KOUKPONOU Esclarmonde, ALAKOUKO Abdou-Raïmi, CAPO- CHICHI Lucrèce, AYILO Deo-Gracias, ARNAUD Arole, GNIMAGNON Costelle, ADJADI Wally, ATCHADE Géraldine, merci d’avoir été toujours là pour moi.
Table des matières
DEDICACES ... II REMERCIEMENTS ... III LISTE DES PHOTOS ... X LISTE DES FIGURES ... XI LISTE DES TABLEAUX ... XII LISTE DES SIGLES, ACRONYMES ET ABREVIATIONS ... XIV RESUME ... XVI ABSTRACT ... XVII
Introduction générale ... 1
Chapitre 1 : Présentation de la SCB-LAFARGE ... 4
1.1 Historique et situation géographique de l’usine ... 4
1.2 Structure organisationnelle de l’usine ... 6
1.3 Organisation et fonctionnement du département de maintenance ... 6
1.3.1 Organisation de la maintenance ... 7
1.3.2 Fonctionnement du département de maintenance ... 9
1.4 Présentation des services de l’usine ... 9
1.4.1 Méthodes ... 9
1.4.2 Service carrière ... 11
1.4.3 Service fabrication ... 11
1.4.4 Service contrôle de qualité ... 11
1.4.5 Service procédé ... 12
1.4.6 Service garage ... 12
1.4.7 Service électricité et instrumentation ... 12
1.4.8 Service bâtiment et cour ... 13
1.5 Les réunions (la communication) ... 13
1.5.1 Réunion secteur ... 13
1.5.2 Réunion de service ... 13
1.5.3 Réunion de coordination ... 14
1.5.4 Réunion des gros arrêts ... 14
1.5.5 Réunion COFI (COmités de FIabilté) ... 14
1.5.6 Réunion inspection ... 14
1.5.7 Autres organisations ... 15
1.6 Sécurité ... 15
1.6.1 Accueil sécurité ... 15
1.6.2 Les mesures de sécurité dans l’usine ... 16
Chapitre 2 : Procédé de fabrication du ciment ... 19
2.1 Définition du terme ciment ... 19
2.2 Matières premières et préparation du cru ... 19
2.2.1 Extraction des matières premières ... 19
2.2.2 Concassage ... 20
2.2.3 Pré-homogénéisation ... 21
2.2.4 Préparation du cru ... 22
2.2.5 Homogénéisation et stockage de la farine ... 23
2.3 Préparation du clinker ... 24
2.3.1 Préchauffage de la farine crue ... 25
2.3.2 Cuisson du cru ... 26
2.3.3 Les éléments constitutifs du clinker ... 28
2.3.4 Stockage du clinker ... 28
2.4 Broyage ... 29
2.5 Le contrôle de qualité ... 30
2.6 Ensachage et expédition ... 30
Chapitre 3 : Définition du projet ... 35
3.1 Contexte, problématique et justification du projet ... 35
3.2 Analyse fonctionnelle ... 36
3.2.1 Bête à cornes ... 37
3.2.2 Pieuvre fonctionnelle... 38
3.2.3 Cahier de charges fonctionnelles ... 39
Chapitre 4 : Clarification notionnelle ... 41
4.1 Brève description du four ... 41
4.2 Théorie sur les joints amont (joint dynamique) ... 45
4.3 Les convoyeurs à vis ... 48
4.4 : Présentation du système actuel et les défauts liés au dispositif ... 53
Chapitre 5 : Conception ... 56
5.1 Objectifs de la conception ... 56
5.2 Données relatives à la conception ... 56
5.3 Génération de solutions ... 57
5.4 Etude des solutions proposées ... 61
5.5 Choix de la solution définitive ... 61
Chapitre 6 : Etude technique ... 64
6.1 Présentation des différents éléments d’un convoyeur à vis ... 64
6.2 Description et fonctionnement ... 77
6.2.1 Description ... 77
6.2.2 Fonctionnement ... 77
6.3 Dimensionnement de la vis sans fin ... 78
6.4 Calcul de la puissance utile théorique ... 81
6.4.1 Calcul du couple nécessaire et la puissance correspondante pour transporter la matière. ... 81
6.4.2 Calcul de la charge et de la puissance utile pour faire tourner la vis. ... 84
6.5 Choix du motoréducteur ... 89
6.6 Calcul et choix des roulements ... 90
6.6.1 Calcul des charges requises ... 90
6.6.2 Choix des roulements ... 96
6.6.3 Calcul de la durée de vie ... 98
6.6 Choix du palier et calcul de la capacité horaire ... 99
6.6.1 Choix du palier ... 99
6.6.2 Capacité horaire ... 100
Chapitre 7 : Dessin du dispositif ... 102
Partie IV ... 106
Maintenance et analyse financière ... 106
Chapitre 8 : Maintenance préventive ... 107
8.1 Généralités ... 107
8.2 Elaboration du plan de maintenance ... 107
8.3 Insertion du plan de maintenance dans la base GMAO de l’usine ... 109
Chapitre 9 : Etude financière du dispositif ... 112
9.1 Coût global de la fabrication ... 112
9.2 Coût de l’installation ... 113
9.3 Coût global du système ... 114
Conclusion générale ... 115
Bibliographie ... 116
Webographie... 117
Annexes 1 : Tableaux de choix et de conversions dans le dimensionnement de la vis sans fin ... 119
Annexe 2 : Motoréducteur ... 121
Annexe 3 :LES ETAPES DE LA METHODE DES TROIS MOMENTS ... 122 Annexe 4 : Détermination des contraintes thermiques ... Erreur ! Signet non défini.
LISTE DES PHOTOS
Photo 1-1: Vue globale de la cimenterie ... 5
Photo 2-1 : Aperçu de la carrière ... 20
Photo 2-2 : Vue du concasseur de la carrière ... 21
Photo 2-3: Vues du pont gratteur ... 21
Photo 2-4: Vue du broyeur avec ses deux chambres... 22
Photo 2-5: Vues des silos d’homogénéisation et de stockage. ... 24
Photo 2-6: Vues de la tour à cyclones ... 25
Photo 2-7: Vue longitudinale du four ... 26
Photo 2-8: Vue du broyeur ciment ... 30
Photo 2-9: Vues des ensacheuses ... 31
Photo 2-10: Vue des différents mélanges en vue de l’obtention du ciment. ... 31
Photo 4-1 : Four à 3 appuis ... 41
Photo 4-2: Bandage flottant ... 42
Photo 4-3 : Vue des briques réfractaires ... 43
Photo 4-4: Les composantes de la butée hydraulique ... 45
Photo 4-5: Vue du joint amont ... 46
Photo 4-6: Schéma synoptique du joint amont installé à l’usine ... 47
Photo 4-7: Vue d'un élément du covoyeur à vis ... 48
Photo 4-8: Les câbles et le contrepoids ... 54
Photo 4-9: Ensemble bac et goulotte de récupération ... 55
Photo 6-1: Vue éclatée du convoyeur à vis ... 66
Photo 7-1: Etat mécanique de la tour à cyclones et du système de récupération ... 103
Photo 7-2: Vue complète du dispositif ... 104
LISTE DES FIGURES
Figure 1-1 : Organigramme général de la SCB-LAFARGE ... 6
Figure 2-1: Schéma synoptique du processus de fabrication du ciment ... 32
Figure 3-1: Bête à cornes... 38
Figure 3-2: Pieuvre fonctionnelle ... 38
Figure 5-1: Première solution envisagée ... 58
Figure 5-2: Deuxième solution envisagée ... 59
Figure 5-3: Troisième solution envisagée ... 60
Figure 6-1 : Section de l’auge ... 81
Figure 6-2: Section semi-circulaire ... 82
Figure 6-3: Section rectangulaire ... 82
Figure 6-4: Schéma de la spire ... 84
Figure 6-5: Schéma de la développante d’une spire ... 85
Figure 6-6: Schéma d’une spire : modélisation 2D et 3D ... 87
Figure 6-7 : Modélisation du système ... 91
Figure 6-8: Modélisation du système avec les longueurs ... 92
Figure 6-9 : Décomposition du système initial ... 93
Figure 6-10: Modélisation du système avec les réactions aux appuis ... 95
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 2-1: Pourcentages de matière selon le type de ciment ... 29
Tableau 5-1: Etude de praticabilité ... 61
Tableau 5-2: Matrice de prise de décision ... 62
Tableau 6-1: Nomenclature des éléments constitutifs d'un convoyeur à vis ... 64
Tableau 6-2: Détermination de la taille des vis ... 80
Tableau 6-3: Récapitulatif des informations relatives aux deux vis ... 80
Tableau 6-4: Récapitulatif des informations nécessaires au calcul des réactions aux différents appuis ... 94
Tableau 6-5 : Tableau des équations des efforts tranchants et moments fléchissants ... 95
Tableau 9-1 : Coût des matières premières ... 112
Tableau 9-2 : Coût des pièces standards et accessoires ... 113
LISTE DES TABLEAUX ANNEXES
Annexe tab 1 : Capacités des convoyeurs ... 119
Annexe tab 2 : Formules diverses et conversions ... 120
Annexe tab 3 : Taille maximale des morceaux pour les vis standards ... 120
Annexe tab 4 : Tableau de sélection des motoréducteurs ... 121
Annexe tab 5: Les valeurs des rotations au niveau des appuis pour différentes charges extérieures ... 123 Annexe tab 6 : Composition chimique de la farine ... Erreur ! Signet non défini.
LISTE DES SIGLES, ACRONYMES ET ABREVIATIONS
ADBK : Arrêt du Broyeur Clinker ADEX : Arrêt de l’Expédition ADF : Arrêt du Four
AFIM : Association Française de l'Industrie Mécanique AF Leger : Alternative Fuel Leger
AFNOR : Association française de normalisation
AMDEC : Analyse des Modes de Défaillance, de leur Effets et de leur Criticité BAF : Boite à Fumée
CEM-I : Ciment de type I CEM-II : Ciment de type II
COFI : Commission de Fiabilité CPJ : Ciment Portland avec Ajout
EPI : Equipement de Protection Individuelle Fab : Service Fabrication
FMECA : Failure Modes Effets and Criticality Analysis GMAO : Gestion de la Maintenance Assistée par l’Ordinateur GME : Génie Mécanique et Energétique
Ic : Intervention corrective
ICV : Interrupteur à Coupure Visuelle
I1A : Inspection niveau 1 à l’Arrêt
Ipc: Intervention préventive conditionnelle IPR : Indice de priorité de risque
ISM : Inspection Spécifique en Marche Labo : Laboratoire
ME : Maintenance service Electricité MM : Mécanicien du service Mécanique MTE : Electricien du service Méthode
MT/Lub : sous service lubrification aux Méthodes MTM : Mécanicien du service Méthode
PKS : Coque de noix de palme
SCB-LAFARGE : Société de Ciment du Bénin - LAFARGE SCO : Société de Ciment d’Onigbolo
RESUME
La cimenterie d’Onigbolo est un complexe cimentier comportant 3 secteurs de transformation dont le secteur 2 qui est constitué principalement du four et du broyeur à cru. Les fuites de matières sur une ligne de production restent un défi majeur dans nos industries aujourd’hui. En effet, le four, principal élément dans la préparation du clinker est muni en amont d’un joint d’étanchéité dynamique qui assure la connexion entre la tour à cyclones et la première virole du four coté amont. Toutefois, ce joint n’assure pas parfaitement cette étanchéité. Une partie de la farine chaude provenant de la tour à cyclone en direction de la première virole est perdue pour ce défaut d’étanchéité. Ce phénomène est plus accentué suite à l’obturation de la paroi interne du four. La farine entassée agit donc sur le joint amont du four et crée une légère ouverture qui laisse passer la farine. Cette farine se déverse sur la plateforme jusqu’à débordement. Le débarassement de la plateforme se fait souvent sur intervention humaine lors d’un arrêt du four et finalement cette farine est jetée au sol puisqu’elle ne fait plus effet d’aucune utilisation. Le présent projet a permis d’étudier et de concevoir un dispositif de récupération et de recirculation de la farine déversée au niveau du joint amont du four de la cimenterie d’Onigbolo afin d’assurer la sécurité des biens et des personnes. Le dispositif étudié est constitué essentiellement de deux convoyeurs à vis montés en cascade pour une circulation facile de la matière. Le côté mécanique du projet, celui du dimensionnement technique des différents éléments constitutifs a facilité la mise en œuvre du dispositif. L’exécution graphique nous a amené à tenir compte des dimensions d’encombrement et des ouvrages déjà disponibles sur les lieux. Les différents éléments et accessoires ont permis d’établir un plan de maintenance de tout le système et une estimation du coût global du projet.
Mots clés: convoyeurs,vis, cascade,cimenterie,recirculation,récupération,farine
ABSTRACT
The cement plant of Onigbolo is a cement complex with three processing sectors, including the sector 2, made mainly of the furnace and the raw crusher.
Nowadays, leaks of materials along a production line remains a major challenge in our industries. Indeed, the furnace, main element in the preparation of the clinker is provided upstream of a dynamic gasket that provides the connection between the cyclone tower and the first shell of the furnace upstream side.
However, this gasket does not provide this perfect sealing. The hot flour from the cyclone tower does not flow completely and settles at a certain distance inside the furnace. This clogging forms a ring which reduces the internal diameter of the furnace. Thus, this ring formed induces a overcrowding of flour. The stacked flour therefore acts on the upstream gasket of the furnace and creates a slight opening that allows leaks of the flour. This flour pours on the platform until it overflows.
The platform is cleared with human intervention during a stop of the furnace and finally this flour is thrown because it can no longer be used. This project studied and designed a recovery and recirculation system for the flour poured at the upstream gasket of the Onigbolo cement plant in order to ensure the safety of goods and people. The device studied consists essentially of two screw conveyors cascaded for easy movement of the material. The mechanical aspect of the project, related to the technical design of the various constituent elements facilitated the implementation of the device. The graphic execution led us to take into account the dimensions of space and the works already available on the field. The various elements and accessories allowed to establish a maintenance plan of the whole system and an estimate of the overall cost of the project.
Key words : conveyor, screw, cascade, cement, recovery, recirculation
Introduction générale
La société SCB-LAFARGE du Bénin est une filiale du groupe LAFARGE- HOLCIM, et surtout l’un des grands producteurs du ciment au Bénin. Il n’est pas rare de constater que le ciment est le matériau le plus utilisé dans la vie quotidienne surtout dans l’habitation, à cause de l’augmentation de la population partout dans le monde. L’implication directe qui en découle est l’augmentation incessante d’immobilier dans un Bénin en totale reconstruction. Les matériaux liés au ciment sont indispensables pour une construction durable. La fabrication du ciment est cependant un processus très exigeant, dont les différentes étapes requièrent parfois des pertes en ligne très élevées sur toute la ligne de production.
Les pertes en ligne représentent donc l'un des facteurs de coûts les plus importants du secteur. C'est la raison pour laquelle la production de ciment nécessite un suivi qui d'une part prend en compte les différents éléments de la chaine de production et de suivre leur comportement mécanique d’autre part.
Le four rotatif de la cimenterie faisant partie de ces différents éléments, présente une grande importance dans le processus de fabrication du ciment. Or, les défaillances freinent sa marche normale et entrainent des pertes de production.
Pour remédier à ces problèmes, nous avons entamé ce projet qui vise l’étude et l’amélioration de l’existant, tout en agissant sur la conception de plusieurs éléments mécaniques de rajout. Il urge donc de trouver une solution face à cette situation qui non seulement, menace la sécurité des usagers mais provoque également des pertes de temps, de matières baissant ainsi la productivité de l’entreprise. C’est dans cette optique que la SCB-LAFARGE nous a soumis un projet d’étude et de conception d’un dispositif de récupération et de recirculation des pertes de farine à l’amont du four.
Le développement de ce travail est articulé autour de 4 grandes parties. La première partie nous donnera un aperçu sur l’organisme SCB-LAFARGE et par la suite le processus détaillé de fabrication du ciment, allant de l’extraction de la matière première jusqu’à l’étape d’expédition. Dans la deuxième partie, nous allons définir clairement notre sujet en énonçant le contexte, la problématique et la justification du projet puis aborder une clarification des différentes notions de notre sujet. Enfin nous procèderons à une proposition et un choix de la solution idéale. La troisième partie du document, définira les différents éléments de notre système et leurs dimensions respectives. Nous aurons également à faire le choix des éléments accessoires en tenant compte des caractéristiques mécaniques dont nous avons besoin. Enfin dans la dernière partie, il s’agira pour nous d’établir un plan de maintenance de notre dispositif et de son insertion dans la base GMAO de l’usine puis de faire une estimation du coût global du projet.
Dans cette partie nous allons donner un aperçu sur l’organisme SCB-LAFARGE, à savoir historique et situation géographique de l’usine, son
organigramme, les services qui le constituent et par la suite le procédé détaillé de fabrication du ciment, allant de l’extraction de la matière première jusqu’à l’étape d’expédition.
PARTIE I
PARTIE I
GENERALITE SUR LA
SCB-LAFARGE
Chapitre 1 : Présentation de la SCB-LAFARGE
1.1 Historique et situation géographique de l’usine
Après des études géologiques réalisées en 1974, il s’est révélé un important gisement d’argile et de calcaire dans le sud-est du Bénin plus précisément à Onigbolo. Il s’agit d’une localité située sur le tronçon Pobè - Kétou à environ 20 kilomètres de chacune de ces deux communes. Afin de mettre en exploitation ce gisement, la République du Bénin, la République Fédérale du Nigéria et un partenaire technique Danois F.L. SMIDTH ont donné naissance sur l’ordonnance n° 75-52 du 30 juillet 1975 à une société anonyme au capital de dix (10) milliards de francs CFA, dénommée la Société des Ciments d’Onigbolo (SCO). Installée sur le site du gisement et devenue officiellement fonctionnelle dès août 1982 avec comme principal actionnaire le Bénin (51% des actions), cette usine a démarré avec une capacité de production annuelle de 500 000 tonnes sous la marque « DIAMANT ».
Suite à des situations telles que la non-fiabilité du réseau électrique, l’impraticabilité saisonnière de la carrière, la baisse de la qualité de production, etc…, l’usine a été arrêtée en mars 1988. Afin de dénouer cette crise, les états Béninois et Nigérian ont décidé de la mise en location gérance du complexe. C’est à ce titre qu’un appel d’offres internationales a été lancé. Ainsi, cet appel d’offres a été remporté par le groupe SCB-LAFARGE constitué de la Société des Ciments du Bénin (SCB) et de LAFARGE, multinationale française et premier cimentier mondial. Le contrat de location a été signé le 10 février 1999. Pour son exécution, SCB et LAFARGE ont créé, le même mois, la filiale SCB-LAFARGE qui a pris l’entreprise depuis le 10 juin 1999. Suite aux importants travaux de réhabilitation, la production reprit le 02 août 2001.
Aujourd’hui, la société est constituée de trois actionnaires principaux :
SCB-LAFARGE 51% ;
DANGOTE 43% ;
Etat Béninois 6%.
Photo 1-1: Vue globale de la cimenterie
1.2 Structure organisationnelle de l’usine
Pour mener à bien ses objectifs, la SCB-LAFARGE a une structure parfaitement ordonnée. La direction de l’usine fonctionne suivant l’organigramme suivant :
Figure 1-1 : Organigramme général de la SCB-LAFARGE
1.3 Organisation et fonctionnement du département de maintenance
La vie d’une unité de production tout comme la SCB LAFARGE dépend principalement du bon fonctionnement des outils de production. Ainsi le département de maintenance se doit d’assurer la disponibilité et le bon
fonctionnement des équipements à travers les actions préventives et correctives qu’il développe.
1.3.1 Organisation de la maintenance
Ce département est constitué de secteurs dont les trois premiers déterminent la chaine de production.
En effet, les secteurs sont délimités de manière suivante :
- Le secteur un (1) s’étend de la carrière jusqu’au-dessus de la trémie tampon en passant par le concassage et le hall de pré-homogénéisation ;
- Le secteur deux (2) commence par la trémie tampon pour finir au-dessus du silo de stockage du clinker en passant par le broyeur à cru et le four ; - Le secteur trois (3) s’étend du silo de stockage du clinker au pont-bascule.
Il comprend essentiellement le broyeur-ciment, l’ensachage et l’expédition.
- Le secteur quatre (4) constitue l’atelier de mécanique
- Le secteur cinq (5) regroupe l’ensemble des compresseurs, filtres et les dépoussiéreurs.
Le département de maintenance est dirigé par un ingénieur de maintenance. Il a sa charge le suivi des activités et la coordination des services qui composent le département.
Pour son bon fonctionnement, le département de la maintenance est constitué de plusieurs services à savoir :
Service méthode
C’est le service dans lequel nous avons été affectés. Il s’occupe de : l’Inspection, la Préparation/Planification, la Lubrification.
En effet, il élabore les plans d’interventions, les méthodes et moyens nécessaires pour l’intervention.
o Inspections
Elles sont faites par des inspecteurs qui sont chargés d’inspecter les équipements, afin de connaitre leur état et de constater d’éventuelles anomalies.
Ils arrivent à suivre l’équipement dans son fonctionnement, font les diagnostics et proposent des solutions pour d’éventuelles interventions.
o Préparation/Planification
Elle consiste à mettre à la disposition de l’exécution les moyens humains et matériels et aussi à assurer la disponibilité des pièces de rechanges, des plannings, des procédures d’exécution et des modes opératoires. Elle est réalisée par des préparateurs qui s’assurent de l’application des décisions prises.
o Lubrification
La lubrification a pour rôle d’éviter la détérioration rapide des machines par l’interposition d’un film d’huile approprié entre deux pièces en contact d’une machine. Cette l’une des plus grandes fonctions de la maintenance sans laquelle l’usine ne peut fonctionner.
Service Maintenance Mécanique et Garage
Le service Maintenance Mécanique s’occupe de l’exécution qui a pour rôle de réparer les anomalies mécaniques signalées, préparées, programmées et planifiées par le service Méthode. Le garage s’occupe de la réparation et de l’entretien des engins de l’usine.
Service cour et bâtiment
Le service cour et bâtiment est un service qui s’occupe des travaux d’entretiens des bâtiments, de la cour et d’éventuel projet de construction.
Service Maintenance Electricité
Le service Electricité s’occupe de l’exécution qui a pour rôle de réparer les anomalies électriques signalées, préparées, programmées et planifiées par le service Méthode.
1.3.2 Fonctionnement du département de maintenance
Dans le département de Maintenance de la SCB-LAFARGE, la maintenance préventive est la plus appliquée : beaucoup de tâches sont périodiquement exécutées. A cet effet un logiciel de gestion de la maintenance assistée par ordinateur (GMAO) existe dans l’usine : MAINTA. Ce logiciel permet de générer dans les bases de chaque contremaître des secteurs de l’usine les travaux préventifs de la semaine dès le lundi. A la fin de la semaine, un taux de réalisation est calculé.
Il faut noter que la maintenance curative prévisionnelle est également mise en pratique : le chef service des méthodes répartit des inspecteurs dans les différents secteurs pour contrôler l’état de fonctionnement des machines afin de faire une bonne anticipation des pannes. Au cours d’un arrêt normal de maintenance ou d’une intervention urgente arrêtant la production pour une durée raisonnable, les anomalies préalablement signalées par les inspecteurs sont programmées et mises en exécution en respectant la durée de l’arrêt.
1.4 Présentation des services de l’usine
Pour un bon déroulement du processus de fabrication, l’usine est structurée en service qui assure son bon fonctionnement.
1.4.1 Méthodes
Le service méthodes dans lequel nous avons effectué notre stage, a pour mission principale d’appuyer les services opérationnels dans l’accomplissement de leurs tâches en leur fournissant un support technique (documents, matériels,
pièces...), en analysant les causes des défaillances, les coûts, et en proposant des solutions techniques aux problèmes rencontrés. Il apporte aux responsables d’activités les informations pour les aider dans leurs décisions : budgets, priorités… Il effectue la veille technologique et réglementaire.
Le service des méthodes a pour mission de :
assurer la planification des interventions à moyen et long termes;
assurer la lubrification des machines ;
préparer les interventions pour réparer les anomalies qui ne sont pas urgentes, ceci permet d’anticiper sur les travaux à faire;
suivre les organes des différentes machines pour prévenir les différentes pannes qui peuvent arriver en mécanique, en électricité/instrumentation et au garage. Cette inspection peut se faire à l’arrêt ou en marche ;
organiser l’entretien préventif des équipements de production.
Pour accomplir sa mission, le service est divisé en 3 sections :
o La section de l’inspection qui a pour mission de veiller au bon fonctionnement des équipements et d’anticiper sur les différentes anomalies ;
o La section de préparation qui a pour mission de définir la méthodologie, la main d’œuvre, les pièces de rechange et autres ressources nécessaires pour parvenir à une maintenance efficace en toute sécurité respectant les standards techniques. Elle assure aussi la gestion des stocks de pièces de rechange ;
o La section de la lubrification s’occupe du graissage, du garnissage et de la lubrification de tous les éléments tournants et tout autre équipement de l’usine.
1.4.2 Service carrière
Il assure la mise à disposition des matières premières : calcaire et argile depuis la carrière. Celles-ci sont extraites et acheminées vers les concasseurs.
C’est ce service qui pilote l’atelier de concassage du calcaire et de l’argile.
1.4.3 Service fabrication
Les ateliers participant à la fabrication du ciment à savoir : concassage de la matière première, pré-homogénéisation, broyage cru, cuisson, broyage ciment etc., sont pilotés à partir de la salle de conduite. Le service fabrication est composé de : chefs de postes, opérateurs, rondiers, mécaniciens et électriciens postés et des conducteurs de chargeuses qui assurent la production 24h/24h selon une rotation (3 x 8 quarts).
1.4.4 Service contrôle de qualité
L’usine dispose d’un laboratoire d’analyses et d’essais qui effectue des contrôles de qualité à diverses étapes de la fabrication du ciment. Il analyse des échantillons de matières prélevées à la carrière afin de guider le choix des matières premières à extraire par les unités de la carrière.
Un échantillon du mélange calcaire et argile en provenance du hall de pré- homogénéisation est analysé chaque jour, de même que le clinker et les ciments à ensacher afin de guider les différents ateliers pour la fabrication d’un produit répondant aux normes.
1.4.5 Service procédé
Il contrôle le processus de fabrication. Il détermine avec les autres services du département exploitation, les procédures et conditions de marche des ateliers.
Il garantit avec les services de la maintenance la justesse des mesures des capteurs critiques. Les audits réalisés lui permettent de trouver des pistes d’amélioration pour l’atteinte des objectifs de production. Il contribue au développement du personnel de l’exploitation.
1.4.6 Service garage
Le service garage assure la maintenance et la disponibilité des engins pour la production (les pelles, les chargeuses, les dumpers, les compresseurs mobiles, les groupes électrogènes et les véhicules utilitaires) et de manutention. Ce service s’occupe également de la distribution des carburants (essence et gasoil).
1.4.7 Service électricité et instrumentation
Le service Électricité et Instrumentation s’occupe des interventions préventives et correctives qui ont rapport à l’électricité générale. Il se charge aussi du reconditionnement de certains moteurs électriques de rechange et de l’instrumentation. Pour arriver à jouer pleinement son rôle, ce service est doté d’un atelier électrique pour les différentes réparations et les préparations des interventions. Le service possède des équipes d’intervention dirigées par des contremaîtres dans les trois secteurs de l’usine. En plus de ces trois secteurs, il dispose d’une section qui s’occupe de l’électricité bâtiment, de l’éclairage de l’usine, et de la climatisation et d’une autre section pour le reconditionnement des moteurs et autres équipements électriques.
1.4.8 Service bâtiment et cour Ce service a pour mission de :
assurer l’exécution et le contrôle des travaux de génie civil (maçonnerie, plomberie, menuiserie, peinture,…) dans les règles de l’art et en toute sécurité ;
entretenir les locaux et l’environnement.
1.5 Les réunions (la communication)
Des réunions quotidiennes ou périodiques se tiennent à tous les niveaux afin de vulgariser toutes les informations sur les faiblesses constatées, les nouvelles réformes en cours ou toute autre information susceptible d’être partagée. Ainsi nous avons:
1.5.1 Réunion secteur
Elle se tient aussi tous les jours ouvrables et elle regroupe la maîtrise et l’encadrement intermédiaire des différents services de Maintenance et Production de chaque secteur. Au cours de cette réunion, tous les acteurs analysent les pannes ou dysfonctionnements enregistrés la veille. Des actions sont proposées par ces acteurs pour pallier aux défaillances des équipements.
1.5.2 Réunion de service
Au cours de cette réunion qui est tenue tous les jours ouvrables à 9h, les agents d’un même service répartis dans les différents secteurs se réunissent pour faire un feed-back aux chefs de service. A cette occasion, le chef service s’informe de tous les problèmes des différents secteurs concernant son service et les priorités. Notons aussi qu’à cette réunion le chef service fait part aux
contremaîtres de chaque secteur les anomalies identifiées par les inspecteurs du service des méthodes suivi de proposition de solutions.
1.5.3 Réunion de coordination
Elle regroupe tous les chefs services, l’Ingénieur Maintenance, l’Ingénieur Production et le Directeur Usine tous les jours ouvrables. A cette rencontre, les chefs des services débattent des divers problèmes de l’usine et décident des actions pour les résoudre.
1.5.4 Réunion des gros arrêts
Cette réunion est faite pour la préparation de l’arrêt du four (ADF), de l’arrêt du broyeur clinker (ADBK) et de l’arrêt de l’expédition (ADEX). Au cours de ces arrêts, on procède à la maintenance générale de l’usine. Elle réunit les chefs services et l’encadrement intermédiaire ; les ingénieurs de maintenance, de production et de sécurité puis le directeur d’usine.
1.5.5 Réunion COFI (COmités de FIabilté)
C’est une réunion au cours de laquelle tous les acteurs de la maintenance et de la production sont encore présents pour discuter de la fiabilité des machines.
Elle se tient tous les derniers mercredis du mois de 11h à 12h.
1.5.6 Réunion inspection
Elle regroupe les inspecteurs mécaniciens et électriciens ainsi que les chefs services opérationnels. C’est à cette occasion que les points des anomalies sont faits aux chefs services.
1.5.7 Autres organisations
En dehors de ces rencontres, d’autres réunions spéciales sont aussi tenues (réunion sécurité, des toolbox dans chaque service…).
Il existe un système de communication radio entre les postés (ceux qui sont de garde) de l’usine pour signaler de temps en temps les différentes pannes et réglages à effectuer afin de pouvoir obtenir un bon fonctionnement de l’usine.
Le chef quart de permanence a toujours des agents des différents services de maintenance à sa disposition pour intervenir sur les pannes qui pourraient perturber la production pendant la nuit et les week-ends.
1.6 Sécurité
La garantie de la sécurité de ses biens et usagers constitue l’un des plus grands objectifs que la SCB LAFARGE tient à atteindre à tout prix. Ainsi beaucoup de dispositions sont prises et des efforts se font quotidiennement afin d’assurer la sécurité de tous. Au nombre de ces dispositions nous avons l’accueil sécurité ainsi que d’autres mesures de sécurité
1.6.1 Accueil sécurité
Il s’agit de l’étape d’initiation aux règles de sécurité en vigueur dans l’usine. C’est dans cette optique qu’une formation conduite par l’ingénieur de sécurité se fait à tout nouveau venu. C’est au cours de cette phase, que nous avons pris connaissance des dispositions à prendre pour réduire à zéro les risques d’accidents de travail et les incidents graves sur les usagers et biens.
Les objectifs visés par cette formation sont :
- vulgariser tous sur les risques d’accident encourus en travaillant dans l’usine ;
- faire connaitre les procédures à engager en cas d’accident ou d’incendie ; - faire connaître les règles de sécurité les plus simples à respecter dans l’usine
et les sanctions éventuelles en cas de non-respect de ces règles ;
- s’assurer du port des équipements de protection individuelle (EPI) avant notre intégration dans l’usine ;
- informer sur la procédure LOTOTO (développée plus bas).
1.6.2 Les mesures de sécurité dans l’usine
Des efforts méritoires ont été faits pour assurer la sécurité du personnel. On peut citer :
~
L’accueil sécurité qui est obligatoire pour tout nouveau venu ;~
Le port obligatoire des EPI (équipements de protection individuelle) que sont : le casque, les chaussures de sécurité, les lunettes, le gilet de visibilité pour les non permanents et les EPI spécifiques tels que le bouchon d’oreille, masque antibruit, les gants pour tous les acteurs de l’usine ;~
Une rencontre dénommée toolbox se tient chaque matin entre le chef chantier et ses collaborateurs pour discuter de la procédure de travail. Pour se donner les objectifs de la journée et des stratégies de sécurité à utiliser.~
Des campagnes de sensibilisation sont lancées pour attirer l’attention sur l’importance du port des EPI, sur les méfaits de l’alcool et tout ce qui peut entraîner une baisse de la vigilance ;~
Des extincteurs sont placés à des endroits stratégiques ;~
Des procédures d’interventions, en cas de sinistre, sont disponibles ;~
Des formations et conférences au profit du personnel sur la sécurité s’organisent ;~
Des alarmes sont prévues pour signaler le démarrage des équipements automatiquement.~
Pour toute intervention sur les machines, il est exigé une analyse des risques liés à l’exercice par la méthode STOP (elle consiste à analyser tous les risques liés à cette intervention et de prendre les mesures correctrices) qui débouche sur la consignation des machines sur lesquelles on veut intervenir.~
Il est obligatoire de prendre le permis de travail en hauteur, le permis de travail en espace confiné, le permis de fouille et le permis de feu s’ils sont nécessaires.Notons que depuis quelques années une nouvelle procédure de consignation a été mise en place et est rigoureusement appliquée au sein de l’usine: LOTOTO (Lock Out Tag Out Try Out). Son application nécessite les huit (8) étapes suivantes :
- Préparer : l’équipe d’intervention examine le travail à effectuer et fait l’évaluation des risques par la méthode STOP.
- Demander et obtenir : le chargé des travaux sollicite auprès du chargé de conduite, l’arrêt de l’installation et sa mise en mode local pour une intervention.
- Rédiger et afficher : le bon de consignation est rédigé par le chargé de conduite selon l’étude faite lors de la préparation et les visas des acteurs y sont apposés. Il récupère si nécessaire les cadenas numérotés et les clés.
- Séparer, cadenasser, vérifier et étiqueter : il s’agit de la séparation de toutes les sources d’énergie et de la pose des cadenas et étiquettes sur chaque dispositif d’isolation (ICV, disjoncteurs, vannes,
- Intervenir : c’est la phase d’exécution du travail.
- Dé-condamner : il s’agit du retrait du ou des cadenas du boîtier de verrouillage (Lock Box) et l’étiquette du dispositif d’isolation.
- Essayer : le chargé des travaux essaie l’équipement pour s’assurer de son bon fonctionnement.
- Signaler : Le chargé des travaux retourner à la salle de contrôle avec la personne habilitée pour signifier, au chargé de conduite, la fin de l’intervention.
Ce chapitre nous a permis de comprendre l’origine la création de la SCB- LAFARGE, sa structure organisationnelle ainsi que sa politique de sécurité. Le chapitre suivant s’intéressera au processus de fabrication du ciment.
Chapitre 2 : Procédé de fabrication du ciment
La SCB-LAFARGE est usine de production dont l’activité principale est la fabrication du ciment de bonne qualité. Ce chapitre décrit les différentes étapes du processus d’obtention du ciment.
2.1 Définition du terme ciment
Provenant du latin « caementum » qui signifie « pierre non taillée », Le ciment est un liant hydraulique, c’est à dire une matière inorganique finement moulue qui gâché avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réaction et processus d’hydratation. Il est capable d’agglomérer en durcissant, des substances variées appelées agrégats ou granulats et après durcissement, le ciment conserve sa résistance et sa stabilité même sous l’eau.
En cimenterie, il existe quatre (4) grands procédés de fabrication du ciment : la voie humide, la voie semi-humide, la voie semi-sèche et la voie sèche. A la SCB- LAFARGE, c’est la voie sèche qui est employée.
La fabrication du ciment à la SCB-LAFARGE est faite à partir d’élément principaux à savoir le clinker, calcaire, l’argile et le gypse. Elle réunit tout un ensemble d’étapes qui part de l’extraction des matières premières à la carrière jusqu’au stockage du ciment fabriqué, puis à l’ensachage et à l’expédition. Ces différentes opérations seront développées dans les paragraphes ci-dessous.
2.2 Matières premières et préparation du cru 2.2.1 Extraction des matières premières
Les matières premières extraites sont essentiellement constituées de l’argile et du calcaire couvrant une superficie de 1800 hectares. L’argile est extraite avec des engins d’excavation après décapage du sol. Le calcaire est exploité par
abattage à l’explosif à cause de sa dureté. Ces matières premières sont ensuite convoyées vers le concasseur à l’aide d’engins lourds (les Dumpers).
Photo 2-1 : Aperçu de la carrière
2.2.2 Concassage
Il consiste à réduire l’argile et le calcaire en morceaux par deux concasseurs (un pour l’argile et l’autre pour le calcaire). Après concassage l’argile et le calcaire sont mélangés sur une bande transporteuse commune dans une proportion de 85 à 100 % pour le calcaire, et 0 à 15 % pour l’argile.
Photo 2-2 : Vue du concasseur de la carrière
2.2.3 Pré-homogénéisation
La pré-homogénéisation est faite à travers la répartition longitudinalement (en deux tas d’environ 10000 tonnes chacun dans un hall appelé hall de pré homogénéisation) des matières concassées par un jeteur. A l’aide d’un pont gratteur ce tas est repris dans le but d’augmenter de façon significative l’homogénéisation de ces dernières.
Photo 2-3: Vues du pont gratteur
2.2.4 Préparation du cru
Le cru pré-homogénéisé est ensuite conduit vers le broyeur à cru pour être séché puis broyé. Ce dernier dispose donc de deux chambres dont une pour le séchage et l’autre pour le broyage. Dans la première chambre, le mélange est séché par des gaz chauds provenant du four et ayant au préalable traversé la tour de préchauffage. Un générateur de chaleur permet aussi de produire un complément de gaz chaud pour le séchage. Mais pour des raisons de réduction du coût de production, le générateur est à l’arrêt et l’usine travaille pour une optimisation de la récupération des thermies venant du four. La circulation des gaz à travers le broyeur est assurée par un ventilateur centrifuge qui crée une dépression à l’entrée du broyeur.
Photo 2-4: Vue du broyeur avec ses deux chambres
Au niveau de la chambre de séchage de ce broyeur à boulets, des pelles soulèvent la matière et en suivant le mouvement de rotation du broyeur, la matière
tombe des pelles, s’éparpille et est traversée par les gaz chauds au cours de sa chute. Dans la chambre de broyage, le mélange séché est broyé à travers le mouvement des boulets pour obtenir la farine cru. Des blindages permettent non seulement de protéger la virole mais aussi d’assurer un bon broyage. Suivant leur type, releveur ou classant, ces blindages relèvent les boulets pour assurer un bon broyage ou les classent suivant leur diamètre. Après le broyage, la farine est emportée par les gaz chauds vers un séparateur dynamique où les gros morceaux sous l’effet de pesanteur tombent et sont retournés dans le broyeur par une série de deux vis pour être broyés à nouveau. Le broyeur a une capacité nominale de 150 t/h.
2.2.5 Homogénéisation et stockage de la farine
Après le séparateur dynamique, les gaz chauds chargés de poussières de farine continuent leur chemin vers les deux cyclones de séparation (séparateurs statiques). A ce niveau, les gaz chauds se débarrassent des poussières qui descendent par gravité dans un aéroglisseur. Les gaz chauds sont enfin aspirés par le ventilateur final et refoulé dans un filtre électropneumatique pour être complètement débarrassé de la poussière avant d’être rejetés dans la nature au travers de la cheminée. La farine recueillie dans l’aéroglisseur est transportée dans deux silos d’une capacité de 2300 tonnes chacun. Dans ces silos, la farine est homogénéisée avec de l’air produit par des suppresseurs. Après homogénéisation, la farine est déposée dans deux silos de stockage d’une capacité de 4300 tonnes chacun.
Photo 2-5: Vues des silos d’homogénéisation et de stockage.
2.3 Préparation du clinker
Après les silos de stockage, la farine extraite des silos de stockage est transportée dans une trémie tampon par une succession de vis, élévateur. Un doseur se trouvant à la sortie de cette trémie permet de réguler le débit de la farine à sa sortie qui alimentera les pompes Peters. Ces pompes envoient donc de la farine pesée et sous pression dans la tour de préchauffage.
2.3.1 Préchauffage de la farine crue
La tour de préchauffage est un dispositif ayant pour rôle la récupération de l’énergie calorifique emportée par les gaz chauds de la cuisson à travers des échanges de chaleur entre ces gaz chauds et la farine crue. Elle est composée de cinq (5) cyclones répartis sur quatre (4) étages. Dans chaque cyclone et en série, s’effectue un échange de chaleur puis une séparation par phénomène de cyclonage entre la farine et les gaz chauds.
Photo 2-6: Vues de la tour à cyclones
2.3.2 Cuisson du cru
Le clinker, c’est de la farine crue qui a été chauffée jusqu’à plus de 1450°C et refroidi rapidement jusqu’à environ 100°C. A la Cimenterie de Onigbolo, la cuisson de la farine crue se fait au travers d’un four rotatif moderne de longueur utile 65 m pour un diamètre intérieur de 4,55 m et incliné de 3%. Muni d’un préchauffeur à 4 étages de cyclones, Il est mis en rotation par un moteur de puissance nominale de 450 kW à vitesse variable contrôlé par un variateur de vitesse de fréquence maximale 108 Hz et dispose d’un moteur auxiliaire de virage pour le faire tourner à très basse vitesse (jusqu’à son refroidissement) en cas d’indisponibilité du moteur principal, cela dans le but d’éviter une déformation de la virole du four appelée communément « banane ».
Photo 2-7: Vue longitudinale du four
Lors de la cuisson, trois étapes ont lieu à différentes températures :
La déshydratation
La première étape est la déshydratation. L’eau non combinée est éliminée à partir de 100°C et entre 250 à 450°C, l’argile se déshydrate sous la forme d’ions hydroxydes.
La décarbonatation
La deuxième étape est la décarbonatation. Les carbonates de calcium (presque 80% du cru) sont décomposés par l’action de la chaleur avec élimination du dioxyde de carbone. Cette réaction se produit théoriquement à 900°C. Elle aboutit à la formation d’oxyde de calcium :
CaCO3 → CaO + CO2 (2.1)
Dans la pratique, du fait de la présence des oxydes SiO2, Al2O3 et Fe2O3, cette réaction a lieu vers 850°C. Cette étape est la plus polluante du fait du dégagement important de dioxyde de carbone.
La phase de transition
La troisième étape est la formation de produits intermédiaire entre 1250°C et 1300°C. Ce sont des réactions solide-solide entre le CaO et les oxydes qui conduisent à la formation de CS et de 𝐶2S.
La clinkérisation
A partir de 1320°C, une phase liquide apparaît, constituée d’un mélange 𝐶3A. et 𝐶4AF fondus. Enfin, entre 1250 et 1450°C, l’alite ou 𝐶3S se forme. La chaux CaO et le 𝐶2S baignant dans la phase liquide se combinent pour donner l’alite :
CaO +𝐶2S. →𝐶3S (2.2)
Cette réaction se fait à très haute température et donc, consomme beaucoup d’énergie. Elle est essentiellement une réaction de cristallisation.
Refroidissement du clinker
A la sortie du four, le clinker sort à une température comprise entre 1200 et 1450°C et tombe dans un refroidisseur à ballonnets. Le refroidisseur ne sert pas seulement à refroidir le clinker de 1450°C à 160°C (théoriquement) mais permet aussi de récupérer un maximum de chaleur, ce qui permet de réduire la consommation du four en combustible et d’en apporter une partie à l’air utilisé dans le procédé de broyage-séchage.
Le procédé de refroidissement est important pour la réactivité du clinker.
Un refroidissement rapide (trempe) permet de figer le clinker dans l’état où il se trouve à hautes températures alors qu’un refroidissement lent conduirait à la transformation du 𝐶3S en 𝐶2S.
Les refroidisseurs installés à la SCB-LAFARGE sont des refroidisseurs satellites planétaires à ballonnets appelés « UNAX ». Ils sont constitués de dix (10) cylindres de 1,8 m de diamètre et de 16,5 m de longueur chacun. Parmi les dix ballonnets, nous avons cinq de marque ESTANDA et cinq de marque FLS.
2.3.3 Les éléments constitutifs du clinker
Le clinker est la roche artificielle obtenue par cuisson des matières premières. C’est le constituant principal du ciment. Il est constitué de quatre phases cristallines principales : les silicates bis et tricalciques, l’aluminate, le tricalcique et l’aluminoferrite de calcium. Afin de simplifier l’écriture, on écrit en chimie cimentière : C pour CaO, S pour Si𝑂2, A pour 𝐴𝑙2𝑂3 et F pour 𝐹𝑒2𝑂3. Les principales phases du clinker, dans l’ordre de formation s’écrivent alors : 𝐶4AF, 𝐶3A, 𝐶2S, 𝐶3S.
2.3.4 Stockage du clinker
A la sortie du refroidisseur, les plus gros morceaux de clinker tombent par gravité dans un concasseur à clinker pour être émiettés. Les plus fins vont sur des traînasses qui les convoient vers la goulotte qui dispose de deux clapets. Le premier clapet envoie le clinker dans l’élévateur pour le stockage extérieur. Le second envoie le clinker sur la chaîne à augets qui le convoie vers le silo de stockage du clinker d’une capacité d’au moins 20000 tonnes.
2.4 Broyage
Après refroidissement du clinker, le ciment est obtenu en broyant celui-ci et en y additionnant le gypse et/ou le calcaire. Le broyage du ciment a pour but d’augmenter sa réactivité en augmentant la surface de contact avec l’eau. Le broyage s’effectue par les mêmes procédés que lors de la préparation du cru. On effectue ensuite une séparation de type matière-matière pour trier les grains suffisamment broyés des autres. Le clinker produit, le calcaire d’ajout et le gypse (matière importée) sont transportés au moyen de bandes et élévateurs dans trois trémies tampons différentes.
L’usine est capable de produire plusieurs types de ciment selon les besoins mais couramment, elle fabrique le CPJ, et le CEMI et suivant le type de ciment à produire, le laboratoire définit les proportions de chaque matière dans le mélange pour alimenter le broyeur ciment. Le broyeur ciment de l’usine a un débit moyen de 80 tonnes/heure.
Les pourcentages de matière selon le type de ciment se présentent comme suit Tableau 2-1: Pourcentages de matière selon le type de ciment
Types de ciment Calcaire (%) Clinker (%) Gypse (%) CEM I 42,5N
0 – 5 91,5 – 96,5 3,5
CEM II BL 32,5R
21 - 35 61,5 – 75,5 3,5
CEM II AL
42,5N 0 – 35 61,5 – 75,5 3,5
Photo 2-8: Vue du broyeur ciment
2.5 Le contrôle de qualité
La SCB-LAFARGE dispose d’un laboratoire d’analyses et d’essais qui effectue des contrôles de qualité à diverses étapes de la fabrication du ciment. Il analyse des échantillons de matières prélevés à la carrière afin de guider le choix des matières premières à extraire par les unités de la carrière. Un échantillon du mélange calcaire et argile en provenance du hall de pré-homogénéisation est analysé chaque jour, de même que le clinker et le ciment à ensacher afin de guider les différents ateliers pour la fabrication d’un produit répondant aux normes de qualité.
2.6 Ensachage et expédition
Des silos de stockage, le ciment est convoyé par une vis sans fin et un élévateur vers l’atelier d’ensachage. Cet atelier dispose de deux ensacheuses rotatives « Haver » à huit becs et muni chacune d’un dispositif appelé « radimat»
permettant d’envoyer les emballages de ciment dans les becs. Le ciment est mis dans des sacs de 50 kg qui sont ensuite transportés par des bandes vers deux quais de chargement de camions. Chaque ensacheuse alimente une bande. D’autre part, deux lignes sont disponibles pour le chargement du vrac.
Photo 2-9: Vues des ensacheuses
Photo 2-10: Vue des différents mélanges en vue de l’obtention du ciment.
Le résumé du processus de fabrication du ciment se présente comme suit :
Figure 2-1: Schéma synoptique du processus de fabrication du ciment Argile 8% - 20%
Argile (extraction par excavateur) Concassage par meule Calcaire 80% - 92%
Calcaire (abatage par explosif) Concassage par marteau
Pré-homogénéisation, assurée par un jeteur et un pont gratteur
Broyage du cru
Homogénéisation et stockage assurés par des suppresseurs et aéroglissières Cuisson jusqu’à 1470°C, assurée par le four
Clinker
Gypse Gypse Calcaire
Broyage Ciment
CEM I
Gypse Calcaire
Broyage Ciment CEM II Broyage
Ciment CEM II
Ce chapitre nous a permis de décrire de façon plus ou moins détaillée les principaux étapes de la production du ciment depuis l’exploitation à la carrière jusqu’à l’expédition du ciment.
PARTIE II
PARTIE II
ETUDE DU PROJET
Dans cette partie, nous allons
définir clairement notre sujet en
énonçant le contexte, la
problématique et la justification du
projet. Ensuite nous aborderons une
clarification des différentes notions
de notre projet. Enfin nous
procèderons à une proposition de
plusieurs solutions et au choix de la
solution idéale.
Chapitre 3 : Définition du projet
Dans ce chapitre, nous aurons à énoncer clairement notre projet suivi d’une analyse fonctionnelle puis le cahier des charges à exécuter
3.1 Contexte, problématique et justification du projet
La SCB-LAFARGE, usine de production du ciment est considérée comme un complexe cimentier du fait qu’elle a à sa disposition les trois secteurs du processus de fabrication du ciment. Le processus de fabrication allant de l’extraction des matières premières à l’ensachage passant par la préparation du clinker, présente en grande partie les différents moyens de transport et donc les pertes de matières le long du processus. Cependant une bonne maitrise de ces pertes de matières de façon instantanée nous permettra non seulement de régulariser le transport mais aussi d’assurer un transport total et sécurisé de la matière transportée et un bon rendement dans le processus d’obtention du produit final.
Dans le but d’assurer la sécurité des biens et des personnes du milieu environnant et de réduire au maximum ces pertes en ligne dans le secteur 2 de l’usine, au niveau du joint amont du four, le service des méthodes s’efforce d’implanter des dispositifs de récupération de la matière déversée.
En effet, dans le processus de préparation du clinker, la farine, mélange d’argile et du calcaire, provenant de la tour à cyclones à une température d’environ 1000°C (maximum), fuit au niveau du joint amont. Cette farine devant traverser le four, forme un anneau (colmatage) sous l’effet du changement d’état de certains constituants chimiques volatils tels le souffre (S) et entraine une diminution du diamètre de ce dernier. Toute la farine provenant de la tour à cyclones ne circule plus librement. Du fait, l’amont du four se trouve encombré par un dépôt continu
de farines coincées qui agissent sur le joint amont et créent une ouverture le long du périmètre de ce dernier. Cette ouverture quand elle est continue crée des fuites.
On note alors :
- Une perte de matières à haute température qui expose les usagers à des risques de brûlures ;
- Une modification des caractéristiques physiques de la virole située à l’amont du four ;
- Une demande élevée de la main d’œuvre pour débarrasser la farine ; - Des arrêts imprévisibles destinés aux opérations de désencombrement
de la plateforme
- Un déversement continu au sol de cette farine suite à un débordement de cette dernière
- etc……
Dans le souci de réduire ces pertes de matières à l’amont du four, et d’améliorer les performances du four, la présente étude a été élaborée. Elle a pour objectif d’assurer et de faciliter la récupération de la farine et de la débarrasser de la plateforme sans aucune intervention humaine.
C’est dans ce contexte qu’est soumis à notre réflexion le thème :
« ETUDE ET CONCEPTION DE CONVOYEURS A VIS EN CASCADE POUR LA RECUPERATION ET LA RECIRCULATION DES FUITES DE FARINE AU NIVEAU DU JOINT AMONT DU FOUR DE LA CIMENTERIE DE LA SCB-LAFARGE. »
3.2 Analyse fonctionnelle
Avant de rechercher des solutions, l'analyse fonctionnelle permet de définir de manière objective les besoins de l'utilisateur. Elle sert de référence tout au long
de la conception du produit. Par ailleurs au sein d'une entreprise, l'Analyse fonctionnelle permet de :
créer une synergie autour du produit,
élaborer une connaissance collective,
libérer sa créativité.
3.2.1 Bête à cornes
Le problème énoncé nous amène à utiliser la bête à corne comme outil d’analyse pour formuler de façon schématique le problème. Cette représentation montre de façon schématique les fonctions simples que devra remplir le système à mettre en place.
SCB-LAFARGE Farine (argile + calcaire)
Récupérateur
Récupérer les fuites de farines
Pourquoi faire ? Dans quel but ?
A qui sert-il ? Sur quoi agit-il ?
Figure 3-1: Bête à cornes 3.2.2 Pieuvre fonctionnelle
SCB-LAFARGE (FT1) Farine (FP)
Maintenance(FT1)
Ergonomie (FC3)
Financier (FC2)
Environnement (FC1)
Figure 3-2: Pieuvre fonctionnelle
Fonction principale
Elle est une fonction qui justifie la création du produit. Elle est également une relation entre deux ou plusieurs composantes du milieu environnant par l’intermédiaire du produit.
Convoyeur de
farine
FP : Récupérer les fuites de farines à l’amont du four
Fonctions techniques
Une fonction technique est une action interne entre les constituants d’un produit défini par le concepteur-réalisateur dans le cadre d’une solution pour assurer les fonctions de service.
FT1 : Réduire les arrêts imprévisibles du four
FT2 : Assurer une utilisation aisée de la machine sans aucune intervention humaine.
Fonctions complémentaires
Elles mettent en relation le produit avec un seul élément du milieu environnant tout en restant dans les normes et adapte le produit à la composante considérée du milieu environnant.
FC1 : Répondre aux normes environnementales
FC2 : Convenir au pouvoir de financement de la SCB-LAFARGE
FC3 : Respecter les conditions de travail et les relations entre l’homme et la machine
3.2.3 Cahier de charges fonctionnelles
Pendant ses six(06) mois de stages à l’usine, l’élève ingénieur fera le tour de l’usine, secteur par secteur à travers les différentes interventions et les différents services techniques de la maintenance mécanique. Ceci lui permettra de mieux connaître le processus de fabrication du ciment.
Il participera aux travaux du service des méthodes, service dans lequel il a été affecté. Mécanicien de formation, il s’intéressera à certaines interventions
